JP2813005B2 - Wc基硬質合金 - Google Patents
Wc基硬質合金Info
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Description
用されて来た耐摩耗性を必要とする分野で用いる合金に
関し、更に詳しくはCoやNi等の金属結合相を含まず微細
な硬質物粒子のみで構成され、優れた耐食性,耐酸化性
を有し、平滑で面粗度の良い鏡面を提供し得るWC基硬質
合金に関するものである。
する超硬合金は、高硬度,高強度ゆえに切削工具,耐摩
耗工具材料として広く用いられて来た。
も広がり、優れた耐食性,耐酸化性が求められ、この様
な分野に於いては、CoやNi等の金属結合相を含まない超
硬合金として、平均粒子径が1.0〜1.5μmのWC粉末を用
いたWC−TiC−TaC系バインダーレス合金が用いられる。
鏡面を得る際に問題がある。即ち、平滑な鏡面を得るた
めには、研削加工後ダイヤモンドパヴダー等でラップ仕
上加工を行うが、この際WC硬質相とCoやNiの結合相との
硬度差により凹凸を生じ平滑な面が得難いのである。
平均自由行程(結合相相厚)を小さくする事によりラッ
プ時の凹凸を極力防止し、面粗度を向上させる方法が採
られいるが、更に平滑な鏡面が望まれている。なおこの
平滑な鏡面な高温域でも保持される事が望ましいが、結
合金属相であるCoやNiの酸化温度が低く、耐酸化性に劣
り使用に制限を受けるのである。
相が無いので、緻密な焼結体を得る為には焼結温度が17
00℃以上と非常に高温を必要とし、その為にWC粒子が粒
成長し易く、エネルギー的にも問題がある。更には曲げ
強度も結合相を含有していない為に80〜120kg/mm2程度
と、WC−Co系超硬合金に比べて低く、強度の向上が望ま
れている。
性、耐酸化性に富み、平滑で面粗度の良い鏡面を得るこ
とが出来る硬質合金を提供することを目的とするもので
ある。
タル0.1〜5重量%、炭化チタン0.1〜5重量%、窒化チ
タン0.1〜5重量%の中の少なくとも1種を含有し、残
部が炭化タングステン及び不可避不純物からなる原料粉
末を使用したWC基硬質合金であって、前記炭化タングス
テンの平均粒径が0.7μm以下であり、平滑で表面粗度
のよい鏡面を得ることができることを特徴とする。
剤としての炭化クロム0.1〜2重量%、炭化バナジウム
0.1〜2重量%の中の少なくとも1種を含有せしめるこ
ともできる。
ン,窒化チタンは、共に焼結を促進する焼結助剤として
働くものであり、その量が0.1重量%未満では焼結促進
効果が見られず、逆に5重量%を越えると、炭化タンタ
ルの場合にはその融点が高い為に焼結が困難となり有孔
度が悪くなるし、炭化チタン,窒化チタンの場合では粗
大なβ相と呼ばれる相が析出し著しく強度が低下する。
により焼結時の粒成長抑制剤として働くものであるが、
その量が0.1重量%未満では粒成長抑制効果はなく、一
方2重量%を越えると焼結時に粗大に析出し、合金自体
の靭性低下をもたらす。
施例でも明らかな如く、1600℃程度の温度でも十分に焼
結され高強度の合金を得んが為である。
mとなし、適当な炭化物,窒化物の添加物を選択する事
により、1600℃位の低温でも十分に緻密化する。この現
象は、焼結体の粒子が微細化する程粒子比表面積が大き
くなり、粒子表面に存在する表面エネルギーが大きくな
る。この表面エネルギーが焼結時の焼結駆動力となり、
低温での焼結が可能となる為である。
な焼結が出来る為に、WC粒子を粒成長させず均一で微細
な焼結体を得ることが出来る。
μmのWC粉末,同1〜1.5μmのTiC,TiN,TaC,Cr3C2,VC
粉末を用い、それらの原料粉末をそれぞれ第1表に示す
組成に配合し、アルコール中湿式ボールミル3日間混合
後減圧乾燥した。得られた混合粉末を1ton/cm2の圧力で
圧粉体にプレス成形し、該プレス成形体を10-2Torr.の
真空中で1600〜1750℃の温度で焼結し、本発明合金No.1
〜10,比較合金No.11〜18を得た。
示す。
いずれも1600〜1650℃の温度で相対密度99.5%以上に緻
密化しており、十分焼結している事が判る。
99.5%以上に達しているが、1600〜1650℃の焼結では、
94〜96%と低く、焼結が不十分である事が判る。又本発
明合金は、いずれも硬度HRA94以上,抗折力150kg/mm2以
上となっているのに対し、比較合金では十分に緻密化し
た合金でもHRA93.0〜93.7,抗折力100〜120kg/mm2と劣っ
ている事が判る。
金No.11,一般的なWC−Co超微粒超硬合金を用い、2000番
のダイヤモンドホイールにて研削加工後、約1μmのダ
イヤモンドパウダーを用いてラップ鏡面仕上加工を行
い、それぞれ鏡面加工材を得た。
μm)を測定し、その後450℃大気中に保持し、3時間
後及び6時間後のそれぞれの面粗さを測定し、その結果
を第1図に示す。
明合金No.1が最も優れ、次にWC−Co超微粒合金、比較合
金No.11の順である事が判る。又酸化テスト後の結果で
はWC−Co超微粒合金は時間の経過と共に著しく面粗度が
悪くなっており、これはCoの酸化開始温度が約300℃と
低温であり、Coが酸化した為だと考えられる。
が維持されている事が判る。
金No.11,市販のJISK20相当合金(WC−6重量%Co)を用
い、200番のダイヤモンドホイールにて研削加工仕上
し、腐食試験片とした。腐食試験は、HCl,H2SO4,HNO3の
それぞれ10%溶液に、液温50℃の下で24時間浸漬した
後、腐食減量を測定し、単位時間当たりの腐食量を求
め、腐食速度(g/m2・day)とし、その結果を第2表に
示した。
速度は、WC−6重量%Co,比較合金No.11,本発明合金No.
1の順となり、金属結合相Coを含有するWC−6重量%Co
合金は、Co溶出により耐食性に劣り、金属結合相を有し
ない本発明合金No.1と比較合金No.11の方が数段優れて
いる事が判る。又本発明合金No.1は、微細な炭化物粒子
のみで構成されている為、粒界腐食現象が防止出来、比
較合金No.11よりも更に耐食性に富む事が判る。
SK20相当合金(WC−6重量%Co)の顕微鏡組織写真(倍
率1000倍)をそれぞれ第2図〜第4図に示す。これらの
写真よりWC−6重量%Co合金は、硬質相(WC相)と結合
相(Co相)の2相より構成されている事、比較合金No.1
1は結合相は含有していないが、炭化物(WC粒子)が粗
大化しており、高温での焼結により粒成長したものであ
る事が判る。
で構成されている事が観察される。
相を含まず微細な粒子のみから構成されている為に、低
温で十分に緻密な焼結体が得られ、高硬度,高強度で耐
食性にも優れ、かつ平滑で面粗度の良い鏡面を現出出来
るものであり、従来の超硬合金に比し幅広い用途に活用
出来るものである。
すグラフ、第2図〜第4図はそれぞれ本発明合金No.1,
比較合金No.11及びWC−6重量%Co合金の顕微鏡組織写
真で倍率は共に1000倍である。
Claims (2)
- 【請求項1】焼結助剤としての炭化タンタル0.1〜5重
量%、炭化チタン0.1〜5重量%、窒化チタン0.1〜5重
量%の中の少なくとも1種を含有し、残部が炭化タング
ステン及び不可避不純物からなる原料粉末を使用したWC
基硬質合金であって、 前記炭化タングステンの平均粒径が0.7μm以下であ
り、平滑で表面粗度のよい鏡面を得ることができること
を特徴とするWC基硬質合金。 - 【請求項2】原料粉末に粒成長抑制剤としての炭化クロ
ム0.1〜2重量%、炭化バナジウム0.1〜2重量%の中の
少なくとも1種を含有せしめてなることを特徴とする請
求項1に記載のWC基硬質合金。
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