JPH01212736A - 粉末冶金で製造される高速度鋼、これから製造される摩耗部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ｃｒ　Ｃｒ＋　Ｌ　Ｗ及び／又はＭｏを含み
、場合によってはＣｏ及び／又はＭｎ及び／又はｓＩ及
び／又はＡＡを含み、鉄の残沼元素例えばＰ。

Ｓ、Ｏ、鉄及び残部としての不純物を含む摩耗部材特に
工具用の粉末冶金で製造される高速度鋼に関する。

〔従来の技術〕

このような高速度鋼は、特に工作物の切削加工用工具例
えばフライス、ドリル、リーマの製造に、また例えば押
出しノズル、押出しダイス等のような非切削成形用工具
の製造に使用される。

Ｎｂと合金化する高速度鋼の溶融冶金的製造の際、１０
０μｍ以上の粒度を持つことがあるＭＣ形式の非常に大
きいニオブ（Ｎｂ、）炭化物が生じ、この高速度鋼から
製造される摩耗部材のしん性及び刃先寿命を悪化させる
。更にニオブは合金母材に非常に俤かしか溶解しないの
で、ニオブと合金化した高速度−は一般に顕著な二次硬
化特性を持っていない。

合金元素であるバナジウム（Ｖ）も同様にＭＣ形式の炭
化物を形成するが、この炭化物はニオブ炭（ｌｉ物より
少ない熱安定性を持っている。この理由から、特に切削
工具の製造の際必要なように、高い硬化温度又はオース
テナイト化＠度を使用する場合、必要な使用性質即ちｅ
ｘを得るために、オーステナイト粒子が粗大になり、じ
ん性の低下を伴う炭化物の析出がおこる。

高辿良声とニオブとを合金化することも試みられたが、
特に１．５％以上の高いニオブ含有ｍは粗大なニオブ炭
化物を形成し、それにより工具のしん性が不利な影智を
受け、実際に使用すると、刃先部分が破壊した。特願昭
５８−１４４４５６号から、高速度−を粉末冶金で製造
する方法が公知であり、−中のＮｂ濃壓は帆１ないし１
．５市’ｌ／１％に限られ、Ｗ及び／又はＭｏの尚い含
有量は熱処理後の硬度値を改善する。

〔発明が解決しようとする謀顕〕

本発明の課題は、充分高いｂｔｔ＠耗性及び硬度のほか
に大きい熱安定性を持つ高速度鋼を製造することである
。ψに特にＭ密な刃先におけるしん性を得るため、鋼が
均一に像細な炭化物分布を持っているようにし、７０Ｈ
ＲＣまでの硬度佃も得られるようにする。

〔謳迦を解決するための手段〕

この課題を解決するため、最初にあげた種類の粉末冶金
で製造される高速度鋼において本発明によれば、鋼が２
ないし＋　５７１ｆ　ｔＭ　Ｓなるべく３ないし１０市
指％特に４ないしｌＯＭ量％のＮｂ含有量と、！ないし
４重量％なるべく１．５ないし２．５重量％の■含有量
とを持ち、−が１０ないし３０容積％なるべく１０ない
し２２容積％の金属炭化物を含み、Ｃ含有量の下限が式
６式％） により与えられ、Ｃ含有量の上限が式 ＣＩ、１８ｘ＝１．０＋（％ＮｂＸ帆１５）＋（％ＶＸ
０．２４）により与えられる。

また尚辿り鋼がＣｒ　Ｃｒ、　Ｌ　Ｗ及び／又はＭｏを
含み、場合によってはＣｏ及び／又はＭｎ及び／又はＳ
ｉ及び／又はＡｌを含み、鉄の残留元素例えばＰ、　Ｓ
、　０　、鉄及び残部としての不純物を含み、合金成分
を溶融し、この溶融物を（化特にガスζ化して粉末にし
、それから熱及び場合によっては圧力を加えて圧密化中
特に焼結過程において粉末を成形体に成形し、この成形
体を場合によっては焼鈍及び／又は熱間鍛偕後駆化焼鋪
し、切削又は非切削加工により１ヤ耗部材に成形し、そ
れからＭｕ部釘をそのオーステナイト化１７ｉｉｔ度以
上に加熱するか又は高辿〜泗硬化し、この温度から摩耗
部材を冷却特に急冷し、少なくとも２回の焼戻し硬化過
程又は二次硬化過程を行なう方法において、本発明によ
れば、２ないし１５重量％なるべく３ないし１０重量比
特に４ないし１００市指のＮｂ含有量と１ないし４重看
％なるべく１．５ないし２．５ＭＩＤ％のＶ含有ｆ７ｔ
とを持つ高１８１Ｉｙ窮合金を使用し、Ｃ含も攬の下限
を式 ％式％） により与え、Ｃ含有量の上限を式 Ｃｍａｘ”１．Ｏ＋（９６ＮｂＸ０．１５　）　−１−
（％■×帆２４）により与え、合金成分の溶融物を１０
０ないし６００℃なるべく３００°Ｃだけ週熱し、こう
して過熱された溶融物を震化して粉末にする。

本発明によれば、Ｎｂなしか又は２ないし４重量％以下
のＮｂ含有量を持ち軟化焼釧後同じ炭化物含有量を持つ
高速度鋼におけるより５０ないし１００°Ｃだけ尚い温
度で硬化過程又はオーステナイト化過程を行なうのが有
利である。

上述したニオブ含有量及びバナジウム含有量と、炭素含
有量の調節により鋼中に形成される金属炭化物のｆｄと
によって、所望の有利な性質を持つ静速ル鋼か製造され
る。合金成分の過熱された溶融物を粉末霧化することに
よって、凝固の際形成されるニオブ炭化物が微細に分布
した形で存在する粉末が得られる。この微細に分布した
ニオブ炭化物哄本発明により使用される高いオーステナ
イト化淵度における粒子成長を防止する。

史にＣｒ　Ｃｒ＋　Ｌ　Ｖ及び／又はＭｏを含み、場合
によってはＣｏ及び／又はＭｎ及び／又はＳｉ及び／又
はＡ７！を含み、鉄残愕元素例えばＰ、　Ｓ。

Ｏ、鉄及び残部としての不純物を含む尚速度鋼から成り
、粉末冶金で製造される摩耗部材特に工具において、本
発明によれば、摩耗部材が、２ないし１５重量％なるべ
く３ないし１０重ｊｆｆ％待に４ないし１（ｌｆｆｆｔ
％のＮｂ含有量と、ｌないし４重量％なるぺ＜１．５な
いし２・５重量％のＶ含有量とを持ち、摩耗部材がｌＯ
ないし３０容槓％なるべ（１０ないし２２容積％の金属
炭化物を含み、Ｃ含有量の下限が式 ％式％） により与えられ、Ｃ含有量の上限が弐 Ｃｆｆ１ａｘ−１，０（％ＮｂＸ帆１５）＋ｆ％■×帆
２４）により与えられる。

Ｃｗｉｎ及びＣｆｆ１ａＸの式に示される炭素の値は、
高速度鋼において炭化物形成元素の相互作用のため得ら
れ、それにより金属炭化物は異なる炭累濃度を持つこと
ができる。式中の係数は、ＮｂＣが帆１０ないし帆１５
％の炭素を結合し、ＶＣが帆２０ないし０．２４％の炭
素を結合できることから得られる。式中の被加数帆４５
及び１．０は、基質とＮｂ及びＶなしの炭化物との基本
硬度を形成する炭素含有量を考慮している。最小値及び
最大値は結局Ｃｒ＋　Ｍｏ＋　Ｗの含有量によって決定
される。

本発明によれば、粉末冶金高速度−の製造は次のように
行なわれる。

まず個々の合金成分が一緒に溶融され、溶融物は約１０
０ないし６００°Ｃなるべく３００°Ｃだけ過熱され、
それにより合金成分であるニオブ及び炭素が溶融物中に
分布される。少なくとも２０ないし３０秒この温度に保
持した後、溶融物が保護ガス中で粉末に霧化される（原
理的には水霧化も可能である）。急速な冷却のため、よ
く分布した小さいニオブ炭化物が析出される。この粉末
から、熱及び圧力を加えて成形体が製造される。このた
め合金鋼又は非合金鋼から成る鋼容器に粉末が満たされ
、気密に閉鎖され、圧力及び熱を加えて、例えば押出し
又は鍛造により圧密化される。圧密化の際注意すべきこ
とは、液相が生じないように温度を選ぶことである。

圧密化の際の温度は、１，０００ｂａｒの圧力をかける
場合約１．０５０ないし１，１００’Ｃであり、圧力な
しで加工する場合約１　、２００ないし１，２５０’Ｃ
である。圧密化に焼鈍を゛続けることができる。

続いて行なわれる高温成形例えば１，１５０℃における
熱間鍛造において、成形体の強度例えば曲げ強度を上昇
させることができる。この高温成形に、約７００ないし
８５０℃なるぺ＜８００６Ｃの温度における軟化焼鈍が
続く。軟化焼鈍された工作物は、切削又は非切削加工に
より所望の摩耗部材又は工具に俊形される。工具の製造
後、１．３５０’Ｃ未満のオーステナイト化温度で硬化
が行なわれる。この硬化過程中ニオブ炭化物は粒子の成
長を防止し、溶解しないバナジウム炭化物は、空気、水
又は油中での急冷前に、非常に微細な粒子の形成に寄与
する。本発明による高いオーステナイト化温度は、この
温度で多量の炭化物が崩壊するか又は溶解するのを可能
にするので、それに続く冷却の際基質中に微細で硬い粒
組織が得られる。急冷後約５００ないし６００℃の温度
で第１の焼戻しが行なわれ、徽細な金属炭化物（例えば
ＭＣ形式のバナジウム炭化物）の析出が行なわれる。第
２又はそれ以上の焼戻し中に、工作物の硬度性質を更に
高めることができる。

じん性を低下する現象、粒子粗大化、溶融及び他の不利
な過程を生ずることなく、もつと高いオーステナイト化
温度を使用することができる。クロムは炭化物の析出に
影響を及ぼすので、クロムの含有量は２ないし５重量％
の範囲に限られる。万一存在するコバルトは１０重量比
以内にあるようにする。

本発明により製偕される鋼又は工作物では、金ｋＪ４炭
化物は６１１ｍ以下の大きさである。溶融温度又は金属
粉末の製造中における凝固速度を高めることにより、金
属炭化物のＦｆ、度を更に小さくすることができる。

例　　ｌ Ｃ：　１．８１　Ｍｍ％、５ｉ＝０．３ｉ量％、Ｍ１＝
＝０．２重量％、Ｐ：０．０２重量％、Ｓ：０．０２重
量％＋Ｃｒ＝４．３重量％＋　　Ｍｏ＝３．７重量％、
Ｖ＝１．５重量％、Ｗ＝６．１重量％、　　Ｎｂ：６．
３重量％残部は不純物及び鉄の組成（工作物分析）を持
つ高速度鋼合金が誘導炉で溶融され、分塊に鋳造された
。霧化された粉末は構造用鋼Ｓｉ　５２から成る容器に
充填されて、振動せしめられ、１Ｏ−３Ｔｏｒｒに排気
され、気密に溶接された。粉末の圧密化は１，１５０°
Ｃの温度と１．０７０ｂａｒの圧力とで行なわれた。フ
ライスの形成後１　、２９０°Ｃの温良で硬化又はオー
ステナイト化が行なわれ、粒子の粗大化又は粒界におけ
る溶融はおこらなかった。従来の硬化温度より約５０℃
だけ高いこのオーステナイト化温度により、筒い含有量
の炭化物又は炭素を基質中に溶解させ、それにより焼戻
し過程において硬度及び耐摩耗性を改善することができ
た。

ｒｉ９！度測定の結果６８．８　ＨＲＣが得られた。切
削加工の実験において、本発明により製造されたフライ
スは、合金５６−５−２−５のフライスに比較して、Ｓ
ｉ　５２及びＸ３８ＣｒＭｏＶ５１形式の熱処理鋼の切
削加工の際、約３０ないし５０％の能力上昇をボした。

工Ｊ Ｃ−２゜４９車Ｂｋ％＋　Ｓ　ｓ　＝＝　０．３５重量
％、陥＝０．２０重量％、　　Ｐ　：　０．０２５重量
も、　　Ｓ　：　０．００５重量％！　　Ｃｒ＝４．７
重量％、　　Ｍｏ＝　４．０１　ｍｍ％。

ｖ　：　２．３　ａｍ％、　　Ｗ：１．８２重量％、　
　Ｎｂ：　９．８９重Ｉ４％、残部は不純物及び鉄の組
成の高速度鋼が溶融されて、塊に鋳造された。この塊は
液相温度を３５０’Ｃだけ超過する温度でガス霧化され
た。焼結過程において粉末から、自動車工業において歯
車の精密加工に使用されるようなシェービングカッタが
製造された。Ｉ　、　３００℃のオーステナイト化温度
で硬化が行なわれ、これに続いて５８０’（：で２回の
焼戻しが行なわれた。２回の焼戻し後、研摩によりシェ
ービングカッタの仕上げ加工が行なわれた。工具の動作
範囲における硬度測定の結果６９．５８ＲＣの値が得ら
れた。

粉末冶金で製造された高速度鋼５６−５−３−８（ＡＳ
Ｐ　３０　）に比較して、外歯傘歯車の製造の際、４０
ないし５０％の出力上昇が得られた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ及び／又はＭｏを含み、場合によ
   つてはＣｏ及び／又はＭｎ及び／又はＳｉ及び／又はＡ
   ｌを含み、鉄の残留元素例えばＰ、Ｓ、Ｏ、鉄及び残部
   としての不純物を含むものにおいて、鋼が２ないし１５
   重量％なるべく３ないし１０重量％特に４ないし１０重
   量％のＮｂ含有量と、１ないし４重量％なるべく１．５
   ないし２．５重量％のＶ含有量とを持ち、鋼が１０ない
   し３０容積％なるべく１０ないし２２容積％の金属炭化
   物を含み、Ｃ含有量の下限が式 Ｃ＿ｍ＿ｉ＿ｎ＝０．４５×（％Ｎｂ×０．１）＋（％
   Ｖ×０．２０）により与えられ、Ｃ含有量の上限が式 Ｃ＿ｍ＿ａ＿ｘ＝１．０＋（％Ｎｂ×０．１５）＋（％
   Ｖ×０．２４）により与えられることを特徴とする、粉
   末冶金で製造される摩耗部材用高速度鋼。 ２　高速度鋼がＣ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ及び／又はＭｏを含み
   、場合によつてはＣｏ及び／又はＭｎ及び／又はＳｉ及
   び／又はＡｌを含み、鉄の残留元素例えばＰ、Ｓ、Ｏ、
   鉄及び残部としての不純物を含み、合金成分を溶融し、
   この溶融物を霧化特にガス霧化して粉末にし、それから
   熱及び場合によつては圧力を加えて高温成形中特に焼結
   過程において粉末を成形体に成形し、この成形体を場合
   によつては焼鈍及び／又は熱間鍛造後軟化焼鈍し、切削
   又は非切削加工により摩耗部材に成形し、それから摩耗
   部材をそのオーステナイト化温度以上に加熱するか又は
   高速度鋼硬化し、この温度から磨耗部材を冷却特に急冷
   し、少なくとも２回の焼戻し硬化過程又は二次硬化過程
   を行なう方法において、２ないし１５重量％なるべく３
   ないし１０重量％特に４ないし１０重量％のＮｂ含有量
   と１ないし４重量％なるべく１．５ないし２．５重量％
   のＶ含有量とを持つ高速度鋼合金を使用し、Ｃ含有量の
   下限を式 Ｃ＿ｍ＿ｉ＿ｎ＝０．４５＋（％Ｎｂ×０．１）＋（％
   Ｖ×０．２０）により与え、Ｃ含有量の上限を式 Ｃ＿ｍ＿ａ＿ｘ＝１．０＋（％Ｎｂ×０．１５）＋（％
   Ｖ×０．２４）により与え、合金成分の溶融物を１００
   ないし６００℃なるべく３００℃だけ過熱し、こうして
   過熱された溶融物を霧化して粉末にすることを特徴とす
   る、高速度鋼から摩耗部材を粉末冶金で製造する方法。 ３　Ｎｂなしか又は２ないし４重量％以下のＮｂ含有量
   を持ち軟化焼鈍後同じ炭化物含有量を持つ高速度鋼にお
   けるより５０ないし１００℃だけ高い温度で硬化過程又
   はオーステナイト化過程を行ない、この温度を組成に応
   じて１，１００ないし１，２６０℃に設定することを特
   徴とする、請求項２に記載の方法。 ４　軟化焼鈍温度を７００ないし８５０℃なるべく約８
   ００℃に設定することを特徴とする、請求項２又は３に
   記載の方法。 ５　硬化温度又はオーステナイト化温度を１，３５０℃
   特に１，２９０℃未満に設定することを特徴とする、請
   求項２ないし４の１つに記載の方法。 ６　軟化焼鈍の際成形体中の金属炭化物の含有量を１０
   ないし３０容積％なるべく１０ないし２２容積％に設定
   することを特徴とする、請求項２ないし５の１つに記載
   の方法。 ７　Ｃ、Ｃｒ、Ｗ、Ｖ及び／又はＭｏを含み、場合によ
   つてはＣｏ及び／又はＭｎ及び／又はＳｉ及び／又はＡ
   ｌを含み、鉄残留元素例えばＰ、Ｓ、Ｏ、鉄及び残部と
   しての不純物を含む摩耗部材において、摩耗部材が、２
   ないし１５重量％なるべく３ないし１０重量％特に４な
   いし１０重量％のＮｂ含有量と、１ないし４重量％なる
   べく１．５ないし２．５重量％のＶ含有量とを持ち、摩
   耗部材が１０ないし３０容積％なるべく１０ないし２２
   容積％の金属炭化物を含み、Ｃ含有量の下限が式 Ｃ＿ｍ＿ｉ＿ｎ＝０．４５＋（％Ｎｂ×０．１）＋（％
   Ｖ×０．２０）により与えられ、Ｃ含有量の上限が式 Ｃ＿ｍ＿ａ＿ｘ＝１．０＋（％Ｎｂ×０．１５）＋（％
   Ｖ×０．２４）により与えられることを特徴とする、粉
   末冶金で製造される摩耗部材。