JPH04141508A - 高速度鋼合金粉末の押出し成形体とその焼結品 - 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） この発明は、高速度鋼合金粉末の押出し成形体とその焼
結品に関するものである。さらに詳しくは、この発明は
、難加工材料である合金材料の成形寸法、形状の自由度
を高め、かつ新規な方法によって製造してその材料特性
をも向上させた切削工具材等として有用な高速度鋼合金
粉末の押出し成形体とその焼結品に関するものである。

（従来の技術とその課題） 高速度鋼は、その特徴として、炭素と結合して硬質の炭
化物を形成し、工具等に使用するに充分な耐磨耗性を有
し、工具鋼材料のなかでも最も多くの合金元素を含有し
、さらには基地中に前記炭化物を固溶することにより工
具の強度を増大する基地強化作用をも有することが知ら
れている。このため、Ｅｊ　（％）ＲＡ（％）が著しく
低く、塑性加工が容易でないため、鍛造、圧延、伸線等
の熱間、温間、あるいは冷間等の塑性加工を行うと致命
的ともいえる欠陥が発生し、所要の寸法形状を得ること
が容易ではないという難問をかかえている。

このようなことから、実際の製造プロセスにおいては、
塑性加工性を向上させるなめに種々の技術的工夫が採用
されている。

たとえばその溶解技術については、特殊元素を添加（Ｒ
ＥＭ）して、圧延時における熱間加工性の向上を図るこ
とや、また、圧延前後には、特殊焼鈍を施すことによっ
て、致命的な欠陥（割れ等）を防ぐことなどが行われて
いる。さらに、伸線の際には、材料の冷間加工性を向上
させるため、材料表面品位を健全な状態にす−べく、特
殊研削、研磨等を行っている。

たとえばこのような改善、工夫を採用しての溶解から、
鍛造、圧延、熱処理、伸線、機械加工のプロセスを経て
、５ａｌｌ＋径以下の高速度鋼線材製品の製造も可能と
なっている。

しかしながら、このような従来の方法、プロセスにおい
ては、極めて長い製造工程が必要であり、しかも、この
工程は、極めて複雑で、省エネルギー、省資源、製造コ
ストの低減等の観点からは、改善すべき多くの課題を有
している。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来の高速度鋼線材の製造法の欠点を克服し、難
加工材料である工具鋼材料等の寸法、形状の加工自由度
を高め、高品質で、かつ、加工性の良好な、新しい製造
プロセスによる高速度鋼合金材料の成形体を提供するこ
とを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、高速度
鋼合金粉末をバインダーと混合・混練し、加熱下に成形
ノズルより押出し成形してなることを特徴とする高速度
鋼合金粉末の押出し成形体を提供する。また、この発明
は、この合金粉末の押出し成形体を不活性ガスまたは還
元性ガスの保護雰囲気下に加熱してバインダーを除去し
、真空下、または還元性ガスもしくは不活性ガス雰囲気
下に加熱焼結してなることを特徴とする焼結品をも提供
する。

押出し成形体の成形にあたっては、まず高速度鋼合金の
粉末をバインダーと混合・混練する。

この際に対象となる合金は、たとえばＭｏを４重量％以
上含有するＭｏ系、Ｗを１５重量％以上含有するＷ系、
■が４重量％以上のｖ系の高速度鋼粉末が主たるものと
して例示される。もちろん、それ以下の含有割合であっ
ても、主成分がＭｏ、Ｗ、Ｖの合金系がこの発明の対象
として含まれる。このＭｏ、Ｗ、■以外にも、ｖｃ、ｗ
ｃ、ＴＩＣなどの炭化物等を含有することができる。

さらに、適宜な合金成分を含有することもできる。

このような合金としては、たとえばドリル、タップ、エ
ンドミル、カッター等の切削工具用材料としての、ＪＩ
Ｓ　　５ＫＨ５１，５２，５３゜５５．５６．５７，５
８．５９．＜Ｍｏ系）、ＪＩＳ　　５ＫＨ２，３，４（
Ｗ系）、ＪＩＳＳＫＨ１８，５４（Ｖ系）などを例示す
ることができ、その合金粉末の粒度も代表的なものとし
ては数μｍから数十μｍ程度のものを例示することがき
る。

これらの合金粉末と混合・混練するバインダーとしては
、分子量１００，０００〜ｓｏｏ、ｏｏｏ程度の高分子
量バインダー、あるいは分子量１，０００，０００〜３
．０００，０００程度の超高分子量の有機バインダーを
好ましく用いることができる。上記高分子量のバインダ
ーとしては、たとえばエチレン酢酸ビニル共重合樹脂が
、また、超高分子量のバインダーとしては、たとえばポ
リブテンなどを例示することができる。これらのバイン
ダーを合金粉末と混合・混線する′ことにより、粉末を
結合して押出し成形を可能とする。

また、バインダーには押出し成形性を良好とするために
、滑剤、可塑剤等の適宜な成分を添加併用してもよい。

たとえば滑剤としては合成フックスを好ましいものとし
て用いることができる。

また、可塑剤としは、たとえばフタール酸エステル類、
より具体的にはフタール酸ｎ−ブチルなどを好ましいも
のとして使用することができる。

これらの添加成分を加えての有機成分の使用量１０重量
％以下とする。あまり多すぎる場合には保形性が悪くな
る。また、少なすぎる場合には成形性が悪くなる。

これらのバインダーと合金粉末との混合・混線のための
装置の種類には特段の限定はない。

合金粉末とバインダーとの混線物は成形ノズルより押出
して、所定の寸法および形状の成形体とするがこの押出
し成形時の温度は、−船釣には１６０℃以下、より好ま
しくは１３０℃以下の温度とする。成形ノズルの形状、
長さにも特に限定はなく、均質な成形ができるように配
慮する。たとえば高速度鋼細線材用の成形体を得ようと
する場合には、実用上、０．５〜１０ｍｍ径、５０〜１
５０ｗ程度の長さのノズルを好適なものとして例示する
ことができる。

切削工具用高速度鋼線材の成形体として上記程度の径、
および長さのノズルを用いて線状の成形体を得る場合に
は、たとえば第１図に示したように、温度、圧力、速度
等の条件を適切に設定した押出し成形ノズル（１）より
、溝部（２）を有する可動セッター（３）上に押出し、
この溝部（２）に沿って直線状の押出し成形体（４）を
得ることができる、セッター（３）を固定し、成形ノズ
ル（１）を前後左右に動かせるようにしてもよい。

このセッター（３）によって、所要形状と寸法の成形体
（４）が効率的に、かつ均一に得られる。

セッター（３）を耐熱性のセラミック製等にする場合に
は、成形体（４）をのせたまま、次の加熱焼結工程へ移
すこともできる。

あるいはまた、第２図に示したように、セラミック、グ
ラファイト製等の円筒形のセッター（５）に、ノズル（
１）から押出し成形体（４）を巻き取るようにして所要
の大きさと形状のコイル状の成形体（４）を得ることも
できる。

もちろん、押出し成形体の寸法、形状は以上の例によっ
て限定されるものではない、ノズル吐出口の形状、セッ
ターの形状や大きさ等によって適宜なものとすることが
できる。

このようにして成形した押出し成形体は次に焼結するこ
とがでる。この際の脱脂焼結は、前記した通り、押出し
成形体を不活性ガスまたは還元性ガスによる保護雰囲気
下に加熱してバインダーを除去し、次いで、真空下、ま
たは還元性ガスもしくは不活性ガス雰囲気下に加熱焼結
することによって実施する。

バインダーの除去のための加熱は、保護雰囲気下での脱
脂として位１づけられる工程であり、窒素、アルゴン等
の不活性ガスや水素ガス等の還元性ガスの雰囲気で加熱
する。−船釣には５００℃前後の温度にまで加熱して、
バインダーおよびこれに併用している滑剤や可塑剤をも
分解除去し、脱酸素を行い、次いで脱水素する。

有機系成分の残存量は、好ましくは１重量％以下にまで
低減させ、実質的に残存しない状態とする。

次いで、真空中、あるいは、Ｎ２、Ａ　、Ｎ２「 ガス等の雰囲気下において、−船釣には１１９０〜１２
５０℃の温度に加熱して焼結する。この時の温度は、成
形体の組成、所要の性質等に応じて選択することができ
る。また、焼結時間は、たとえば、５−径の成形体の場
合には０．５〜１．０時間程度とすることができる。も
ちろん、この温度、時間は被焼結体のマスエフェクトに
よって興なり、限定的なものではない。

たとえばＭＯ系高速度鋼粉末から線材またはコイルを製
造する場合には、相対的密度を９９％以上にまで緻密化
し、５％以上の伸びが得られる延性を有する焼結品とす
ることが好ましい、このような焼結品は、これまでのい
ずれの方法によっても実現されなかったものである。

以下、実施例を示し、この発明についてさらに詳しく説
明する。

（実施例） 実施例１ 次の化学成分組成（重量％） Ｃｒ　　：　３．８０〜４．５０ Ｍｏ：４．５０〜５．５０ Ｗ　　　：５．５０〜６．７０ Ｖ　　　：　１．６０〜２．２０ Ｃ：０．８０〜０．９０ 残部Ｆｅ からなるＪＩＳ　　５ＫＨ５１，Ｍｏ系高速度鋼の高圧
水噴霧粉末（平均粒径１０μｍ）を、ポリブテンからな
るバインダー、合成ワックスおよび可塑剤フタール酸ｎ
−ブチルと混合し、混練した。

この合金粉末の混線物を、１２０〜１４０℃の温度にお
いて、２．５ｍ径で長さ１４０ｍの各種ノズルより第１
図に示した形状のセラミックセッターの溝部に押出した
。この押出しにより２　、５ｍ径の、長さ１０００１以
上の押出し成形体を得た。

また、第２図の円筒型セッターを用いることにより、コ
イル状の押出し成形体を得た。

次いで、上記成形体を、脱脂焼結炉内において、大気圧
下、Ａｒガス１０ｊ／分流通下の雰囲気において５０℃
／時の昇温速度で５００℃まで加熱して脱バインダー処
理を行い、２５０℃／時の昇温速度で１２２０℃の焼結
温度にまで昇温し、１時間保持した。その後、室温まで
炉内にて冷却し、焼結を完了させた。

得られた焼結品は、所定の寸法、形状を有し、その表面
には、欠陥は認められなかった４また、内部品質も良好
で、はぼ完全に緻密化状態となっているのがミクロ組織
で観察でき、その裏付けともなる相対密度は９９％を越
えていた０機械的性質としては、引張り破断強度９０ｋ
ｓ／ｍ２以上、伸び５％以上、絞り６％以上の特性を有
し、９０°曲げ試験においても折損されず、優れた延性
を示した。

なお、この実施例は水アトマイズ法による異形状粉末を
使用した例であるが、ガスアトマイズ、遠心アトマイズ
法により得られる球状あるいは球状近似の粉末を使用し
ても同様の効果を得ることができた。

実施例２ バインダーとしてエチレン酢酸ビニル共重合樹脂を用い
、実施例１と同様にして押出し成形し、得られた成形体
を焼結した。

実施例１と同様に優れた特性の焼結品が得られた。

（発明の効果） 以上詳しく説明した通り、この発明により、従来、難加
工材としてその製造の自由度が乏しく、かつ品質、生産
性にも問題の多かった高速度鋼材料を合金粉末の押出し
成形と焼結とによって、従来の１／２以下の製造工程に
おいて、製造容易に、高い生産性で、かつ高い品質を有
する成形品として実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明の押出し成形体の製造
法を例示した斜視図である。 １・・・成形ノズル ２・・・渭　　　部 ３・・・セッター ４・・・成　形　体 ５・・・セ ツ タ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）高速度鋼合金粉末をバインダーと混合・混練し、
   加熱下に成形ノズルより押出し成形してなることを特徴
   とする高速度鋼合金粉末の押出し成形体。
2. （２）高分子量または超高分子量のバインダーを混合・
   混練する請求項（１）記載の押出し成形体。
3. （３）バインダーとともに、滑剤および可塑剤を混合・
   混練する請求項（１）記載の押出し成形体。
4. （４）切削工具鋼用高速度鋼合金粉末を直線状またはコ
   イル状に押出し成形してなる請求項（１）記載の押出し
   成形体。
5. （５）請求項（１）記載の押出し成形体を不活性ガスま
   たは還元性ガス雰囲気下に加熱してバインダーを除去し
   、真空下、または還元性ガスもしくは不活性ガス雰囲気
   下に加熱焼結してなることを特徴とする高速度鋼合金粉
   末焼結品。
6. （６）請求項（５）記載の焼結品としての切削工具鋼材
   。