JPH04202738A

JPH04202738A - 炭化タングステン基超硬合金

Info

Publication number: JPH04202738A
Application number: JP33931990A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Matsushita; 滋松下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-23

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】（発明の利用分野）本発明は、高強度、高硬度を有するとともに小型の切削
工具等に好適な炭化タングステン基超硬合金に関する。

（従来技術）従来から、超硬合金はサーメットとならび切削工具用材
料として汎用されており、その構成は炭化タングステン
を主とした分散相と、コバルトやニッケル等からなる結
合相とからなる。

ところが最近に至り、その切削工具の使用条件が厳しく
なるとともに、微細加工用工具が望まれており、かかる
工具用材料として微細な結晶粒子からなる超硬合金の開
発が進められている。

例えば、Ｗ　Ｃ−Ｃｏ系合金に対してＷＣ結晶粒子の粒
成長を抑制するためにＶＣやＣｒ２Ｃｚ等の炭化物を添
加することが特公昭６２−５６２２４号にて提案されて
いる。

また、超硬合金の特性からの見地から、合金中に炭素量
の少ない複炭化物（η相）の生成、および遊離炭素の生
成を抑制することが重要であることも知られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、前記特公昭６２−５６２２４号の方法に
より結晶粒子の微細化には効果的であるが、得られる焼
結体の特性が安定せず、ハラッキが生じやすいという問
題があり、特に微細加工用の超硬合金としてその適性条
件については未だ充分に検討されていないのが現状であ
る。

（問題点を解決するための手段）本発明者は、上記の問題点に対して検討を重ねた結果、
超硬合金中の炭素量を適量に調整し、また、タングステ
ンのＣＯからなる結合相中への固溶量を制御することに
より、Ｃｏ結合量と飽和磁気量が特定の範囲になるよう
に調整することにより、硬度、強度の安定性に優れると
ともに微細加工用として優れた切削性能を有する超硬合
金が得られることを知見した。

即ち、本発明の超硬合金は、炭化タングステンを主とす
る分散相と、コバルトを主とする結合とからなり、前記
分散相が組織中、平均粒径が１μｍの微細な粒子で存在
するとともに、合金自体の飽和磁気量（Ｇ／ｃｍ３／ｇ
）のＣｏ量（重量％）に対する比率が１０〜２０である
ことを特徴とするものである。

以下、本発明を詳述する。

本発明における超硬合金は、組織的に分散相と結合相と
から構成され、分散相は炭化タングステン（ＷＣ）を主
としてなり、結合相はコバルト（Ｃｏ）を主としてなる
。結合相は合金中に２〜４０重量％、特に５〜２０重量
％の割合で存在することが望ましく、その量が４０重量
％を越えると硬度が大きく低下し、２重量％より少ない
と緻密化が不十分となり、特性が低下する。

また、分散相は、その平均粒径が１μｍ以下の微細な粒
子として存在することが重要であり、その粒径が１μｍ
より大きいと微細加工用の工具材料としての特性が不十
分となる。

また、一般に超硬合金に関して、従来から合金目体゛の
飽和磁気量σと、結合相であるＣｏ量Ａとのσ（Ｇ／ｃ
ｍ’／ｇ）　／　Ａ　（重量％）で表される比率が超硬
合金と特性を評価する一つの要因として知られている。

この飽和磁気量は、起硬合金内に含まれる炭素量と大き
な関係を有し、例えば炭素量が少ないと、分散相の成分
であるタングステンがＣＯ中に一部固熔し、それにより
高純度のＣＯが減少するために合金の飽和磁気量は低下
するといった関係にある。超硬合金においては一般的に
かかる比率が１０より小さいと合金中にη相が析出し、
２０を越えると合金中に遊離炭素が析出することにより
特性が劣化することが知られ、上記比率がおよそ１０〜
２０の範囲の超硬合金は健全合金として評価されている
。

本発明の超硬合金は、かかる健全合金のうちでも、特に
上記比率が１０〜１５の範囲にある合金が分散相の粒径
がさらに微細に制御できるとともに安定した硬度および
強度等の特性を有し、微細加工用工具材料として非常に
優れた特性を有する超硬合金となることを見出したので
ある。即ち、後述する実施例からも明らかなように、か
かる比率が１０より小さいと、合金中にη相が析出し、
比率が１５を越えると。ＷＣ粒子の粒成長が生じ特性が
劣化するのである。

また、本発明の超硬合金は、前述したような飽和磁気量
とＣｏ量との関係を満たすことに関連して、合金中炭素
量の炭化物換算値を５．９〜６．４重量％、特に５．９
〜６．２重量％の範囲に制御することが重要である。こ
の炭素量は合金全体から結合成分であるＣｏを除く炭化
物に対する炭素量を示すもので、炭素量が５．９重量％
より少ないと合金中にη相が析出し、６．４重量％を越
えると合金中に遊離炭素が析出する。

また、本発明の超硬合金は、その分散相の結晶粒径を微
細にするために、例えば、■、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ
等の金属が含有される。これらの中でも■およびＣｒが
粒成長抑制の効果が顕著であり、これらの金属は合金中
にその合量が０．１〜３重量％のレベルで存在させるこ
とが望ましい。

また、これらの金属は、結合相中に固溶していることが
望ましい。これらの金属の量は、０．１重量％未満では
、分散相が粒成長を起こし、粒径が大きくなるために強
度が劣化し、また、３重量％を越えると分散相、結合相
以外に別の相が析出し、特性が劣化する。

本発明の超硬合金の製造に当たっては、原料として炭化
タングステン粉末、Ｃｏ粉末、炭素粉末、および■、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属炭化物粉末を用い、これ
らをボールミル等で混合する。

この混合方法は、最も一般的な方法であるが、合金の分
散相の粒径の均一性を高めるためには粒成長抑制剤の分
散性を高めることが望ましい。かかる観点から、炭化タ
ングステン粉末として、前述の金属のうちの少なくとも
１種を含んだ粉末を用いることが最も望ましい。

また、この時に混合される炭素粉末は、最終合金中にお
いて炭化物として配合される炭素成分と合わせ、飽和磁
気量がＣＯ量との関係において前述した特定の範囲にな
るように添加する。

得られた混合粉末は、プレス成形、射出成形、押し出し
成形等の成形手段によって成形した後に焼成する。

焼成は、１２５０〜１５００°Ｃの真空雰囲気、あるい
は０、５　Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲気中で０．５〜３時
間程度焼成する。

この焼成によっである程度緻密化することができるが、
より高緻密化を達成するために、−旦９５％以上の合金
を得た後にこの合金を５００気圧以上のアルゴン雰囲気
中で１１００〜１５００°Ｃの温度で熱間静水圧焼成す
ることが望ましい。

以下、本発明を詳述する。

実施例１原料粉末として、平均粒径が０．５μ胆の炭化タングス
テン粉末（Ｃｒを１．０重量％含有）と平均粒径が１．
６μｍのＶＣ粉末および平均粒径が１．５μｍの炭素粉
末を用いて、これらの粉末を最終合金の組成が第１表の
割合になるように秤量混合した後にメタノールを媒質と
してアトライタで６時間粉砕混合した。得られた混合粉
末を真空乾燥造粒後に成形圧１ｔｏｎ／ｃｍ２でプレス
成形した。

この成形体を真空中（０，１ｔ　ｏ　ｒ　ｒ以下）で第
表に示す温度にて１時間焼成した。その後、得られた各
合金をアルゴン１０００気圧、１２５０°Ｃの温度で１
時間熱間静水圧焼成した。

得られた合金をダイヤモンド砥石で研削加工し４ｍｍＸ
８ｍｍＸ３０ｍｍのＪＩＳＲ１６０１に基づく抗折試験
片を作成し３点曲げ強度を測定した。さらに、同様にし
て作成した試験片に対して荷重２０Ｋｇにてビッカース
硬さを測定した。さらに、合金の電子顕微鏡写真からＷ
Ｃ分散相の平均粒径を求めた。

また、３ｍｍＸ４ｍｍＸ５ｍｍの試験片を作成し振動試
料型磁力計により磁化測定を行い、飽和磁気量を測定し
た。そして合金中ＯＣＯ量との比率を算出した。

結果は第１表に示した。

（以下余白）第１表によれば、炭素量を多く添加し、合金中の遊離炭
素量を多くするとσ／　Ｃｏ比が大きくなり、その値が
１５を越えた試料のうち試料Ｎｏ、　１３の試料では遊
離炭素が析出し特性が大きく劣化したが、遊離炭素が析
出しなかった試料Ｎｏ、　１２でも特性は本発明品より
劣っていた。

これに対して、本発明の合金はいずれも優れた高強度、
高硬度を示した。

実施例２実施例１において試料Ｎα１．５．８．１１．１２．１
３の合金で直径０．４　ｍ　ｍのマイクロドリルを作成
し、下記の切削条件被削剤：　　ＦＲ４１，６ｍｍ厚　２枚重ね回転数：　
　５０，００Ｏｒ　ｐ　ｍ送り　　：４０〜１３０　　μｍ／ｒｅｖヒント数：各
送り１００ヒツトで、切削試験を行い、各合金について送りを次第に大き
くし、折損する時の送りを調べた。

結果は、第２表に示した。

（以下余白）第２表（発明の効果）以上、詳述した通り、本発明の超硬合金は、平均粒径が
小さいＷ　Ｃ−Ｃｏ系合金において、飽和磁気量とＣｏ
量とが特定の関係になるように制御することにより安定
した硬度および強度等の特性を有し、特にマイクロドリ
ルや細径エンドミル、微小カッター等の微細加工用とし
ての切削性能に優れた超硬合金を提供することができる
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭化タングステンを主とする分散相と、コバルト
を主とする結合相からなる超硬合金であって、前記分散
相の平均結晶粒径が１μｍ以下であり、且つ該合金の飽
和磁気量（Ｇ／ｃｍ＾３／ｇ）の前記コバルトの合金中
の含有量（重量％）に対する比率が１０〜１５であるこ
とを特徴とする炭化タングステン基超硬合金。
（２）合金中炭素量の炭化物換算値が５．９〜６．４重
量％である請求項１記載の炭化タングステン基超硬合金
。