JPH0453939B2 - - Google Patents
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- JPH0453939B2 JPH0453939B2 JP59128288A JP12828884A JPH0453939B2 JP H0453939 B2 JPH0453939 B2 JP H0453939B2 JP 59128288 A JP59128288 A JP 59128288A JP 12828884 A JP12828884 A JP 12828884A JP H0453939 B2 JPH0453939 B2 JP H0453939B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hardness
- content
- relationship
- ceq
- speed steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は、粉末冶金法によつて得られる高速度
鋼(以下、粉末ハイスという。)に係り、より詳
しくは、耐凝着摩耗性に優れた高硬度・高耐摩耗
性の粉末ハイスに関する。 (従来の技術) 近年素形材加工に際し、高精度化、低コスト化
が要求され、また被加工材の高硬度化或いは加工
速度の高速度化など加工条件が一層苛酷なものと
なり、このため切削工具では高速度鋼(ハイス)
工具から超硬合金への転換が進みつつある。しか
し、機械加工の容易さと靭性を要求される精密工
具では高硬度高靭性ハイス工具及びコーテイング
ハイス工具が今後も使用されると考えられてい
る。 現在、高硬度(HRC65〜70)のハイスとして、
AISI−M40シリーズが開発されており、該鋼種
は、硬さを高めるためにCoを5重量%(以下、
単に%と記述する。)以上添加し、かつC%を高
めると共に、靭性の低下を防止するためV%を下
げたものである。一方、ハイスの化学組成として
Nを加え、ハイスの諸性能を一層向上させるとい
う試みが、特開昭54−11810号〜同54−11813号に
おいて展開され、窒化粉末ハイスとして注目され
ている。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、叙上の高硬度ハイスは、溶解法
で製造するため炭化物の偏析が生じ易く、また熱
処理条件が厳しく、更に熱間加工性が悪い上に、
V含有量が低いため耐凝着摩耗性も良くない。一
方、前記の窒化粉末ハイスにおいては、熱処理上
の問題、或いは靭性等の機械的性質への悪影響を
伴うことなしに切削性能の改善が図られたもの
の、耐凝着摩耗性の点において難がある。コーテ
イングハイスであれば、コーテイング材によりあ
る程度の改善が図れるが、本発明の対象とするコ
ーテイングなしで、仕上加工のままで用いられる
ハイスでは、ハイス自身の耐凝着摩耗性を改善す
る必要がある。また、より苛酷な切削条件に耐え
るべく、より高硬度、高抗折力を有する粉末ハイ
スへの要望も強い。 本発明は、斯る問題点に鑑みなされたものであ
つて、仕上加工のままで耐凝着摩耗性に優れ、か
つ高硬度、高靭性の粉末ハイスを提供することを
目的としたものである。 (問題点を解決するための手段) この目的を達成するため、下記の手段を講じ
る。即ち、粉末ハイスの化学組成を重量%で、 C:次式を満足する量(%) Ceq+0.15≦C+12/14N≦Ceq+0.35 但し、Ceq=0.19+0.017(W+2Mo)+0.22V 上式において、N、W、MoおよびVは夫々鋼
中の含有量(%) Cr:3〜5% V:4.0〜6.0% Mo:8〜12% Co:6.7〜15% W:8〜14% N:0.3〜1.2% 残部実質的にFeとし、かつ(W+2Mo)が27
〜32%とし、硬度をHRC70以上とする。 (実施例) 本発明の窒化粉末ハイスは、叙上の成分元素よ
り構成されるが、これらの成分元素の組成範囲に
つき、以下限定理由を述べると共に、具体的実施
例を掲げて説明する。 Cは、Cr、Mo、W、V等の炭化物形成元素と
密接な関係を有し、高速度鋼の硬度、抗折力等に
大きな影響を与える。その為C含有量については
炭化物形成元素、特にMo、W、Vの配合量との
関連を考慮して規定すべきであるとされており、
例えば「鉄と鋼」(第45巻第5号第511〜516頁)
には、 Ceq=0.19+0.017(W+2Mo)+0.22V の関係式が提示されており、W、Mo及びVとの
関連を考慮せずにC含有量を決定することは当分
野において実質的に採用され得ないところである
(尚上式はCrを約4%で固定したときの計算式で
ある)。また、後述するようにN含有量をも考慮
して決定される。 Nは合金元素的に見ればCと類似している点が
あり、特に両者の原子量は夫々12、14と小さく、
鋼に対してはいずれも侵入型の原子であるから、
安定な合金化合物を生成し易い。その為Nを多く
含有させようとする本発明の主旨の下では、N含
有量を単独で調整するよりも、C量とN量を相関
させて両者含有量を設定すべきであるとの結論に
到達した。 この線に沿つて一定の結論を得る目的で次に述
べる様な実験を行つた。 第1表に示す様な合金組成からなる粉末鋼をガ
スアトマイズ法で製造し、これを窒化処理した後
いわゆるHIPによつて緻密化されたビレツトを得
た。これを供試材として最高熱処理硬さ及び抗折
力を求めたところ、第1,2図に示す様な結果が
得られた。 尚第1表において ΔC=〔C+12/14N〕−Ceq と置いたのは、前述の如くCとNが当分野におい
て略同効元素と考えられ、原子量の違いを換算す
れば対等と見倣し得たからである。
鋼(以下、粉末ハイスという。)に係り、より詳
しくは、耐凝着摩耗性に優れた高硬度・高耐摩耗
性の粉末ハイスに関する。 (従来の技術) 近年素形材加工に際し、高精度化、低コスト化
が要求され、また被加工材の高硬度化或いは加工
速度の高速度化など加工条件が一層苛酷なものと
なり、このため切削工具では高速度鋼(ハイス)
工具から超硬合金への転換が進みつつある。しか
し、機械加工の容易さと靭性を要求される精密工
具では高硬度高靭性ハイス工具及びコーテイング
ハイス工具が今後も使用されると考えられてい
る。 現在、高硬度(HRC65〜70)のハイスとして、
AISI−M40シリーズが開発されており、該鋼種
は、硬さを高めるためにCoを5重量%(以下、
単に%と記述する。)以上添加し、かつC%を高
めると共に、靭性の低下を防止するためV%を下
げたものである。一方、ハイスの化学組成として
Nを加え、ハイスの諸性能を一層向上させるとい
う試みが、特開昭54−11810号〜同54−11813号に
おいて展開され、窒化粉末ハイスとして注目され
ている。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、叙上の高硬度ハイスは、溶解法
で製造するため炭化物の偏析が生じ易く、また熱
処理条件が厳しく、更に熱間加工性が悪い上に、
V含有量が低いため耐凝着摩耗性も良くない。一
方、前記の窒化粉末ハイスにおいては、熱処理上
の問題、或いは靭性等の機械的性質への悪影響を
伴うことなしに切削性能の改善が図られたもの
の、耐凝着摩耗性の点において難がある。コーテ
イングハイスであれば、コーテイング材によりあ
る程度の改善が図れるが、本発明の対象とするコ
ーテイングなしで、仕上加工のままで用いられる
ハイスでは、ハイス自身の耐凝着摩耗性を改善す
る必要がある。また、より苛酷な切削条件に耐え
るべく、より高硬度、高抗折力を有する粉末ハイ
スへの要望も強い。 本発明は、斯る問題点に鑑みなされたものであ
つて、仕上加工のままで耐凝着摩耗性に優れ、か
つ高硬度、高靭性の粉末ハイスを提供することを
目的としたものである。 (問題点を解決するための手段) この目的を達成するため、下記の手段を講じ
る。即ち、粉末ハイスの化学組成を重量%で、 C:次式を満足する量(%) Ceq+0.15≦C+12/14N≦Ceq+0.35 但し、Ceq=0.19+0.017(W+2Mo)+0.22V 上式において、N、W、MoおよびVは夫々鋼
中の含有量(%) Cr:3〜5% V:4.0〜6.0% Mo:8〜12% Co:6.7〜15% W:8〜14% N:0.3〜1.2% 残部実質的にFeとし、かつ(W+2Mo)が27
〜32%とし、硬度をHRC70以上とする。 (実施例) 本発明の窒化粉末ハイスは、叙上の成分元素よ
り構成されるが、これらの成分元素の組成範囲に
つき、以下限定理由を述べると共に、具体的実施
例を掲げて説明する。 Cは、Cr、Mo、W、V等の炭化物形成元素と
密接な関係を有し、高速度鋼の硬度、抗折力等に
大きな影響を与える。その為C含有量については
炭化物形成元素、特にMo、W、Vの配合量との
関連を考慮して規定すべきであるとされており、
例えば「鉄と鋼」(第45巻第5号第511〜516頁)
には、 Ceq=0.19+0.017(W+2Mo)+0.22V の関係式が提示されており、W、Mo及びVとの
関連を考慮せずにC含有量を決定することは当分
野において実質的に採用され得ないところである
(尚上式はCrを約4%で固定したときの計算式で
ある)。また、後述するようにN含有量をも考慮
して決定される。 Nは合金元素的に見ればCと類似している点が
あり、特に両者の原子量は夫々12、14と小さく、
鋼に対してはいずれも侵入型の原子であるから、
安定な合金化合物を生成し易い。その為Nを多く
含有させようとする本発明の主旨の下では、N含
有量を単独で調整するよりも、C量とN量を相関
させて両者含有量を設定すべきであるとの結論に
到達した。 この線に沿つて一定の結論を得る目的で次に述
べる様な実験を行つた。 第1表に示す様な合金組成からなる粉末鋼をガ
スアトマイズ法で製造し、これを窒化処理した後
いわゆるHIPによつて緻密化されたビレツトを得
た。これを供試材として最高熱処理硬さ及び抗折
力を求めたところ、第1,2図に示す様な結果が
得られた。 尚第1表において ΔC=〔C+12/14N〕−Ceq と置いたのは、前述の如くCとNが当分野におい
て略同効元素と考えられ、原子量の違いを換算す
れば対等と見倣し得たからである。
【表】
する。
第1図及び第2図より、ΔCが0.15%〜0.35%で
高硬度(HRC70以上)、高靭性(抗折力260Kg/mm2
以上)確保されることが判明した。 従つて、Nとの関係を考慮したC含有量の範囲
C+12/14・Nは、C+12/14・N=Ceq+ΔCで
表わされるので、第1図および第2図のΔCの範
囲から、 Ceq+0.15≦C+12/14N≦Ceq+0.35 となる。すなわち、C+12/14・NがCeq+0.15%
未満であれば、HRC70未満となり硬度が不足し、
Ceg+0.35%を越えると抗折力が260Kg/mm2未満と
なり靱性が劣化するようになる。 更に、本発明の粉末ハイスと従来のN含有量の
少ない粉末ハイスとの性能の差を明確にするた
め、第1表のB1、B3、B6を素材とするバイトを
試作し、SNCM439を被削材として切削試験を行
なつたところ、バイトのクレータ摩耗深さは第3
図に示す様な結果を示した。尚切削条件は下記の
通りとした。 切削速度:20m/分 切削長:200m 切込み:1.5mm 送り:0.2mm/rev 潤滑材:無し 第3図に見られる通り、クレータ摩耗深さが小
さいのはN含有量が0.3%以上の本発明のB3に限
られ、従来の粉末ハイスであるN含有量が0.04%
のB1、B6では硬さが略同等であるB3に対してク
レータ摩耗が約2倍となつた。従つて、N含有量
については、耐摩耗性確保のために0.3%以上必
要である。 また、NはVと結合してバナジウム窒化物
(VN)を形成するため、V含有量とバランスし
て含有する必要がある。VN中のNの重量割合は
0.2であり、本発明の場合、後述するようにVの
最大含有量は6%であるのでN含有量の上限は6
×0.2=1.2%となる。1.2%を越えて含有されても
効果はなく、逆に疲労特性の低下を招来し好まし
くない。 Crは高温における軟化及び酸化を防止するの
に有効である。3%未満では前記の効果が少な
く、一方5%を越えると、前記の効果を有する
が、靭性の低下を生じ好ましくない。 W当量(W+2Mo)は硬度確保のため所定の
値に規定される。W当量が27%未満ではHRC70以
上の硬度の確保が困難となり、一方32%を越える
と靭性が低下する。また、Wが8%未満では、靭
性が低下し、一方14%を越えると耐熱性が低下し
好ましくない。 MoはWとバランスして含有されるが、本発明
の場合、Moが8%未満では耐熱性が低下し、一
方12%を越えると靭性が低下し好ましくない。 Vは耐摩耗性付与のため含有され、4%未満で
耐摩耗性が低下し、一方6%を越えると、被研削
性が悪化する。 Coは硬度向上のため含有され、6.7%未満では
この効果が少なく、一方15%を越えると靭性が著
しく低下し好ましくない。 W当量、V、Coの含有量による機械的性質を
調べるため、第2表に示す合金組成からなる粉末
鋼及び既述の第1表B3の粉末鋼をガスアトマイ
ズ法で製造し、これを窒化処理した後、HIPによ
つて緻密化したビレツトを作成し、硬さ、抗折力
等を調べた。その結果を第4〜9図に示す。
第1図及び第2図より、ΔCが0.15%〜0.35%で
高硬度(HRC70以上)、高靭性(抗折力260Kg/mm2
以上)確保されることが判明した。 従つて、Nとの関係を考慮したC含有量の範囲
C+12/14・Nは、C+12/14・N=Ceq+ΔCで
表わされるので、第1図および第2図のΔCの範
囲から、 Ceq+0.15≦C+12/14N≦Ceq+0.35 となる。すなわち、C+12/14・NがCeq+0.15%
未満であれば、HRC70未満となり硬度が不足し、
Ceg+0.35%を越えると抗折力が260Kg/mm2未満と
なり靱性が劣化するようになる。 更に、本発明の粉末ハイスと従来のN含有量の
少ない粉末ハイスとの性能の差を明確にするた
め、第1表のB1、B3、B6を素材とするバイトを
試作し、SNCM439を被削材として切削試験を行
なつたところ、バイトのクレータ摩耗深さは第3
図に示す様な結果を示した。尚切削条件は下記の
通りとした。 切削速度:20m/分 切削長:200m 切込み:1.5mm 送り:0.2mm/rev 潤滑材:無し 第3図に見られる通り、クレータ摩耗深さが小
さいのはN含有量が0.3%以上の本発明のB3に限
られ、従来の粉末ハイスであるN含有量が0.04%
のB1、B6では硬さが略同等であるB3に対してク
レータ摩耗が約2倍となつた。従つて、N含有量
については、耐摩耗性確保のために0.3%以上必
要である。 また、NはVと結合してバナジウム窒化物
(VN)を形成するため、V含有量とバランスし
て含有する必要がある。VN中のNの重量割合は
0.2であり、本発明の場合、後述するようにVの
最大含有量は6%であるのでN含有量の上限は6
×0.2=1.2%となる。1.2%を越えて含有されても
効果はなく、逆に疲労特性の低下を招来し好まし
くない。 Crは高温における軟化及び酸化を防止するの
に有効である。3%未満では前記の効果が少な
く、一方5%を越えると、前記の効果を有する
が、靭性の低下を生じ好ましくない。 W当量(W+2Mo)は硬度確保のため所定の
値に規定される。W当量が27%未満ではHRC70以
上の硬度の確保が困難となり、一方32%を越える
と靭性が低下する。また、Wが8%未満では、靭
性が低下し、一方14%を越えると耐熱性が低下し
好ましくない。 MoはWとバランスして含有されるが、本発明
の場合、Moが8%未満では耐熱性が低下し、一
方12%を越えると靭性が低下し好ましくない。 Vは耐摩耗性付与のため含有され、4%未満で
耐摩耗性が低下し、一方6%を越えると、被研削
性が悪化する。 Coは硬度向上のため含有され、6.7%未満では
この効果が少なく、一方15%を越えると靭性が著
しく低下し好ましくない。 W当量、V、Coの含有量による機械的性質を
調べるため、第2表に示す合金組成からなる粉末
鋼及び既述の第1表B3の粉末鋼をガスアトマイ
ズ法で製造し、これを窒化処理した後、HIPによ
つて緻密化したビレツトを作成し、硬さ、抗折力
等を調べた。その結果を第4〜9図に示す。
【表】
する。
第4図及び第5図は、W当量(W+2Mo)と
硬さ、抗析力との関係を示す図であり、本発明に
係るB3(W当量:29.39%)及びB8(W当量:
27.78%)は、硬さHRC70以上、抗折力270Kg/mm2
以上と良好な値を示しているが、W当量が規定値
以下の23.47%のB7は硬さがHRC70より若干低く、
一方W当量が規定値以上の33.77%のB9は硬さが
HRC72以上有り極めて良好であるが、抗折力が
240Kg/mm2以下に急激に低下している。 第6図及び第7図は、V含有量と比摩耗量、研
削比との関係を示す図であり、本発明に係るB3
(V:5.09%)及びB11(V:5.85%)は、比摩耗
量0.3×10-4mm2/Kg・m以下、研削比(実研削
量/砥石摩耗量)1.4以上と良好な値を示してい
るが、Vが規定値以下の3.41%の比較例に係る
B10は比摩耗量が多く、一方Vが規定値以上の
6.84%の比較例に係るB12は研削比が急激に悪化
している。尚、比摩耗量は、大越式摩耗試験によ
り、相手材SNCM439、最終荷重6.3Kg、摩擦距離
400m、無潤滑で測定したものであり、研削比は、
研削試験により、砥石GC36、砥石周速1800m/
秒、ワーク周速18m/秒、切込み10μmで測定し
たものである。 第8図及び第9図は、Co含有量と硬さ、抗折
力との関係を示す図であり、本発明に係るB3
(Co:12.20%)及びB14(Co:6.76%)は硬さHR
C70以上、抗折力270Kg/mm2以上と良好な値を示
しているが、Coが規定値以下の0.88%の比較例に
係るB13は硬さがHRC68近くに低下し、一方Coが
規定値以上の19.87%の比較例に係るB15は抗折
力が240Kg/mm2以下と著しく低下している。 (発明の効果) 以上述べた通り、本発明の窒化粉末ハイスは、
C%をN%、Ceqとの関連の下に規定し、他の合
金成分も所定の値に規定したから、耐凝着摩耗性
に優れると共に、抗折力が260Kg/mm2以上と靱性
にも優れ、更に超硬合金に近い硬さのHRC70以上
を有し、耐摩耗性コーテイングなしで優れた耐摩
耗性を具備することができた。
第4図及び第5図は、W当量(W+2Mo)と
硬さ、抗析力との関係を示す図であり、本発明に
係るB3(W当量:29.39%)及びB8(W当量:
27.78%)は、硬さHRC70以上、抗折力270Kg/mm2
以上と良好な値を示しているが、W当量が規定値
以下の23.47%のB7は硬さがHRC70より若干低く、
一方W当量が規定値以上の33.77%のB9は硬さが
HRC72以上有り極めて良好であるが、抗折力が
240Kg/mm2以下に急激に低下している。 第6図及び第7図は、V含有量と比摩耗量、研
削比との関係を示す図であり、本発明に係るB3
(V:5.09%)及びB11(V:5.85%)は、比摩耗
量0.3×10-4mm2/Kg・m以下、研削比(実研削
量/砥石摩耗量)1.4以上と良好な値を示してい
るが、Vが規定値以下の3.41%の比較例に係る
B10は比摩耗量が多く、一方Vが規定値以上の
6.84%の比較例に係るB12は研削比が急激に悪化
している。尚、比摩耗量は、大越式摩耗試験によ
り、相手材SNCM439、最終荷重6.3Kg、摩擦距離
400m、無潤滑で測定したものであり、研削比は、
研削試験により、砥石GC36、砥石周速1800m/
秒、ワーク周速18m/秒、切込み10μmで測定し
たものである。 第8図及び第9図は、Co含有量と硬さ、抗折
力との関係を示す図であり、本発明に係るB3
(Co:12.20%)及びB14(Co:6.76%)は硬さHR
C70以上、抗折力270Kg/mm2以上と良好な値を示
しているが、Coが規定値以下の0.88%の比較例に
係るB13は硬さがHRC68近くに低下し、一方Coが
規定値以上の19.87%の比較例に係るB15は抗折
力が240Kg/mm2以下と著しく低下している。 (発明の効果) 以上述べた通り、本発明の窒化粉末ハイスは、
C%をN%、Ceqとの関連の下に規定し、他の合
金成分も所定の値に規定したから、耐凝着摩耗性
に優れると共に、抗折力が260Kg/mm2以上と靱性
にも優れ、更に超硬合金に近い硬さのHRC70以上
を有し、耐摩耗性コーテイングなしで優れた耐摩
耗性を具備することができた。
第1図はΔCと硬さとの関係を示す図、第2図
はΔCと抗折力との関係を示す図、第3図は切削
試験におけるクレータ摩耗深さを示す図、第4図
はW当量と硬さとの関係を示す図、第5図はW当
量と抗折力との関係を示す図、第6図はV含有量
と比摩耗量との関係を示す図、第7図はV含有量
と研削比との関係を示す図、第8図はCo含有量
と硬さとの関係を示す図、第9図はCo含有量と
抗折力との関係を示す図である。
はΔCと抗折力との関係を示す図、第3図は切削
試験におけるクレータ摩耗深さを示す図、第4図
はW当量と硬さとの関係を示す図、第5図はW当
量と抗折力との関係を示す図、第6図はV含有量
と比摩耗量との関係を示す図、第7図はV含有量
と研削比との関係を示す図、第8図はCo含有量
と硬さとの関係を示す図、第9図はCo含有量と
抗折力との関係を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 化学組成が重量%で、 C:次式を満足する量(%) Ceq+0.15≦C+12/14N≦Ceq+0.35 但し、Ceq=0.19+0.017(W+2Mo)+0.22V 上式において、N、W、MoおよびVは夫々鋼
中の含有量(%) Cr:3〜5% Mo:8〜12% W:8〜14% V:4〜6% Co:6.7〜15% N:0.3〜1.2% 残部実質的にFeからなり、かつ(W+2Mo)
が27〜32%で、硬度がHRC70以上であることを特
徴とする仕上加工のままで用いられる耐凝着摩耗
性に優れた高硬度高靭性窒化粉末ハイス。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59128288A JPS616255A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 高硬度高靭性窒化粉末ハイス |
| US06/746,124 US4599109A (en) | 1984-06-20 | 1985-06-18 | High hardness and high toughness nitriding powder metallurgical high-speed steel |
| SE8503020A SE458770B (sv) | 1984-06-20 | 1985-06-18 | Nitrerat, pulvermetallurgiskt snabbstaal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59128288A JPS616255A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 高硬度高靭性窒化粉末ハイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS616255A JPS616255A (ja) | 1986-01-11 |
| JPH0453939B2 true JPH0453939B2 (ja) | 1992-08-28 |
Family
ID=14981107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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