JPH05156404A

JPH05156404A - 高強度超硬合金

Info

Publication number: JPH05156404A
Application number: JP32820191A
Authority: JP
Inventors: Toshinari Kakefuda; 俊成掛札
Original assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Current assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Priority date: 1991-11-16
Filing date: 1991-11-16
Publication date: 1993-06-22

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の金型用超硬合金に比較して、高靭性、
高硬度を有し、金型に使用した場合、２〜４倍の寿命を
示す超硬合金を提供しようとするものである。【構成】コバルトおよび／またはニッケル５〜１５ｗ
ｔ％、バナジウム０.１〜１.５ｗｔ％、炭化クロム０.
１〜１.７％、残炭化タングステンと不可避不純物より
なる超硬合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度超硬合金、特に順
送金型などに用いられるスタンピング加工用超硬合金に
関するもので、従来の金型超硬合金と比較して、高靭
性、高硬度を有することを特徴とし、金型に使用した場
合、従来合金の２〜４倍の寿命を示すものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、順送金型などにおける加工は、
高速度で、かつ高荷重の繰り返し加工である。被加工材
は、黄銅、ステンレスなどから、最近では硬質めっきを
施したもの、アモルファス金属など、より硬質な素材と
なり、板厚も薄物から厚物へと、苛酷な加工条件となっ
ており、パンチ、ダイなど加工用の素材には、より高靭
性、高硬度の超硬合金が望まれている。

【０００３】現在、順送金型で板材加工用に用いられる
超硬合金は、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５など、ＪＩＳやＣＩＳな
どに規定された合金が多い。しかし、これらの超硬合金
は、１６％以上のコバルトを含有するので、靭性は抗折
力２.５〜３.２ＧＰａと高い反面、硬度はＨＲＡ８６〜
８８程度と低い。これは、スタンピング加工中の欠けや
折損を防止するための措置であり、すなわち、スタンピ
ング中の事故は、金型そのものを破損させる可能性が大
きいので、硬度を犠牲にしても、耐事故性のある高靭性
の金型素材を選択せざるを得ないのが現状である。従っ
て、ＪＩＳに代表される従来の超硬合金を用いた金型
は、硬さが低いため摩耗が早く、寿命が短い欠点を有し
ている。

【０００４】長寿命の金型素材には、抗折力が高い、す
なわち高靭性であると同時に、硬さが高い、すなわち耐
摩耗性に優れた超硬合金が望まれる。しかし、現在スタ
ンピングに使用されているＪＩＳ規格超硬合金には、高
抗折力と高硬度という、相反する性質を兼ね備えたもの
はない。

【０００５】高硬度高抗折力超硬合金については、特開
昭６１−１２８４７号、特開昭６１−１９５９５１号、
特開昭６３−４２３４６号、特公平１−１８１３７号な
どがあり、いずれもミクロンドリル、ドットピンなど直
径１mm以下の小さな部品やエンドミルなどの切削工具に
ついて使用条件を述べているが、横断面寸法が数mm以上
で、かつ打撃的な力が加わる、スタンピングのように苛
酷な使用条件については言及していない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、苛酷
な加工条件を要求される金型の寿命を伸ばすことにあ
る。金型の寿命は、そこに用いられる超硬合金の摩耗、
欠損あるいは折損に対する抵抗性よって左右される。耐
摩耗性を向上するためには、硬度を増大させることが必
要であり、また欠損、折損を防止するには、靭性を向上
することが必要である。しかし、ＪＩＳ、ＣＩＳなどに
規定される一般の超硬合金では、硬度を向上させるため
に炭化タングステンを増加させると、それら硬質炭化物
をつなぐコバルトを主とした結合相量を実質的には減少
させる結果となり、故に靭性が低下する。スタンピング
加工のように高速度で繰り返し荷重を受ける用途におい
ては、高靭性が最も必要とされる特性となる。従ってス
タンピングでは、高靭性を得るために結合相量の多い、
その反面硬度の低い超硬合金を、規格の中から選択して
使用しているのが現状である。

【０００７】これに対し、本発明による超硬合金は、硬
度を向上させると同時に高靭性を得ることに特徴があ
る。ＪＩＳ、ＣＩＳなどの一般超硬合金と異なり、本発
明による超硬合金は、硬度を得るために炭化タングステ
ン量を多くし、結合相量の中心となるコバルト量乃至は
１５％以下と低くした。また炭化タングステン粒子を微
細化することにより、炭化タングステンの総表面積を増
加させ、結合相との接触面積を増加させて高靭性化を図
ると同時に、スタンピング加工中の不慮の欠損を極力抑
制し、よって金型損傷を防止する効果も有するものであ
る。

【０００８】

【発明の構成】本発明は、炭化タングステン、コバルト
および／またはニッケルなどを粉砕混合し、微粒化する
ことで、上記目的を達成するものである。すなわち、本
発明は、コバルトおよび／またはニッケル５〜１５ｗｔ
％と、硬質炭化物としてバナジウム０.１〜１.５ｗｔ％
および炭化クロム０.１〜１.７ｗｔ％を含有し、残りが
炭化タングステンと不可避不純物からなることを特徴と
する超硬合金を基本とするものである。

【０００９】本発明においては、上記成分の粉砕混合を
効率よく行うことで、炭化タングステンの焼結前粒度を
０.４μｍ以下とし、さらに、炭化タングステンと結合
相の、均一で微小な焼結組織を得ることによりその目的
を達成したものである。この場合、微小粒は焼結中に粒
成長を起こしやすく、焼結粒度が微細にならない。そこ
で、焼結中の粒成長を抑制する目的で、炭化タングステ
ン以外の炭化物の添加を検討した結果、炭化バナジウム
と炭化クロムの複合添加が最も有効であり、これらの添
加により、焼結後の炭化タングステン粒子の粒径が０.
６μｍ以下となるという知見を得た。本発明者は、順送
金型のスタンピング加工に供する超硬合金において、摩
耗、欠けに有効である焼結粒径は、０.６μｍ以下であ
ることを実験によって確認し、上記の組成並びに焼結粒
径を決定したものである。

【００１０】コバルトおよび／またはニッケルの量は、
５ｗｔ％未満では焼結組織の緻密化に対し不十分で機械
的特性が低下し、また１５％を超えると硬度が極端に低
下することから、５〜１５％の範囲を決定した。

【００１１】炭化バナジウムは、前述のごとく炭化タン
グステンの粒成長を抑制する効果があるが、微量では粒
成長抑制効果はなく、多量ではバナジウムを含有した第
３相を合金中に生じさせ、特性値を低下させることか
ら、０.１〜１.５ｗｔ％の範囲を決定した。

【００１２】炭化クロムは、単独でも粒成長抑制効果を
有するが、炭化バナジウムと同様、微量では粒成長抑制
効果はなく、多量では第３相を合金中に生じさせる。ま
た、炭化バナジウムと複合添加することにより、粒成長
抑制効果が著しい。以上より、０.１〜１.７ｗｔ％の範
囲を決定した。

【００１３】本合金は、粉末成形時においてパラフィン
などの油脂類を添加しない方が適当である。すなわち、
粉末成形体に油脂類を含まないため成形体の相対密度を
高くすることができ、さらに成形に際し、ＣＩＰ成形を
行うと、等方的な加圧により成形密度が向上するからで
ある。

【００１４】また焼結において、脱脂工程が省略できる
ため、工程短縮となるだけでなく、残留油脂を成因とす
る機械的特性劣化の原因を抑制し、焼結組織内の遊離炭
素の発生防止ともなる。さらに、組織内に油脂分が存在
せず、焼結初期から粉末同士が接触しているため、真空
焼結によっても、高い焼結密度を得ることができ、ま
た、焼結最終時期において、１ＭＰａ以下のアルゴンあ
るいは窒素による加圧を行えば、さらに焼結密度は上昇
する。従って、この手段を用いた超硬合金はＨＩＰ処理
を行わずに、高特性が得られるという効果が期待でき
る。

【００１５】

【実施例】

実施例１コバルト１１％、炭化バナジウム０.１５％、炭化クロ
ム１.１％、残炭化タングステンの合金をアトライター
を用い、エタノールによる湿式混合後、パラフィンを添
加せずに真空加熱乾燥を行い、篩処理を行って得られた
粉末をゴム型に充填、ＣＩＰ成形した。この成形体を１
４００℃で真空焼結、次いでアルゴンガスを導入し、
０.９ＭＰａで加圧焼結した。この合金で、ＪＩＳ−Ｈ
５５０１に規定される抗折試験を行ったところ、抗折力
４.４ＧＰａ、硬さＨＲＡ９１.７が得られた。本合金を
用いて順送金型用パンチと、ダイを作製し、厚さ８０μ
ｍ、ビッカース硬度ＨＶ５００のステンレス板を、５８
０ショット／ｍｉｎの加工速度で、電子部品をスタンピ
ング加工した。その結果、ＣＩＳ−Ｖ５の市販超硬合金
では４０〜８０万ショットの使用寿命であったのに対
し、本合金は１６０万ショット以上という従来合金の２
〜４倍以上の寿命を示した。

【００１６】実施例２実施例１と同じ合金を順送金型に組み込み、厚さ８０μ
ｍのステンレスＳＵＳ３０１を、５７０ショット／ｍｉ
ｎの加工速度でスタンピング加工した。その結果、ＣＩ
Ｓ−Ｖ３の市販超硬合金では、パンチ先端の再研磨を５
〜６回繰り返し、述べショット数３０万ショットで廃棄
処分していたのに対し、本合金を用いた金型では２００
万ショット研磨なし、という実質１０倍以上の長寿命を
示した。

【００１７】実施例３コバルト８％、炭化バナジウム０.１％、炭化クロム０.
８％、残炭化タングステンの組成を有する合金を上記と
同様の方法で作製したところ、抗折力４.１ＧＰａ、硬
さＨＲＡ９２.２が得られた。本合金を組み込んだ順送
金型を用い、厚さ０.３２mmのリン青銅を、加工速度７
００ショット／ｍｉｎでスタンピング加工した。その結
果、ＣＩＳ−Ｖ５の市販超硬合金では、５００万ショッ
トで組み替えとなったのに対し、本合金では、１０００
万ショットという寿命を示した。

【００１８】実施例４コバルト７％、炭化バナジウム０.０９％、炭化クロム
０.７％。残炭化タングステンの組成を有する合金を実
施例１と同様の方法で作製したところ、抗折力４.０Ｇ
Ｐａ、硬さＨＲＡ９２.３が得られた。この合金を用い
たスタンピング金型は、実施例３と略同等乃至それ以上
の寿命を示した。

【００１９】実施例５コバルト１１.１％、炭化バナジウム０.１８％、炭化ク
ロム１.４９％、残炭化タングステンの合金を作製し
た。この合金の抗折力は４.９ＧＰａ、硬さはＨＲＡ９
１.７でこれを用いた金型の寿命は略実施例３のそれと
同等であった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コバルトおよび／またはニッケル５〜１
５ｗｔ％と、硬質炭化物としてバナジウム０.１〜１.５
ｗｔ％および炭化クロム０.１〜１.７ｗｔ％を含有し、
残りが炭化タングステンと不可避不純物からなることを
特徴とする超硬合金。
【請求項２】請求項１のの超硬合金において、焼結後
の炭化タングステンの粒径が０.６μｍ以下であること
を特徴とする超硬合金。
【請求項３】請求項１の超硬合金において、抗折力が
４ＧＰａ以上でかつロックウェル硬度がＨＲＡ９１.５
以上であることを特徴とする超硬合金。
【請求項４】請求項１の超硬合金において、スタンピ
ング加工に使用することを特徴とする超硬合金。
【請求項５】請求項１の超硬合金において、粉末成形
時に、パラフィンなどの油脂類を添加しないことを特徴
とする超硬合金。