JPH07252555A - 板状wc含有超硬合金の製造方法 - Google Patents
板状wc含有超硬合金の製造方法Info
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Abstract
御を容易にし、高硬度,高靭性で、かつ耐摩耗性,耐欠
損性に優れる超硬合金を得ることができる板状WC含有
超硬合金の製造方法を提供する。 【構成】 カーボンおよび/またはグラファイト0.5
〜5.5重量%と、残りがC(炭素元素)とWとCo,
Ni,Crの1種以上とでなる複合炭化物粉末、該複合
炭化物粉末とW,W2C,WCの1種以上とでなる複合
炭化物含有混合物、W2CまたはW2CおよびWCとC
o,Ni,Crの1種以上とでなる複合炭化物前駆体混
合物の中の少なくとも1群からなる混合粉末を成形後、
真空中または非酸化性ガス雰囲気中で1200〜160
0℃に加熱焼結することを特徴とする方法。
Description
た超硬合金を作製するための板状WC含有超硬合金の製
造方法に関し、具体的には、超硬合金中に板状WC結晶
を晶出させることにより、硬さ,靭性,耐摩耗性,耐欠
損性,耐塑性変形性,耐熱亀裂性に優れるようにしたバ
イト,ドリル,エンドミルに代表される切削工具、絞り
型,しごき型,鍛造型などの組成加工工具や打抜き型,
スリッターなどの剪断加工工具に代表される耐摩耗工
具、メカニカルシールや軸受けに代表される摺動材料、
時計側,タイピン,釣具部品に代表される耐腐食・装飾
材料および各種の精密機械部品に代表される構造材料を
作製するための最適な方法となる板状WC含有超硬合金
の製造方法に関するものである。
合相とでなる超硬合金は、多種多用の用途に実用されて
いる。この従来の超硬合金は、硬さを高めて耐摩耗性を
向上させると靭性の低下および耐欠損性の劣下が生じ、
逆に靭性および耐欠損性を高めると硬さおよび耐摩耗性
が低下するという二律背反的傾向を示すという問題があ
る。この問題を解決するものとしての提案が多数行われ
ている。
結晶面による機械的特性の異方性について注目したも
の、具体的には、例えばWC結晶の(001)面が最高
硬さで、(100)面方向が最高弾性率を示すことか
ら、(100)面方向に優先的に成長させ、(001)
面が発達した三角状または六角状に代表される板状WC
の存在した超硬合金もしくはその製造方法に関するもの
がある。
のに、特公昭47−23049号公報,特公昭47−2
3050号公報,特開昭57−34008号公報,特開
平2−47239号公報,特開平2−51408号公
報,特開平2−138434号公報,特開平2−274
827号公報および特開平5−339659号公報があ
る。
行技術の内、特公昭47−23049号公報,特公昭4
7−23050号公報には、板状WCを成長させるため
の多孔性の凝集体でなるコロイド状炭化タングステン粉
末とFe,Ni,Coまたはこれらの合金の粉末からな
る組成物を出発物質として用いる板状WC含有超硬合金
の製造方法について記載されている。これら両公報に記
載されている組成物の出発物質は、コロイド状炭化タン
グステン粉末の調整が困難であり、これを用いて超硬合
金を作製する場合には、加熱焼結時における板状WC結
晶の生成割合が少なく、その粒径および含有量の制御が
困難であり、全製造工程が複雑で高価になるという問題
がある。
は、強粉砕したWとCの混合粉末に少量のFe族金属塩
を添加した後、加熱,炭化して(001)面を双晶面と
して接合された双晶炭化タングステンの製造方法につい
て記載されている。同公報に記載されている方法により
得られる粉末は、双晶炭化タングステンの含有割合が少
なく、かつ分離も困難であること、この粉末を出発物質
として超硬合金を作製すると、超硬合金中の双晶炭化タ
ングステン含有率がさらに少なくなって、その効果が非
常に弱くなるという問題がある。
び特開平2−138434号公報には、炭化タングステ
ンを過飽和に含有した(W,Ti,Ta)Cの固溶体を
出発物質として、加熱焼結時に板状WCを晶出させると
いう超硬合金の製造方法について記載されている。そし
て、これら両公報に記載されている炭化タングステンを
過飽和に含有した固溶体組成物の出発物質については、
特開平2−51408号公報に詳細に記載されている。
これら3件の公報に記載されている炭化タングステンを
過飽和に含有した固溶体組成物を用いて超硬合金を作製
する場合に、焼結時における板状WCの生成割合が少な
いこと、組成成分の制限された超硬合金にしか適用でき
ないという問題がある。
は、使用済みの超硬合金を酸化し、還元した後、炭化し
て得られた組成物粉末を出発物質として用いて、焼結時
に、この出発物質中の微細炭化タングステンを粒成長さ
せて板状WC結晶とする異方性超硬合金成形体製造用粉
末について記載されている。同公報に記載の組成物粉末
は、この粉末を作製するための製造工程が複雑で高価に
なること、またこの粉末を用いて超硬合金を作製する場
合、板状WC結晶の生成割合が少なく、その粒径の制御
が困難であるという問題がある。
は、0.5μm以下のWCと、3〜40重量%の立方晶
系化合物と、1〜25重量%のCoおよび/またはNi
からなる混合粉末でなる出発物質を用いて、1450℃
以上で焼結し、板状WC結晶を有する超硬合金を作製す
る方法が記載されている。同公報に記載されている出発
物質は、長時間の混合粉砕によって微細で、かつ高歪量
の炭化タングステンの含有した粉末としているために、
不純物量が多くなること、製造工程時間が長くなるこ
と、これを用いて超硬合金を作製する場合、板状WC結
晶の生成割合が少なく、その粒径の制御も困難であると
いう問題がある。
もので、具体的には、超硬合金を作製するにあたり、焼
結時に板状WC結晶を容易に晶出させることができる特
徴のある出発物質を用いて、板状WC結晶の含有量の制
御およびその粒径の制御を容易にし、高硬度,耐摩耗性
に優れ、かつ高靭性,耐欠損性に優れる超硬合金を得る
ことができる方法であり、従来の方法で得られる超硬合
金では考えられない高硬度,高靭性,高強度によるシナ
ジ効果を発揮し、長寿命となる板状WC含有超硬合金の
製造方法の提供を目的とするものである。
り、超硬合金の硬さ、耐摩耗性を低下させずに、強度,
靭性,耐欠損性を向上させるための検討を行っていた
所、板状WC結晶を含有した超硬合金にするとその目的
が達成される傾向にあること、この超硬合金を得るため
には、用いる出発物質に従来用いられたことのないWと
CとCoの複合炭化物またはW2CとCoを含有してお
くと達成されるという知見を得て、本発明を完成するに
至ったものである。
の製造方法は、カーボンおよび/またはグラファイト
0.5〜5.5重量%と、残りが第1物質:C(炭素元
素)とWとCo,Ni,Crの1種以上とでなる複合炭
化物粉末、第2物質:該複合炭化物粉末とW,W2C,
WCの1種以上とでなる複合炭化物含有混合物、第3物
質:W2C、またはW2CおよびWCとCo,Ni,Cr
の1種以上とでなる複合炭化物前駆体混合物から選ばれ
た少なくとも1種の板状WC含有形成物質とからなる混
合粉末を成形後、真空中または非酸化性ガス雰囲気中で
1200〜1600℃に加熱焼結することを特徴とする
方法である。
質は、第1物質,第2物質,第3物質の中の少なくとも
1種からなり、これらの第1物質,第2物質,および第
3物質のそれぞれが焼結時に主として添加されているカ
ーボンおよび/またはグラファイトと反応し、板状WC
結晶の晶出とCo,Ni,Crの中の1種以上とでなる
結合相の形成に寄与するものである。この板状WC形成
物質の内、第1物質は、具体的には、例えばCo3W9C
4,Co2W4C ,Co3W3C ,Co6W6C ,Ni2W
4C,(Ni,Cr)2W4Cの複合炭化物粉末を挙げる
ことができ、これらの複合炭化物の少なくとも1種から
なることが好ましいことである。また、第2物質は、第
1物質である複合炭化物粉末の少なくとも1種とW,W
2C,WCの中の1種以上とでなる複合炭化物含有混合
物でなり、第3物質は、W2C、またはW2CおよびWC
とCo,Ni,Crの1種以上からなる複合炭化物前駆
体混合物でなり、好ましくはW2Cが50重量%以上で
なる第3物質であり、この複合炭化物前駆体混合物が加
熱焼結時に1度上述の第1物質である複合炭化物を形成
するものである。
含有超硬合金の諸特性に大きく支障がない程度ならば、
板状WC形成物質として存在している複合炭化物粉末,
W,W2C,WCのW元素に代えてMoを置換した物質
として用いることも好ましいことである。また、板状W
C形成物質は、第1物質,第2物質,第3物質をそれぞ
れ単一に選定しても充分にその効果が高く好ましいが、
板状WC形成物質を作製する工程を簡略にするなどか
ら、第1物質と第3物質との混合物、または第2物質と
第3物質との混合物として用いることも好ましいことで
ある。
はグラファイトとの混合粉末から板状WC含有超硬合金
を作製すると、板状WC結晶の晶出量が非常に高く、そ
の結果、得られる板状WC含有超硬合金がより高硬度,
高靭性,高強度となり好ましいが、さらに高温時におけ
る板状WC含有超硬合金の硬さ,耐摩耗性,強度,靭
性,耐熱性,耐衝撃性,耐溶着性などの諸特性を高める
ために、次のような製造方法によって板状WC含有超硬
合金を得ることも好ましいことである。
の製造方法は、カーボンおよび/またはグラファイト
0.5〜5.5重量%と、板状WC含有形成物質40重
量%以上と、残りが周期律表の4a,5a,6a族金属
の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体、並びにC
o,Ni,Cr,Wの中の少なくとも1種の補足物質と
からなる混合粉末を成形後、真空中または非酸化性ガス
中で1200〜1600℃に加熱焼結する方法である。
は、具体的には、例えばTiC,ZrC,HfC,V
C,NbC,TaC,Cr3C2,Mo2C,WC,Ti
N,ZrN,HfN,VN,NbN,TaN,CrN,
(W,Ti)C,(W,Ti,Ta)C,(W,Ti,
Ta,Nb)C,Ti(C,N),(W,Ti)(C,
N),(W,Nb,Zr)(C,N),(W,Ti,T
a)(C,N),(W,Ti,Ta,Nb)(C,
N),Co,Ni,Cr,W,Co・Ni合金,Co・
Cr合金,Ni・Cr合金,Co・Ni・Cr合金,C
o・W合金,Co・Cr・W合金を挙げることができ
る。
ーボンおよび/またはグラファイトが0.5重量%未満
になると、加熱焼結時に板状WC形成物質から板状WC
結晶の晶出への交換率が減少し、逆に5.5重量%を超
えて多くなると、得られる板状WC含有超硬合金中にフ
リーカーボンが多量に存在するようになり、合金の諸特
性の低下が顕著となる。また、カーボンおよび/または
グラファイトと補足物質と板状WC形成物質とでなる混
合粉末の場合に、混合粉末中の板状WC形成物質が40
重量%未満になると、得られる板状WC含有超硬合金中
における板状WC結晶の晶出量が少なく、合金の諸特性
の向上に対する効果が弱くなる。
酸化性ガス中とは、例えば混合粉末を加圧成形して得ら
れた成形体が酸化されない程度の真空雰囲気、または水
素ガス,不活性ガス,窒素ガスに代表される非酸化性ガ
ス雰囲気を挙げることができる。勿論、ホットプレスで
焼結すること、または焼結後、熱間静水圧処理(HI
P)すること、さらには成形体の作製では、従来の加圧
成形,鋳入成形,押出し成形に代表される粉末冶金の成
形法を用いることができる。
状WC形成物質とカーボンおよび/またはグラファイト
が加熱焼結時に反応し、板状WC結晶の晶出作用とC
o,Ni,Crの1種以上を主成分とする結合相に分解
する作用をしているものである。
平均粒径1〜2μmのNi,Co,Cr3C2、平均粒径
0.02μmのカーボンブラック(表中Cと記す)の各
粉末を用いて、表1に示した配合組成に秤量し、アセト
ン溶媒と超硬合金製ボールと共にステンレス製ポットに
挿入し、48時間の混合粉砕後、乾燥して板状WC形成
物質作製用混合物を得た。これらの混合物をカーボンボ
ードに挿入し、雰囲気圧力10-2Torrの真空炉中で
1400℃,1時間焼成して表1に示した板状WC形成
物質(イ)〜(ヘ)を得た。こうして得た(イ)〜
(ヘ)の粉末をX線回折法で同定し、内部添加法により
組成成分を定量し、その結果を表1に併記した。
(ヘ)と上述のNi,Co,Cr3C2,カーボンブラッ
クと平均粒径2.0μmWCの各粉末とを用いて、表2
に示した配合組成に秤量し、アセトン溶媒と超硬合金製
ボールと共にステンレス製ポットに挿入し、48時間の
混合粉砕後、乾燥して混合粉末を得た。
t/cm2の加圧でもって約5.5×9.5×29mm
の圧粉成形体を作製し、アルミナとカーボンの繊維から
なるシート上に圧粉成形体を設置し、雰囲気圧力10-2
Torrの真空中で表2に併記する温度で1時間加熱し
て本発明の方法による試料1〜7および比較法による試
料1〜6の超硬合金を得た。
モンド砥石で湿式研削加工し、4.0×8.0×25.
0mmの形状に作製し、抗折力(JIS法)を測定し
て、その結果を表3に示した。次に、これらの超硬合金
の一面を1μmのダイヤモンドペーストでラップ加工し
た後、ビッカース硬さ(荷重20kgf)と破壊靭性値
K1c(IM法,荷重20kgf)を測定し、その結果
を表3に併記した。また、ラップ加工面を電子顕微鏡観
察し、組織写真の画像処理装置にてWCの平均粒径およ
び最大径と最小径との比(アスペクト比)が2.0以上
である板状WC結晶のWC全体に対する体積比を求め
て、その結果を表3に併記した。
〜(ヘ)とW,Ni,Co,Cr3C2,カーボンブラッ
ク,WCの他に、平均粒径1〜2μmのTaC,(W,
Ti,Ta)C(重量比で、WC/TiC/TaC=5
0/20/30、表中WTTと記す)の各粉末を用い
て、表4に示した配合組成に秤量し、表4に併記した焼
結温度以外は実施例1と同様に行って焼結し、本発明の
方法による試料8〜18および比較法による試料7〜8
の超硬合金を得た。
よび比較による試料7〜16について、実施例1と同様
にしてそれぞれの合金組成成分を調べて、その結果を表
4に併記した。さらに、実施例1と同様にして、本発明
による試料8〜18および比較による試料7〜16につ
いて、抗折力,硬さ,破壊靭性値,WC平均粒径および
全WC中の板状WC結晶の含有比率を調べて、その結果
を表5に示した。
法は、焼結時に板状WC結晶を晶出し、焼結後には板状
WC結晶の含有率の高い超硬合金にすることができるこ
と、およびWCとCo,Ni,Crの1種以上の結合相
とでなる板状WC含有超硬合金から、さらに補足物質を
添加することにより広範囲の組成成分でなる板状WC含
有超硬合金を得ることができること、そして得られる板
状WC含有超硬合金が同一組成成分でなる従来の超硬合
金に比べて、抗折力で0.1〜0.8GPa,硬さで
0.6〜3.2GPa,K1cで0.1〜1.5MPa
・m3/2も向上するという強度,硬さ,靭性を同時に高
めることがきるという優れた効果がある。
Claims (3)
- 【請求項1】 カーボンおよびグラファイト0.5〜
5.5重量%と、残りが下記第1物質,第2物質,およ
び第3物質から選ばれた少なくとも1種の板状WC含有
形成物質とからなる混合粉末を成形後、真空中または非
酸化性ガス雰囲気中で1200〜1600℃に加熱焼結
することを特徴とする板状WC含有超硬合金の製造方
法。 第1物質:C(炭素元素)とWとCo,Ni,Crの1
種以上とでなる複合炭化物粉末 第2物質:該複合炭化物粉末とW,W2C,WCの1種
以上とでなる複合炭化物含有混合物 第3物質:W2C,またはW2CおよびWCとCo,N
i,Crの1種以上とでなる複合炭化物前駆体混合物 - 【請求項2】 カーボンおよび/またはグラファイト
0.5〜5.5重量%と、請求項1記載の板状WC含有
形成物質40重量%以上と、残りが周期律表の4a,5
a,6a族金属の炭化物,窒化物およびこれらの相互固
溶体、並びにCo,Ni,Cr,Wの中の少なくとも1
種の補足物質とからなる混合粉末を成形後、真空中また
は非酸化性ガス中で1200〜1600℃に加熱焼結す
ることを特徴とする板状WC含有超硬合金の製造方法。 - 【請求項3】 上記板状WC含有形成物質がCo3W9C
4,Co2W4C ,Co3W3C ,Co6W6C ,Ni2W
4C,(Co,Cr)6W6C,(Ni,Cr)2W4Cの
中の少なくとも1種の複合炭化物でなる第1物質、また
は該複合炭化物とW,W2C,WCの1種以上とでなる
第2物質であることを特徴とする請求項1または2記載
の板状WC含有超硬合金の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6069978A JP2947707B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 板状wc含有超硬合金の製造方法 |
| TW084108233A TW368522B (en) | 1994-03-07 | 1995-08-08 | Plate-crystalline tungsten carbide-containing hard alloy, composition for forming plate-crystalline tungsten carbide and process for preparing said hard alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6069978A JP2947707B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 板状wc含有超硬合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07252555A true JPH07252555A (ja) | 1995-10-03 |
| JP2947707B2 JP2947707B2 (ja) | 1999-09-13 |
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ID=13418266
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| JP6069978A Expired - Lifetime JP2947707B2 (ja) | 1994-03-07 | 1994-03-14 | 板状wc含有超硬合金の製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2947707B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114318040A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 江西理工大学 | 一种添加稀土硬质合金及其制备方法 |
| KR20250071657A (ko) * | 2023-11-15 | 2025-05-22 | 전북대학교산학협력단 | 경도 및 파괴인성이 향상된 초경합금 및 이의 제조방법 |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP6069978A patent/JP2947707B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114318040A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 江西理工大学 | 一种添加稀土硬质合金及其制备方法 |
| CN114318040B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-04-07 | 江西理工大学 | 一种添加稀土硬质合金及其制备方法 |
| KR20250071657A (ko) * | 2023-11-15 | 2025-05-22 | 전북대학교산학협력단 | 경도 및 파괴인성이 향상된 초경합금 및 이의 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2947707B2 (ja) | 1999-09-13 |
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