JPH0790543A - 超硬合金部材の表面硬化法 - Google Patents
超硬合金部材の表面硬化法Info
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- JPH0790543A JPH0790543A JP24092693A JP24092693A JPH0790543A JP H0790543 A JPH0790543 A JP H0790543A JP 24092693 A JP24092693 A JP 24092693A JP 24092693 A JP24092693 A JP 24092693A JP H0790543 A JPH0790543 A JP H0790543A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超硬合金部材の表面に優れた硬度や密着性を
有する硬化層を形成できることはもとより、処理コスト
が安くかつ安全性に優れた超硬合金部材の表面処理法の
提供を目的とする。 【構成】 本発明の超硬合金部材の表面硬化法は、超硬
合金部材２表面の所定部位にボロンまたはボロン化合物
５を接触させて加熱することによりボロンを母材組織内
に浸透、拡散させることを特徴とする。さらに、この処
理法において、前記超硬合金部材２の加熱後、２００℃
／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。
有する硬化層を形成できることはもとより、処理コスト
が安くかつ安全性に優れた超硬合金部材の表面処理法の
提供を目的とする。 【構成】 本発明の超硬合金部材の表面硬化法は、超硬
合金部材２表面の所定部位にボロンまたはボロン化合物
５を接触させて加熱することによりボロンを母材組織内
に浸透、拡散させることを特徴とする。さらに、この処
理法において、前記超硬合金部材２の加熱後、２００℃
／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、成形用ダイスや摺動材
等のように、超硬合金からなり高い耐摩耗性が要求され
る部材の表面を硬化させる超硬合金部材の表面硬化法に
関するものである。
等のように、超硬合金からなり高い耐摩耗性が要求され
る部材の表面を硬化させる超硬合金部材の表面硬化法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】成形用ダイス、摺動材等のように高い耐
摩耗性が要求される部材の素材として、ＷＣ−Ｃｏのよ
うな硬度の高い超硬合金が使用されることが多い。ま
た、これらの部材において、特に大きな摩擦力を生じる
ベアリング部等には、さらに耐摩耗性を向上させるため
に、ＰＶＤ法，ＣＶＤ法により母材の表面をＴｉＮ、Ｔ
ｉＣ等の硬化層で被覆することが行われている。
摩耗性が要求される部材の素材として、ＷＣ−Ｃｏのよ
うな硬度の高い超硬合金が使用されることが多い。ま
た、これらの部材において、特に大きな摩擦力を生じる
ベアリング部等には、さらに耐摩耗性を向上させるため
に、ＰＶＤ法，ＣＶＤ法により母材の表面をＴｉＮ、Ｔ
ｉＣ等の硬化層で被覆することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
方法には次のような問題点があった。
方法には次のような問題点があった。
【０００４】すなわち、ＰＶＤ法では、超硬合金部材が
放電加工により複雑な形状に加工されている場合、放電
による溶融層の除去が困難なため、下地処理を充分に行
うことができない。そのため、硬化層の密着性が悪く使
用中に剥離することがある。また、真空を必要とするた
め、設備の点で処理コストが高い。
放電加工により複雑な形状に加工されている場合、放電
による溶融層の除去が困難なため、下地処理を充分に行
うことができない。そのため、硬化層の密着性が悪く使
用中に剥離することがある。また、真空を必要とするた
め、設備の点で処理コストが高い。
【０００５】また、ＣＶＤ法では、ＰＶＤ法と同様に充
分に下地処理を行う必要があり、前処理に手間がかか
る。また、１０００℃以上の高温で処理する必要がある
ことや、ＴｉＣのＣが雰囲気ガスからだけでなく母材の
ＷＣからも供給されることにより、母材の表面近傍の硬
さが低下する。また、雰囲気中のＨ2 がＣｏに吸蔵され
て靱性低下を引き起こすおそれがある。さらに、Ｃ
Ｈ4 、Ｈ2 等の可燃性ガスを扱うこと、生成物中にＨＣ
ｌが含まれること等から、安全上特に注意を要する。ま
た、ＰＶＤ法と同様に処理コストも非常に高い。
分に下地処理を行う必要があり、前処理に手間がかか
る。また、１０００℃以上の高温で処理する必要がある
ことや、ＴｉＣのＣが雰囲気ガスからだけでなく母材の
ＷＣからも供給されることにより、母材の表面近傍の硬
さが低下する。また、雰囲気中のＨ2 がＣｏに吸蔵され
て靱性低下を引き起こすおそれがある。さらに、Ｃ
Ｈ4 、Ｈ2 等の可燃性ガスを扱うこと、生成物中にＨＣ
ｌが含まれること等から、安全上特に注意を要する。ま
た、ＰＶＤ法と同様に処理コストも非常に高い。
【０００６】本発明は、これらの問題点を解決すること
を目的として、超硬合金部材の表面に優れた硬度や密着
性を有する硬化層を形成できることはもとより、処理コ
ストが安くかつ安全性に優れた超硬合金部材の表面硬化
法を提供しようとするものである。
を目的として、超硬合金部材の表面に優れた硬度や密着
性を有する硬化層を形成できることはもとより、処理コ
ストが安くかつ安全性に優れた超硬合金部材の表面硬化
法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、ボロン（Ｂ）の高硬度付与性に着目し、該
ボロンを使用して超硬合金部材の表面を硬化させたもの
である。より具体的には、本発明の超硬合金部材の表面
硬化法は、超硬合金部材（２）表面の所定部位にボロン
またはボロン化合物（５）を接触させて加熱することに
よりボロンを母材組織内に浸透、拡散させることを特徴
とするものである。また、前記超硬合金部材（２）の加
熱後、２００℃／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷することが
好ましい。
するために、ボロン（Ｂ）の高硬度付与性に着目し、該
ボロンを使用して超硬合金部材の表面を硬化させたもの
である。より具体的には、本発明の超硬合金部材の表面
硬化法は、超硬合金部材（２）表面の所定部位にボロン
またはボロン化合物（５）を接触させて加熱することに
よりボロンを母材組織内に浸透、拡散させることを特徴
とするものである。また、前記超硬合金部材（２）の加
熱後、２００℃／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷することが
好ましい。
【０００８】一般に、超硬合金とは、元素周期率表のＩ
Ｖａ，Ｖａ，ＶＩａ族元素の炭化物、窒化物および／ま
たは炭窒化物（ＷＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴｉＣＮ，Ｔａ
Ｎ，ＶＣ）などの硬質の粒子が、鉄族金属（Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｆｅ）で結合された高硬度の複合合金をいう。本発
明において使用する超硬合金も、これと同義の合金であ
る。種々の超硬合金のなかでも、最もよく用いられるの
は炭化タングステン（ＷＣ）を主成分としたものであ
り、その代表組成はＷＣ−Ｃｏであり、特にＷＣ−５〜
２０wt％Ｃｏが好ましい。また、ボロン化合物の形成を
促進するためのＣｒ：０．５〜３wt％、靱性向上のため
のＮｉ：０．５〜３wt％の１種または２種を含有しても
良い。また、表面硬化の対象も押出し、引抜等の成形用
ダイス、摺動材、切削工具などの耐摩耗性を要求される
ものであれば特に限定されない。また、成形用ダイスの
場合、成形材料はアルミニウム、マグネシウム、銅その
他任意の材料が用いられる。
Ｖａ，Ｖａ，ＶＩａ族元素の炭化物、窒化物および／ま
たは炭窒化物（ＷＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴｉＣＮ，Ｔａ
Ｎ，ＶＣ）などの硬質の粒子が、鉄族金属（Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｆｅ）で結合された高硬度の複合合金をいう。本発
明において使用する超硬合金も、これと同義の合金であ
る。種々の超硬合金のなかでも、最もよく用いられるの
は炭化タングステン（ＷＣ）を主成分としたものであ
り、その代表組成はＷＣ−Ｃｏであり、特にＷＣ−５〜
２０wt％Ｃｏが好ましい。また、ボロン化合物の形成を
促進するためのＣｒ：０．５〜３wt％、靱性向上のため
のＮｉ：０．５〜３wt％の１種または２種を含有しても
良い。また、表面硬化の対象も押出し、引抜等の成形用
ダイス、摺動材、切削工具などの耐摩耗性を要求される
ものであれば特に限定されない。また、成形用ダイスの
場合、成形材料はアルミニウム、マグネシウム、銅その
他任意の材料が用いられる。
【０００９】前記超硬合金部材（２）表面の所定部位に
ボロンまたはボロン化合物（５）を接触させて拡散硬化
層を形成する方法としては特に限定されるものではない
が、図３に示されるように、容器（７）に充填したボロ
ンまたはボロン化合物の粉末（５）の中に超硬合金部材
（２）を埋め込み、容器（７）ごとその超硬合金部材
（２）を加熱する方法が比較的工程数が少なく、設備も
簡略で容易である点で推奨される。この時、超硬合金部
材（２）に硬化させる必要のない部分があれば、その部
分をマスキングしておけば良い。また、このような方法
であれば、複雑な形状の部材であっても工程数を増やす
ことなく容易に拡散硬化層を形成することができる。こ
の他、硬化させる部分のみにボロンまたはボロン化合物
の粉末を置いて加熱する方法、ボロンまたはボロン化合
物のガス化雰囲気中で加熱する方法等が可能である。
ボロンまたはボロン化合物（５）を接触させて拡散硬化
層を形成する方法としては特に限定されるものではない
が、図３に示されるように、容器（７）に充填したボロ
ンまたはボロン化合物の粉末（５）の中に超硬合金部材
（２）を埋め込み、容器（７）ごとその超硬合金部材
（２）を加熱する方法が比較的工程数が少なく、設備も
簡略で容易である点で推奨される。この時、超硬合金部
材（２）に硬化させる必要のない部分があれば、その部
分をマスキングしておけば良い。また、このような方法
であれば、複雑な形状の部材であっても工程数を増やす
ことなく容易に拡散硬化層を形成することができる。こ
の他、硬化させる部分のみにボロンまたはボロン化合物
の粉末を置いて加熱する方法、ボロンまたはボロン化合
物のガス化雰囲気中で加熱する方法等が可能である。
【００１０】このボロン処理により、ボロンが母材表面
から内部に浸透、拡散されて母材の構成成分であるＷ，
Ｃ，Ｃｏ等との高硬度の化合物が作られて拡散硬化層が
形成される。
から内部に浸透、拡散されて母材の構成成分であるＷ，
Ｃ，Ｃｏ等との高硬度の化合物が作られて拡散硬化層が
形成される。
【００１１】上記のようなボロンによる硬化処理におい
て、加熱温度および加熱時間を制御することにより、形
成される拡散硬化層の厚みおよび硬度を調整可能である
が、一般には、８００〜９００℃×１〜６時間とするの
が良い。８００℃未満の加熱温度、１時間未満の加熱時
間では、ボロンの浸透、拡散が不十分で必要な厚さの拡
散硬化層を形成できない恐れがある。一方、９００℃を
超える加熱温度、６時間を超える加熱時間では、拡散硬
化層にクラックを生じ易くなり、却って耐摩耗性に劣る
危険がある。特に好ましい加熱条件は８２５〜８７５℃
で２〜４時間である。
て、加熱温度および加熱時間を制御することにより、形
成される拡散硬化層の厚みおよび硬度を調整可能である
が、一般には、８００〜９００℃×１〜６時間とするの
が良い。８００℃未満の加熱温度、１時間未満の加熱時
間では、ボロンの浸透、拡散が不十分で必要な厚さの拡
散硬化層を形成できない恐れがある。一方、９００℃を
超える加熱温度、６時間を超える加熱時間では、拡散硬
化層にクラックを生じ易くなり、却って耐摩耗性に劣る
危険がある。特に好ましい加熱条件は８２５〜８７５℃
で２〜４時間である。
【００１２】加熱後の冷却は、２００℃／ｈｒ以下の冷
却速度で徐冷することが好ましい。これは、母材が超硬
合金であるために急冷すると熱衝撃によって亀裂が発生
するおそれがあるためである。特に、１００℃／ｈｒ以
下の徐冷が好ましい。
却速度で徐冷することが好ましい。これは、母材が超硬
合金であるために急冷すると熱衝撃によって亀裂が発生
するおそれがあるためである。特に、１００℃／ｈｒ以
下の徐冷が好ましい。
【００１３】
【作用】超硬合金部材（２）表面の所定部位にボロンま
たはボロン化合物（５）を接触させて加熱すると、ボロ
ン原子が母材組織内に浸透して拡散するとともに、母材
構成元素との化合物を形成して母材と一体化した拡散硬
化層となる。このボロン処理によって形成される拡散硬
化層の厚みおよび硬度は、加熱処理の温度および時間を
変更することにより制御可能であるから、母材の成分組
成、部材の使途に応じた調整が容易である。また、拡散
硬化層は母材と一体化して形成されるために、処理部材
使用時に熱衝撃や大きな剪断力等が付加されても拡散硬
化層が剥離する危険性が極めて少ない。
たはボロン化合物（５）を接触させて加熱すると、ボロ
ン原子が母材組織内に浸透して拡散するとともに、母材
構成元素との化合物を形成して母材と一体化した拡散硬
化層となる。このボロン処理によって形成される拡散硬
化層の厚みおよび硬度は、加熱処理の温度および時間を
変更することにより制御可能であるから、母材の成分組
成、部材の使途に応じた調整が容易である。また、拡散
硬化層は母材と一体化して形成されるために、処理部材
使用時に熱衝撃や大きな剪断力等が付加されても拡散硬
化層が剥離する危険性が極めて少ない。
【００１４】また、このようなボロン処理において、ボ
ロン原子が母材内に浸透する温度に加熱した後に２００
℃／ｈｒの冷却速度で徐冷することにより、熱衝撃によ
る亀裂の発生を防ぐことができる。
ロン原子が母材内に浸透する温度に加熱した後に２００
℃／ｈｒの冷却速度で徐冷することにより、熱衝撃によ
る亀裂の発生を防ぐことができる。
【００１５】
【実施例】次の本発明の超硬合金部材の表面硬化法の具
体的一実施例について、図面を参照しつつ説明する。
体的一実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】図１に示されているのは、図２のハーモニ
カチューブ（１）を押出成形するためのダイス（２）で
あり、雄型（３）および雌型（４）からなる。この雄型
（３）はＷＣ−１８wt％Ｃｏからなる超硬合金で形成さ
れたベアリング部（３ａ）を基体部（３ｂ）に挿入して
ピン嵌合により一体化させたものであり、雄型（３）の
ベアリング部（３ａ）は雌型（４）のベアリング部（４
ａ）に挿入される。
カチューブ（１）を押出成形するためのダイス（２）で
あり、雄型（３）および雌型（４）からなる。この雄型
（３）はＷＣ−１８wt％Ｃｏからなる超硬合金で形成さ
れたベアリング部（３ａ）を基体部（３ｂ）に挿入して
ピン嵌合により一体化させたものであり、雄型（３）の
ベアリング部（３ａ）は雌型（４）のベアリング部（４
ａ）に挿入される。
【００１７】ボロンによる表面硬化処理は、まず前記雄
型（３）および雌型（４）のベアリング部（３ａ）（４
ａ）以外の部分をマスキングした。次に、図３に示され
ているように、このダイス（２）をＢ4 Ｃおよびフェロ
−Ｂの混合ボロン粉末（５）を充填したＳＵＳ３１６か
らなるステンレス容器（７）内に埋め込み、同じくＳＵ
Ｓ３１６からなるステンレス製の蓋（８）をして容器
（７）内に空気が入らないように密閉した。そして、こ
の容器（７）を電気炉（９）内にて８００〜９００℃で
２〜３時間加熱し、ダイス（２）を電気炉内に入れたま
ま、１００℃／ｈｒの冷却速度で室温まで徐冷した。
型（３）および雌型（４）のベアリング部（３ａ）（４
ａ）以外の部分をマスキングした。次に、図３に示され
ているように、このダイス（２）をＢ4 Ｃおよびフェロ
−Ｂの混合ボロン粉末（５）を充填したＳＵＳ３１６か
らなるステンレス容器（７）内に埋め込み、同じくＳＵ
Ｓ３１６からなるステンレス製の蓋（８）をして容器
（７）内に空気が入らないように密閉した。そして、こ
の容器（７）を電気炉（９）内にて８００〜９００℃で
２〜３時間加熱し、ダイス（２）を電気炉内に入れたま
ま、１００℃／ｈｒの冷却速度で室温まで徐冷した。
【００１８】次に、前述のボロン処理を施したダイスお
よび無処理のダイスについて、それぞれの耐摩耗性を比
較した。具体的には、実際にこれらのダイスを用いてＡ
アルミニウム合金ビレットをハーモニカチューブ（１）
に押出して、各ダイスの雄型のベアリング部における摩
耗量を測定したところ、ボロン処理を行ったダイスで３
９．５トンのアルミニウム合金を押出したときの摩耗量
は１μｍであり、無処理のダイスで２３．３トンを押出
したときの摩耗量は５μｍであった。この押出量と摩耗
量が比例関係にあると仮定すると、これらの関係は図４
のように表すことができる。図４より、３９．５トンを
押出したときの摩耗量は、ボロン処理ダイスで１μｍ、
無処理ダイスで約８．５μｍであり、ボロン処理するこ
とにより耐摩耗性が約８．５倍に向上したといえる。
よび無処理のダイスについて、それぞれの耐摩耗性を比
較した。具体的には、実際にこれらのダイスを用いてＡ
アルミニウム合金ビレットをハーモニカチューブ（１）
に押出して、各ダイスの雄型のベアリング部における摩
耗量を測定したところ、ボロン処理を行ったダイスで３
９．５トンのアルミニウム合金を押出したときの摩耗量
は１μｍであり、無処理のダイスで２３．３トンを押出
したときの摩耗量は５μｍであった。この押出量と摩耗
量が比例関係にあると仮定すると、これらの関係は図４
のように表すことができる。図４より、３９．５トンを
押出したときの摩耗量は、ボロン処理ダイスで１μｍ、
無処理ダイスで約８．５μｍであり、ボロン処理するこ
とにより耐摩耗性が約８．５倍に向上したといえる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明の超硬合金部材の
表面硬化法は、超硬合金部材表面の所定部位にボロンま
たはボロン化合物を接触させて加熱することによりボロ
ンを母材組織内に浸透、拡散させることにより、母材表
面に母材と一体化したボロン拡散層からなる硬化層を形
成させるものである。したがって、超硬合金部材に優れ
た耐摩耗性を付与することができ、大きな摩擦力に対し
ても摩耗しにくくなって、部材の寿命が長くなる。しか
も、このようなボロン処理に要する設備は、ＰＶＤ法や
ＣＶＤ法と比べて極めて簡単なもので済み、高品質の耐
摩耗性部材を低コストで製造できる。また、可燃性ガス
の使用や有毒ガスの発生もないから、処理時の安全管理
も簡単である。
表面硬化法は、超硬合金部材表面の所定部位にボロンま
たはボロン化合物を接触させて加熱することによりボロ
ンを母材組織内に浸透、拡散させることにより、母材表
面に母材と一体化したボロン拡散層からなる硬化層を形
成させるものである。したがって、超硬合金部材に優れ
た耐摩耗性を付与することができ、大きな摩擦力に対し
ても摩耗しにくくなって、部材の寿命が長くなる。しか
も、このようなボロン処理に要する設備は、ＰＶＤ法や
ＣＶＤ法と比べて極めて簡単なもので済み、高品質の耐
摩耗性部材を低コストで製造できる。また、可燃性ガス
の使用や有毒ガスの発生もないから、処理時の安全管理
も簡単である。
【００２０】また、ボロン処理における加熱温度および
時間を制御することにより、拡散硬化層の厚さおよび硬
度を容易に調整できるとともに、ボロン処理時に超硬合
金部材の硬化不要部分をマスキングすることにより任意
の部分を硬化処理できるため、複雑な形状の部材あって
も、任意の部分のみを容易に硬化処理できる。
時間を制御することにより、拡散硬化層の厚さおよび硬
度を容易に調整できるとともに、ボロン処理時に超硬合
金部材の硬化不要部分をマスキングすることにより任意
の部分を硬化処理できるため、複雑な形状の部材あって
も、任意の部分のみを容易に硬化処理できる。
【００２１】さらに、前述の表面硬化処理法において、
前記超硬合金部材の加熱後、２００℃／ｈｒ以下の冷却
速度で徐冷することにより、亀裂の発生を防いで処理品
の品質を一層向上させることができる。
前記超硬合金部材の加熱後、２００℃／ｈｒ以下の冷却
速度で徐冷することにより、亀裂の発生を防いで処理品
の品質を一層向上させることができる。
【図１】本発明の実施例に使用するダイスの斜視図であ
る。
る。
【図２】図１のダイスによって押出されるハーモニカチ
ューブの斜視図である。
ューブの斜視図である。
【図３】本実施例におけるボロン処理装置の概略図であ
る。
る。
【図４】押出加工におけるボロン処理ダイスおよび無処
理ダイスの摩耗量を示すグラフである。
理ダイスの摩耗量を示すグラフである。
２…超硬合金部材（ダイス） ５…ボロンまたはボロン粉末（混合ボロン粉末）
Claims (2)
- 【請求項１】 超硬合金部材（２）表面の所定部位にボ
ロンまたはボロン化合物（５）を接触させて加熱するこ
とによりボロンを母材組織内に浸透、拡散させることを
特徴とする超硬合金部材の表面硬化法。 - 【請求項２】 前記超硬合金部材（２）の加熱後、２０
０℃／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷することを特徴とする
請求項１に記載の超硬合金部材の表面硬化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24092693A JPH0790543A (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 超硬合金部材の表面硬化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24092693A JPH0790543A (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 超硬合金部材の表面硬化法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790543A true JPH0790543A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=17066706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24092693A Pending JPH0790543A (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 超硬合金部材の表面硬化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0790543A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010007098A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Kentech Inc | 表面処理方法 |
| CN112969674A (zh) * | 2018-10-30 | 2021-06-15 | 瑞典海博恩材料与技术有限公司 | 烧结体硼化的方法和用于冷成型操作的工具及具有硼化烧结体的中空耐磨零件 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS55161063A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | Boron layer forming treatment |
| JPH03257151A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-15 | Shizuoka Prefecture | ペースト法によるチタン材及び超硬合金の表面硬化処理法 |
-
1993
- 1993-09-28 JP JP24092693A patent/JPH0790543A/ja active Pending
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