JPH08302441A - 耐衝撃工具用超硬合金 - Google Patents

耐衝撃工具用超硬合金

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JPH08302441A
JPH08302441A JP7108581A JP10858195A JPH08302441A JP H08302441 A JPH08302441 A JP H08302441A JP 7108581 A JP7108581 A JP 7108581A JP 10858195 A JP10858195 A JP 10858195A JP H08302441 A JPH08302441 A JP H08302441A
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Japan
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cemented carbide
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JP7108581A
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English (en)
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Yoshihiro Minato
嘉洋 湊
Toshiyasu Ishizaki
壽康 石崎
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/067Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐衝撃性と耐摩耗性がバランスよく優れた耐
衝撃工具用超硬合金を提供すること。 【構成】 硬質相の95%以上がWCで、硬質相の残部
が周期律表のIVa、Va、VIa族元素(Wを除く)
の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも1種により
構成され、結合相がCo、Ni及びFeの少なくとも1
種からなり、その含有量が超硬合金の5〜30重量%で
ある超硬合金であって、該合金中のWC粒径が、4.5
〜7.5μmの粒子が50〜75%、1.5〜4.5μ
mの粒子が15〜40%(ただしWC全体を100%と
したときの面積比)の範囲にあり、(4.5〜7.5μ
mのWC合計面積)/(1.5〜4.5μmのWC合計
面積)=2/1〜5/1の関係を満たし、かつ1μm以
下のWC粒子の面積比が3%以下の耐衝撃工具用超硬合
金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧延用ロール、鉱山土
木工具、冷間又は温熱間鍛造工具等の耐衝撃工具用超硬
合金に関する。
【0002】
【従来の技術】耐衝撃工具用超硬合金としては、主とし
て耐亀裂性を上げるため平均粒径5〜7μmのWCを用
いる粗粒WC−Co合金が使用されている。更により耐
摩耗性が必要な場合は、WC粒子の粒度をより微粒側
(例えば3〜5μm)にするか、又はCo量を減少させ
ることにより硬度を上げて耐摩耗性を向上させる方法が
とられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、耐衝
撃性(耐亀裂性)と耐摩耗性は相反する関係にあり、一
方を強化すると他方は必然的に劣化する為、工具として
の総合性能(耐衝撃性+耐摩耗性)の改善には限界があ
った。そこで、本発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、WC粒子の粘度の分布を調
整することにより、耐衝撃性と耐摩耗性の双方をバラン
スよく満足することのできる耐衝撃工具用超硬合金を提
供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、合金中の
WC粒子の粒度分布に着目し、種々の粒度分布を持つ合
金を試作、研究した。その結果、合金中のWCを4.5
〜7.0μmの範囲の粒子を生体とし、1.5〜4.5
μmの範囲の粒子量を特定の割合とする事で同じ耐衝撃
性を持つ従来合金より著しく耐摩耗性の優れた超硬合金
が得られる結果を得た。
【0005】すなわち、本発明は、硬質相の95%以上
がWC粒子で、硬質相の残部が周期律表のIVa、V
a、VIa族元素(Wを除く)の炭化物、窒化物及び炭
窒化物の少なくとも1種により構成され、結合相がC
o、Ni及びFeの少なくとも1種からなり、その含有
量が超硬合金の5〜30重量%である超硬合金であっ
て、該合金中のWC粒径が、4.5〜7.5μmの粒子
が50〜75%、1.5〜4.5μmの粒子が15〜4
0%(ただしWC粒子全体を100%としたときの面積
比)の範囲にあり、(4.5〜7.5μmのWC合計面
積)/(1.5〜4.5μmのWC合計面積)=2/1
〜5/1の関係を満たし、かつ1μm以下のWC粒子の
面積比が3%以下の耐衝撃工具用超硬合金を提供するも
のであり、特に粒径7.5μmを超えるWC粒子を含有
し、(4.5μm以上のWC合計面積)/(1.5〜
4.5μmのWC合計面積)が6/1を超えないものが
好ましい。ここで用いるWC粒子の粒子径は、各WC粒
子の面積を同面積の円形粒子としたときの直径に相当す
る値と定義する。
【0006】
【作用】耐衝撃性(耐亀裂性)を上げるには、粗粒WC
の比率を上げればよい。亀裂進展エネルギーは、WC/
Co界面が最も低く、WC相を破壊しての進展やCo相
内の進展は高い。しかし、粗大WC粒子が多過ぎると、
Co相による結合界面面積が減少し強度が低下すると共
に、Co相の厚みが大きくなり衝撃による超硬合金の塑
性変形が生じ易く、かえって工具寿命の低下を招く。そ
こで、本発明では、主体とするWC粒径を4.5〜7.
5μmとし、この面積割合を50〜75面積%とするこ
とで耐亀裂性を保ち、強度と耐塑性変形性を両立させる
ことができる。更に耐摩耗性を向上させるため、粒子径
1.5〜4.5μmのWC粒子を15〜40面積%含有
させる。これらのWC粒子は、上記の粗粒WC粒子の間
に均一に分散し、Co相の厚みを減少させ硬度を上げ、
耐摩耗性と耐塑性変形性を向上させる。又、Co相によ
る結合界面面積が増大し強度(抗析力)が向上する。
【0007】以上のような合金中のWC粒度に加え、
(4.5〜7.5μmのWC合計面積)/(1.5〜
4.5μmのWC合計面積)のWC面積比が2/1〜5
/1であれば、この両者のWC粒径から計算で求められ
る平均粒径値の粒度を持つWC基超硬合金よりも格段に
性能のよい、すなわち、耐衝撃性と耐摩耗性の両者が極
めて優れた超硬合金が得られる。要するに、このWC粒
度分布であれば、 WC平均粒径が同じ通常のWC−Co合金、 各WC粒度の超硬合金の特性や性能から(4.5〜
7.5μmWC)/(1.5〜4.5μmWC)の比率
で類推されるWC−Co合金、 に比べて全く異なる高性能が発揮される。
【0008】上記面積比が2/1未満では、粗粒WCの
割合が減少し、亀裂進展を抑制する効果が劣り、又5/
1を越えると耐摩耗性には優れるものの硬度、強度の改
善効果が低くなるので好ましくない。なお、1.0μm
以下のWC粒子が合金中に多いと粒子間を亀裂が進展し
易くなり、耐衝撃用工具材料としては好ましくないので
この粒径のWC粒子はWC面積比で3%以下に抑制する
ことが必要である。又7.5μmを越える粗粒WCにつ
いては、特に衝撃の激しい用途には耐亀裂性向上に効果
があるので含有させてもよいが、この場合でも、上記W
C面積比が6/1を上回ると、硬度、強度が劣るのでこ
れを越えてはならない。なお、結合金属相中にZr、T
a、W、Cr、Mo等の周期律表IVa、Va、VIa
族元素が適当量固溶してもよい。
【0009】
【実施例】以下本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが本発明を限定する意図のものではない。下記実施
中、WC粒径毎の面積比率は次のようにして測定、計算
した。サンプルをダイヤモンド砥石、砥粒で鏡面仕上げ
し、村上氏試薬(アルカリ赤血塩溶液)でエッチングし
た後、光学顕微鏡により1500倍にてランダムに10
視野の写真を撮影する。この写真を用いて10視野分
の、 WC粒径 1.5μm未満 のWC面積の和− 〃 1.5μm以上4.5μm未満 〃 − 〃 4.5μm以上7.5μm未満 〃 − 〃 7.5μm以上 〃 − を求める。ここでWC全体の面積SをS=+++
とする。 計算法: (a) 4.5〜7.5μmの粒径面積比率=(/S)
×100 (b)(4.5〜7.5μmWC合計面積)/(1.5〜
4.5μmWC合計面積)=/ として求める。又摩耗量はCCPA方式により測定し
た。すなわち、試料を回転板に固定し、Al2 3 砥粒
と水のスラリ中で試料を回転板に押しつけ、回転板を所
定回数回転させてその間の摩耗体積を測定する。
【0010】(実施例1)表1に示される組成と粒度分
布を有する、WCを主体とする原料組成物を、常法に従
い焼結して岩石掘削用ボタンビットチップに適する超硬
合金を得た。得られた各試料について硬度(HR A)、
破壊靱性値(KIC,MN/m3/2 )、摩耗量(CCPA
法、CC/rev)を測定した結果を表1に示す。
【0011】
【表1】
【0012】得られた超硬合金試料を用い、φ45ネジ
式ロックビート(φ10×H16超硬合金チップ7個使
用)にて安山岩質の堀削を行った(打撃数3000回/
分、打撃力15kw)。結果を表2に示す。
【0013】
【表2】
【0014】(実施例2)表3に示される組成と粒度分
布を有する、WCを主体とする原料組成物を、常法に従
い焼結して冷間鍛造工具用超硬合金を得た。得られた各
試料について硬度(HR A)、破壊靱性値(KIC)、摩
耗量(CCPA法)を測定した結果を表3に示す。
【0015】
【表3】
【0016】得られた超硬合金試料を用い、冷間鍛造工
具として表4の条件でハブボルト加工を行い、表5の結
果を得た。寿命は加工個数(4個)で表す。
【0017】
【表4】
【0018】
【表5】
【0019】(実施例3)表6に示される組成と粒度分
布を有する、WCを主体とする原料組成物を、常法に従
い焼結して圧延ロール用超硬合金を得た。得られた各試
料について硬度(HR A)、破壊靱性値(KIC)、摩耗
量(CCPA法)を測定した結果を表6に示す。
【0020】
【表6】
【0021】得られた6インチモルガンロールにてバネ
用高級綱線材(φ8.0mm)の仕上げ圧延を行った。
圧延材温度900℃、線速80m/sec、圧延荷重3
トンとした。表7の結果を得た。
【0022】
【表7】
【0023】上記表7で寿命とは、1カリバー当りの圧
延可能量を示す。上記実施例1〜3の各試料(本発明合
金と比較合金)について摩耗量とKICとの関係を図1に
示した。これより本発明合金は比較合金と比べて同一の
靱性であっても摩耗は少ないことが分かる。
【0024】
【発明の効果】本発明によると、耐衝撃性を低下させる
ことなく、耐摩耗性を著しく向上させることができるの
で、本発明の合金は特に圧延ロール、鉱山、土木工具、
鍛造工具等の耐衝撃工具に用いるのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の合金と比較合金の破壊靱性
値KICと摩耗量(CCPA)との関係を示すグラフであ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硬質相の95重量%以上がWCで、硬質
    相の残部が周期律表のIVa、Va、VIa族元素(W
    を除く)の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも1
    種により構成され、結合相がCo、Ni及びFeの少な
    くとも1種からなり、その含有量が超硬合金の5〜30
    重量%である超硬合金であって、該合金中のWC粒径
    が、4.5〜7.5μmの粒子が50〜75%、1.5
    〜4.5μmの粒子が15〜40%(ただしWC全体を
    100%としたときの面積比)の範囲にあり、(4.5
    〜7.5μmのWC合計面積)/(1.5〜4.5μm
    のWC合計面積)=2/1〜5/1の関係を満たし、か
    つ1μm以下のWC粒子の面積比が3%以下の耐衝撃工
    具用超硬合金。
  2. 【請求項2】 粒径7.5μmを超えるWC粒子を含有
    し、(4.5μm以上のWC合計面積)/(1.5〜
    4.5μmのWC合計面積)が6/1を超えない請求項
    1に記載の耐衝撃工具用超硬合金。
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