JPH10324903A - 超硬合金の製造法 - Google Patents
超硬合金の製造法Info
- Publication number
- JPH10324903A JPH10324903A JP15157197A JP15157197A JPH10324903A JP H10324903 A JPH10324903 A JP H10324903A JP 15157197 A JP15157197 A JP 15157197A JP 15157197 A JP15157197 A JP 15157197A JP H10324903 A JPH10324903 A JP H10324903A
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- Japan
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- cemented carbide
- sintered body
- gas
- hip
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＷＣとＣｏの界面強度を向上し、耐摩耗性が優
れ、寿命の長い超硬合金を得る方法を提供する 【解決手段】超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、つい
で該焼結体をＨＩＰ処理した後、真空熱処理を行って合
金中に混在したガスを除去する。
れ、寿命の長い超硬合金を得る方法を提供する 【解決手段】超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、つい
で該焼結体をＨＩＰ処理した後、真空熱処理を行って合
金中に混在したガスを除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超硬合金の製造法に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】超硬合金は硬く、高強度で諸物性が高温
でも安定していることから、耐摩耗性部材や工具などに
汎用されている。しかしながら実際上、超硬合金製品は
圧粉体を焼結することによって作られているため、破壊
や摩耗に対する因子はこの焼結という製造工程によって
区々となり、使用範囲の拡大にはさらに信頼性の向上が
必要である。従来、耐摩耗用超硬合金としては、ＷＣ−
Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−Ｔａ（Ｎｂ）Ｃ
−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｔａ（Ｎｂ）Ｃ−Ｃｏ系など
があり、いずれも硬さをＷＣで、粘さをＣｏで持たせて
いるが、上記のように炭化物が多く配合されているため
焼結性が悪く、微小なポアが発生する可能性がある。そ
こで従来、ポアの発生を防ぐべく焼結処理後にＨＩＰ(H
ot Isostatic Press)処理を行なっている。この手法は
焼結体を全方向からほぼ等しい圧力で加圧するものであ
り、これによりポアは消滅し、焼結体の強度が上昇す
る。しかしながら、反面、ＨＩＰ処理を行なうとＷＣと
Ｃｏの界面強度が弱くなり、それにより耐摩材として使
用した場合にＷＣの脱落が生じ、短寿命になりやすいと
いう問題が生じていた。
でも安定していることから、耐摩耗性部材や工具などに
汎用されている。しかしながら実際上、超硬合金製品は
圧粉体を焼結することによって作られているため、破壊
や摩耗に対する因子はこの焼結という製造工程によって
区々となり、使用範囲の拡大にはさらに信頼性の向上が
必要である。従来、耐摩耗用超硬合金としては、ＷＣ−
Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−Ｔａ（Ｎｂ）Ｃ
−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｔａ（Ｎｂ）Ｃ−Ｃｏ系など
があり、いずれも硬さをＷＣで、粘さをＣｏで持たせて
いるが、上記のように炭化物が多く配合されているため
焼結性が悪く、微小なポアが発生する可能性がある。そ
こで従来、ポアの発生を防ぐべく焼結処理後にＨＩＰ(H
ot Isostatic Press)処理を行なっている。この手法は
焼結体を全方向からほぼ等しい圧力で加圧するものであ
り、これによりポアは消滅し、焼結体の強度が上昇す
る。しかしながら、反面、ＨＩＰ処理を行なうとＷＣと
Ｃｏの界面強度が弱くなり、それにより耐摩材として使
用した場合にＷＣの脱落が生じ、短寿命になりやすいと
いう問題が生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解消するために創案されたもので、その目的と
するところは、ＷＣとＣｏの界面強度を向上し、耐摩耗
性が優れ、寿命の長い超硬合金を得る方法を提供するこ
とにある。
問題点を解消するために創案されたもので、その目的と
するところは、ＷＣとＣｏの界面強度を向上し、耐摩耗
性が優れ、寿命の長い超硬合金を得る方法を提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明者らは、焼結体をＨＩＰ処理するとＷＣとＣｏの
界面強度が弱くなる原因を検討し、その結果、ＨＩＰ処
理時には媒体ガスとしてＡｒガスなどを使用し、２００
ａｔｍといった高圧で実施している。このため媒体ガス
やこれに含まれる不純物ガスが超硬合金組織中に侵入し
て、ＷＣとＣｏの界面に前記ガスが付着するかたちで存
在することになり、このガスによってＷＣとＣｏの接着
が妨げられその接着強度が低下する可能性が高いと推測
された。そこで本発明は、ＨＩＰ処理に起因するガスを
除去して合金組成の改善を図るようにしたもので、すな
わち、超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、ついで該焼
結体をHIP処理した後、真空熱処理を行うことで合金中
に混在したガスを除去することを特徴とする。
本発明者らは、焼結体をＨＩＰ処理するとＷＣとＣｏの
界面強度が弱くなる原因を検討し、その結果、ＨＩＰ処
理時には媒体ガスとしてＡｒガスなどを使用し、２００
ａｔｍといった高圧で実施している。このため媒体ガス
やこれに含まれる不純物ガスが超硬合金組織中に侵入し
て、ＷＣとＣｏの界面に前記ガスが付着するかたちで存
在することになり、このガスによってＷＣとＣｏの接着
が妨げられその接着強度が低下する可能性が高いと推測
された。そこで本発明は、ＨＩＰ処理に起因するガスを
除去して合金組成の改善を図るようにしたもので、すな
わち、超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、ついで該焼
結体をHIP処理した後、真空熱処理を行うことで合金中
に混在したガスを除去することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下本発明の一例を添付図面にも
とづいて説明する。図１は本発明の工程を模式的に示し
ており、まず本発明は、超硬合金を構成すべき必須要素
としてのＷＣ粉、Ｃｏ粉あるいはさらに他の粉末たとえ
ばＴｉＣ粉、ＴａＣ粉、ＮｂＣ粉の少なくとも１種を混
合し、粒度調整を行なった後、所望形状に成形し、焼結
する。この焼結条件は、公知の場合と同様であり、通
常、１３３０〜１４００℃から適宜選択される。下限温
度を１３３０℃としたのは、ＷＣ−Ｃｏの液相出現温度
は１２９８〜１３５７℃であるため、最低でも１３３０
℃程度の温度が必要だからであり、上限を１４００℃と
したのは、あまり高温で焼結すると異常粒成長を起し、
強度低下、硬度低下の原因になってしまうからである。
焼結雰囲気は真空で、時間は３０〜９０分から適宜選択
する。
とづいて説明する。図１は本発明の工程を模式的に示し
ており、まず本発明は、超硬合金を構成すべき必須要素
としてのＷＣ粉、Ｃｏ粉あるいはさらに他の粉末たとえ
ばＴｉＣ粉、ＴａＣ粉、ＮｂＣ粉の少なくとも１種を混
合し、粒度調整を行なった後、所望形状に成形し、焼結
する。この焼結条件は、公知の場合と同様であり、通
常、１３３０〜１４００℃から適宜選択される。下限温
度を１３３０℃としたのは、ＷＣ−Ｃｏの液相出現温度
は１２９８〜１３５７℃であるため、最低でも１３３０
℃程度の温度が必要だからであり、上限を１４００℃と
したのは、あまり高温で焼結すると異常粒成長を起し、
強度低下、硬度低下の原因になってしまうからである。
焼結雰囲気は真空で、時間は３０〜９０分から適宜選択
する。
【０００６】ついで、焼結体をＨＩＰ処理する。このＨ
ＩＰ処理のための装置としては、圧力容器１内に断熱層
２を設け、この断熱層２の内側にヒータ３を配し、圧力
容器１と断熱層２を貫通するようにガス導入路４を設け
たものが用いられる。この処理に当っては、前記焼結工
程で作成された焼結体５をヒータ３の内方の処理室７に
装着した治具６に配置し、ヒータ３により加熱するとと
もに、ガス導入路４を通して処理室７に媒体ガスすなわ
ちＡｒガス、Ｎ2ガスあるいはこれらの２種以上の混合
ガスを送入する。このときの処理条件は、温度１３３０
〜１３８０℃、ガス圧２００〜２０００ａｔｍ、時間３
０〜６０分とする。温度の下限を１３３０℃としたの
は、前記焼結工程に記した理由と同じであり、上限を１
３８０℃としたのは、液相が出現すれば、それ以上の温
度に上げなくて良いだからである。ガス圧の下限を２０
０ａｔｍとしたのは、ポアの消滅できる最小圧力だから
であり、上限を２０００ａｔｍとしたのは、それ以上高
くしても効果は変わらずまた、この程度が装置の限界だ
からである。時間の下限を３０分としたのは、粒子の再
配列の時間として少なくとも３０分くらいは必要だから
であり、上限を６０分としたのは、６０分以上行っても
効果はほとんどかわらないだからである。
ＩＰ処理のための装置としては、圧力容器１内に断熱層
２を設け、この断熱層２の内側にヒータ３を配し、圧力
容器１と断熱層２を貫通するようにガス導入路４を設け
たものが用いられる。この処理に当っては、前記焼結工
程で作成された焼結体５をヒータ３の内方の処理室７に
装着した治具６に配置し、ヒータ３により加熱するとと
もに、ガス導入路４を通して処理室７に媒体ガスすなわ
ちＡｒガス、Ｎ2ガスあるいはこれらの２種以上の混合
ガスを送入する。このときの処理条件は、温度１３３０
〜１３８０℃、ガス圧２００〜２０００ａｔｍ、時間３
０〜６０分とする。温度の下限を１３３０℃としたの
は、前記焼結工程に記した理由と同じであり、上限を１
３８０℃としたのは、液相が出現すれば、それ以上の温
度に上げなくて良いだからである。ガス圧の下限を２０
０ａｔｍとしたのは、ポアの消滅できる最小圧力だから
であり、上限を２０００ａｔｍとしたのは、それ以上高
くしても効果は変わらずまた、この程度が装置の限界だ
からである。時間の下限を３０分としたのは、粒子の再
配列の時間として少なくとも３０分くらいは必要だから
であり、上限を６０分としたのは、６０分以上行っても
効果はほとんどかわらないだからである。
【０００７】このＨＩＰ処理を施した焼結体５’を次に
真空熱処理を行うことで合金中に混在したガスを除去す
る。かかる熱処理は、高温発熱体９を装着した真空容器
１０にＨＩＰ処理済み焼結体５’を装入し、温度１３３
０〜１３８０℃、真空雰囲気にて時間３０分〜６０分で
行なう。この工程における温度の下限を１３３０℃とし
たのは、液相が出現するギリギリの温度だからであり、
上限を１３８０℃としたのは、粒成長をあまりさせない
ためである。時間の下限を３０分としたのは、ガスが抜
けるまで最低でも３０分程度の時間が必要だからであ
り、上限を６０分としたのは、この程度でガスが抜ける
ので、それ以上時間をかけても意味がないからである。
以上により目的とする超硬合金製品５”の製造が終了す
る。
真空熱処理を行うことで合金中に混在したガスを除去す
る。かかる熱処理は、高温発熱体９を装着した真空容器
１０にＨＩＰ処理済み焼結体５’を装入し、温度１３３
０〜１３８０℃、真空雰囲気にて時間３０分〜６０分で
行なう。この工程における温度の下限を１３３０℃とし
たのは、液相が出現するギリギリの温度だからであり、
上限を１３８０℃としたのは、粒成長をあまりさせない
ためである。時間の下限を３０分としたのは、ガスが抜
けるまで最低でも３０分程度の時間が必要だからであ
り、上限を６０分としたのは、この程度でガスが抜ける
ので、それ以上時間をかけても意味がないからである。
以上により目的とする超硬合金製品５”の製造が終了す
る。
【０００８】上記本発明の処理による焼結体の状態変化
を模式的に示すと図２のごとくであり、焼結工程が終わ
った段階では、（ａ）のようにＣｏ相にポア１２が存在
している。この焼結体をＨＩＰ処理すると（ｂ）のよう
にポア１２が消滅する。しかし、この処理に使用された
媒体ガス１３がＣｏ相に侵入し、ＣｏとＷＣの界面に付
着する。また、この処理に圧力によりＷＣとＷＣが接触
し、Ｃｏ相内の固溶量が変化する。しかし、ＨＩＰ処理
を施した焼結体５’を真空熱処理することにより、Ｃｏ
とＷＣの界面に付着していた媒体ガス１３が組織外に放
出され、それとともにＷＣとＷＣ間にＣｏが入り、ＷＣ
とＷＣとが接触しないように組織が回復される。このた
め、ＷＣとＣｏの接着強度が高くなるのである。
を模式的に示すと図２のごとくであり、焼結工程が終わ
った段階では、（ａ）のようにＣｏ相にポア１２が存在
している。この焼結体をＨＩＰ処理すると（ｂ）のよう
にポア１２が消滅する。しかし、この処理に使用された
媒体ガス１３がＣｏ相に侵入し、ＣｏとＷＣの界面に付
着する。また、この処理に圧力によりＷＣとＷＣが接触
し、Ｃｏ相内の固溶量が変化する。しかし、ＨＩＰ処理
を施した焼結体５’を真空熱処理することにより、Ｃｏ
とＷＣの界面に付着していた媒体ガス１３が組織外に放
出され、それとともにＷＣとＷＣ間にＣｏが入り、ＷＣ
とＷＣとが接触しないように組織が回復される。このた
め、ＷＣとＣｏの接着強度が高くなるのである。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例を示す。 １）本発明をゴム補強用のスチールコードを伸線するた
めの伸線用ダイスに適用した。これを図３に示す。製造
対象の伸線用ダイスは、直径９ｍｍ、長さ７．５ｍｍ、
アプロート角度１２°、ベアリング部直径０．７ｍｍ、
長さ０．４３ｍｍの仕様である。 ２）当該伸線用ダイスの製造材料は、ＷＣ−０．９％Ｔ
ａＮｂＣ−６％Ｃｏの成分とし、この材料を成形し、１
３８０℃、６０ｍｉｎの条件で真空焼結した。ついで、
当該焼結品を媒体ガスとしてＡｒガスを使用し、１３３
０℃、６０ｍｉｎ、Ａｒガス２００ａｔｍの条件でＨＩ
Ｐ処理した。このＨＩＰ処理済み焼結ダイスを真空容器
中に装入し、１３５０℃、６０分の条件にて真空熱処理
した。 ３）以上のようにして得られた伸線用ダイスを使用して
湿式伸線を行い、耐摩耗性寿命を測定した。スチールコ
ードは炭素含有量Ｃ：０．８２％の高炭素鋼からなり、
ダイスは湿式伸線段階において、直径１．３７ｍｍを直
径０．２５１ｍｍ（減面率９６．６４％）に２１回引き
で仕上げるために使用した。「寿命」の評価は、伸線さ
れたスチールの直径が０．００５ｍｍ太った時点をもっ
て判断し、そのときまでに何ｋｇ伸線できたかで評価し
た。試料は５個とし、その試験結果は、４３９１ｋｇ、
５６００ｋｇ、２４５７ｋｇ、２９００ｋｇ、３３５７
ｋｇであり、平均では３７４１ｋｇであった。比較のた
め、ＨＩＰ処理済み焼結ダイス５個についても、同じ寿
命を測定した。その結果、２２７６ｋｇ、１６７４ｋ
ｇ、１９５５ｋｇ、７６２ｋｇ、３０４１ｋｇで、平均
では１９４２ｋｇであった。本発明の伸線用ダイスによ
れば、従来品に比べて約１．９倍の長寿命が得られてい
ることがわかる。この結果が得られたのは、媒体ガスの
除去によりＷＣとＣｏの接着強度が向上し、ＷＣの脱落
が起らなくなったことによると推測される。
めの伸線用ダイスに適用した。これを図３に示す。製造
対象の伸線用ダイスは、直径９ｍｍ、長さ７．５ｍｍ、
アプロート角度１２°、ベアリング部直径０．７ｍｍ、
長さ０．４３ｍｍの仕様である。 ２）当該伸線用ダイスの製造材料は、ＷＣ−０．９％Ｔ
ａＮｂＣ−６％Ｃｏの成分とし、この材料を成形し、１
３８０℃、６０ｍｉｎの条件で真空焼結した。ついで、
当該焼結品を媒体ガスとしてＡｒガスを使用し、１３３
０℃、６０ｍｉｎ、Ａｒガス２００ａｔｍの条件でＨＩ
Ｐ処理した。このＨＩＰ処理済み焼結ダイスを真空容器
中に装入し、１３５０℃、６０分の条件にて真空熱処理
した。 ３）以上のようにして得られた伸線用ダイスを使用して
湿式伸線を行い、耐摩耗性寿命を測定した。スチールコ
ードは炭素含有量Ｃ：０．８２％の高炭素鋼からなり、
ダイスは湿式伸線段階において、直径１．３７ｍｍを直
径０．２５１ｍｍ（減面率９６．６４％）に２１回引き
で仕上げるために使用した。「寿命」の評価は、伸線さ
れたスチールの直径が０．００５ｍｍ太った時点をもっ
て判断し、そのときまでに何ｋｇ伸線できたかで評価し
た。試料は５個とし、その試験結果は、４３９１ｋｇ、
５６００ｋｇ、２４５７ｋｇ、２９００ｋｇ、３３５７
ｋｇであり、平均では３７４１ｋｇであった。比較のた
め、ＨＩＰ処理済み焼結ダイス５個についても、同じ寿
命を測定した。その結果、２２７６ｋｇ、１６７４ｋ
ｇ、１９５５ｋｇ、７６２ｋｇ、３０４１ｋｇで、平均
では１９４２ｋｇであった。本発明の伸線用ダイスによ
れば、従来品に比べて約１．９倍の長寿命が得られてい
ることがわかる。この結果が得られたのは、媒体ガスの
除去によりＷＣとＣｏの接着強度が向上し、ＷＣの脱落
が起らなくなったことによると推測される。
【００１０】
【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１および２
によるときには、超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、
ついで該焼結体をＨＩＰ処理した後、真空熱処理を行う
ことで合金中に混在したガスを除去するので、ＨＩＰ処
理によるガスの混在を原因とする耐摩耗性の低下を防止
し、耐摩耗性を著しく向上することができ、たとえば、
伸線用ダイスなどの耐摩耗材料に適用することにより寿
命が延び、交換回数を減少することができるというすぐ
れた効果が得られる。
によるときには、超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、
ついで該焼結体をＨＩＰ処理した後、真空熱処理を行う
ことで合金中に混在したガスを除去するので、ＨＩＰ処
理によるガスの混在を原因とする耐摩耗性の低下を防止
し、耐摩耗性を著しく向上することができ、たとえば、
伸線用ダイスなどの耐摩耗材料に適用することにより寿
命が延び、交換回数を減少することができるというすぐ
れた効果が得られる。
【図１】本発明による超硬合金の製造法を模式的に示す
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明における超硬合金の組織の変化を模式的
に示す説明図であり、（ａ）は焼結を終了した段階での
状態を、（ｂ）はＨＩＰ処理を行なった段階での状態
を、（ｃ）は真空熱処理を行なった段階での状態を各示
す。
に示す説明図であり、（ａ）は焼結を終了した段階での
状態を、（ｂ）はＨＩＰ処理を行なった段階での状態
を、（ｃ）は真空熱処理を行なった段階での状態を各示
す。
【図３】本発明を適用して製造した伸線用ダイスの一例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
５ 焼結工程で作製された焼結体 ５’ ＨＩＰ処理を施した焼結体 ５” 本発明による製品
Claims (3)
- 【請求項１】超硬合金粉末材料を成形し、焼結し、つい
で該焼結体をＨＩＰ処理した後、真空熱処理を行って合
金中に混在したガスを除去することを特徴とする超硬合
金の製造法。 - 【請求項２】真空熱処理が温度１３３０〜１３８０℃、
真空雰囲気にて行われる請求項１に記載の超硬合金の製
造法。 - 【請求項３】超硬合金が伸線用ダイスを含む請求項１に
記載の超硬合金の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15157197A JPH10324903A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 超硬合金の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15157197A JPH10324903A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 超硬合金の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324903A true JPH10324903A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15521444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15157197A Pending JPH10324903A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 超硬合金の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10324903A (ja) |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP15157197A patent/JPH10324903A/ja active Pending
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