JPH11221680A - 超硬合金と鋼の接合材料およびその製造方法 - Google Patents
超硬合金と鋼の接合材料およびその製造方法Info
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- JPH11221680A JPH11221680A JP2688398A JP2688398A JPH11221680A JP H11221680 A JPH11221680 A JP H11221680A JP 2688398 A JP2688398 A JP 2688398A JP 2688398 A JP2688398 A JP 2688398A JP H11221680 A JPH11221680 A JP H11221680A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超硬合金と鋼の接合材料の利用範囲が拡大さ
れ、特に鋼を耐摩耗性材料として使用していた分野での
高寿命化が図る。 【解決手段】 Ｎｉをインサート材とした超硬合金と鋼
の接合においてＮｉインサート材の厚みが０．１ｍｍ以
上０．５ｍｍ以下で、かつＮｉインサート材の格子定数
が３．５４０Å以上３．５８０以下であり、超硬合金の
Ｃｏ量が４０重量％以下である。
れ、特に鋼を耐摩耗性材料として使用していた分野での
高寿命化が図る。 【解決手段】 Ｎｉをインサート材とした超硬合金と鋼
の接合においてＮｉインサート材の厚みが０．１ｍｍ以
上０．５ｍｍ以下で、かつＮｉインサート材の格子定数
が３．５４０Å以上３．５８０以下であり、超硬合金の
Ｃｏ量が４０重量％以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、耐摩耗性が要求
される鍛造パンチや押出ダイス、押出パンチなどの金型
として有用な安価で高寿命の超硬合金と鋼の接合材料お
よびその製造方法に関するものである。
される鍛造パンチや押出ダイス、押出パンチなどの金型
として有用な安価で高寿命の超硬合金と鋼の接合材料お
よびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＷＣ−Ｃｏに代表される超硬合金は耐摩
耗性に優れることから金型に代表される耐摩工具で一部
使用されている。しかしながら超硬合金は重量が重いた
め作業性が悪いこと、難加工であること、高価であるこ
とが原因で、特に金型の分野では寿命を犠牲にしてダイ
ス鋼やハイス鋼などの鋼が使用されているのが現状であ
る。
耗性に優れることから金型に代表される耐摩工具で一部
使用されている。しかしながら超硬合金は重量が重いた
め作業性が悪いこと、難加工であること、高価であるこ
とが原因で、特に金型の分野では寿命を犠牲にしてダイ
ス鋼やハイス鋼などの鋼が使用されているのが現状であ
る。
【０００３】この改善策として鋼で作製した金型の必要
なワーク部分だけ超硬合金をロウ付けしたり、焼きバメ
する技術が実施されている。しかしながらロウ付け接合
は鋼、ロウ材、超硬合金間の熱膨張係数差に起因する高
い応力の発生でロウ材や超硬合金にクラックが発生する
ことがある。又ロウ材の濡れ性の悪い場合は接合不良と
なる。又焼きバメは超硬合金および鋼ケースに非常に高
い加工精度が要求され、非常にコストの高いものであ
る。
なワーク部分だけ超硬合金をロウ付けしたり、焼きバメ
する技術が実施されている。しかしながらロウ付け接合
は鋼、ロウ材、超硬合金間の熱膨張係数差に起因する高
い応力の発生でロウ材や超硬合金にクラックが発生する
ことがある。又ロウ材の濡れ性の悪い場合は接合不良と
なる。又焼きバメは超硬合金および鋼ケースに非常に高
い加工精度が要求され、非常にコストの高いものであ
る。
【０００４】さらにロウ付けおよび焼きバメにより作製
された金型は熱間では使用できないという制限もある。
なぜなら熱間で使用するとロウ付けの場合はロウが軟化
し接合部がはずれてしまい、又焼きバメの場合は鋼と超
硬合金の熱膨張係数差の関係で締め付け力が弱まり、超
硬合金が浮いたりズレたりする問題が発生するからであ
る。
された金型は熱間では使用できないという制限もある。
なぜなら熱間で使用するとロウ付けの場合はロウが軟化
し接合部がはずれてしまい、又焼きバメの場合は鋼と超
硬合金の熱膨張係数差の関係で締め付け力が弱まり、超
硬合金が浮いたりズレたりする問題が発生するからであ
る。
【０００５】特開昭５９−１４７７７４号公報には超硬
合金と鋼の間に金属箔を挟み込み、電子ビーム溶接で金
属箔を溶融させ超硬合金と鋼を接合する製造方法が開示
されている。又、特開昭５８−１２８２８１号公報には
超硬合金と鋼の間に金属箔を挟み込み、ホットプレスに
よる超硬合金と鋼の接合材料の製造方法が開示されてい
る。超硬合金と鋼は熱膨張係数がそれぞれ５〜７×１０
-6／℃、１１〜１２×１０-6／℃と大きく違うために熱
応力緩和の目的でＮｉなどの金属箔を両者の間に介在さ
せており、実際、超硬合金と鋼を直接接合した材料に比
べて接合強度に優れる特徴を持つ。しかしながらＮｉを
インサート材として超硬合金と鋼を接合した材料は繰り
返し疲労が加わる環境で使用するとＮｉ箔内に疲労亀裂
が発生し破断してしまうことが多いために応用分野が制
限されている。
合金と鋼の間に金属箔を挟み込み、電子ビーム溶接で金
属箔を溶融させ超硬合金と鋼を接合する製造方法が開示
されている。又、特開昭５８−１２８２８１号公報には
超硬合金と鋼の間に金属箔を挟み込み、ホットプレスに
よる超硬合金と鋼の接合材料の製造方法が開示されてい
る。超硬合金と鋼は熱膨張係数がそれぞれ５〜７×１０
-6／℃、１１〜１２×１０-6／℃と大きく違うために熱
応力緩和の目的でＮｉなどの金属箔を両者の間に介在さ
せており、実際、超硬合金と鋼を直接接合した材料に比
べて接合強度に優れる特徴を持つ。しかしながらＮｉを
インサート材として超硬合金と鋼を接合した材料は繰り
返し疲労が加わる環境で使用するとＮｉ箔内に疲労亀裂
が発生し破断してしまうことが多いために応用分野が制
限されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記したように鋼の高
寿命化を図るために超硬合金と鋼の接合材料の開発が進
められているが、ロウ付けや焼きバメ技術では接合強度
不足や熱間で使用できないという制限があるため特定の
範囲でしか利用できていない。またＮｉをインサート材
とした超硬合金と鋼の接合材料は非常に優れた接合強度
を有するにもかかわらずＮｉが繰り返し疲労に弱いため
に応用分野が制限されている。したがってＮｉの繰り返
し疲労強度を向上させることで超硬合金と鋼の接合材料
の利用範囲が拡大され、特に鋼を耐摩耗性材料として使
用していた分野での高寿命化が図れる。
寿命化を図るために超硬合金と鋼の接合材料の開発が進
められているが、ロウ付けや焼きバメ技術では接合強度
不足や熱間で使用できないという制限があるため特定の
範囲でしか利用できていない。またＮｉをインサート材
とした超硬合金と鋼の接合材料は非常に優れた接合強度
を有するにもかかわらずＮｉが繰り返し疲労に弱いため
に応用分野が制限されている。したがってＮｉの繰り返
し疲労強度を向上させることで超硬合金と鋼の接合材料
の利用範囲が拡大され、特に鋼を耐摩耗性材料として使
用していた分野での高寿命化が図れる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記した
従来技術の課題を解決するために特にＮｉをインサート
材とした超硬合金と鋼の接合材料に着目し種々の検討を
加えてきた。そして以下に記載するような高い接合強
度、高い疲労強度を有するＮｉをインサート材とした超
硬合金と鋼の接合材料を得ることができた。すなわちＮ
ｉをインサート材とした超硬合金と鋼の接合材料におい
てＮｉインサート材の厚みが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ
以下で、かつＮｉインサート材の格子定数が３．５４０
Å以上３．５８０Å以下であり、超硬合金のＣｏ量が４
０重量％以上であることを特徴とするものである。Ｎｉ
インサート材の厚みが０．１ｍｍ以上と限定しているの
は、０．１ｍｍ以下であると本来の目的である超硬合金
と鋼との熱応力緩和の役目が果たせず超硬合金にクラッ
クなどが発生するからである。また０．５ｍｍ以上であ
るとＮｉの延性が悪影響を及ぼし超硬合金と鋼の接合材
料が金型として使用した場合、座屈や塑性変形を起こす
ためである。
従来技術の課題を解決するために特にＮｉをインサート
材とした超硬合金と鋼の接合材料に着目し種々の検討を
加えてきた。そして以下に記載するような高い接合強
度、高い疲労強度を有するＮｉをインサート材とした超
硬合金と鋼の接合材料を得ることができた。すなわちＮ
ｉをインサート材とした超硬合金と鋼の接合材料におい
てＮｉインサート材の厚みが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ
以下で、かつＮｉインサート材の格子定数が３．５４０
Å以上３．５８０Å以下であり、超硬合金のＣｏ量が４
０重量％以上であることを特徴とするものである。Ｎｉ
インサート材の厚みが０．１ｍｍ以上と限定しているの
は、０．１ｍｍ以下であると本来の目的である超硬合金
と鋼との熱応力緩和の役目が果たせず超硬合金にクラッ
クなどが発生するからである。また０．５ｍｍ以上であ
るとＮｉの延性が悪影響を及ぼし超硬合金と鋼の接合材
料が金型として使用した場合、座屈や塑性変形を起こす
ためである。
【０００８】Ｎｉインサート材の格子定数が３．５４０
Å以上３．５８０Å以下であることは本発明において最
も重要な点である。前記したようにＮｉをインサート材
とした超硬合金と鋼の接合材料は疲労強度が非常に乏し
い。これを支配しているのはＮｉインサート材の疲労強
度である。本発明者らはまずＮｉインサート材の疲労強
度の低さに着目し原因を推定した。Ｎｉをインサート材
とした超硬合金と鋼の接合材料は超硬合金の成分とＮ
ｉ、また鋼成分とＮｉが相互拡散し接合されている。そ
の中で超硬合金成分であるＷのＮｉインサート材への拡
散に着目した。
Å以上３．５８０Å以下であることは本発明において最
も重要な点である。前記したようにＮｉをインサート材
とした超硬合金と鋼の接合材料は疲労強度が非常に乏し
い。これを支配しているのはＮｉインサート材の疲労強
度である。本発明者らはまずＮｉインサート材の疲労強
度の低さに着目し原因を推定した。Ｎｉをインサート材
とした超硬合金と鋼の接合材料は超硬合金の成分とＮ
ｉ、また鋼成分とＮｉが相互拡散し接合されている。そ
の中で超硬合金成分であるＷのＮｉインサート材への拡
散に着目した。
【０００９】Ｗの原子半径は１．３７×１０-10ｍでＮ
ｉは１．２５×１０-10ｍ、Ｆｅは１．２４×１０
-10ｍ、Ｃｏは１．２５×１０-10ｍ、Ｃは０．７７×１
０-10ｍであり、Ｗは他原子に比べて原子半径が大き
い。本発明者らはＷのＮｉインサート材への固溶量が増
加するに従いＮｉインサート材は固溶強化され疲労強度
が低下していくことを見いだした。つまりＮｉインサー
ト材へのＷ固溶量を制御してやると実用的な疲労強度を
有したＮｉをインサート材とした超硬合金と鋼の接合材
料が得られる。ＮｉインサートへのＷの固溶レベルはＮ
ｉインサート材の格子定数で判断できるものである。又
他成分であるＣｏや鋼の主成分であるＦｅ，Ｃも固溶し
てくるが、Ｎｉとほぼ原子半径が等しいか、もしくは小
さいことから固溶強化に影響を及ぼさないものである。
ｉは１．２５×１０-10ｍ、Ｆｅは１．２４×１０
-10ｍ、Ｃｏは１．２５×１０-10ｍ、Ｃは０．７７×１
０-10ｍであり、Ｗは他原子に比べて原子半径が大き
い。本発明者らはＷのＮｉインサート材への固溶量が増
加するに従いＮｉインサート材は固溶強化され疲労強度
が低下していくことを見いだした。つまりＮｉインサー
ト材へのＷ固溶量を制御してやると実用的な疲労強度を
有したＮｉをインサート材とした超硬合金と鋼の接合材
料が得られる。ＮｉインサートへのＷの固溶レベルはＮ
ｉインサート材の格子定数で判断できるものである。又
他成分であるＣｏや鋼の主成分であるＦｅ，Ｃも固溶し
てくるが、Ｎｉとほぼ原子半径が等しいか、もしくは小
さいことから固溶強化に影響を及ぼさないものである。
【００１０】純Ｎｉの格子定数は３．５２４Åである
が、Ｎｉの格子定数を３．５４０Å以上３．５８０Å以
下と規定しているのは、格子定数が３．５４０Å未満で
あるとＷの固溶は少なく優れた疲労強度を示すが、金型
として実用化した場合、Ｗによる固溶強化があまりにも
少なすぎて規定の厚み内に入っていたとしてもＮｉイン
サート材を起点に座屈を起こすためである。格子定数が
３．５８０Åを越えるとＷの固溶量が多くなり疲労強度
が低下する。尚、Ｎｉインサート材の格子定数は３．５
５０〜３．５７０Åが好ましい。尚、本接合材料におけ
るＮｉインサート材の格子定数はＮｉインサート材が２
ｍｍ×２ｍｍ以上露出するようにＮｉインサート材付近
を斜めに研削し鏡面研磨した後、微少部Ｘ線回折法（測
定領域φ１．５ｍｍ）により求めた。
が、Ｎｉの格子定数を３．５４０Å以上３．５８０Å以
下と規定しているのは、格子定数が３．５４０Å未満で
あるとＷの固溶は少なく優れた疲労強度を示すが、金型
として実用化した場合、Ｗによる固溶強化があまりにも
少なすぎて規定の厚み内に入っていたとしてもＮｉイン
サート材を起点に座屈を起こすためである。格子定数が
３．５８０Åを越えるとＷの固溶量が多くなり疲労強度
が低下する。尚、Ｎｉインサート材の格子定数は３．５
５０〜３．５７０Åが好ましい。尚、本接合材料におけ
るＮｉインサート材の格子定数はＮｉインサート材が２
ｍｍ×２ｍｍ以上露出するようにＮｉインサート材付近
を斜めに研削し鏡面研磨した後、微少部Ｘ線回折法（測
定領域φ１．５ｍｍ）により求めた。
【００１１】さらに超硬合金のＣｏ量は４０重量％以下
が良い。なぜならＣｏ量が４０重量％を越えた超硬合金
の耐摩耗性はもはやダイス鋼やハイス鋼と差がなく本発
明の優位性が損なわれるためである。
が良い。なぜならＣｏ量が４０重量％を越えた超硬合金
の耐摩耗性はもはやダイス鋼やハイス鋼と差がなく本発
明の優位性が損なわれるためである。
【００１２】金型としての実用化を鑑みた場合、Ｎｉを
インサート材とした超硬合金と鋼の接合材料の超硬合金
部分はできるだけＣｏ量の少ない高耐摩耗性超硬合金を
付与することが考えられる。しかしながらＣｏ量の少な
い超硬合金は靱性に劣るため実用的でない。この問題を
解決するために超硬合金がＮｉインサート材と超硬合金
の界面に対して垂直方向に２層以上のＣｏ量の異なる積
層構造をとり、Ｎｉインサート材と接する最下層から最
上層に向けてＣｏ量が階段状に減少し、かつ最下層のＣ
ｏ量が２０重量％以上４０重量％以下の超硬合金層であ
ることは耐摩耗性と靱性を両立させた非常に好ましい構
造である。つまりワーク部となる材料の最表面がＣｏ量
の少ない高耐摩耗性超硬合金、その直下がＣｏ量も多い
高靱性超硬合金であると万一最表面層にクラックが入っ
たとしても直下の高靱性層でそのクラックの進展を抑制
し欠損を防ぐことができる。又、Ｃｏ量の少ない最表面
層は直下のＣｏ量の多い高靱性層より熱膨張係数が小さ
いことから最表面層には圧縮残留応力が発生する。この
圧縮残留応力の影響で最表面層にクラックが入りにくく
なるという利点も生まれる。
インサート材とした超硬合金と鋼の接合材料の超硬合金
部分はできるだけＣｏ量の少ない高耐摩耗性超硬合金を
付与することが考えられる。しかしながらＣｏ量の少な
い超硬合金は靱性に劣るため実用的でない。この問題を
解決するために超硬合金がＮｉインサート材と超硬合金
の界面に対して垂直方向に２層以上のＣｏ量の異なる積
層構造をとり、Ｎｉインサート材と接する最下層から最
上層に向けてＣｏ量が階段状に減少し、かつ最下層のＣ
ｏ量が２０重量％以上４０重量％以下の超硬合金層であ
ることは耐摩耗性と靱性を両立させた非常に好ましい構
造である。つまりワーク部となる材料の最表面がＣｏ量
の少ない高耐摩耗性超硬合金、その直下がＣｏ量も多い
高靱性超硬合金であると万一最表面層にクラックが入っ
たとしても直下の高靱性層でそのクラックの進展を抑制
し欠損を防ぐことができる。又、Ｃｏ量の少ない最表面
層は直下のＣｏ量の多い高靱性層より熱膨張係数が小さ
いことから最表面層には圧縮残留応力が発生する。この
圧縮残留応力の影響で最表面層にクラックが入りにくく
なるという利点も生まれる。
【００１３】又最下層の超硬合金のＣｏ量を２０重量％
以上４０重量％以下と規定しているのは、Ｃｏ量が２０
重量％未満であるともはや靱性層としての役割を果たさ
ないためである。又４０重量％を越えるとダイス鋼やハ
イス鋼以下の硬度となり、金型として実用化した場合座
屈を誘発するためである。好ましくは２５重量％以上３
０重量％以下である。
以上４０重量％以下と規定しているのは、Ｃｏ量が２０
重量％未満であるともはや靱性層としての役割を果たさ
ないためである。又４０重量％を越えるとダイス鋼やハ
イス鋼以下の硬度となり、金型として実用化した場合座
屈を誘発するためである。好ましくは２５重量％以上３
０重量％以下である。
【００１４】接合する鋼の材種はダイス鋼、ハイス鋼、
クロムモリブデン鋼などの高硬度鋼であることが好まし
い。なぜなら金型としての実用化を鑑みた場合、鋼部の
耐塑性変形性も要求される場合が多いからである。
クロムモリブデン鋼などの高硬度鋼であることが好まし
い。なぜなら金型としての実用化を鑑みた場合、鋼部の
耐塑性変形性も要求される場合が多いからである。
【００１５】本発明のＮｉをインサート材とした超硬合
金と鋼の接合材料を得るためには前述の如くＮｉインサ
ート材内のＷの固溶量の制御が肝要となる。電子ビーム
溶接による接合はＮｉを溶融させて接合するために超硬
合金から多量のＷがＮｉインサート材内に拡散固溶し所
望のＷ固溶量に制御することは不可能であった。又、ホ
ットプレスによる接合はＷの拡散固溶を阻止するために
低温での接合を試みたが、Ｗの固溶量は所望の範囲に入
ったものの接合できなかった。高温での接合も試みた
が、電子ビーム溶接と同様Ｗの拡散固溶が著しく疲労強
度の乏しいものであった。
金と鋼の接合材料を得るためには前述の如くＮｉインサ
ート材内のＷの固溶量の制御が肝要となる。電子ビーム
溶接による接合はＮｉを溶融させて接合するために超硬
合金から多量のＷがＮｉインサート材内に拡散固溶し所
望のＷ固溶量に制御することは不可能であった。又、ホ
ットプレスによる接合はＷの拡散固溶を阻止するために
低温での接合を試みたが、Ｗの固溶量は所望の範囲に入
ったものの接合できなかった。高温での接合も試みた
が、電子ビーム溶接と同様Ｗの拡散固溶が著しく疲労強
度の乏しいものであった。
【００１６】本発明者らは種々検討を加え、黒鉛ダイ内
に鋼、Ｎｉインサート材、超硬合金またはＣｏ量の異な
る超硬合金をＣｏ量の多い順に充填し、黒鉛パンチによ
り加圧力１００ｋｇ／ｃｍ2以上８００ｋｇ／ｃｍ2以下
のもと、黒鉛パンチおよびダイに直接パルス電流を通電
し、９００℃以上１３５０℃以下で１分以上１０分以下
通電加圧焼結すれば、Ｗ固溶量が所望範囲に入っている
と判断できる硬度を有したＮｉをインサート材とした超
硬合金と鋼の接合材料を得ることがわかった。通電加圧
焼結技術は異種材料の接合界面で局所的放電による発熱
が起こり、異種材料同士が短時間で接合できるという特
徴を持つ。この短時間で焼結接合できる特徴を生かし超
硬合金成分であるＷのＮｉインサート材への拡散固溶の
制御が可能となる。電流をパルス電流にすることは、こ
の特徴をより効果的なものにする点で好ましいことであ
る。
に鋼、Ｎｉインサート材、超硬合金またはＣｏ量の異な
る超硬合金をＣｏ量の多い順に充填し、黒鉛パンチによ
り加圧力１００ｋｇ／ｃｍ2以上８００ｋｇ／ｃｍ2以下
のもと、黒鉛パンチおよびダイに直接パルス電流を通電
し、９００℃以上１３５０℃以下で１分以上１０分以下
通電加圧焼結すれば、Ｗ固溶量が所望範囲に入っている
と判断できる硬度を有したＮｉをインサート材とした超
硬合金と鋼の接合材料を得ることがわかった。通電加圧
焼結技術は異種材料の接合界面で局所的放電による発熱
が起こり、異種材料同士が短時間で接合できるという特
徴を持つ。この短時間で焼結接合できる特徴を生かし超
硬合金成分であるＷのＮｉインサート材への拡散固溶の
制御が可能となる。電流をパルス電流にすることは、こ
の特徴をより効果的なものにする点で好ましいことであ
る。
【００１７】加圧力を１００ｋｇ／ｃｍ2以上８００ｋ
ｇ／ｃｍ2以下と限定しているのは、１００ｋｇ／ｃｍ2
未満であると接合性が不十分で、超硬合金とＮｉインサ
ート材界面やＮｉインサート材と鋼界面に未接着ポアが
発生し８００ｋｇ／ｃｍ2を越えると鋼材の変形が生じ
てしまうからである。焼結温度を９００℃以上１３５０
℃以下に限定している理由は９００℃未満であると所望
の加圧力を付与していても界面に未接着ポアが発生し、
１３５０℃を越えると超硬成分であるＷのＮｉインサー
ト材への拡散固溶が活性化し、その固溶量を制御できな
くなるからである。又焼結時間を１分以上１０分未満に
制限しているのは、焼結温度が所望の温度範囲内であっ
たとしても、焼結時間が１分未満であると界面に未接着
ポアが生じやすく、５分を越えると超硬成分であるＷの
Ｎｉインサート材への拡散固溶量が多くなりＮｉインサ
ート材の格子定数が所望範囲以上になってしまうからで
ある。
ｇ／ｃｍ2以下と限定しているのは、１００ｋｇ／ｃｍ2
未満であると接合性が不十分で、超硬合金とＮｉインサ
ート材界面やＮｉインサート材と鋼界面に未接着ポアが
発生し８００ｋｇ／ｃｍ2を越えると鋼材の変形が生じ
てしまうからである。焼結温度を９００℃以上１３５０
℃以下に限定している理由は９００℃未満であると所望
の加圧力を付与していても界面に未接着ポアが発生し、
１３５０℃を越えると超硬成分であるＷのＮｉインサー
ト材への拡散固溶が活性化し、その固溶量を制御できな
くなるからである。又焼結時間を１分以上１０分未満に
制限しているのは、焼結温度が所望の温度範囲内であっ
たとしても、焼結時間が１分未満であると界面に未接着
ポアが生じやすく、５分を越えると超硬成分であるＷの
Ｎｉインサート材への拡散固溶量が多くなりＮｉインサ
ート材の格子定数が所望範囲以上になってしまうからで
ある。
【００１８】又、本発明のＮｉをインサート材とした超
硬合金と鋼の接合材料を製造するにあたり、前述の製造
方法において出発物質を超硬合金ではなく超硬合金粉末
にしても製造することが可能である。ただ超硬合金の場
合に比べると焼結温度が１０００℃以上１３５０℃以下
と範囲が若干狭くなる。なぜなら１０００℃未満である
と超硬合金粉末の焼結が完全ではなく、緻密な超硬合金
が得られないためである。１３５０℃以下と限定してい
る理由は超硬合金を出発物質とした場合と同じである。
以下実施例にて本発明を説明する。
硬合金と鋼の接合材料を製造するにあたり、前述の製造
方法において出発物質を超硬合金ではなく超硬合金粉末
にしても製造することが可能である。ただ超硬合金の場
合に比べると焼結温度が１０００℃以上１３５０℃以下
と範囲が若干狭くなる。なぜなら１０００℃未満である
と超硬合金粉末の焼結が完全ではなく、緻密な超硬合金
が得られないためである。１３５０℃以下と限定してい
る理由は超硬合金を出発物質とした場合と同じである。
以下実施例にて本発明を説明する。
【００１９】
【実施例】（実施例１） ＷＣ−２５％Ｃｏ組成でφ３
０×５ｍｍの超硬合金ペレットＡおよびさまざまな厚み
を持ったφ３０のＮｉ箔を準備した。またφ３０×５０
ｍｍの鋼材（ＳＫＤ６１）も準備した。黒鉛型の中に上
から超硬合金ペレットＡ、Ｎｉ箔、鋼材の順番に挿入
し、加圧力１５０ｋｇ／ｃｍ2のもと直流電流を通電
し、焼結温度１２００℃、焼結時間２分とし、Ｎｉイン
サート材の厚みがさまざまな試料１〜試料５を作製し
た。さらに比較品としてφ３０×５５ｍｍの鋼材（ＳＫ
Ｄ６１）を試料６として準備した。
０×５ｍｍの超硬合金ペレットＡおよびさまざまな厚み
を持ったφ３０のＮｉ箔を準備した。またφ３０×５０
ｍｍの鋼材（ＳＫＤ６１）も準備した。黒鉛型の中に上
から超硬合金ペレットＡ、Ｎｉ箔、鋼材の順番に挿入
し、加圧力１５０ｋｇ／ｃｍ2のもと直流電流を通電
し、焼結温度１２００℃、焼結時間２分とし、Ｎｉイン
サート材の厚みがさまざまな試料１〜試料５を作製し
た。さらに比較品としてφ３０×５５ｍｍの鋼材（ＳＫ
Ｄ６１）を試料６として準備した。
【００２０】試料１〜試料６を熱間鍛造パンチとして寿
命テストを行った。寿命は鍛造寸法精度が規定値より外
れるまでの加工数で判定した。鍛造条件としては、ワー
クが鋼材（ＳＳ４１）、鍛造温度が６００℃、面圧１ｔ
／ｃｍ2で行った。試料１〜試料６の特性並びに鍛造加
工数を表１に示す。
命テストを行った。寿命は鍛造寸法精度が規定値より外
れるまでの加工数で判定した。鍛造条件としては、ワー
クが鋼材（ＳＳ４１）、鍛造温度が６００℃、面圧１ｔ
／ｃｍ2で行った。試料１〜試料６の特性並びに鍛造加
工数を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】（実施例２） ＷＣ−２０％Ｃｏ組成でφ
３０×５００ｍｍの超硬合金ペレットＢ、φ３０×０．
２０ｍｍのＮｉ箔およびφ３０×１０００ｍｍの鋼材
（ハイス鋼）を準備した。黒鉛型の中に上から超硬合金
ペレットＢ、Ｎｉ箔、鋼材の順番に挿入し、加圧力２５
０ｋｇ／ｃｍ2のもとパルス電流を通電し、焼結温度１
２００℃、焼結時間の条件を変えてＮｉインサート材の
格子定数が異なる試料７〜試料１１を作製した。さらに
比較品としてφ３０×１５００ｍｍの鋼材（ハイス鋼）
を試料１２として準備した。
３０×５００ｍｍの超硬合金ペレットＢ、φ３０×０．
２０ｍｍのＮｉ箔およびφ３０×１０００ｍｍの鋼材
（ハイス鋼）を準備した。黒鉛型の中に上から超硬合金
ペレットＢ、Ｎｉ箔、鋼材の順番に挿入し、加圧力２５
０ｋｇ／ｃｍ2のもとパルス電流を通電し、焼結温度１
２００℃、焼結時間の条件を変えてＮｉインサート材の
格子定数が異なる試料７〜試料１１を作製した。さらに
比較品としてφ３０×１５００ｍｍの鋼材（ハイス鋼）
を試料１２として準備した。
【００２３】試料７〜試料１２をアルミニウムの押出マ
ンドレルとして寿命テストを行った。寿命は押出製品
（パイプ）の中穴寸法精度が規定値からはずれた場合を
寿命とし、それまで押出したアルミニウムの総長さで判
定した。押出条件としては押出材質がＡ７００３、押出
温度が５００℃、押出速度１５ｍ／ｍｉｎで行った。試
料７〜試料１２の物性、焼結時間およびアルミニウムの
押出長さを表２に示す。
ンドレルとして寿命テストを行った。寿命は押出製品
（パイプ）の中穴寸法精度が規定値からはずれた場合を
寿命とし、それまで押出したアルミニウムの総長さで判
定した。押出条件としては押出材質がＡ７００３、押出
温度が５００℃、押出速度１５ｍ／ｍｉｎで行った。試
料７〜試料１２の物性、焼結時間およびアルミニウムの
押出長さを表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】（実施例３） ＷＣ−２５％Ｃｏ組成でφ
１００×５ｍｍの超硬合金ペレットＣ、ＷＣ−４５％Ｃ
ｏ組成でφ１００×５ｍｍの超硬合金ペレットＤ、φ１
００×０．２０ｍｍのＮｉ箔およびφ１００×５０ｍｍ
の鋼材（ＳＫＤ６１）を準備した。黒鉛型の中に上から
超硬合金ペレットＣもしくはＤ、Ｎｉ箔、鋼材の順番に
挿入し、加圧力４００ｋｇ／ｃｍ2のもと直流電流を通
電し、焼結温度１０００℃、焼結時間４分で試料１３，
試料１４を作製した。さらに比較品としてφ１００×５
５ｍｍの鋼材（ＳＫＤ６１）を試料１５として準備し
た。試料１３〜試料１５にφ３５の中穴を設け、アルミ
ニウムの押出ダイスとして寿命テストを行った。寿命は
押出製品（棒）の外径寸法精度が規定値からはずれた場
合を寿命とし、それまで押出したアルミニウムの長さで
判定した。押出条件としては押出材質がＡ７００３、押
出温度が４７０℃、押出速度２０ｍ／ｍｉｎで行った。
試料１３〜１５の特性およびアルミニウム押出長さを表
３に示す。
１００×５ｍｍの超硬合金ペレットＣ、ＷＣ−４５％Ｃ
ｏ組成でφ１００×５ｍｍの超硬合金ペレットＤ、φ１
００×０．２０ｍｍのＮｉ箔およびφ１００×５０ｍｍ
の鋼材（ＳＫＤ６１）を準備した。黒鉛型の中に上から
超硬合金ペレットＣもしくはＤ、Ｎｉ箔、鋼材の順番に
挿入し、加圧力４００ｋｇ／ｃｍ2のもと直流電流を通
電し、焼結温度１０００℃、焼結時間４分で試料１３，
試料１４を作製した。さらに比較品としてφ１００×５
５ｍｍの鋼材（ＳＫＤ６１）を試料１５として準備し
た。試料１３〜試料１５にφ３５の中穴を設け、アルミ
ニウムの押出ダイスとして寿命テストを行った。寿命は
押出製品（棒）の外径寸法精度が規定値からはずれた場
合を寿命とし、それまで押出したアルミニウムの長さで
判定した。押出条件としては押出材質がＡ７００３、押
出温度が４７０℃、押出速度２０ｍ／ｍｉｎで行った。
試料１３〜１５の特性およびアルミニウム押出長さを表
３に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】（実施例４） さまざまな長さを持ったφ
２０のＷＣ−５％Ｃｏ超硬合金ペレット、ＷＣ−１２％
Ｃｏ超硬合金ペレット、ＷＣ−２５％Ｃｏ超硬合金ペレ
ット、ＷＣ−１８％Ｃｏ超硬合金ペレット、ＷＣ−４５
％Ｃｏ超硬合金ペレットを準備した。さらにさまざまな
厚みを持ったφ２０のＮｉ箔およびφ２０×５０ｍｍの
鋼（ＳＣＭ４３５）を準備した。超硬部の厚みが３ｍｍ
となるような超硬合金ペレットの組み合わせ、Ｎｉ箔、
鋼の順に黒鉛型に挿入し、加圧力６００ｋｇ／ｃｍ2の
もとパルス電流を通電し、焼結温度１２８０℃、焼結時
間３分で表４に示す構造、特性を持った試料１６〜試料
２４を作製した。比較品として、φ２０×５３ｍｍの鋼
材（ＳＣＭ４３５）を試料２５として準備した。試料１
６〜試料２５を打ち抜きパンチとして寿命テストを行っ
た。寿命は打ち抜き製品の寸法が規定値よりはずれた場
合を寿命とし、それまでの加工数で判定した。打ち抜き
条件としては、ワークを１ｍｍ厚みのアルミニウム鋼鈑
とし、打ち抜き圧力を３ｔ／ｃｍ2とした。試料１６〜
試料２５の接合構造、特性および打ち抜き加工数を表４
に示す。
２０のＷＣ−５％Ｃｏ超硬合金ペレット、ＷＣ−１２％
Ｃｏ超硬合金ペレット、ＷＣ−２５％Ｃｏ超硬合金ペレ
ット、ＷＣ−１８％Ｃｏ超硬合金ペレット、ＷＣ−４５
％Ｃｏ超硬合金ペレットを準備した。さらにさまざまな
厚みを持ったφ２０のＮｉ箔およびφ２０×５０ｍｍの
鋼（ＳＣＭ４３５）を準備した。超硬部の厚みが３ｍｍ
となるような超硬合金ペレットの組み合わせ、Ｎｉ箔、
鋼の順に黒鉛型に挿入し、加圧力６００ｋｇ／ｃｍ2の
もとパルス電流を通電し、焼結温度１２８０℃、焼結時
間３分で表４に示す構造、特性を持った試料１６〜試料
２４を作製した。比較品として、φ２０×５３ｍｍの鋼
材（ＳＣＭ４３５）を試料２５として準備した。試料１
６〜試料２５を打ち抜きパンチとして寿命テストを行っ
た。寿命は打ち抜き製品の寸法が規定値よりはずれた場
合を寿命とし、それまでの加工数で判定した。打ち抜き
条件としては、ワークを１ｍｍ厚みのアルミニウム鋼鈑
とし、打ち抜き圧力を３ｔ／ｃｍ2とした。試料１６〜
試料２５の接合構造、特性および打ち抜き加工数を表４
に示す。
【００２８】
【表４】
【００２９】（実施例５） ＷＣ−２５％Ｃｏ組成で、
φ３０×４ｍｍの超硬合金ペレット、ＷＣ−１２％Ｃｏ
組成でφ３０×２ｍｍの超硬合金ペレット、ＷＣ−２５
％Ｃｏ組成でφ３０×２ｍｍの超硬合金ペレットおよび
ＷＣ−２５％Ｃｏ組成で焼成後φ３０×４ｍｍになる超
硬合金粉末プレス体、ＷＣ−１２％Ｃｏ組成で焼成後φ
３０×２ｍｍになる超硬合金粉末プレス体、ＷＣ−２５
％Ｃｏ組成で焼成後φ３０×２ｍｍになる超硬合金粉末
プレス体を準備した。またφ３０×０．４ｍｍのＮｉ
箔、φ３０×６０ｍｍの鋼（ハイス鋼）を準備した。上
から超硬合金ペレットもしくは超硬合金ペレット２枚も
しくは超硬合金粉末プレス体もしくは超硬合金プレス体
２枚、Ｎｉ箔、鋼の順に黒鉛型に挿入し、表５に示す如
く加圧力２５０ｋｇ／ｃｍ2のもとパルス電流を通電し
焼結時間２．５分、焼結温度９５０℃〜１４００℃とし
試料２６〜試料３３を作製した。これらの特性を表５に
示す。比較品として上記のＷＣ−２５％Ｃｏ超硬合金ペ
レット、Ｎｉ、鋼材を組み合わせて電子ビーム溶接によ
り作製した試料３４およびホットプレスにより加圧力２
５０ｋｇ／ｃｍ２、焼結温度１１５０℃、焼結時間２．
５分で得た試料３５並びにホットプレスにより加圧力２
５０ｋｇ／ｃｍ2、焼結温度１２８０℃、焼結時間２．
５分で得た試料３６を比較品として得た。さらに６０×
５３ｍｍの鋼（ハイス鋼）を試料３７とし準備した。試
料２６〜試料３７を冷間鍛造パンチとして寿命テストを
行った。寿命は鍛造寸法精度が規定値から外れるまでの
ワーク加工数で判定した。鍛造条件としては、ワークが
アルミニウム、鍛造温度が室温、面圧０．５ｔ／ｃｍ2
で行った。試料２６〜試料３７の製造条件、特性並びに
鍛造加工数を表５に示す。なお、加圧力は試料名２６〜
３３が７００Ｋｇ／ｃｍ2、３５，３６が２５０Ｋｇ／
ｃｍ2、また焼結時間は試料名＊３４、＊３７を除きす
べて２．５分、さらに、Ｎｉインサート材厚みはすべて
０．４ｍｍである。
φ３０×４ｍｍの超硬合金ペレット、ＷＣ−１２％Ｃｏ
組成でφ３０×２ｍｍの超硬合金ペレット、ＷＣ−２５
％Ｃｏ組成でφ３０×２ｍｍの超硬合金ペレットおよび
ＷＣ−２５％Ｃｏ組成で焼成後φ３０×４ｍｍになる超
硬合金粉末プレス体、ＷＣ−１２％Ｃｏ組成で焼成後φ
３０×２ｍｍになる超硬合金粉末プレス体、ＷＣ−２５
％Ｃｏ組成で焼成後φ３０×２ｍｍになる超硬合金粉末
プレス体を準備した。またφ３０×０．４ｍｍのＮｉ
箔、φ３０×６０ｍｍの鋼（ハイス鋼）を準備した。上
から超硬合金ペレットもしくは超硬合金ペレット２枚も
しくは超硬合金粉末プレス体もしくは超硬合金プレス体
２枚、Ｎｉ箔、鋼の順に黒鉛型に挿入し、表５に示す如
く加圧力２５０ｋｇ／ｃｍ2のもとパルス電流を通電し
焼結時間２．５分、焼結温度９５０℃〜１４００℃とし
試料２６〜試料３３を作製した。これらの特性を表５に
示す。比較品として上記のＷＣ−２５％Ｃｏ超硬合金ペ
レット、Ｎｉ、鋼材を組み合わせて電子ビーム溶接によ
り作製した試料３４およびホットプレスにより加圧力２
５０ｋｇ／ｃｍ２、焼結温度１１５０℃、焼結時間２．
５分で得た試料３５並びにホットプレスにより加圧力２
５０ｋｇ／ｃｍ2、焼結温度１２８０℃、焼結時間２．
５分で得た試料３６を比較品として得た。さらに６０×
５３ｍｍの鋼（ハイス鋼）を試料３７とし準備した。試
料２６〜試料３７を冷間鍛造パンチとして寿命テストを
行った。寿命は鍛造寸法精度が規定値から外れるまでの
ワーク加工数で判定した。鍛造条件としては、ワークが
アルミニウム、鍛造温度が室温、面圧０．５ｔ／ｃｍ2
で行った。試料２６〜試料３７の製造条件、特性並びに
鍛造加工数を表５に示す。なお、加圧力は試料名２６〜
３３が７００Ｋｇ／ｃｍ2、３５，３６が２５０Ｋｇ／
ｃｍ2、また焼結時間は試料名＊３４、＊３７を除きす
べて２．５分、さらに、Ｎｉインサート材厚みはすべて
０．４ｍｍである。
【００３０】
【表5】
【００３１】
【発明の効果】この発明のＮｉをインサート材とした超
硬合金と鋼の接合材料は、Ｎｉインサート材の厚みを適
正値にすることで、熱応力緩和の役目を発揮させて超硬
合金のクラック発生を防止し、また接合材料自体の座屈
を防止することができる。また、Ｎｉインサート材の格
子定数を適正値にすることでＷ固溶量を制御し接合材料
の疲労強度を向上させる効果を有しており、高い接合強
度と高い疲労強度を発揮するのである。
硬合金と鋼の接合材料は、Ｎｉインサート材の厚みを適
正値にすることで、熱応力緩和の役目を発揮させて超硬
合金のクラック発生を防止し、また接合材料自体の座屈
を防止することができる。また、Ｎｉインサート材の格
子定数を適正値にすることでＷ固溶量を制御し接合材料
の疲労強度を向上させる効果を有しており、高い接合強
度と高い疲労強度を発揮するのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｂ２１Ｄ 37/01 Ｂ２２Ｆ 3/14 １０１Ｃ
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｎｉをインサート材とした超硬合金と鋼
の接合材料においてＮｉインサートの厚みが０．１ｍｍ
以上０．５ｍｍ以下で、かつＮｉインサート材の格子定
数が３．５４０Å以上３．５８０Å以下であり、超硬合
金のＣｏ量が４０重量％以下であることを特徴とする超
硬合金と鋼の接合材料。 - 【請求項２】 超硬合金がＮｉインサート材と超硬合金
の界面に対して垂直方向に２層以上のＣｏ量の異なる積
層構造をとり、Ｎｉインサート材と接する最下層から最
上層に向けてＣｏ量が階段状に減少し、最下層のＣｏ量
が２０重量％以上４０重量％以下の超硬合金層であるこ
とを特徴とする請求項１記載の超硬合金と鋼の接合材
料。 - 【請求項３】 鋼の材種がダイス鋼、ハイス鋼、クロム
モリブデン鋼であることを特徴とする請求項１および請
求項２記載の超硬合金と鋼の接合材料。 - 【請求項４】 黒鉛ダイ内に鋼、Ｎｉインサート材、超
硬合金またはＣｏ量の異なる超硬合金をＣｏ量の多い順
に充填し、黒鉛パンチにより加圧力１００ｋｇ／ｃｍ2
以上８００ｋｇ／ｃｍ2以下のもと黒鉛パンチおよびダ
イに直接電流を通電し９００℃以上１３５０℃以下で１
分以上１０分以下通電加圧焼結することを特徴とする請
求項１、請求項２および請求項３記載の超硬合金と鋼の
接合材料の製造方法。 - 【請求項５】 黒鉛ダイ内に鋼、Ｎｉインサート材、超
硬粉末またはＣｏ量の異なる超硬合金粉末をＣｏ量の多
い順に充填し、黒鉛パンチにより加圧力１００ｋｇ／ｃ
ｍ2以上８００ｋｇ／ｃｍ2以下のもと黒鉛パンチおよび
ダイに直接電流を通電し、１０００℃以上１３５０℃以
下で１分以上１０分以下通電加圧焼結することを特徴と
する請求項１、請求項２および請求項３記載の超硬合金
と鋼の接合材料の製造方法。 - 【請求項６】 通電加圧焼結にパルス電流を用いること
を特徴とする請求項４、５に記載の超硬合金と鋼の接合
材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02688398A JP4039725B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 超硬合金と鋼の接合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02688398A JP4039725B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 超硬合金と鋼の接合材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11221680A true JPH11221680A (ja) | 1999-08-17 |
| JP4039725B2 JP4039725B2 (ja) | 2008-01-30 |
Family
ID=12205687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02688398A Expired - Fee Related JP4039725B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 超硬合金と鋼の接合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4039725B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003334664A (ja) * | 2002-05-17 | 2003-11-25 | Masao Hondo | パルス通電による部材の接合方法 |
| JP2011062808A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 回転切削工具 |
| JP2012152827A (ja) * | 2012-03-08 | 2012-08-16 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 接合体 |
| JP2014161973A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Mitsubishi Materials Corp | 超硬合金部材と鋼部材の複合材料およびこの複合材料からなる回転軸物切削工具 |
| CN116197503A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-06-02 | 合肥工业大学 | 一种硬质合金和钢的焊接件及其制备方法 |
| US12539540B2 (en) | 2017-10-02 | 2026-02-03 | Proterial, Ltd. | Cemented carbide composite material, method for producing same, and cemented carbide tool |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP02688398A patent/JP4039725B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US12539540B2 (en) | 2017-10-02 | 2026-02-03 | Proterial, Ltd. | Cemented carbide composite material, method for producing same, and cemented carbide tool |
| CN116197503A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-06-02 | 合肥工业大学 | 一种硬质合金和钢的焊接件及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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