JPH1150182A - 超硬合金およびその製造方法 - Google Patents
超硬合金およびその製造方法Info
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- JPH1150182A JPH1150182A JP9219869A JP21986997A JPH1150182A JP H1150182 A JPH1150182 A JP H1150182A JP 9219869 A JP9219869 A JP 9219869A JP 21986997 A JP21986997 A JP 21986997A JP H1150182 A JPH1150182 A JP H1150182A
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- cemented carbide
- hcp
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 衝撃強度・靱性と剛性・硬度とを両立する超
硬合金とその製造方法とを提供する。 【解決手段】 ＷＣを主体とする硬質相がＣｏを含む鉄
族金属の結合相中に分散された超硬合金において、Ｃｏ
の結晶構造が次式を満たす。 ０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１ ここで、Ｉ(Co・hcp)はhcp 構造のＣｏの(101) 面におけ
るＸ線回析強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc 構造のＣｏの(11
1) 面におけるＸ線回析強度である。この超硬合金は所
定の原料を焼結して一旦冷却した後、焼結体を液相出現
直下の温度まで加熱し、液体中に浸漬して急冷すること
により得られる。
硬合金とその製造方法とを提供する。 【解決手段】 ＷＣを主体とする硬質相がＣｏを含む鉄
族金属の結合相中に分散された超硬合金において、Ｃｏ
の結晶構造が次式を満たす。 ０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１ ここで、Ｉ(Co・hcp)はhcp 構造のＣｏの(101) 面におけ
るＸ線回析強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc 構造のＣｏの(11
1) 面におけるＸ線回析強度である。この超硬合金は所
定の原料を焼結して一旦冷却した後、焼結体を液相出現
直下の温度まで加熱し、液体中に浸漬して急冷すること
により得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は特に衝撃強度を向上
できる超硬合金とその製造方法に関するものである。
できる超硬合金とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超硬合金の衝撃強度や靱性と剛性・硬度
とは相反関係にあり、両者を両立させることは難しい。
この点を改善する技術として、特公平5-20492 号公
報，特開昭58-39764号公報，特公昭61-4899 号公報
記載のものが知られている。これらは主に焼結温度から
の冷却速度を特定することにより靱性と強度の両立を図
っている。
とは相反関係にあり、両者を両立させることは難しい。
この点を改善する技術として、特公平5-20492 号公
報，特開昭58-39764号公報，特公昭61-4899 号公報
記載のものが知られている。これらは主に焼結温度から
の冷却速度を特定することにより靱性と強度の両立を図
っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のいずれ
の技術でも衝撃強度や靱性と剛性・硬度との両立は十分
とはいえず、衝撃強度不足による破損や靱性不足による
亀裂の発生、剛性・硬度不足による塑性変形に対応でき
る材料が要望されていた。また、１４００℃程度の焼結
温度からの急冷では熱衝撃が大き過ぎ、超硬合金に割れ
が発生する可能性が強い。さらに、焼結温度から急冷し
た場合、その急冷効果を維持するには、後にＨＩＰ処理
を行うことができないという問題があった。
の技術でも衝撃強度や靱性と剛性・硬度との両立は十分
とはいえず、衝撃強度不足による破損や靱性不足による
亀裂の発生、剛性・硬度不足による塑性変形に対応でき
る材料が要望されていた。また、１４００℃程度の焼結
温度からの急冷では熱衝撃が大き過ぎ、超硬合金に割れ
が発生する可能性が強い。さらに、焼結温度から急冷し
た場合、その急冷効果を維持するには、後にＨＩＰ処理
を行うことができないという問題があった。
【０００４】従って、本発明の主目的は、靱性と強度、
特に衝撃強度とを両立できる超硬合金とその製造方法を
提供することにある。
特に衝撃強度とを両立できる超硬合金とその製造方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は超硬合金中のＣ
ｏの結晶構造および固溶量を制御することにより上記の
目的を達成する。すなわち、本発明超硬合金は、ＷＣを
主体とする硬質相がＣｏを含む鉄族金属の結合相中に分
散された超硬合金において、前記Ｃｏの結晶構造が次式
を満たすことを特徴とする。 ０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１ ただし、Ｉ(Co・hcp)はhcp 構造のＣｏの(101) 面におけ
るＸ線回析強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc 構造のＣｏの(11
1) 面におけるＸ線回析強度である。
ｏの結晶構造および固溶量を制御することにより上記の
目的を達成する。すなわち、本発明超硬合金は、ＷＣを
主体とする硬質相がＣｏを含む鉄族金属の結合相中に分
散された超硬合金において、前記Ｃｏの結晶構造が次式
を満たすことを特徴とする。 ０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１ ただし、Ｉ(Co・hcp)はhcp 構造のＣｏの(101) 面におけ
るＸ線回析強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc 構造のＣｏの(11
1) 面におけるＸ線回析強度である。
【０００６】ここで、Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)のより好
ましい範囲は０．０１〜０．０５である。さらにＣｏの
格子定数が３．５７０以上であることが好ましい。な
お、結合相量は１０〜３０ｗｔ％程度が好適である。
ましい範囲は０．０１〜０．０５である。さらにＣｏの
格子定数が３．５７０以上であることが好ましい。な
お、結合相量は１０〜３０ｗｔ％程度が好適である。
【０００７】「Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)」が０．１を越
えると、脆弱なhcp 構造のＣｏが増えて靱性が不足す
る。そのため、このような超硬合金を鍛造工具に用いた
場合、亀裂が発生しやすく、工具寿命が短くなってしま
う。さらに、格子定数が３．５７０未満であるとＣｏ中
へのＷの固溶量が少ないことを意味し、やはり靱性不足
となりやすい。
えると、脆弱なhcp 構造のＣｏが増えて靱性が不足す
る。そのため、このような超硬合金を鍛造工具に用いた
場合、亀裂が発生しやすく、工具寿命が短くなってしま
う。さらに、格子定数が３．５７０未満であるとＣｏ中
へのＷの固溶量が少ないことを意味し、やはり靱性不足
となりやすい。
【０００８】また、本発明超硬合金の製造方法は、ＷＣ
を主体とする硬質相とＣｏを含む鉄族金属の結合相とを
焼結して冷却する工程と、この冷却後に焼結体を液相出
現直下の温度まで加熱し、液体中に浸漬して急冷する工
程とを含むことを特徴とする。
を主体とする硬質相とＣｏを含む鉄族金属の結合相とを
焼結して冷却する工程と、この冷却後に焼結体を液相出
現直下の温度まで加熱し、液体中に浸漬して急冷する工
程とを含むことを特徴とする。
【０００９】液相出現直下の温度としては１２００〜１
３００℃程度が好適である。また、急冷速度は１０００
℃／ｍｉｎ以上とすることが望ましい。急冷する際に焼
結体を浸漬する液体は特に限定されない。例えば、水や
油が挙げられる。なお、硬質相と結合相とを焼結した後
に必要に応じてＨＩＰ処理を行ってもよい。
３００℃程度が好適である。また、急冷速度は１０００
℃／ｍｉｎ以上とすることが望ましい。急冷する際に焼
結体を浸漬する液体は特に限定されない。例えば、水や
油が挙げられる。なお、硬質相と結合相とを焼結した後
に必要に応じてＨＩＰ処理を行ってもよい。
【００１０】一般に、超硬合金製品は次の工程により製
造される。 原料粉末の混合→プレス→中間焼結→成形→焼結→（Ｈ
ＩＰ）→検査 すなわち、混合した原料をプレスして例えばブロック状
に成形し、７００℃程度で中間焼結する。そして、中間
焼結体を所定の工具形状に成形して１４００℃程度で焼
結を行う。さらに焼結体中の空隙を減少させるため、焼
結の後にＨＩＰ（例えば１３４０℃程度）を行うことも
ある。
造される。 原料粉末の混合→プレス→中間焼結→成形→焼結→（Ｈ
ＩＰ）→検査 すなわち、混合した原料をプレスして例えばブロック状
に成形し、７００℃程度で中間焼結する。そして、中間
焼結体を所定の工具形状に成形して１４００℃程度で焼
結を行う。さらに焼結体中の空隙を減少させるため、焼
結の後にＨＩＰ（例えば１３４０℃程度）を行うことも
ある。
【００１１】前述した従来の技術〜ではおもに焼結
温度から冷却する際の速度に着目ししている。本発明で
は焼結温度からの冷却は特に規定せず、一旦冷却された
後に再度加熱してから急冷することを特徴とする。
温度から冷却する際の速度に着目ししている。本発明で
は焼結温度からの冷却は特に規定せず、一旦冷却された
後に再度加熱してから急冷することを特徴とする。
【００１２】このような急冷はＣｏの結晶構造の変態温
度域（４１３℃前後）をごく短時間で通過することによ
り、(1) 高温で安定相であるfcc 構造からhcp 構造へ相
変態させることなく固化する，(2) 急冷直前にＣｏへ固
溶しているＷを冷却中に析出させることなく固化する、
ことに有効である。
度域（４１３℃前後）をごく短時間で通過することによ
り、(1) 高温で安定相であるfcc 構造からhcp 構造へ相
変態させることなく固化する，(2) 急冷直前にＣｏへ固
溶しているＷを冷却中に析出させることなく固化する、
ことに有効である。
【００１３】液相出現温度直下の温度より急冷を開始す
るのは、Ｃｏ中にＷを多量に固溶でき、かつfcc →hcp
の変態温度に最も近い温度条件だからである。１４００
℃程度の焼結温度近辺の温度からの急冷では熱衝撃が大
きく、割れが発生する場合がある。具体的な再加熱温度
は１２００〜１３００℃程度、特に１２２０〜１２８０
℃程度が好適である。
るのは、Ｃｏ中にＷを多量に固溶でき、かつfcc →hcp
の変態温度に最も近い温度条件だからである。１４００
℃程度の焼結温度近辺の温度からの急冷では熱衝撃が大
きく、割れが発生する場合がある。具体的な再加熱温度
は１２００〜１３００℃程度、特に１２２０〜１２８０
℃程度が好適である。
【００１４】また、従来の技術〜では焼結温度から
の冷却を急冷としており、冷却後にＨＩＰを行なうと急
冷効果が失われるため、焼結に引き続いてＨＩＰを行う
ことが難しい。しかし、本発明では後に再加熱してから
急冷するため、焼結と再加熱との間にＨＩＰを行ってよ
り緻密な超硬合金を得ることもできる。
の冷却を急冷としており、冷却後にＨＩＰを行なうと急
冷効果が失われるため、焼結に引き続いてＨＩＰを行う
ことが難しい。しかし、本発明では後に再加熱してから
急冷するため、焼結と再加熱との間にＨＩＰを行ってよ
り緻密な超硬合金を得ることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。市販のＷＣ粉末（平均粒径６．５μｍと３μｍ）
とＣｏ粉末（平均粒径１．２μｍ）を表１に示す組成に
配合し、アトライターで湿式混合した後、乾燥した粉末
を作製した。この粉末を１ｔ／cm2 の圧力でプレスし、
１３８０℃〜１４００℃にて６０分間焼結してから除冷
した超硬合金試験片を作製した。これらの試験片のう
ち、いくつかはさらにＨＩＰ処理（１３４０℃，１ｔ／
cm2 ，Ａｒガス雰囲気）を施した。焼結またはＨＩＰ処
理を施して冷却された試験片は、予め１２５０℃に加熱
した電気炉内に１５分間保持した後、炉から取り出して
直ちに（３０秒以内）に水中に浸漬して、急冷処理が施
された。なお、上記急冷処理を行わなかったものと、従
来のガス冷却を施したものとを比較例とした。ガス冷却
は窒素ガス導入により冷却を行うもので、冷却速度はせ
いぜい５００℃／ｍｉｎである。
する。市販のＷＣ粉末（平均粒径６．５μｍと３μｍ）
とＣｏ粉末（平均粒径１．２μｍ）を表１に示す組成に
配合し、アトライターで湿式混合した後、乾燥した粉末
を作製した。この粉末を１ｔ／cm2 の圧力でプレスし、
１３８０℃〜１４００℃にて６０分間焼結してから除冷
した超硬合金試験片を作製した。これらの試験片のう
ち、いくつかはさらにＨＩＰ処理（１３４０℃，１ｔ／
cm2 ，Ａｒガス雰囲気）を施した。焼結またはＨＩＰ処
理を施して冷却された試験片は、予め１２５０℃に加熱
した電気炉内に１５分間保持した後、炉から取り出して
直ちに（３０秒以内）に水中に浸漬して、急冷処理が施
された。なお、上記急冷処理を行わなかったものと、従
来のガス冷却を施したものとを比較例とした。ガス冷却
は窒素ガス導入により冷却を行うもので、冷却速度はせ
いぜい５００℃／ｍｉｎである。
【００１６】そして、得られた試験片について、Ｘ線回
析によりＣｏの結晶構造（Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)），
格子定数，衝撃強度，硬度，抗折力の分析・測定を行っ
た。その結果を表２に示す。
析によりＣｏの結晶構造（Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)），
格子定数，衝撃強度，硬度，抗折力の分析・測定を行っ
た。その結果を表２に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】表２に示すように、いずれの実施例も硬度
・抗折力に関しては比較例と同等であるが、衝撃強度は
著しく向上していることがわかる。これは、結合相のＣ
ｏの結晶構造が延性に富むfcc 構造となり、Ｃｏ中に多
量にＷが固溶し、その結果格子定数が向上して強化され
たためであると思われる。各実施例の冷却速度は、１２
５０℃からほぼ常温まで冷却するのにせいぜい１０秒程
度であったため、１２０℃／ｓｅｃ程度と推定される。
・抗折力に関しては比較例と同等であるが、衝撃強度は
著しく向上していることがわかる。これは、結合相のＣ
ｏの結晶構造が延性に富むfcc 構造となり、Ｃｏ中に多
量にＷが固溶し、その結果格子定数が向上して強化され
たためであると思われる。各実施例の冷却速度は、１２
５０℃からほぼ常温まで冷却するのにせいぜい１０秒程
度であったため、１２０℃／ｓｅｃ程度と推定される。
【００２０】これに対し、比較例はいずれも衝撃強度が
劣っている。すなわち、急冷処理を行わなかった比較例
１〜６は全て衝撃強度，格子定数共に低い。また、窒素
ガス導入によるガス冷却を行った比較例７，８は５００
℃／ｍｉｎ程度の冷却を行ったにもかかわらず、実施例
に匹敵する衝撃強度は得られなかった。
劣っている。すなわち、急冷処理を行わなかった比較例
１〜６は全て衝撃強度，格子定数共に低い。また、窒素
ガス導入によるガス冷却を行った比較例７，８は５００
℃／ｍｉｎ程度の冷却を行ったにもかかわらず、実施例
に匹敵する衝撃強度は得られなかった。
【００２１】なお、急冷する際の冷却媒体を水ではなく
油とした場合でも同様の結果が得られた。
油とした場合でも同様の結果が得られた。
【００２２】（試験例）表１の組成Ａの粉末を用いてφ
２９−Ｌ１３７mmの温熱間鍛造用のパンチを作製した。
作製条件は実施例１と同じように、プレス圧力：１ｔ／
cm2 ，焼結温度：１３８０℃〜１４００℃，焼結時間：
６０分で、ＨＩＰ処理後に急冷処理を施した。比較とし
て急冷処理を行わないパンチも作製した。これらのパン
チを切削加工後、ワーク：ＳＣＭ１５，ワーク温度：１
１００℃，サイクルタイム：７５ケ／ｍｉｎ，面圧：６
５kg/mm2がかかる条件で鍛造工具として使用し、寿命ま
でのショット数の計測と工具表面の観察とを行った。そ
の結果を表３および図１，２に示す。
２９−Ｌ１３７mmの温熱間鍛造用のパンチを作製した。
作製条件は実施例１と同じように、プレス圧力：１ｔ／
cm2 ，焼結温度：１３８０℃〜１４００℃，焼結時間：
６０分で、ＨＩＰ処理後に急冷処理を施した。比較とし
て急冷処理を行わないパンチも作製した。これらのパン
チを切削加工後、ワーク：ＳＣＭ１５，ワーク温度：１
１００℃，サイクルタイム：７５ケ／ｍｉｎ，面圧：６
５kg/mm2がかかる条件で鍛造工具として使用し、寿命ま
でのショット数の計測と工具表面の観察とを行った。そ
の結果を表３および図１，２に示す。
【００２３】
【表３】
【００２４】本発明超硬合金によるパンチは寿命までの
ショット数が１４５０００回と格段に多く、工具の表面
も図１に示すように熱亀裂の発生が見られない。すなわ
ち、本発明超硬合金の工具は従来工具に比べて２〜１０
倍の寿命を有することがわかる。これに対して急冷を行
わなかったパンチは３５０００ショットで図２に示すよ
うに多数の熱亀裂が生じて使用不能となった。
ショット数が１４５０００回と格段に多く、工具の表面
も図１に示すように熱亀裂の発生が見られない。すなわ
ち、本発明超硬合金の工具は従来工具に比べて２〜１０
倍の寿命を有することがわかる。これに対して急冷を行
わなかったパンチは３５０００ショットで図２に示すよ
うに多数の熱亀裂が生じて使用不能となった。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明超硬合金は
衝撃強度と硬度とを両立でき、高い衝撃強度が求められ
る鍛造工具などへの利用が期待される。また、本発明方
法は本発明超硬合金を製造するのに最適な方法である。
衝撃強度と硬度とを両立でき、高い衝撃強度が求められ
る鍛造工具などへの利用が期待される。また、本発明方
法は本発明超硬合金を製造するのに最適な方法である。
【図１】本発明超硬合金を用いたパンチの鍛造加工後に
おける打撃面を示す模式図。
おける打撃面を示す模式図。
【図２】従来の超硬合金を用いたパンチの鍛造加工後に
おける打撃面を示す模式図。
おける打撃面を示す模式図。
Claims (5)
- 【請求項１】 ＷＣを主体とする硬質相がＣｏを含む鉄
族金属の結合相中に分散された超硬合金において、 前記Ｃｏの結晶構造が次式を満たすことを特徴とする超
硬合金。 ０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１ ここで、Ｉ(Co・hcp)はhcp 構造のＣｏの(101) 面におけ
るＸ線回析強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc 構造のＣｏの(11
1) 面におけるＸ線回析強度である。 - 【請求項２】 Ｃｏの格子定数が３．５７０以上である
ことを特徴とする請求項１記載の超硬合金。 - 【請求項３】 ＷＣを主体とする硬質相とＣｏを含む鉄
族金属の結合相とを焼結して冷却する工程と、 この冷却後に焼結体を液相出現直下の温度まで加熱し、
液体中に浸漬して急冷する工程とを含むことを特徴とす
る超硬合金の製造方法。 - 【請求項４】 液相出現直下の温度が１２００〜１３０
０℃であることを特徴とする請求項３記載の超硬合金の
製造方法。 - 【請求項５】 急冷速度が１０００℃／ｍｉｎ以上であ
ることを特徴とする請求項３記載の超硬合金の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21986997A JP4537501B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 超硬合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21986997A JP4537501B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 超硬合金およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150182A true JPH1150182A (ja) | 1999-02-23 |
| JP4537501B2 JP4537501B2 (ja) | 2010-09-01 |
Family
ID=16742340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21986997A Expired - Fee Related JP4537501B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 超硬合金およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4537501B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005336565A (ja) * | 2004-05-27 | 2005-12-08 | Kyocera Corp | 超硬合金 |
| JP2008133181A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-12 | Sandvik Intellectual Property Ab | 焼結体の製造方法、該方法に用いる粉末混合物、該方法により製造された焼結体 |
| JP2009035802A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超硬合金 |
| JP2010209398A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Mitsubishi Materials Corp | 耐折損性に優れた超硬合金製ドリル |
| JP5152770B1 (ja) * | 2012-02-20 | 2013-02-27 | 有限会社Ｍｔｓ | 強靭超硬合金の製造方法 |
| JP2013170315A (ja) * | 2012-09-06 | 2013-09-02 | Mts:Kk | 強靱超硬合金及び被覆超硬合金 |
| EP3909707A1 (en) * | 2020-05-14 | 2021-11-17 | Sandvik Mining and Construction Tools AB | Method of treating a cemented carbide mining insert |
-
1997
- 1997-07-30 JP JP21986997A patent/JP4537501B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
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| JP2013170315A (ja) * | 2012-09-06 | 2013-09-02 | Mts:Kk | 強靱超硬合金及び被覆超硬合金 |
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| WO2021228974A1 (en) * | 2020-05-14 | 2021-11-18 | Sandvik Mining And Construction Tools Ab | Method of treating a cemented carbide mining insert |
| CN115485084A (zh) * | 2020-05-14 | 2022-12-16 | 山特维克矿山工程机械工具股份有限公司 | 处理硬质合金采矿刀片的方法 |
| JP2023526253A (ja) * | 2020-05-14 | 2023-06-21 | サンドヴィック マイニング アンド コンストラクション ツールズ アクティエボラーグ | 超硬合金採掘インサートの処理方法 |
| CN115485084B (zh) * | 2020-05-14 | 2024-12-24 | 山特维克矿山工程机械工具股份有限公司 | 处理硬质合金采矿刀片的方法 |
| US12545977B2 (en) | 2020-05-14 | 2026-02-10 | Sandvik Mining And Construction Tools Ab | Method of treating a cemented carbide mining insert |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4537501B2 (ja) | 2010-09-01 |
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