JPS5874573A - 銅および銅合金用塑性加工工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銅および銅を主体とする合金の引き抜き、線引
き、線材圧延、押出し、あるいはダイキャストに用いら
れる塑性加工工具に関するものである。

従来鋼や銅合金用の塑性加工工具としては超硬合金やダ
イス鋼ハイスが用いられている。

しかしながら、線引きロールなどに代表される大量生産
品の製造条件は、高精度化および経済的要求から年々基
びしくなり、それに伴って塑性加至工Ａｈしても耐熱性
、耐摩耗性、耐熱衡撃性などの向上が要求されている。

そしてこれらの要求を満足するべ（超−合金、ダイス鋼
やハイスなどの分野においでも日夜新しい材料の開発が
続けられているが、未だ縁上記諸性能を具備した材料、
は見出されていない。　　　□ 上述したように金属の塑性加工工具材料としては、工具
鋼等の鋼あるいは超硬合金が一般的であり、新らしい塑
性加工工具素材に対する動きを見ても僅かな変更にしか
ず′ぎなかった。

これに対してセラミックは塑性加工用工具の材質として
最近注目されてはいるが、その耐熱衡撃性、耐衝撃性、
脆性などの諸性質が前記した材料に比較して劣るため、
塑性加工工具のなかでも応力が小さいガイドロール等の
分野において次第に利用され始めているにすぎず、圧延
用ロールに用いるという発想は殆んどなされていないの
が現状である。

本発明者らは、永年にぼりセラミック材料を塑性加工工
具素材として使用する可能性を検討した結果、この発明
に到達したものである。

即ち、この発明は窒化珪素系セラミックスであって、特
にその空孔が５％以下であり、かつ常圧焼結法によって
得た焼結体よりなる新しい塑性加工工具である。

そしてこれらは、従来の各種塑性加工工具としての概念
を打ち破った革命）的な変化をもたらすものである。　
　　　　　　・昌：１ 窒化珪素といえどもセラミック材料の１種であり、前記
したようなセラミックとしての弱点は有しているが、逆
に耐摩耗性の面では前記金属材料よりもすぐれており、
特に高温での耐摩耗性においては、それらの１０〜１０
０倍もの値に達するのである。従って塑性加工工具のな
かでも特に高温で使用される熱間圧延用ロール等の分野
においてその効果は大きく発揮されるのである〇従来治
工具に対する一般的な概念としては、短時間の使用で寿
命に達するため、それに合わせて工程および設備設計が
なされて来たのである。

しかしながら、この発明の塑性加工工具によって従来の
工具より１０〜１００倍の寿命延長がはかれることとな
り、これら治工具も設備の１部と見做されるようになり
、例えば設備自体の定期的な補修項目に加えるなどの発
想が可能となり、その間に治工具自体のために設備休止
しなければならない等の非生産的な事態が全くなくなる
のである。

その結果、ｄ″−の稼動率の向上のみならず、工程途中
で発生するストック類の減少、治工具の多数の手持ちな
どの処置も不要となり、その効果は非掌に大きいのであ
る。

こｎらの塑性加工工具としては、塑性加工を行う金属に
よって異なるが、例えば銅や銅合金を塑性加工する場合
、従来の材料よりなる工具では、該工具と銅や銅合金な
どの被加工材との間に反応が起り、溶着現象が生じて表
面層は＠着離脱の繰返し現象が起り、表面層の荒れまた
は消耗が増加し、やがて寿命に至るのである。

また、特に熱間加工において超硬合金やタイス綱ハイス
は溶着離脱の繰返しによりスポーリングと呼ばれる剥離
現象や疲労現象による亀裂が発生し、これが寿命の原因
となるのである。

上記の点に鑑みて、従来の銅および銅合金用塑性加工工
具の欠点を解消すべく本発明者らが検討ノ結果この発明
に至ったものである。

即ちこの発明は、銅および銅合金用塑性加工工具の原料
組成として、Ｓｉ８Ｎ４の６０３ｉｉ量％以上にＡｚ２
ｏａを１〜４０重量％、または／およびＡＭを４０重量
％、　５ｉ０２を１〜４０重量％含有し、あるいはさら
にＭｙＯを１〜５重麓％含有し、空孔が５％以下である
Ｓｉ８Ｎ４焼結体よりなることを特徴とするものである
。

以下、この発明の詳細な説明すると、まず溶着現象が極
限まで小さい物質で工具を構成することが肝要である。

しかして金属に対して溶着性の低いのはセラミックであ
る。

なかでも最も一般的なアルミナ系セラミックは、強度が
低く応力が高くて衝撃を受ける塑性加工においては信頼
性に問題があって使用に耐えることができないのである
。

そこで各種セラミック工具にてテストを試みたところＳ
ｉ８Ｎ４を主体とするセラミックならば銅および銅合金
用の塑性加工工具として、従来がら用いられている超硬
合金やダイス鋼よりもすぐれた性能を示すことを見出し
たのである。

この発明Ｉくおいて主材料として用いるＳｉ８Ｎ４につ
いてはＳｉ金属粉の成型体を窒化する反応焼結法および
Ｓｉ８Ｎ４と添加剤を混合して粉末冶金法にて作製する
２種の方法が知られている。ところが前者の方法では空
孔が１０％以上残り、この発明の目的には不適当である
。

また後者の製造法においては添加剤を使用°夕るために
これによって性質が大きく左右されることが知られてい
る。“ しかしながら基本的には、高強度で耐衝撃性が必要であ
り、このためには６０重量％以上のＳｉ８Ｎ４を用いる
ことが必要である。

次に６０重皿％以上のＳ　ｉ　８Ｎ４に対して用いる除
加剤としては、Ａｚ２ｏ８を１〜４０］ｉ量％または／
およびＡ／ｆｆを１〜４０重１％、　５ｉ０２を１〜４
０７Ｔｉ　縁９ｊ　カ好ましい。これは１重皿％以下で
は十分な強度が得られず、また４０重量％以上では脆く
なるためである。

この発明のＳｉ　ａＮ４−Ａｔ２０８−Ａバー５ｉ０２
系においての組成を持つサイアロン組成になってもよい
し、またこのような組成物と第２相との混合物になって
も、特に使用上の差異は認められなかった。

しかし、実施例からの推定では特に高温での圧延に除し
ては、組成的に良好な分野があり、Ａｔ２ｏａ３５　ｆ
ｔＭ％、　Ａｆｆｌ　５鳳凰％を含有せしめた焼結体よ
りなる工具が長寿命の傾向にあることが認められた。

焼結助剤としては上記のほか、さらにＭｔＯを１〜５重
鼠％含有せしめることによってより緻密な焼結体を得る
ことができ、この焼結体を用いることによってすぐれた
工具を得ることができる。

このような工具においては、空孔があまり残っていると
、強度が低下し、信頼性も落ちるのでできるだけ高密度
の方が好ましい。この点がら空孔は５％以下が適当であ
るが、工具の製造条件および使用条件がそれほど過酷で
ない領域においては１０％以内の空孔でもそれほど影響
はない。

また添加物質としてＢ、Ｆｅ、Ｇｏ、Ｎｉなとの金属も
生態であれば効果が認められる、。

５ｉＢＮ４に関してその結晶系はａ型、β型の何れ１ でも効果に差なく年月することができる。

以下この発明を実施例により詳細に説明する、実施例１ ＳｉａＮ４ニ対しテＡｔｇＯａ　ｌｘ　２０重電％、　
ＡｔＮを１０重電％を秤量してボールミルにて十分粉砕
混合し得られた粉末を成形したのち、Ｎ２ガス亦囲気中
テ１６５０〜１８５０℃で４時間焼結し、圧延ロールを
作製した。そしてこの圧延ロールを仕上圧延用ロールの
第１θ段として使用した。寿命までの圧延量は２５６０
　ｔｏｎであった。なお被圧延材の温度は５００℃であ
った。

実施例２〜４ Ｓｉ８Ｎ４に対してＡｔ２０Ｂ　２５重電％、Ａハを５
塩−％秤量し、実施例１と同様の方法で焼結して圧延用
ロールを試作した。

イυられたロールを用いて圧延温度９００℃、７００℃
５００℃にて圧延を行い、ロールの寿命に至るまでの圧
延量および寿命原因を調べたところ第１表の結果を得、
９００℃と７００℃では（よぼ同等の圧延量で寿命に達
した。

また５００℃ではむしろ圧延量が減少することがわかつ
″た。

第　　　１　　　表 ＼ 実施例５〜７ ｓｉａＮ４６０　血ｋｉ＝　９ｉ；　トＡｔ２０ｓ　３
５　ａ　ｔ４％、Ａハ５胸％の粉砕混合物を用いて実施
例１と同じ方法で圧延ロール゛を作製し、これを実施例
２〜４の方法と同様にして寿命テストを行った。その結
果は第２表の通りであり、実施例２〜４におけると異な
って、９００℃の圧延時に最も圧延量が多くなり、５０
０℃の時の圧延量が最も少なかった。

第　　　２　　　衣 市販Ｓｉ８Ｎ４８０重鮎％、ＡｚｚＯａ　ＩＱ正ｌ！Ｌ
％、　５ｉ０２１０重−％を況合し、実施例１と同様の
方法でＭ杯引き用ガイドローラを作製した。この時の焼
結温度は１７００℃であった。

得られた本実施例のガイドローラを市販の超硬合金績、
およびアルミナセラηツク製のガイドローラと使用寿命
の比較テストを行ったところ第３表の結果を得、本実施
例の一イドローラが丼゛吊にすぐ１１でいることが実証
さ６た。

なお線材は１５ｍ／ｓｅｃの速度で温度は５００　ｔ；
であつｊこ。

第　　　３　　　表 実施例９ Ｓｉ８Ｎ４に対してＡｚ２０ｇ　３０　Ｍ麓％、Ａハ５
重鼠％、およびＭｒｏ　５重量％を秤垣し、実Ｅ、Ｌ濁
ｌと同様の方法で焼結して圧延用ロールを試作した。

イ４Ｉられたロールを用いて圧延温度７００℃に゛Ｃ圧
延を行ったところ圧延量２７００　ｔｏｎで表向皐耗Ａ
ｌ’おこり寿命に達した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　５ｉｓＮ４Ｏ６０重量％以上ニＡｔＩ！０８
   をｌ〜４０る５ｉｌＮ４焼結体よ勢なる鏑および銅合金
   用塑性（但し、ＸはＯよゆ大キク、且つ６よゆ小さいか
   ６に等しい） の組成を有し、Ｓｉの一部がＡｔと、Ｎの一部が０と置
   換した置換型固溶体であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の銅および銅合金用塑性加工工具。 （３）８口Ｎ４の６０重量％以上に１〜５重量％のＭｒ
   Ｏを含有することを特徴とする特許請求の範゛　囲ｍｔ
   項記載の銅および銅合金用塑性加工工具。