JPS5887247A - 微粒子を結束させた硬質カ−バイド素子 - 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、結束されたカーバイド素子に関して居り、更
に特記すれば、金属結束剤としてニッケルを使用し、該
カーバイドの微粒子構造を保証するための粒子成長抑制
剤を含む結束されたタングステンカーバイド素子に関し
ている。結束されたカーバイド素子を例示すれば、パン
チ、ダイ型、リングを形成するような銅加工工具および
２片的継目なし罐を形成するに用いられる、上記以外の
絞シ素子が挙げられる。銅加工工具は、高い硬度を有す
る必要があると共に、合成潤滑剤による腐蝕、に対する
抗性を持たねばならない。

２片的継目なし罐を作るのに使用される銅加工工具は、
現在のところ、金属結束剤としてコバルトを使用する、
結束されたタングステンカーバイドから作られている。

その費用および上述のような潤滑剤の処理と関連ある生
態学的問題に基き、２片的継ぎ目なし罐を形成するには
、合成潤滑剤を使用するのが望ましい。併し、結束され
たタングステンカーバイド・コバルト製工具は、結束さ
れたカーバイドが、合成潤滑剤による腐蝕に対する抗力
がない故、極めて磨耗が犬である。従って結束されたタ
ングステンカーバイド・コバルト合金よシ作られた銅相
工具は、磨耗が比較的速かなために、寿命が甚だ短かい
。工具の寿命が短かいということは、罐の製造工業には
許されない。何ぜならば、毎分１０００個程度の罐を製
造する典型釣鐘製造路線は、磨耗工具取換のために中断
を餘儀なぐされ、このような生産の中断は費用を高める
ことになるが故である。

結束されたタングステンカーバイド合金は、種々の切削
、機械加工および成形操作に使用され、そしてその基本
的合金は、コバルト、ニッケルおよび（或は）鉄の金属
結束絢を含むタングステンカーバイドより成っている。

焼結中カーバイドの粒子の成長を抑制するためには、基
本的タングステンカーバイド合金へ、小量のバナジウム
カーバイドを添加すれば宣しい。例えば、米国特許第３
．１６５，８２２号の教示によれば、バナジウムカーバ
イドを含有する場合もあるタングステンカーバイド合金
の中の金属結束剤として、２〜２５チのニッケルを使用
すればよいとされている。米国特許第２，７８１．？　
１０号は、金属結束剤として１２％までのニッケルと、
２次カーバイドを含む結束されたタングステンカーバイ
ド合金を発表している。この米国特許は、既知の諸合金
の中のタングステンカーバイドの粒子サイズは、０．５
乃至１０ミクロン、通常のサイズは８乃至８ミクロンで
あることを示しているが、この特許のねらいは、２５乃
至２５０ミクロンの大型粒子を含む結束カーバイド組成
体にある。更に米国特許Ｒｅ、２２，０７３号は、８〜
２２チのニッケルを含み、残りがタングステンカーバイ
ドおよび若干のバナジウムカーバイドよシ成る合金を発
表している。

そこで、本発明の結束されたタングステンカーバイド素
子は、重量比で８８％のタングステンカーバイドと、１
２％のニッケル、および約０．１％のバナジウムカーバ
イドよシ成り、各カーバイドは微粒子的に構成されてい
る。ここに言う微粒子とは、カーバイド粒子の総てが、
１ミクロン以下のサイズを有することを意味する。上記
タングステンカーバイド素子は、合成潤滑剤による腐蝕
に対する高い抗力を有し、更に、極微的多孔性なく、磨
耗抵抗が高く、硬い表面を有する故、２片的継目なし罐
を形成する銅用工具材として、特に適している。

上記結束されたタングステンカーバイドは、重量比で８
８チのタングステンカーバイドと、１２チのニッケルお
よび約０．１％のバナジウムカーバイドよシ成っている
。タングステンカーバイドは、極めて微細な粒子サイズ
を有し、総ての粒子が１ミクロン以下である。タングス
テンカーバイドの微細なる粒子サイズは、下に述べる仕
方でタングステンカーバイド粉末を処理し、そして粒子
の成長を抑制する条件の下で、粉末から圧縮されたイン
ゴットを焼結するこζによって作られる。更に、上記組
成の中に含捷れるバナジウムカーバイドは、焼結中粒子
成長抑制剤として作用する。

上述の組成を有する、結束された微粒子タングステンカ
ーバイドは、高い硬度と、優れた腐蝕抗性とを有し、こ
れ等は、成形工具と、成形される金属との間に合成潤滑
剤が使用される、２片的継ぎ目なし罐を形成するための
銅加工工具に構成される場合に重要である。上記組成を
有する、微粒子タングステンカーバイドは、金属結束剤
としてコバルトを用いる、大粒子タングステンカーバイ
ドよりも、上記環境における著しく高い磨耗特性を具え
ている。上記合金の第２次的利点は、コバルトよりもニ
ッケルの価格が低いことである。

次に、重量比で、下に示す組成を有する、２組の実験例
が用意された。

タングステンカーバイド　　　　　８８チニツケル　　
　　　　　　　　　　１２％バナジウムカーバイド　　
　　　　　０．１％カーボン　　　　　　　　　　　　
０．０８％上記タングステンカーバイドは、フィッシャ
ー篩目サイズ以下の粒子サイズを有し、１．５５乃至２
．０２ミクロンである。

上記材料は、ヘキサンおよび４０に９のカーバイド球体
を含む、摩擦ミルの中で、５時間に亘って挽かれた。こ
のようにして得られた粉末が乾燥され、２％の臘を混合
されて、棒形に圧縮された。

この棒が、１４００℃の真空中で１時間焼結された。結
束されたカーバイド焼結棒の物理的特性は下記の通りで
ある。

第１組　　第２組 平均硬度（ＲＡ）　　　　　８８．４　　　　　８８．
１密度Ｃ？／ｃｒ−）　　　　　　１４．８０　　　　
１４．８５横断破壊強度Ｃｐ８ｉ）　　　８１　？、０
００　　　３００，０００微細多孔性　　　　　Ａｌ以
下、　　　　　Ａｌ以下。

僅かにＢ、ＣＢ　　僅かにＢ、Ｃ２１ ２０ｔｓｉ収縮率　　　　１７．８チ　　　　１７．８
チ上記粉末から２個の銅加工用グイ型も作られた。

このダイ型が、中性ｐＨ値を有する、Ｓ、Ｈ，Ｍａｃｋ
ＰＴＬ５４０　、Ｌ、Ｌ、１１２　ＣＰＴＬ５４０／Ｈ
ｚＯ＝％）と名付けられた、水溶性の合成油の中に浸漬
することによって試験された。このダイ型からは、何等
腐蝕を受けた証拠が認められなかった。

次に、下記重量比を有する第８組の試料が調製され、本
発明によって焼結された。

タングステンカーバイド　　　　　８８チニツケル　　
　　　　　　　　　　１２％バナジウムカーバイド　　
　　　　０．２％カーボン　　　　　　　　　　　　　
０．０２％タングステンカーバイドは、フイシャ篩目以
下の、１．６３ミクロンのサイズであった。

上記材料が、摩擦ミルの中で５時間挽かれ、乾燥された
後、２％の臘を混合され、そしてこの試料が”；１Ｏｔ
ｓｉの圧縮力で圧縮された。この試料が、水素ふん囲気
内で脱臘され、そして１４７０℃の真空中で１時間焼結
された。結束されたカーバイド試料の物理的特性は、下
記の通りである。

平均硬度（ＲＡ）　　　　　　８９．５密度（ｆ／ｃｃ
、）　　　　　　　１４．４６横断破壊強度Ｃｐｓｉ）
　　　　　　４０４，０００微細多孔質の度　　　　　
　　Ａｌ以下、僅かにＢ２０ｔｓｉにおける収縮度　　
　　１８．１％このカーバイドの微細構造は、マイクロ
粒子的であった。

本発明による結束されたタングステンカーノ（イドが、
金属結束剤として１５％のコノ（ルトを用いた、２つの
結束されたタングステンカー〕くイドと比較された。金
属結束剤としてコノ（ルトを用いたカーバイドの一つは
、粒子の成長抑制剤として１チのクロームカーバイドを
含んでいる。前記８つのカーバイドには該試料を、Ｓ、
Ｈ，Ｍａｃｋ　ＰＴＬ５４０、Ｚ、、Ｌ、１１２　　（
２５チ蒸溜水）の中に浸漬することにより、室温で、５
日間の腐蝕試験が施された。本発明による、ニッケル結
束剤を含む結束されたカーバイドに対しては、腐蝕を示
す可視的徴候は認められなかった。４０時間の浸漬後、
コバルト結束剤を含むカー・ぐイドは、クロームカーバ
イドを添加したコバルト結束剤を含むカーノ（イドよシ
も高い腐蝕を表わした。併し、コ／（ルト結束剤を含む
両カーバイドは共に腐蝕を示した。

そこで、ニッケル結束剤と、微粒子カーバイドとの組合
せが、コバルト級に比肩し得る硬度と、よシ低い腐蝕と
、より高い磨耗抗力とをもたらしたものと信ぜられる。

２片的継ぎ目なし罐を形成するのに用いられる、結束さ
れたタングステン力、−バイトの銅加工工具の表面には
、ダイヤモンドペーストを用いてラッピングを施し、平
滑仕上げが施される。従って、結束されたカーバイドに
は、表面仕上げに有害な、微細多孔性、過剰カーボン相
および不足カーボン相が存在してはならない。本発明に
よるタングステンカーバイ−ドに対する金属結束剤とし
てニッケルが使用されるのは次の理由による。即ちニッ
ケルは、コバルトよりもカーボンを溶解させろことが少
く、且つ結束されたカーバイド粉末に対する圧縮結束剤
および潤滑剤とし重要な役割を有するパラフィン臘を分
解するための有効な触媒であるが故である。併し、ニッ
ケル結束剤を含む結束されたカーバイドに対しては、結
束剤としてコバルトを使用するものよシも、処理のため
の諸条件がよシ厳格に規制される要がある。

本発明による組成を有するカーノ（イド粉末の素子への
調製は、次の方法によって行われる。先づ、臘を含まな
い粉末から油（水）圧的にインゴットが圧縮される。該
インゴットが一２０°Ｆよりも良い露点を有する解離さ
せられたアンモニアの脱炭ふん囲気内で、先行焼結され
る。その場合の頂上条件の７００℃が２時間保たれる。

然る後インゴットが、所望のサイズおよび形の生部材と
なるように、徐々に機械加工される。この部材が、最高
物置に達するまで焼結される。焼結炉が排気され、そし
て水銀柱３８０闘の部分圧まで、水素をもって満たされ
る。温度が６００℃まで上昇され、炉から水素が排出さ
れ、然る後真空状態で１８００℃まで温度が高められ、
そこで、プロノくンが３８０１１ｉ部分圧まで、炉へ加
えられる。プロノ（ンの填充が３０分間保たれ、然る後
炉が排気されて、１時間１４５０°Ｇの最高温度に保た
れる。前記先行焼結と焼結とのサイクルは、該カーノく
イドの中に所要のカーボンの平衡を生じさせる。上記焼
結された部材が真空内で冷却され、１５，０００　ｐｓ
ｉのアルゴンガスの中で、１時間、１８００℃のＨＩＰ
の中で、熱平衡的に処理されて、内部の多孔質が排除さ
れる。

金属結束剤としてニッケルを使用し、１ミクロン以下の
粒子サイズを有する結束されたカーバイド素子が、上述
の仕方で処理された場合、充分な硬度と、合成潤滑剤に
よる腐蝕に対する高い抗力と、銅相工具として使用され
る場合に対する高い磨耗抗力とが達せられる。上記結束
されたカーバイドより作られた銅相工具の耐蝕性および
耐磨耗性は、ニッケル金属結束剤と極めて微細なる粒子
サイズとの共同効果よシ生するものと信ぜられている。

上述したのは本発明の選択される態様であるが、本発明
が特許請求の範囲記載の範囲において実現され得ること
は理解すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で８８％のタングステンカーバイド、１２％
   のニッケルおよび約０．０１％のバナジウムカーバイド
   より成り、該カーバイドが、最大粒子サイズ１ミクロン
   以下となり且つ合成潤滑剤によド素子。 ２、前記素子が、２片的継目なし罐を製作するのに使用
   するための銅加工工具とされる、特許請求の範囲第１項
   に記載の結束させた硬質力−ノ（イド素子。 ８、前記素子の熱処理が、タングステンカー）くイド、
   ニッケルおよびバナジウムカーバイドのインゴットを、
   約２時間を最長時間として、約７００℃の最高温度の脱
   炭ふん囲気の中で、先行的焼結することと、これに引続
   き、約１４５０℃の最高温度まで逐次増加する温度で焼
   結することより成る特許請求の範囲第１或は第２項に記
   載の結束された硬質カーバイド素子。 ４、前記焼結が、水銀柱３８０龍の部分圧の水素を満た
   した炉の中で、６００℃まで加熱するとと、炉を排気し
   そして１８００℃まで温度を高めたのに引続き３８０１
   １ｉ＋の部分圧まで炉へプロパンを追加填充すること、
   および８０分間前記追加填充状態を保ち、炉を排気し、
   そして１時間に亘り　１４５０℃まで炉の温度を高める
   こと、より成っている、特許請求の範囲第８項に記載の
   結束された硬質カーバイド素子。 ５、最初に焼結されたインゴットを、前記素子のサイズ
   および形状まで徐々に機械加工することを含む特許請求
   の範囲第４項に記載の結束された硬質カーバイド素子。 ６、前記素子が、タングステンカーバイド、ニッケルお
   よびバナジウムカーバイドの粉末よシ成るインゴットを
   油（水）圧的に尾縮すること、約７００℃の温度の脱炭
   的ふん囲気の中でインゴツトを先行焼結すること、前記
   先行焼結されたインゴットを、前記素子のサイズと形状
   まで徐々に機械加工すること、および温度を逐次１，４
   ５０℃まで高めて前記インゴットを焼結することによっ
   て形成される、特許請求の範囲第１或は第２項に記載の
   結束された硬質カーバイド素子。