JPS593533B2 - 硬質合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 超硬合金に用いられるタングステンは地球上に少量しか
存在しないので、高師な金属であり、いわゆる戦略物質
として近年高騰をつづけている。

それ故超硬合金のタングステンを代替することが重要視
されるようになってきた。

その一つの解決方法は超硬合金工具の代わりにアルミナ
を主成分とするいわゆるセラミック工具又はチタンを主
成分とするサーメット工具を使うことである。

しかし、これらの方法では靭性の面でどうしても超硬合
金を置換できない事例が数多くあることも事実である。

それ故超硬合金の炭化タングステンを炭化モリブデンに
置換することができないかが検討されてきた。

本発明は後者に関する。

炭化タングステン（ＷＣ）を炭化モリブデン（ＭｏＣ）
で置換する場合の最大の問題はＭｏＣが不安定で ２ＭｏＣ−＋Ｍｏ２Ｃ＋Ｃ なる反応式に従って、脆いＭｏ２Ｃが析出することであ
る。

これを解決する方法としてＭｏＣのＭＯの一部Ｗで置換
してシンプル・ヘキサゴナル（Ｍｏ、Ｗ）Ｃ相で安定化
する方法がわずかに提案されている（特開昭５ｌ−１４
６３０６）が、本方法によれば原料（Ｍｏ、Ｗ）Ｃ製造
中冷却時に１４００℃前後で長時間加熱保持が必要であ
り、これが工業的には大きな制約となる。

発明者らはＭ、Ｃの金属元素（−Ｍ ｏ ）をＷで置換
するだけでなく非金属元素（−〇）を他の非金属元素で
置換することにより、シンプル・ヘキサゴナル相を安定
化できないかと考えた。

その結果、炭素の一部を酸素で置換すると同時にＭｏの
一部をＷで置換すると鉄族金属を主成分とするいわゆる
結合金属と焼結しても、シンプルヘキサゴナル相が安定
に存在することがわかった。

さらにこの場合少量の窒素が混入しても、その安定性は
変化しないこともわかった。

さらに詳細に述べると上記のような効果を示す酸素量に
は上限と下限とがあることがわかった。

酸素量は硬質相非金属構成元素中００，０２〜１０．０
重量係が好ましく、０．０２２重量％以下は効果が認め
られず１０．０重量係以上では焼結性を害するため好ま
しくない。

酸素の量と関係して好ましいタングステン量についても
制限があることがわかった。

・その理由について詳細は不明であるが、酸素とタング
ステンの親和性が酸素とモリブデンの親和性に比べて劣
るからではないかと考えられた。

従がって酸素量を増加するにはタングステンの量を減じ
た方が好ましいが工業的にはタングステンの量は硬質相
構成元素の１〜９０重量係でなければならない。

９０重量％以上では安定して酸素を含有せしめることが
不可能であり１重量％以下ではシンプル・ヘキサゴナル
相の安定性に欠けるからである。

さらに、この際共存する窒素については原子係にして酸
素含有量の１０倍までは悪影響を及ぼさないことも実験
的に確認された。

主として切削用工具にはシンプル・ヘキサゴナル相以外
にＢｌ型固溶体を形成させると有利であることが知られ
ている。

この構成元素はＴｉ、ｚｒ。Ｈｆ 、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａｔ
ｃｒ、Ｍｏ、ＷのいわゆるＩＶ ａ ｔＶａ、Ｖｉａ族
遷移金属とＣ，Ｎ、Ｏの非金属成分である。

Ｂ１型固溶体量は切削用途に応じて変化させることが望
ましいが０．１〜９０体積係までの置換が行われうる。

この場合における酸素ならびにタングステン量に関する
制限についてもタングステンとモリブデンの複炭化物を
Ｂｌ型硬質炭化物で置換しても何等変わりはない。

窒素含有量についてはＩＶａ、Ｖａ族元素は窒素と結合
しやすいので、これの合計の０．５倍までの置換までは
悪影響を及ぼさないこともわかった。

従って、この場合窒素含有量が酸素含有量の原子係の１
０倍もしくはＩＶａ、Ｖａ族原子係の合計の０．５倍の
いずれか大きい方よりも少なければよい。

なお、合金としては鉄族金属が組成物の３〜５０重量係
重量力ることが望ましい。

３係以下であると脆すぎ、５０重量係を越えると高温特
性が悪化するからである。

なお、本鉄族金属は結合相となったときｒＶ ａ ｔＶ
ａ、ＶＩａ族金属を固溶することは当然であるし、Ａｌ
、Ｓｉ ｔｃｕ ｔＡｇ等のこれらと固溶度を持つ元素
の添加によって本発明効果は失われるものではない。

なお、シンプル・ヘキサゴナル相は１相であっても２相
以上に分離していても本発明効果は本質的に同じである
。

なお、本発明中重要な役割を演する酸素の分析方法は以
下の通りである。

合金を約１朋角の小片に破砕後これを真空中２５００℃
以上の温度にてＮｉ浴中で溶解し、この時発生するガス
をガスクロマトグラフもしくは赤外線吸光法にて測定し
た時に検出される酸素量である。

以下実施例について述べる。

実施例 １ ２μのＭＯ２Ｃと７μのＷＣ粉末及び炭素粉末さらに拡
散助剤としてＣｏを微量加え、最終炭化物の組成が（Ｍ
ｏｏ、８．Ｗｏ、２）Ｃとなるように混合した混合物を
水素気流中２０００℃で３０分間反応させた。

該反応物をＸ線にて調べて見るとＷＣとＭｏ２Ｃの２相
が検出された。

これを再度炉内圧を３００Ｔｏｒｒ として、炉内に
一酸化炭素ガスを連続供給する炉中で１４００℃まで昇
温した後すぐ冷却した。

この炭化物はＸ線回析結果ではＭｏ２Ｃのピークは完全
に消え、全てＷＣタイプのシンプル・ヘキサゴナルタイ
プの結晶形を示した。

この（Ｍｏ（、Ｂ Ｗ（、２） ＣにＣｏ粉末を加え、
最終合金の組成が（Ｍｏｏ、ｓ Ｗｏ、２） ＣＣｏ
１０重量係とした。

該混合粉末は型押後、所定の形状にした後焼結を行った
。

この焼結条件は１０００℃まで１Ｏ−２Ｔｏｒｒ の
真空下加熱し１０００℃から１４００℃までを一酸化炭
素雰囲気３００Ｔｏｒｒの減圧下で加熱した。

同時に炭化物製造工程及び焼結工程にて一酸化炭素を用
いない条件下で行なつた合金を作成し、本発明の方法と
比較した。

以下表中記載の内容は上記と同じである。

本発明の方法では（Ｍｏ −Ｗ） Ｃ−Ｃｏ合金の反応
率（＝合金中の結合炭素／理論結合炭素）が高く合金の
組織を見ても析出物がない。

一方従来の方法である合金中の酸素を減らす方法では反
応率は９８係しかなく、合金の炭素量が少ないのに遊離
炭素が出ている。

また組織中ではＭｏ２Ｃも見られる。

これは合金の焼結過程でＭｏＣ−＋Ｎａ ２Ｃ＋Ｃに分
解したためと思われる。

本発明の方法では反応率が高く、また合金組織が正常で
ある。

これは合金中の酸素がＭｏＣの分解を防止し、シンプル
・ヘキサゴナル相を安定化させる役目も果すものと思わ
れる。

実施例 ２ ・ ６０重量係の（ＭＯｏ、７ Ｗｏ、３ ）Ｃ５３０
重量係の（Ｔｉｏ、７ Ｍｏ□、３ ）Ｃ及び１０重量
係のＣｏを配合し、ボールミルにて湿式混合した。

該混合粉末を型押型真空炉中で８００℃まで１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒの真空下で焼結し、８００〜１４００℃まで３０
Ｔｏｒｒの酸化炭素雰囲気にて加熱し１４００℃で１時
間保持して焼結を完了した。

同時に合金中の酸素を少なくするために全焼結過程を１
Ｏ−２Ｔｏｒｒ 以下に保持した焼結も行った。

以上２つの方法により合金中の酸素含有量を変え、その
特性の相異を詳細に調べた。

得られた合金の分析結果およびＡ値組織観察結果は表２
の如くであった。

これを用いて切削テストを行った結果次の如くであった
。

上記実施例によっても了解される様に、本発明の合金は
耐摩耗特性、剛エツジ変形性に優れていることが明らか
である。

実施例 ３ ７０重量係の（Ｍｏｏ、７Ｗｏ、３）Ｃ１１０重量係の
ＴａＣおよび２０重量係のＣｏを配合し、ボールミルに
て湿式混合した。

該混合粉末を型押後真空炉・・で６００℃まで１Ｏ−２
Ｔｏｒｒの真空下で加熱し、６００℃から１４００℃ま
でを一酸化炭素雰囲気９５Ｔｏ ｒ ｒの減圧下で加熱
した。

又同じ型押体を全焼結過程を１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下の真
空中で焼成した合金を上記本発明品と比較した結果を表
４に示す。

本発明の合金で以下の条件にて切削テストを行なった。

工 具：５ＮＧ４３２ ホルダー：ＦＮｌｌＲ−４４ 被削材：５ＵＳ３０４ 切削条件： Ｖ ＝ ８０ ｍＡｎ ｉ ｎ：ｆ ＝０
．３０ｍｍ／ｒｅｖ ：ａ＝ｔ、Ｓ酎 機 械二ＮＣ旋盤 水溶性の切削材使用 本発明の合金が、５分間削ってフランク摩耗がＱ、１２
ｍ１ｎであったのに比べ、従来の合金は２分間削ってフ
ランク摩耗が０．４２ｍｍで切削不能となった。

また比較のため市販のＭ−３０超硬合金で切削したとこ
ろ５分間削ってフランク摩耗が０．８３朋にも達した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シンプル・ヘキサゴナル型の結晶構造を有するタン
   グステンとモリブデンの複炭化物を硬質相とし、この硬
   質相を鉄族金属を主成分とする結合金属によって結合し
   た合金において、鉄族金属が組成物の３〜５０重量係重
   量力、合金中の炭素を酸素で置換せしめることにより上
   記シンプル・ヘキサゴナル相を安定化させている硬質合
   金において、酸素量が硬質相非金属構成元素中の０．０
   ２〜１０．０重量係、タングステンが硬質相金属構成元
   素中の１〜９０重量係であることを特徴とする硬質合金
   。 ２ シンプル・ヘキサゴナル型結晶構造を有するタング
   ステンとモリブデンの複炭化物を硬質相とし、この硬質
   相を鉄族金属を主成分とする結合金属によって結合した
   合金において、鉄族金属が組成物の３〜５０重量係重量
   力、合金中の炭素を酸素で置換せしめることにより上記
   シンプル・ヘキサゴナル相を安定化させている硬質合金
   において上記タングステン、モリブデンの複炭化物の０
   ．１ないし９０体積％迄をＩＶａ 、Ｖａ 、ＶＩａ族
   遷移金属原子のＢｌ型硬質炭化物によって置換されてお
   り酸素量が硬質相非金属構成元素中の０．０２〜１０．
   ０重量係、タングステンが硬質相金属構成元素中の１〜
   ９０重量係であることを特徴とする硬質合金。