JPS5952950B2 - 高温特性のすぐれた炭化タングステン基超硬合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に高温における耐酸化性、耐スポーリン
グ性、および耐熱亀裂性にすぐれた炭化タングステン（
以下ＷＣで示す）超超硬合今に関するものである。

一般に、硬質相がＷＣ、あるいはＷＣとＴｉＣ。

ＴａＣ， ＮｂＣなどの金属炭化物で構成され、一方結
合相が主としてＣＯで構成された焼結合金は、通常超硬
合金と呼ばれ、きわめて高い強度と硬さをもつことから
、切削工具用や耐摩耗工具用などとして広く用いられて
いる。

しかし、上記従来ＷＣ−Ｃｏ基超硬合金は、上記のよう
に高い強度と硬さをもつものの、高温における耐酸化性
、耐スポーリング性、および耐熱亀裂性などが不十分で
あるために、その使用分野は限られたものにならざるを
得す、したがってその用途によっては満足な性能を発揮
しないのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記従
来ＷＣ−Ｃｏ基超硬合超超、すぐれた高温特性、すなわ
ち耐酸化性、耐スポーリング性、および耐熱亀裂性など
を付与すべく研究を行なった結果、 （ａ） 結合相形成成分としてＮｉを含有させると、
耐熱亀裂性、耐塑性変形性、および靭性に多少の劣化は
見られるが、耐酸化性および耐スポーリング性が一段と
向上するようになること。

（ｂ）シかし、同じく結合相形成成分として、さらにＣ
ｒを含有させると、Ｎｉ含有によって生じる耐熱亀裂性
、耐塑性変形性、および靭性の劣化を防止することがで
きること。

（Ｃ） 硬質相形成成分として、周期律表の４ａおよ
び５ａ族の遷移金属の窒化物のうちの１種または２種以
上（以下これらを総称して金属窒化物という）を含有さ
せると、耐酸化性および耐スポーリング性はもとより、
耐熱亀裂性、耐塑性変形性、および靭性が一段と改善さ
れるようになること。

（ｄ） さらに、同じく硬質相形成成分として、周期
律表の４ａおよび５ａ族の遷移金属の炭化物および炭化
モリブデン（以下ＭＯ３Ｃで示す）のうちの１種または
２種以上（以下これらを総称して金属炭化物という）を
含有させると、ＷＣ粒の成長が抑制されるようになるば
かりでなく、耐酸化性、耐塑性変形性、および耐摩耗性
がより一層改善されるようになること。

以上（ａ）〜（ｄ）項に示される知見を得たのである。

したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって、重量％（以下％はすべて重量％を意味
する）で、Ｃｒ：２〜２０％を含有し、残りがＮｉとＣ
ｏ （ただしＮｉ／Ｃｏの重量比＝５／９５〜９５１５
）からなる組成をもった結合相：３〜３０％と、金属窒
化物：１〜３０％を含有し、さらに必要に応じて金属炭
化物：０．５〜４５％を含有し、残りがＷＣと不可避不
純物からなる組成をもった硬質相：残りとで構成され、
かつすぐれた高温特性を有するＷＣ基超超合今に特徴を
有するものである。

つぎに、この発明のＷＣ基超超合今において、上記の通
りに数値限定した理由を説明する。

Ａ 結合相 （ａ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、ＣＯおよびＮｉ成分に固溶して結合相を
固溶強化し、もって耐熱亀裂性、耐塑性変形性、および
靭性のＮｉ含有による劣化を防止する作用があるが、そ
の含有量が２％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方２０％を越えて含有させると、靭性劣化が発性
するようになることから、その含有量を、結合相に対す
る割合で２〜２０％と定めた。

（ｂ） Ｎｉ Ｎｉ成分には、結合相の耐酸化性および耐スポーリング
性を改善する作用があるが、その含有量がＣＯに対する
割合で５％未満、すなわちＮｉ／Ｃｏ比が５／９５未満
では前記作用に所望の改善効果が得られず、一方ＣＯに
対する割合で９５％を越えて含有させる、すなわちＮｉ
／Ｃｏ比が９５１５を越えると、特に高温における耐熱
亀裂性、および耐塑性変形性の低下が顕著になることか
ら、その含有量をＣｏに対する割合、すなわちＮｉ／Ｃ
ｏ比で５／９５〜９５１５と定めた。

（Ｃ）結合相の割合 結合相の割合が３％未満では、相対的に硬質相の割合が
多くなり過ぎ、焼結時における液相量が不十分となって
合金中に空隙が残留するようになり、一方３０％を越え
て含有させると、相対的に硬質相の割合が少なくなり過
ぎ、著しい硬度低化が起るようになることから、結合相
の割合を硬質相に対する割合で３〜３０％と定めた。

Ｂ 硬質相 （ａ） 金属窒化物 これらの成分には、上記のようにＣｒとの共存において
、高温特性、すなわち耐酸化性、耐スポーリング性、耐
熱亀裂性、耐塑性変形性、および靭性を一段と向上させ
る均等的作用があるが、その含有量が１％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方３０％を越えて含有
させると、焼結性が低下して合金中に空隙が残留するよ
うになることから、その含有量を硬質相に対する割合で
１〜３０％とした。

（ｂ） 金属炭化物 これらの成分には、上記のようにＷＣの粒成長を抑制し
て合金の耐酸化性、耐塑性変形性、および耐摩耗性を一
段と向上させる均等的作用があるので、これらの特性が
特に要求される場合に必要に応じて含有されるが、その
含有量が０．５％未満では前記作用に所望の向上効果が
得られず、一方４５％を越えて含有させると、靭性が低
下するようになることから、その含有量を硬質相に対す
る割合で０．５〜４５％と定めた。

なお、この発明のＷＣＣ超超硬合金通常の粉末泊金法に
よって製造することができるが、この場合硬質相形成の
ための原料粉末としては、金属窒化物粉末単体または金
属炭化物粉末単体、あるいは２種以上の窒化物および／
または炭化物の固溶体粉末の形で用いてもよく、さらに
結合相形成のための原料粉末として、特にＣｒについて
は、金属Ｃｒ粉末、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末、あ
るいは窒化クロム（ＣｒＮ）粉末などを使用することが
できる。

ついで、この発明のＷＣＣ超超硬合金実施例により具体
的に説明する。

実施例 原料粉末として、いずれも市販の平均粒径１．５μｍｃ
ｒ）ＷＣ粉末、同１・６μｍのＴｉＮ粉末、同１．４μ
ｍのＺｒＮ粉末、同１．３μｒｎ ｃ７） ＨｆＮ粉末
、同１．７μｍのｖＮ粉末、同１．５μｍノＮｂＮ粉末
、同１．４μｍノＴａＮ粉末、同１．５μｍノＴｉＣ粉
末、同１．３μｍｃ７）ＺｒＣ粉末、同１．３μｍノＨ
ｆＣ粉末、同１．７μｍノＶＣ粉末、同１．６μｍノＮ
ｂＣ粉末、同１．５μｍノＴａＣ粉末、同１．８μｍノ
Ｍｏ２Ｃ粉末、同１３μｍノ（Ｎｂ、 Ｔａ） Ｎ粉末
（ＮｂＮ／ＴａＮ＝１／１重量比、以下割合はすべて重
量比を意味する）、同１．７μｍノ（Ｎｂ、Ｔａ）Ｃ粉
末（ＮｂＣ／ＴａＣ＝ １ ／ １ ）、同１．５μｍ
ノ（Ｔｉ、Ｗ）Ｃ粉末（ＴｉＣ／ＷＣ＝ ３ ／ ７
）、同２．２μｍ （７） ＺｒＣＮ粉末（ＺｒＣ／Ｚ
ｒＮ ＝ １ ／ １ ）、同１．５μｍ （７） Ｔ
１ＣＮ粉末（ＴｉＣ／ ＴｉＮ ＝ ３ ／ ７ ）同
１．４μｍノｖＣＮ粉末（ＶＣ／ＶＮ＝１／１）、同１
．８μｍノ（Ｈｆ、Ｎｂ）ＣＮ粉末（ＨｆＣ／ＨｆＮ／
ＮｂＣ＝ ３ ／ ３ ／ ４ ）、、同２．２μｍノ
Ｃｒ粉末、同１．６μｍノＣｒ３Ｃ２粉末、同１．４μ
ｍのＣｒＮ粉末、同１．３μｍノＣＯ粉末、オヨび同２
．０μｍのＮｉ粉末をそれぞれ用意し、これら原料粉末
を第１表に示される配合組成をもつように配合し、全配
合粉末に対する割合で０．４％のパラフィンを添加し、
ボールミル中で３日間湿式混合し、乾燥した後、この結
果の混合粉末を通常の条件で圧粉体に成形し、真空中、
温度７００℃に加熱してパラフィンを揮散させ、引続い
て真空中、それぞれ第１表に示される焼結温度にて焼結
することによって実質的に配合組成と同一の最終成分組
成をもった本発明超硬合金１ 〜１５および従来超硬合金１〜３をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明超硬合金１〜１５およ
び従来超硬合金１〜３について、以下に示す条件にて酸
化試験、抗折試験、たわみ試験、切削試験、および線材
圧延試験をそれぞれ行なった。

（ａ） 酸化試験 酸化試験は本発明超硬合金１〜７および従来超硬合金１
，３について、温度：８００℃、保持時間：３０分、試
片形状： ４ ｍｍＸ ８ ｍｍＸ２４ｍｍの条件で行
ない酸化増量を算出した。

（ｂ） 抗折試験 抗折試験は、温度： １０００℃、雰囲気：Ａｒ、試片
形状： ４ ｍｍＸ ８ ｍｍＸ２４ｍｍ、支点間距離
：２０ｍｍの条件で、酸化試験の場合と同じく本発明合
金１〜７と従来合金１，３について行ない、抗折力を測
定した。

この両試験結果を第２表に示した。

第２表に示されるように、結合相がＣｏ−Ｎｉ−℃ｒ金
合金構成され、硬質相がＷＣ−金属窒化物あるいはＷＣ
−金属窒化物−金属炭化物で構成される本発明超硬合金
１〜７はいずれも結合相がＣＯで構成され、硬質相がＷ
ＣあるいはＷＣ−金属炭化物で構成される従来超硬合金
１，３に比して、一段とすぐれた耐酸化性並びに高強度
をもつことが明らかで゛ある。

（Ｃ） たわみ試験 たわみ試験は、荷重が２００ｋｇに達した時に除荷する
以外は抗折試験と同一の条件にて本発明超硬合金８〜１
１と従来超硬合金１，３について行ない、たわみ量を測
定した。

この測定結果を第３表に示した。

第３表に示される結果から、本発明超硬合金は従来超硬
合金に比してすぐれた耐塑性変形性をもつことが明らか
で゛ある。

（ｄ） 切削試験 切削試験は、被削材：ＳＮＣＭ−ｓ （ＨＢ：２２０
）、チップ形状： ５ＮＧＮ４３２、切削速度：１２０
ｍ ／ｍｉｎ、切込み：１ｍｍ、送り： １．０６ｍｍ
／ｒｅ■、、切削時間：３０秒の条件にて、本発明超硬
合金１２．１３と従来超硬合金３につり）て行なり）、
切刃の塑性変形量を測定した。

この結果、本発明超硬合金１２の切刃は０．０３ｍｍ、
本発明超硬合金１３の切刃は０．０５ｍｍ、そして従来
超硬合金３の切刃は０．０９ｍｍの塑性変形量をそれぞ
れ示し、これらの結果から、本発明超硬合金はすぐれた
耐塑性変形性をもつことが明らかである。

（ｅ） 線材圧延試験 線材圧延試験は、本発明超硬合金１４．１５および従来
超硬合金２より、線材圧延用モルガンロールを作製し、
このロールにて温度：９５０℃に加熱した鋼素材の圧延
を行ない、鋼素材：５００ｔｏｎ処理後における第１段
目ロールの表面状態を観察することによって行なった。

この結果本発明超硬合金１４．１５で製造されたロール
においては、熱亀裂の発生がきわめて少なく、スポーリ
ングの発生は皆無であるのに対して、従来超硬合金２で
製造されたロールには、多くのクラックとスポーリング
の発生が見られ、本発明超硬合金はすぐれた耐熱亀裂性
および耐スポーリング性をもつことが明らかで゛ある。

上述のように、この発明のＷＣＣ超超硬合金、従来ＷＣ
−Ｃｏ基超硬合超超比して、一段とすぐれた高温特性、
すなわち強度、耐酸化性、耐スポーリング性、耐塑性変
形性、耐熱亀裂性、および耐摩耗性を有するので、各種
切削工具や耐摩耗工具などとして使用した場合にきわめ
てすぐれた性能を発揮するなど工業上有用な特性をもつ
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃｒ：２〜２０％を含有し、残りがＮｉおよびＣＯ
   （ただしＮｉ／Ｃｏの重量比＝５／９５〜９５／ ５
   ）からなる組成を有する結合相：３〜３０％と、周期律
   表の４ａおよび５ａ族の遷移金属の窒化物のうちの１種
   または２種以上：１〜３０％を含有し、残りが炭化タン
   グステンと不可避不純物からなる組成を有する硬質相：
   残り （以上重量％）とで構成されたことを特徴とする
   特許 ステン基超硬合金。 ２Ｃｒ：２〜２０％を含有し、残りがＮｉおよびＣＯ（
   ただしＮｉ／Ｃｏの重量比＝５／９５〜９５／ ５ ）
   からなる組成を有する結合相：３〜３０％と、周期律表
   の４ａおよび５ａ族の遷移金属の窒化物のうちの１種ま
   たは２種以上：１〜３０％を含有し、さらに同しく周期
   律表の４ａおよび５ａ族の遷移金属の炭化物および炭化
   モリブデンのうちの１種または２種以上：０．５〜４５
   ％を含有し、残りが炭化タングステンと不可避不純物か
   らなる組成を有する硬質相：残り （以上重量％）とで
   構成されたことを特徴とする高温特性のすぐれた炭化タ
   ングステン基超硬合金。