JPS6018620B2 - ジルコニア質伸線用ダイス及びその製造方法 - Google Patents

ジルコニア質伸線用ダイス及びその製造方法

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JPS6018620B2
JPS6018620B2 JP56017268A JP1726881A JPS6018620B2 JP S6018620 B2 JPS6018620 B2 JP S6018620B2 JP 56017268 A JP56017268 A JP 56017268A JP 1726881 A JP1726881 A JP 1726881A JP S6018620 B2 JPS6018620 B2 JP S6018620B2
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利夫 河波
憲一 西岡
武彦 萩尾
陸人 宮原
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NIPPON TANGUSUTEN KK
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NIPPON KAGAKU TOGYO KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels for metal drawing
    • B21C3/18Making tools by operations not covered by a single other subclass; Repairing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合
金等の軟質金属及び軟質合金(以下単に軟質金属という
)用として優れだ性質をするジルコニア質伸線用ダイス
に関する。
従釆これ等欧質金属の伸線用ダイス材料としては、工具
類、超硬質合金、ステラィト等が一般に使用されている
が、これ等ダイス材料には、伸線材料との高い親和性に
基く溶着現象の為にダイス寿命が短かく且つ得られた伸
線品の表面光沢が悪い等の欠点がある。
最近にいたり、ダイヤモンド単結晶、ダイヤモンドコン
パックス、立方晶ボロンナイトラィド等のダイスも使用
されつつあるが、これ等は全て高価である。ダイヤモン
ド単結晶は表面光沢に優れた製品を与えるが非常に高価
である為単位価格当りのダイス寿命が短い場合があるほ
か、再研摩加工費が高い、ダイヤモンドコンパツクス及
び立方晶ボロンナィトライド等のダス材の場合は伸線品
の表面光沢が超硬質合金による製品よりも劣る場合があ
る等の難点があり、広く採用されるには到っていない。
本発明質は、上記知のダイス材料の欠点に鑑みて種々究
をねた結果、(・i)イットリウム酸化物を3.6〜8
.の重量%含有すること、(ii)焼結体の平均結晶蓬
が2山m以下であると及び側対理論密度が磯.5%以上
であることの三要件を備えた特定のジルコニア質隣繕体
が従来の超硬質ダイス材料に比して低硬度且つ低弾性で
あるにもかかわらず、軟質金属の伸線材との親和性が低
い為、ダイス材としての寿命が長く、しかも表面光沢に
優れた伸糠製品を与えることを見出し、本発明を完成す
るに到ったものである。100%ジルコニアからなる焼
結体は、1000〜1200qoで結晶型の転移により
大きな体積変化を生じ、破壊することは、よく知られて
いる。
従って、アルカリ土類金属、希土類等の酸化物を加えて
転移を抑制した別ちいわゆる安定化又は部分安定化ジル
コニアの競鯖体が、通常使用されているが、これ等の安
定化又は部分安定化ジルコニア隣結体は、内部に密閉気
孔を多く含み且つ結晶粒径が粗大である為、ダイス材料
として使用することは不可能である。しかるに、イット
リウム酸化物の配合量及び成形材料粉体の粒径並びに競
結条件等を最適の状態で絹合せて製造する本発明ジルコ
ニア暁結体は、対理論密度が斑.5%以上であって密閉
気孔が極めて少なく、結晶粒径が2仏m以下と微小にな
るので、ダイス材料として極めて優れた性質を発揮する
ことが見出された。即ち、本発明ジルコニア競結体は、
ダイス材として鏡面加工を行なったものには、伸線材料
の溶着発生の起点となるスポットが殆ど存在しないので
、ダイス寿命が長く、且つ彼伸線材との親和性が低いの
で伸線製品の表面光沢を損うことが少ない。更に本発明
ダイス材の弾性率が低い為、ダイス表面が被伸線材と接
触した場合にもダイス表面から結晶粒子の離脱摩耗が生
じにくく、長期にわたり鏡面状態を維持し続けることも
優れた表面光沢の一つの原因と考えられる。密閉気孔の
多い公知のジルコニァ質暁結体の場合には、伸線材料と
の親和性は低いものの、ダイス材とした場合にはスポッ
トの存在により、ここを起点として急速に溶着が進行す
るので、伸線製品の光沢は悪化し、ダイス寿命も短いも
のとなる。本発明で使用するジルコニア凝結体において
は、ダイス材料として必要な特性を附与する為、イット
リウム酸化物(Y2Q)を通常3.6〜8・0重量%、
より好ましくは4.5〜7.0重量%含有させる。
イットリウム酸化物が3.6重量%を下回ると、競成過
程においてジルコニア結晶の転移によるき裂が発生し、
所望の競結体が得られず、一方8.の重量%を上回ると
、暁縞体組織が粗大化て焼縞体内部に密閉気孔が多くな
るとともに粗大気孔を含む様になるので、アィソスタテ
ィツクプレス法により対bn/の以上の高圧力で成形後
焼結しても伸線用ダイスとして使用可能な程度までスポ
ットを抑制することは出来ない。又、イットリウム酸化
物含有量が8.の重量%を超えた場合に生成する密閉孔
を出来るだけ少なくする目的で、高温又は高温高圧下に
嫌結を行なうと、焼絹体中の結晶粒径が大きくなり、ダ
イス材としてはやはり使用し得なくなる。上記のスポッ
トは、ジルコニア質暁結体の密度と密接な関係があり、
実用上他のダイスと経済性その他の点で競合し得る為に
は、その対理論密度は通常聡.5%以上、より好ましく
は99.5%以上である。イットリウム酸化物を含有す
るジルコニア焼縞体の理論密度は、イットリウム酸化物
の含有量のみでなく、暁結体の結晶構造によっても異な
り、正確に測定することは困難である。従って、Y20
33.6%含有ジルコニアの理論密度を6.1鍵/地と
し、Y208含有量の増加に伴ってこれが直線的に低下
し、Y2Q8%含有ジルコニアでは、6.05離洲とな
るものとみなした。更に、本発明で使用するジルコニア
暁結体中の結晶粒径は2仏m以下であることを要し、1
.5一m以下であることが好ましい。結晶粒径が大きい
ものは、超高純度出発原料から得られた焼綾体であって
も、製造工程中に混入する不純物、暁結体中に存在する
微小クラツク、結晶粒と粒界との性質上の大きな差等の
多結晶体特有の欠陥がダイス寿命を短か〈する。従って
、結晶粒径を2りm以下として多結晶体の欠陥の起点と
る粒界層厚みを小さくすることは必須の要件であり、結
晶粒径が2山mを超えると、粒界層厚みの増大及び粗大
スポットの増加に伴う不均質性がダイスの耐摩耗性を低
下させ、延し、てはダイス寿命を短かくさせるのみなら
ず、伸線製品の表面光沢を劣化させることになる。本発
明のダイスは、通常次の様にして製造される。
出発原料たるイットリウム酸化物を3.6〜8.0重量
%含有するジルコニア粉体は、その一次粒子の平均粒径
が0.5舷m以下であることが必須であり、0.3りm
以下であることがより好ましい。又、粉体中では、イッ
トリウム酸化物がジルコニアに均質に分散又は固落され
ていることが好ましいので、ジルコニア粉末とイットリ
ウム酸化物粉末を直接混合する方法よりは、以下の方法
で製造することが好ましい。(i) ジルコニウム化合
物及びイットリウム化合物を夫々含む溶液を液相の状態
で混合させた後、400〜120ぴ○程度で煩暁する。
(ii) ジルコニウム化合物を含む溶液とイットリア
、又はジルコニアとイットリウム化合物溶液とを均質に
混合した後、上記と同様にして賭擁する。
以上の方法で得られた粉体の一次粒子が強固に凝集して
いる場合には、湿式粉砕により分散ごた後、乾燥させて
成形用粉体とする。
加圧成形により得られる成形体の強度をより一層向上せ
る為、或いは成形体の密度をより均質なものとする為に
は、該粉体をポリビニルアルコール、ステアリン酸、ワ
ックスェマルジョン等の成形助剤を使用して平均粒径1
0〜300山m程度に整粒し、成形用粉体としても良い
。次いで得られた粉体又は整粒体を0.5のn/の以上
、経済的な観点から好ましくは1〜3ton/地の圧力
下に所定形状に成形した後、ダイスニブの形状に加工す
る。本発明においては、対理論密度のより高いダイスを
得る為に大気中での焼成に引続きホットアィソスタティ
ックプレツシング(HIP)処理を行なう。即ち、加工
成形品を大気中で1200〜1650q○、より好まし
くは1250〜160000で焼成して対理論密度95
%〜98%程度の予備暁結体を得、次いでアルゴン、窒
素ガス等の不活性ガス雰囲気中で500k9/仇以上の
圧力下に1200〜155ぴ0の温度で、より好ましく
は500k9/塊以上の圧力下に1250〜1500q
○の温度で、HIP処理する。かくして、対理論密度班
.5%以上、通常99.5%以上にも達するダイスを得
ることができ、該ダイスは寿命が長く、且つ表面光沢に
優れた製品を与える。mP処理の温度が120ぴ0未満
或いは圧力が500k9/均未満の場合には、暁緒体の
対理論密度が98.5%に達しない場合がある。一方、
処理温度が155び0を上回ると、圧力が500k9/
c流であっても結晶粒径が2wm以上となる場合があり
、ダイス寿命を短か〈する煩向が大となり、本発明の目
的が達成されなくなる。実施例 1 純度99.塁重量%のオキシ塩化ジルコニウムと純度9
9.塁重量%の塩化イットリウムとを含む水溶液を縄枠
下に加熱加水分解する。
2種の化合物の割合は、Zて02及びY203として第
1表に示す割合に調整する。
加水分解溶液にnーオクチルアルコ−ルを加え、蒸留に
より脱水乾燥して、ジルコニウム含有化合物の微粒子を
得た後、これを85000で賭隣し、Y203を分散固
溶した単斜晶及び等軸晶からなり且つ晶粒子径100〜
300Aの酸化ジルコニウム一次粒子からなる粉体を得
る。得られた粉体をエチルアルコールを使用してボール
ミル中で48時間湿式粉砕して分散させ、乾燥させて整
粒し、均100山mの成形用粉体を得る。(1) 得ら
れた成形用粉体を第1表に示す圧力下にHIP法により
円筒形に成形し、これをダイスニブの形状に加工した後
、大気中で第1表に示す常圧焼成条件で競結することに
より、第1表に示すダイス素材を得る。
(0) 上記(1)と同様にして得た成形体を大気中で
第1表の試料番号他及び側の常圧焼成条件で焼成するこ
とにより夫々対理論密度96%及びび97.5%の焼縞
体を得、これをヒーターを内装する高圧容器に装入して
、アルゴンガス雰囲気中で第1表に示すHIP条件下に
1時間保持する。
得られた暁結体を第1表のGの及び肌として示す。尚、
試料番号(xi)のみは、一次粒子の平均粒径が0.8
山mの粉体を原料として使用した。
更に、第1表中の(i)、Gの及び肌を除く全ての試料
を第2表に示す条件下にHm処理したところ、試料番号
MD及び(xi)を除く全ての試料の対理論密度99.
0%以上を示し、一方平均結晶粒蚤はHIP処理の前後
でほとんど変化がなかった。第1表第2表 上記(1)及び(ロ)で得られたダイス素材の内外面を
ダイヤモンド砥石により所定の寸法に研削し、更に内面
をダイヤモンドパウダーにより鏡面仕上して、伸線用ダ
イスとする。
得られた伸線用ダイスをアルミニウム、銅、真ちゆう及
び鋼合金の伸線に使用した結果は、以下の通りであった
。1 アルミニウム a 試料Mを使用するダイス径6.3肌0の伸線ダイス
においては、2トンの伸線後にも伸線の光沢及び仕上り
精度は超硬合金ダイスによる製品以上に優れており、更
に長い寿命が予想される。
一方、試料MDを使用するダイスにおいては、2トンの
伸線により溶着が生じ、伸線の光沢も悪化したので、そ
れ以降の使用は不能となった。又、試料(xi)による
ダイスは、使用後間もなく溶着が発生し、ダイスとして
全く不適当なることが判明した。b ダイス径4.5肌
めの伸線ダイスとして使用する場合、夫々試料側は17
トン、試料側は12トンの伸線後にも溶着は生ぜず、伸
線の表面光沢及び仕上り精度は良好であり、超硬合金ダ
イスよりも寿命が長く、且つ良好な製品が得られた。
ロ鋼 a 試料側によるダイス径2.6肋での伸線ダイスでの
伸線量は、25トンにも及んだ。
これに対し、超硬工具材種GIによるダイスの寿命は、
約20トンであり、且つ伸線製品の表面光沢も本発明品
に比して、箸るしく劣っていた。
m 真ちゆう 試料似によるダイス径5.6職◇の伸線ダイスを使用す
る場合、1000本(1本の長さ約1仇h)の伸線後に
もダイス内面は使用前と殆ど変化なく、且つ伸線の表面
光沢も良好であった。
一方、試料のによる同一径のダイスにおいては、100
0本の伸線後には、ダイス内面の彼伸線材が最も高い応
力で接触する部分の鏡面がやや粗となってきており、そ
れ以降の使用により溶着の発生が予想される状態となっ
ていたた。W Cu−P−Fe系銅合金 試料側を使用するダイス径2.3側めの伸線ダイスによ
り熱間押出しを行なったところ、40回の押出し作業に
耐えた。
これに対し、ステライトダイスでは1〜2回、超硬工具
材種GIによるダイスでは2の国が使用限度であるから
、本発明ダイスの優れた耐久性が明らかである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 イツトリウム酸化物を3.6〜8.0重量%含有す
    るジルコニア焼結体からなり、該焼結体の平均結晶粒径
    が2μm以下で且つ対理論密度が98.5%以上である
    ことを特徴とする軟質金属の伸線用ダイス。 2 (1)イツトリウム酸化物を3.6〜8.0重量%
    含有し且つ平均結晶粒径が0.5μm以下のジルコニア
    粉体一次粒子の凝集体を分散させ、更に必要に応じ整粒
    して成形粉体とする工程、(2)得られた成形粉体を5
    00kg/cm^2以上の圧力で加圧成形する工程、(
    3)得らた成形体を大気中1200〜1650℃で焼結
    して対理論密度95〜98%の予備焼結体を得る工程、
    (4)得られた予備焼結体を不活性ガス雰囲気中で50
    0kg/cm^2以上、1200〜1550℃の条件下
    にホツトアイソスタテイツクプレツシング処理する工程
    、及び、(5)該焼結体の被伸線材通過面を研摩加する
    工程を備えたことを特徴とする軟質金属の伸線用ダイス
    の製造方法。
JP56017268A 1981-02-06 1981-02-06 ジルコニア質伸線用ダイス及びその製造方法 Expired JPS6018620B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0772102B2 (ja) * 1983-06-20 1995-08-02 東ソー株式会社 ジルコニア焼結体の製造方法
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