JPS6043423B2 - 複合組織を有する工具合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２種以上の合金相より成る複合焼結工具合金
の製造方法に関する。

従来、２種類以上の粉末を混合して複合焼結体を作製
し、各単独成分のもつ特長を兼備した材料、例えばＷＣ
−Ｃｏ超硬合金等を造る試みが数多くなされている。

し力士ながら、工具材料の分野においては、上記粉末混
合体の焼結という方法、これまで充分な成果を得ていな
い。これは例えばＷＣ−Ｃｏ超合金の場合にはＷＣとＣ
ｏとでは融点が異なるため、作製した複合焼結体におい
てＣｏは結合層として存在する。したがつてこの場合に
は混合すべき粉末の親和性を考慮するのみで良い。これ
に対し、溶融合金を粉末化したものを原料として工具材
料を作る場合にはＦｅ基、Ｃｏ基、その他の基合金てそ
れ自体が単独で工具用合金であるような合金を、特性改
良の為他の合金粉末と混合焼結しようとしても、それら
の融点がほぼ同じであるため、拡散により２種以上の成
分の中間的な組成の合金層が多量に形成されるという問
題がある。また、工具材料としての製造過程で塑性加工
を施す場合においては、焼結体中に比較的巨大な空隙が
存在していると、加工後も空孔が残留し、これが実用上
不都合なノッチの作用を示し靭性を損ねるという問題が
ある。 本発明の目的は上記問題点を解消し、構成成分
の特長点を最高度に発揮せしめた工具材料を堤供するこ
とにある。

上記目的を達成するために、本発明は主成分粉末とし
て粒子径１００μ以上の工具合金粉末を用い、副成分粉
末として平均粒径において主成分粉末粒径の１１５以下
の粒子径の粉末を用い、これらを混合して金属容器に充
填し、次いで熱間圧密化することを特徴とする方法てあ
る。

本発明において、上記主成分粉末のみの粒子径を１０
０μ以上としたのは、１００μ未満では加熱中に生じた
相互拡散の影響が大きくなるためである。

たとえば主成分をＳＫＨ−５７のガスアトマイズ粉、副
成分をＳＵＳ５３のガスアトマイズ粉とし、重量比８５
１１５で混合後、焼結体を製造し、その後熱処理したと
きの主成分の粒径と材料の硬さの相関を第１図に示す。
ただし、混合時の両粉末の粒径比は５ハである。第１図
から明らかなように、１００μ以下では硬さが急激に低
下する。

また、副成分粉末の粒子径をその平均粒径において主成
分粉末粒径の１１５以下としたのは、主成分の特長を減
じることなく副成分の特長を付加し、かつ最密充填を達
成するためである。

また、本発明において、第三の成分を添加する場合、主
成分および第二成分と第三成分との間で拡散が起こらな
い物質とては酸化物、窒化物あるいは潤滑性を有する化
合物などが考えられるが、必ずしも他の成分相と反応や
拡散をしないものという限定はない。本質的に他成分の
機能を維持し、そして空隙の消滅粒子の結合の強化に役
立成分であればよい。例えば酸素の多い第一成分、第二
成分の表面層などと反応して清浄化作用をする水素化化
物粉、炭素粉などの添加も考えられる。その場合は、熱
間圧密化前の脱気操作において加熱脱気行なつて脱窒素
の目的が達せられるのである。このような第三成分は全
体に対して５％以下の少量を配合するとともに第二成分
よりさらに微細粉であることが望ましい。以下本発明を
実施例に基き詳細に説明する。

実施例１主成分粉末としてＪＩＳＳＫＨ−５７相当のガ
スア．トマイズ球状粉末（６００〜８５０μ）を８５％
、副成分として低炭素ステンレス鋼ＳＵＳ５３の水アト
マイズ粉末（４４〜１０４μ）を１５％混合した。

これらを充分混合した後、充填率６２．７％を得たが圧
粉成形に不可能であつたので軟鋼容器内にタップ充填し
、５００℃て加熱脱気したのち、熱間静水圧ブレスによ
り１１５０゜Ｃで圧密化した。このとき、充分高い密度
が得られたが、更に鍛造を行ない、加工比１０を以つて
丸棒を作製した。断面組織を調べると球状粉の１個１個
が長く伸びてステンレス鋼につま１れた繊維状の組織を
していた。変態温度の差異があるにもかかわらず、ワレ
その他の異常はみられず工具鋼として良好なものである
。実施例２ 実施例１と同様ＪＩＳＳＫＨ−５′７＠当のガスアトマ
イズ粉状粉末を用い、その２５０μ以上８５０μ以下の
粒子を９０％と、４４μ以下の純鉄粉末１０％とを混合
した。

純鉄粉末は熱伝導度が高いのて切削寿命を向上すると考
えられ、かつ熱処理に対し鈍感であり、靭性維持に効果
があると考えられる。上記配合物を空隙率３５％の状態
にタップ充填し軟鋼容器に密に詰め脱気後粉末押出法に
より緻密化すると同時に加工比１５を与えた。この結果
空孔）のないファイバー複合組織を得たので工具鋼の標
準熱処理を施し、工具性能テストを行なつたところ極め
て良好であつた。実施例３ ＷＣ−Ｗ２Ｃ系溶融合金を粉砕した多角形粒子を門主成
分としこれに低炭素ステンレス鋼粉を２０％添加した。

前者は粒径１００〜３００ｐであり後者は２０〜６０μ
であつた。混合後冷圧成型が困難なため、タップ充填に
より空隙率４０％にした。この粉末を軟鋼容器に詰め溶
接封緘後熱間押出法により棒状に・加工した。加工比は
９．５であつた。得られた材料は空隙率０．１％程度と
なつており、本材料を研削加工し耐磨機部品としたとこ
ろ良好な結果が得られた。実施例４ 水アトマイズ法よによる工具鋼粉末（ＪＩＳＳＫＨ５７
相当）を主成分とし、Ｎｉベース１８Ｃｒ一１８Ｃ０−
φ拓系耐熱合金のガスアトマイズ粉末を副成分とした。

前者は１５０μ〜２５０μ径、後者は４μ以下である。
さらに水素化ジルコニウム０．５％を添加した（粒度は
約１０μ）。これをボールミルで混合したのちラバープ
レスを用いて常圧成型した。成形体の空隙率は３５％で
あつた。これを軟鋼容器に充填後脱気管を通じて排気同
時に試料を１０００℃まで加熱した。その途中の真空度
の変化と質量分析から主成分および副成分粉末の表面に
存在して酸化物がかなり還元されていることが知られた
。つぎに本容器を密封し、熱間静水圧焼結法により１２
０（代）、１５叩気圧、１時間で得られたインゴットは
熱間で鍛造し加工比１２を与え、空隙のない工具鋼とし
て適した複合体を得た。上記実施例１〜４に記した如く
、本発明においては空隙率を４０％以下とした状態で金
属容器に充填し、次にこの粉体を容器ごと熱間圧密化し
たのち、加工比１０以上の塑性変形を与えるとより望ま
しい結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粉末粒径と硬さの相関図てある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工具合金粉末を主成分粉末とし、これに副成分粉末
   を添加混合して金属容器に充填した後、該混合粉末を容
   器ごと熱間圧密化して工具合金を得る方法において、上
   記主成分粉末の粒子径を１００μ以上とちるとともに、
   副成分粉末の粒子径を平均粒径において主成分粉末粒子
   径の１／５以下としてことを特徴とする複合組織を有す
   る工具合金の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方方法において、上記
   混合粉末が空隙率４０％以下であることを特徴とする複
   合組織を有する工具合金の製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、上記熱間圧密化した後、加工比１０以上の塑性変
   形を与えることを特徴とする複合組織を有する工具合金
   の製造方法。