JPS6056780B2 - ダイキヤスト金型用硬質合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ｔｉ）ＺｒＮＨｆ）Ｖ）ＮｂＮＴａ）ＣｒＮＭｏ、、Ｗ
の硬質炭化物を鉄族金属て結合したいわゆる超硬合金は
金型等耐摩工具として近年利用が拡大しているが、まだ
機械的、熱的特性上多くの欠点を有するため、複雑な形
状の工具には十分効果を奏しているとは云えない。

本発明は上記欠点に鑑み、破損に対して優れた性能を有
するダイキャスト金型用硬質合金を提供せんとするもの
である。

ダイキャストとは精密な金型（ダイス）に溶融合金を高
温て圧入して、高精度で鋳はだの優れた鋳物を短時間に
大量生産する鋳造方式てある。

この方法においては、一般に溶融点の低い合金すなわち
Ｎ合金、Ｍｇ合金、Ｚｎ合金、Ｓｎ合金ときにＣｕ合金
も用いられるが、この金型には該溶融合金が高圧で接触
するため、金型の必要特性として、（１）十分な強度を
有すること、（２）該溶融合金との反応が少ないこと、
（３）損耗が少ないことの３点てある。現在、該金型用
合金としては合金工具鋼が主に用いられているが、損耗
により寿命が短かい欠点があつた。

また、超硬合金を金型として用いると前記（１）並びに
（２）の欠点を有するために必ずしも実用に供し得なか
つた。特に前記（１）の該溶融金属との反応は、超硬合
金中のＣｏ結合相の存在が問題であることが発明者等の
研究結果から明らかにな。つている。これを該溶融金属
との反応の少ない金属に置きかえることは当業者であれ
ば容易に考えつくところてある。特にＷを結合相とすれ
ばＮ、Ｚｎ、ＭｇＮＳｎ、Ｃｕ等の合金に対する反応の
少なさと耐熱性、耐損耗性の両面から好適と考え。られ
る。Ｗと硬質相を組合わせた硬質合金の考え方は切削工
具としては既に考えられてきた。米国特許第３７０３８
６８号にはＴｉ−Ｗ−Ｃ系の共晶点を利用して（ＴｉＮ
Ｗ）Ｃ、−ｘ−Ｗの合金を２５００−℃前後の温度に加
熱、溶融してこれを鋳造するいわゆる溶製法で作成する
ことが提案されている。

この合金（以下鋳造合金と記す）の切削工具としての耐
摩耗性や高温での耐塑性変形性は該超硬ノ 狩公昭６０
−５６７８０合金に比べはるかに優れているもの）、以
下のような欠点があつて広く使用されるには至らなかつ
た。

第１に靭性、特に機械的強度が著しく劣つている。第２
に極めて難研削材料であるにもかゝわらす、鋳造により
作られるため粉末冶金法で製造される超硬合金の如き複
雑形状の製品を安価に製造することができない。第３に
鋳造温度の関係上融点の低い共晶組成付近に限定された
合金しか得られない。また（Ｔｉ、Ｗ）（ＣＮＮ）−Ｗ
鋳造合金の提案もあるが同じような理由から実用には供
されていない。

そこでこれ等の該鋳造合金の組成で粉末冶金法で製造で
きれば、前述の欠点のうち第２、第３の２つの欠点をカ
バーできるということは当業者において容易に考えつく
ところである。

しかし、この試みは数々行われながら実際に優れた合金
は作成されていない。その理由はこの組成の合金は炭化
物やＭｏ、Ｗといつた高融点金属より成つているので焼
結性は著しく悪く、十分な強度が出なかつたためである
。本発明者等はこれ等の系の合金について、なかんすく
硬質相を形成する元素について詳細なる研究を行つて驚
くべき知見を得るに至つた。

即ち、これまで硬質合金の常識では焼結を阻害するとさ
れていた酸素を硬質相に入れることによつて焼結性が著
しく向上し、更には靭性の向上が見られることを発見し
たのである。

本発明はこの知見をもとにダイキャスト金型に適した硬
質合金を提案するものてある。本発明は酸素を硬質相に
積極的に投入することに最大の特徴があるが、この合金
においては酸素は硬質相以外には殆んど入らず、硬質相
は（Ｍｌａ）Ｍ２ｂ）（Ｃ、−、、ｏ、）Ｚ（以下（１
）式という）あるいは（Ｍｌａ、、Ｍ２ｂ）（Ｃ、−ｘ
−ｙＮ０ｘＮＮ、）２（以下（２）式という）といつた
組成となる。

Ｍ１は■ａ族金属であるＴｉ）Ｚｒ）Ｈｆより選ばれた
１種又は２種以上の金属であり、Ｍ２は■ａ族金属であ
るＣｒ）Ｍｏ）ｗより選ばれた１種又は２種以上の金属
である。このことは第１図に示すＸ線回折により明らか
である。この図はＷ５０原子％、Ｔ１２５原子％、Ｃ２
０原子％、０５原子％の組成の本発明合金のＸ線回折の
パターンであるが、ＷとＴｉＣ相のみ観察される。図中
１はＷのピーク、２はＴｉＣ相また、０．０５≦ｘ＋ｙ
≦０．６で０．０５≦ｘ≦０．５であるＤＯ．Ｏｌ≦ｙ
≦０．５てあり、０．１≦ｚ≦０．５である。

発明の詳細な説明Ｔｉ，．Ｚｒ．．Ｈｆｌ■、Ｎｂ．．
Ｔａ．．Ｃｒ．．ＭＯ，．Ｗの硬質炭化物を鉄族金属て
結合したいわゆる超硬合金は金型等耐摩工具として近年
利用が拡大しているが、まだ機械的、熱的特性上多くの
欠点を有するため、複雑な形状の工具には十分効果を奏
しているとは云えない。

本発明は上記欠点に鑑み、破損に対して優れた性能を有
するダイキャスト金型用硬質合金を提供せんとするもの
である。

ダイキャストとは精密な金型（ダイス）に溶融合金を高
温て圧入して、高精度で鋳はだの優れた鋳物を短時間に
大量生産する鋳造方式てある。

この方法においては、一般に溶融点の低い合金すなわち
に合金、Ｍｇ合金、Ｚｎ合金、Ｓｎ合金ときにＣｕ合金
も用いられるが、この金型には該溶融合金が高圧で接触
するため、金型の必要特性として、（１）十分な強度を
有すること、（２）該溶融合金との反応が少ないこと、
（３）損耗が少ないことの３点てある。現在、該金型用
合金としては合金工具鋼が主に用いられているが、損耗
により寿命が短かい欠点があつた。

また、超硬合金を金型として用いると前記（１）並びに
（２）の欠点を有するために必ずしも実用に供し得なか
つた。特に前記（１）の該溶融金属との反応は、超硬合
金中のＣＯ結合相の存在が問題であることが発明者等の
研究結果から明らかになつている。これを該溶融金属と
の反応の少ない金属に置きかえることは当業者であれば
容易に考えつくところてある。特にＷを結合相とすれば
Ｎ．Ｚｎ．ＭｇＮＳｎ．Ｃｕ等の合金に対する反応の少
なさと耐熱性、耐損耗性の両面から好適と考え．られる
。Ｗと硬質相を組合わせた硬質合金の考え方は切削工具
としては既に考えられてきた。

米国特許第３７０３８６８号にはＴｉ−Ｗ−Ｃ系の共晶
点を利用して（Ｔｉ．．Ｗ）Ｃ１−ｏ−Ｗの合金を２５
００℃前後の温度に加熱、溶融してこれを鋳造するいわ
ゆる溶製法で作成することが提案されている。

この合金（以下鋳造合金と記す）の切削工具としての耐
摩耗性や高温での耐塑性変形性は該超硬合金に比べはる
かに優れているもの）、以下のような欠点があつて広く
使用されるには至らなかつた。第１に靭性、特に機械的
強度が著しく劣つている。第２に極めて難研削材料であ
るにもか）わらす、鋳造により作られるため粉末冶金法
で製造される超硬合金の如き複雑形状の製品を安価に製
造することができない。第３に鋳造温度の関係上融点の
低い共晶組成付近に限定された合金しか得られない。ま
た（ＴＩ．．Ｗ）（Ｃ．．Ｎ）−Ｗ鋳造合金の提案もあ
るが同じような理由から実用には供されていない。

そこでこれ等の該鋳造合金の組成で粉末治金法で製造で
きれば、前述の欠点のうち第２、第３の２つの欠点をカ
バーできるということは当業者において容易に考えつく
ところである。

しかし、この試みは数々行われながら実際に優れた合金
は作成されていない。その理由はこの組成の合金は炭化
物やＭＯ．Ｗといつた高融点金属より成つてい”るので
焼結性は著しく悪く、十分な強度が出なかつたためであ
る。本発明者等はこれ等の系の合金について、なかんず
く硬質相を形成する元素について詳細なる研究を行つて
驚くべき知見を得るに至つた。

即ち、これまで硬質合金の常識では焼結を阻害するとさ
れていた酸素を硬質相に入れることによつて焼結性が著
しく向上し、更には靭性の向上が見られることを発見し
たのである。

本発明はこの知見をもとにダイキャスト金型に適した硬
質合金を提案するものてある。本発明は酸素を硬質相に
積極的に投入することに最大の特徴があるが、この合金
においては酸素は硬質相以外には殆んど入らず、硬質相
は（Ｍｌａ．．Ｍ２ｂ）（Ｃ１−０．．００）ｚ（以下
（１）式という）あるいは（Ｍｌａ．．Ｍ２ｂ）（Ｃ１
−ｏ−，、０ｘ．．Ｎ，）７（以下（２）式という）と
いつた組成となる。

Ｍ１は■ａ族金属であるＴｉ．．ＺｒｌＨｆより選ばれ
た１種又は２種以上の金属であり、Ｍ２は■ａ族金属で
あるＣｒ．．ＭＯ．．Ｗより選ばれた１種又は２種以上
の金属である。このことは第１図に示すＸ線回折により
明らかである。この図はＷ５Ｏ原子％、Ｔｌ２５原子％
、Ｃ２Ｏ原子％、０５原子％の組成の本発明合金のＸ線
回折のパターンであるが、ＷＩ：．ＴｉＣ相のみ観察さ
れる。図中１はＷのピーク、２はＴｌＣ相のピークを示
している。このようなことはＮを含有する合金において
も同じである。こ）で（１）式、（２）式の限定条件に
ついて説明する。

まず、酸素の含有量であるｘは余り少ないとその効果は
表われす、又余り多いと焼結性を悪くする。一般に酸化
物と金属の混合体の焼結性が劣るのはそれ等の界面のぬ
れが悪いためであるが、本発明の合金についても同じこ
とが考えられる。０．０５≦Ｘ≦０．５の範囲であれば
酸素の添加効果を損うことなく強度の高い合金が得られ
る。

窒素についても酸素と同様のことが言えるが、耐摩耗性
を最下限に要求される場合は窒素は望ましくない場合が
あるのでＯ≦ｙ≦０．５が適当と考えられる。更にＮ（
５０の合計ｘ＋ｙも限度以上になると焼結性を損う。

０が０．０５以上含有することを要するので下限も定ま
つて０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．６であることが望ましい。

化学量論定数ｚについては０．５を越えると硬質相と炭
素の共存域であり本発明の範囲てはない。又０．１以下
では硬質相が少なすぎて硬度が足りないため切削工具や
耐摩耗材料としての本発明の目的からはずれる。このた
め０．１≦ｚ≦０．５であることを要する。■ａ族元素
の一部を■、Ｎｂ，．Ｔａの■ａ族元素によつて置換す
ることは靭性の向上に効果がある。

しかし多量に添加すると■ａ族、■ａ族高融点元素の組
合わせによつて特徴的に表わされるＭｅ（ＣＮＯ）と高
融点金属相の共存という組織からはずれやすくなる。（
Ｍｌａ．．Ｍ２ｂ．．Ｍ３Ｃ）（Ｃ１−、−，、Ｎｙ，
．ＯＯ）と表わすと（Ｍ１■ａ族元素、Ｍ２■ａ族元素
、Ｍ３■ａ族元素）ａ＋ｃは前述の如く■ａ族元素の量
の範囲であることが望ましく０．１から０．７の間てあ
り±は０．３以下であるこ ａ＋ｃと
が望ましい。

即ち、Ｍｌａの３０原子％までをＶｌＮｂ．．Ｔａより
選ばれた１種以上の■ａ族金属で置換するのが望ましい
。なお、置換量は１原子％以下では効果が認められない
。鉄族金属や〜、Ｐｄ，．Ｃｕ等の微量添加が高融点金
属の焼結性を促進することは一般に知られているが、本
発明合金においてもその効果が認められる。

これ等の金属の１種又は２種以上を添加するとより低い
温度での焼結が可能となる。

しかしこれ等の金属は低融点であり、多量に添加した場
合本合金の特徴であるＮ．Ｍｇ．．Ｚｎ．Ｃｕなどの反
応を増大させることは明白である。このような観点から
これ等の金属は２原子％以下の添加量にとＳ゛めること
が望ましい。なお、０．０１原子％以下では効果が認め
られない。以下実施例により本発明の効果を示すが、本
発明の合金にＲｅ．．Ｓｉ．Ｃａ，．Ｋ．．Ａｌが微量
含有されていても本発明を妨げるものではない。

また、本発明の効果は必ずしも実施例に掲げたものに限
られるものではない。実施例１ 平均粒径２μのＷ粉末８鍾量％と平均粒径１μのＴｉＣ
ｌ４重量％を秤取し湿式ボールミルで混合後乾燥しバイ
ンダ混合した粉末を１インチ用Ａ１コック用金型に型押
した後下記条件にて焼結した。

このようにして作成された合金の組成はＷ５Ｏ−Ｔｌ２
５−Ｃ２２−０３又は（ＴｌＯ．３４ＷＯ．６４）（Ｃ
Ｏ．８８ＯＯ．ｌ２）０．３５で表わされた。このよう
にしてできた本発明のダイキャスト金・型を用いＡＤＣ
ｌのＮ合金を１０００ｋ９′ｄの圧力、０．１秒の鋳込
速度て１″″径のクックを作成した。

寿命は１０万回であつたが、従来の合金鋼ＳＫＤ−６の
金型は２０００回で５咋の寿命延長が認められた。実施
例２実施例１に示した方法と同様にして表１の合金組成
の自動車用バルブダイキャスト金型を作成した。

溶融合金Ｍる組成で圧力１５００ｋ９１ｄ、時間５１１
００秒の条件でダイキャスティングを行つた。

） 本発明品は比較品に比べ長寿命が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金のＸ線回折パターンを示し、図中１
はＷのピーク、２はＴｉＣ相のピークを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硬質相及び高融点金属相より成り、全組成が式（１
   ）で表されることを特徴とするダイキャスト金型用硬質
   合金。 （Ｍ＿１ａ、Ｍ＿２ｂ）（Ｃ＿１＿−＿ｘ、Ｏ＿ｘ）＿
   ｚ・・・・・・・・・・・・（１）但し、Ｍ＿１はIVａ
   族金属で、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆより選ばれた１種または２
   種以上で、Ｍ＿２はIVａ族金属でＣｒ、Ｍｏ、Ｗより選
   ばれた１種または２種以上で構成される。 ここでａ、ｂ、ｘ、ｚはいずれも原子比でａ＋ｂ＝１で
   あり、０．１≦ａ≦０．７である。０．０５≦ｘ≦０．
   ５、０．１≦ｚ≦０．５である。 ２ 硬質相及び高融点金属相より成り、全組成が式（２
   ）で表されることを特徴とするダイキャスト金型用硬質
   合金。 （Ｍ＿１ａ、Ｍ＿２ｂ）（Ｃ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ、Ｎ
   ＿ｙ、Ｏ＿ｘ）＿ｚ・・・（２）但し、Ｍ＿１はIVａ族
   金属で、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆより選ばれた１種または２種
   以上で、Ｍ＿２はIVａ族金属でＣｒ、Ｍｏ、Ｗより選ば
   れた１種または２種以上で構成される。 ここで、ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚはいずれも原子比でａ＋ｂ
   ＝１であり、０．１≦ａ≦０．７である。又０．０５≦
   ｘ＋ｙ≦０．６で０．０５≦ｘ≦０．５０．０１≦ｙ≦
   ０．５、０．１≦ｚ≦０．５である。 ３ 硬質相及び高融点金属相より成り、全組成が式（３
   ）で表されることを特徴とするダイキャスト金型用硬質
   合金。 （Ｍ＿１ａ、Ｍ＿２ｂ）（Ｃ＿１＿−＿ｘ、Ｏ＿ｘ）＿
   ｚ・・・・・・・・・・・・（３）但し、Ｍ＿１はIVａ
   族金属でＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆより選ばれた１種または２種
   以上で、Ｍ＿２はIVａ族金属で、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗより選
   ばれた１種または２種以上であり、Ｍ＿１の１から３０
   原子％までをＶａ族金属であるＶ、Ｎｂ、Ｔａの１種ま
   たは２種以上の金属で置換したものである。 ここでａ、ｂ、ｘ、ｚはいずれも原子比でａ＋ｂ＝１で
   ０．１≦ａ≦０．７である。０．０５≦ｘ≦０．５であ
   り、０．１≦ｚ≦０．５である。 ４ 硬質相及び高融点金属相より成り、全組成が式（４
   ）で表されることを特徴とするダイキャスト金型用硬質
   合金。 （Ｍ＿１ａ、Ｍ＿２ｂ）（Ｃ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ、Ｎ
   ＿ｙ、Ｏ＿ｘ）＿ｚ・・・（４）但し、Ｍ＿１はIVａ族
   金属で、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆより選ばれた１種または２種
   以上で、Ｍ＿２はIVａ族金属で、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗより選
   ばれた１種または２種以上であり、Ｍ＿１の１から３０
   原子％までをＶａ族金属であるＶ、Ｎｂ、Ｔａの１種ま
   たは２種の金属で置換したものである。 こゝでａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚはいずれも原子比でａ＋ｂ＝
   １で０．１≦ａ≦０．７である。また、０．０５≦ｘ＋
   ｙ≦０．６で０．０５≦ｘ≦０．５である。 ０．０１≦ｙ≦０．５であり、０．１≦ｚ≦０．５であ
   る。