JPS61235533A

JPS61235533A - 高耐熱性超硬合金

Info

Publication number: JPS61235533A
Application number: JP7476885A
Authority: JP
Inventors: Matsuo Higuchi; 樋口　松夫; Yasuhiro Saito; 斉藤　恭寛; Seiji Nakatani; 中谷　征司
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-04-08
Filing date: 1985-04-08
Publication date: 1986-10-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、たとえば温間・熱間鍛造用工具などに用い
られる高耐熱性超硬合金に関する。

従来の技術従来から、熱間鍛造用に使用される金型やパンチの材料
として、主にダイス鋼（ＳＫＤ６１）が使われていた。

ダイス鋼は、表面に熱亀裂変形が発生しやすい。そのた
め、現状では、ダイス鋼からなる金型やパンチの寿命は
短く、製品の寸法精度も悪い。したがって、熱間鍛造後
の部品は、研削加工が必要とされている。

しかし、最近の動向として、鍛造後の侵加工を省略する
ために、精密な温間鍛造や精密な熱間鍛造が要望されて
いる。

発明が解決しようとする問題点しかし、以下のような問題点がある。温間鍛造や熱Ｒ鍛
造では、被加工物の濃度が高い。しかも、鍛造材料の変
形によって発熱も生じる。そのため、金型表面の温度が
急上昇する。一方、金型からワークを取出した後は、潤
滑剤、冷却水、冷却油などを金型表面に吹付けるので、
金型は急冷される。

このような温度の急激な変化による熱衝撃によって、金
型表面には損傷が生ずる。なお、ここでいう温間とは約
２００〜８００℃であり、熱間とは約８００〜１１００
℃の範囲を示すものである。

そのため、従来から用いられているダイス鋼では、肌荒
れ、変形、熱亀裂が著しく、また鋼の熱膨張が大きいた
め高精度を出すことができない。

高温での硬度が大きい５Ｋ）ｌ−５１でも、熱膨張、熱
亀裂、クラックなどの問題があり、高寿命を望めない。

上述材料と比較して、高温での熱膨張が鋼の１７２であ
る超硬合金が望ましい。しかし、瑣在市場で用いられて
いる超硬合金は、耐熱衝撃性や靭性が低いので、熱間鍛
造のような厳しい使用条件下では使用に耐えない。

それゆえに、この発明の目的は、急激な熱サイクル、工
具表面温度の上昇などの厳しい使用条件下でも、十分に
使用に耐え得る高耐熱性超硬合金を提供することである
。

なお、熱間で使用される超硬合金として、鋼線材圧延に
用いられる圧延ロールが知られている。

しかし、この圧延ロールは、圧延時には、均等荷重下で
用いられる。つまり、圧延ロールには、前述したような
強い熱ｒＩｔは加わっていない。このことからも、前述
した使用条件がいかに厳しいがが推定され得る。

問題点を解決するための手段、作用および発明の効果この発明による高耐熱性超硬合金は、硬質相と結合金属
相とからなる。そして、結合金属相相粒径０．０１μ−
以上３μｍ以下の硬質分散粒子を均一微細に分散させて
いることを特徴とする。

超硬合金の靭性および熱亀裂性を改善するには。

結合金属相の量を増せばよい。しかし、そのようにすれ
ば、合金の硬度が下がり、鍛造金型としての条件を満足
しなくなる。そこで、この発明の狙いとするところは、
常温における硬度はもちろんのこと、温間あるいは熱間
鍛造条件下の高１！（２００〜１１００℃）での硬度を
高く維持することのできる合金組成および組織を得るこ
とにある。

これを実現するために、結合金属相に分散される硬質分
散粒子は、その粒径が０．０１μｍ以上３μ翔以下とさ
れる。そして、粒径が０．０３μ園以上１μ園以下であ
るならば、分散効果はざらに高められる。硬質分散粒子
を結合金属相に分散させる方法として、色々なものが゛
ある。たとえば、従来の粉末冶金法を用いて分散させて
もよい。また、最近開発されたメカニカルアロイング法
によって分散粒子を結合金属相となる金属粉末中に予め
あるいは混合時に分散させておけば、より均質な超硬合
金が得られる。すなわち、真空雰囲気下、不活性ガス雰
囲気下、窒素ガス雰囲気下、あるいは種々の酸素分圧の
雰囲気下において、乾式で高エネルギのアトライタやボ
ールミルを用いて分散粒子を結合金属粉末中に混合前や
混合時に分散させると、より大きな効果が得られる。

硬質分散粒子は、好ましくは、ＴｔｌＯｚ、Ａ（Ｌ２０
３、Ｚｒ０ｚ、Ｙ２Ｏ５、Ｓｔ　Ｏｔ、Ａｎ＜Ｃｓ　、
ＷＣ，Ｓｉ　Ｃ，Ｓｉ　ａ　Ｎ４　％　Ａ庭Ｎ、ＹＮ、
Ｔ　！　Ｂ　２　Ｎ　Ｚ　ｒ　Ｂ　２からなる群から選
択された１種または２種以上の物質である。これらの物
質を硬質分散粒子として用いれば、超硬合金は高い耐熱
性を呈するようになる。また、硬質相は、たとえば炭化
タングステンからなる。さらに、結合金属相は、たとえ
ば、Ｎｉ　、　Ｇｏ　、　Ｆｅ　、　Ｏｒ　、　ＭＯｌ
Ｗからなる群から選択された１種または２種以上の物質
からなる。

好ましくは、結合金属相の同は、全体の１０重量％以上
３５重量％以下の範囲内にあり、硬質分散粒子の世は、
結合金属相の１０体積％以上４０体積％以下の範囲内に
あるようにされる。結合金属相の量が１０重量％未満な
らば、靭性が不足する。一方、この結合金属相のｍが３
５重量％を越えるならば、硬度が不足し、そのため鍛造
用金型としての使用に耐えなくなる。硬質分散粒子の量
が結合金属相の１０体積％以上４０体積％以下の範囲内
にあれば、分散効果が高く、ｉ１１澗強度、硬度が高く
なり、＾耐熱性を発揮する。この硬質分散粒子の量が１
０体積％未満ならば結合金属相内に分散する硬質分散粒
子の量が不足し、そのため所望の効果がほとんど得られ
ない。一方、硬質分散粒子の量が結合金属相の４０体積
％を越えるならば、結合金属相内の靭性が低下し、かえ
って逆効果となる。

第１図は、各種合金の＾Ｉｌ硬度の変化を示す図である
。図中、１が本発明に従った＾耐熱性超硬合金である。

そして、２は通常のＷＣ−Ｇｏ　、３が５ＫＨ９，４が
５ＫＤ６１である。この図から明らかなように、本発明
に従った超硬合金は、特に高温における硬度を高く維持
することができる。

この発明に従って得られた超硬合金は、たとえば熱間ま
たは温間鍛造用塑性加工工具として、ダイ、パンチ、ノ
ックアウト、エジェクタピン、シャー刃、ロールなどに
有利に利用され得る。しかし、必ずしも工具全体がこの
発明に従った超硬合金から作られていなくてもよい。た
とえば、工具のうちワークと接触する部分にのみこの発
明に従った超硬合金を用い、その他の部分には綱を用い
てもよい。この場合、超硬合金の部分と鋼の部分とはた
とえば、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接などの溶接
によって互いに接合される。さらに、この発明に従った
超硬合金の表面に、Ｔｉ　ｃ、−ｒ＋　ＯＮ、　Ｔｉ　
Ｃｏ、Ｔｔ　ＣＮＯ，Ａ　ｆＬｔ　Ｏｈ　、Ａｎ　Ｎ　
Ｎ　Ｓ　Ｉ　ｓ　Ｎ　４　、Ｓ　ｊ　Ｃ−Ｂ　Ｎ　、Ｃ
などの１層以上の層を被覆してもよい。

実施例実施例１結合金属相の原料と硬質分散粒子の原料との混合割合を
変え、ざらに硬質分散粒子の種類を変えて、以下の試験
を行なった。

まず、１〜２μ−の結合金属相の原料と０．５〜１μ讃
の硬質分散粒子の原料とをアトライタに装入し、Ａｒガ
ス雰囲気の下、乾式で回転数２０ＯｒＩｌｌＩで２０１
１１１１メカニカルアロイング処理を行なった。その模
、３〜５μ−の炭化タングステン粉末を装入し、アセト
ンを容′器上部まで入れ湿式で１０時間混合した。得ら
れた混合粉末を所要の寸法に成形した俵、真空下で焼結
し、その後ＨＩＰ処理を行なった。こうして得られた焼
結体を研磨し、高温強度、硬度を測定した。その結果を
、以下の第１表にまとめた。

比較例として、結合金属相の量が全体の１０１１ｍ％未
満の試料、結合金属相の量が全体の３５重量％を越える
試料および硬質分散粒子を装入しない試料を作り、その
高温強度、硬度を測定した。

第１表から明らかなように、この発明に従って得られた
超硬合金は、特に高温における硬度および抗折力に優れ
た特性を示している。

（以下余白）実施例２実施例１で得られた合金を用いて、熱間鍛造用バンチン
グダイを作った。このバンチングダイは、直径３５ＩＩ
１１の棒鋼を１１５０℃に加熱し、切断することによっ
て得られたワークを、パンチングするのに使用される。

こうして得られたバンチングダイの性能を、以下の第２
表にまとめた。

第２表から明らかなように、結合金属相を有し、かつそ
の結合金属相内に硬質分散粒子を分散させた超硬合金か
らなるバンチングダイは、その性能が良好であることが
認められる。

なお、本実施例では、ＨＩＰ処理を行なった場合を例に
挙げたが、ＨＩＰ処理を行なわない場合にも同様の効果
が得られる。

（以下余白）第２表実施例３実施例１の試料番号３の粒度をいろいろと変えて、実施
例１と同一方法で合金を作り、実施例２と同一の評価を
進めた。得られた結果を第３表にまとめた。

第３表から明らかなように、０．０１μｌｌ〜３μ＋ｍ
以下の硬質分散粒子径のものが性能が良好であることが
認められる。

第３表

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の合金および本発明に従った合金の高温
硬度変化を示す図である。図において、１は本発明に従った合金、２は従来のＷＣ
−Ｃｏ合金、３は工員鋼５ＫＩ−１９，４は工具Ｊ１１
ＳＫＤ６１である。（ほか２名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硬質相と結合金属相とからなり、前記結合金属相
に粒径０．０１μｍ以上３μｍ以下の硬質分散粒子を均
一微細に分散させていることを特徴とする、高耐熱性超
硬合金。
（２）前記硬質分散粒子は、ＴｈＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿
３、ＺｒＯ＿２、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿４
Ｃ＿３、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＡｌＮ、ＹＮ
、ＴｉＢ＿２、ＺｒＢ＿２からなる群から選択された１
種または２種以上の物質であることを特徴とする、特許
請求の範囲第１項に記載の高耐熱性超硬合金。
（３）前記硬質相は、炭化タングステンからなることを
特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項に記載
の高耐熱性超硬合金。
（４）前記結合金属相は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗからなる群から選択された１種または２種以上の
物質からなることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
ないし第３項のいずれかに記載の高耐熱性超硬合金。
（５）前記結合金属相の量は、全体の１０重量％以上３
５重量％以下の範囲内にあり、前記硬質分散粒子の量は
、前記結合金属相の１０体積％以上４０体積％以下の範
囲内にあることを特徴とする、特許請求の範囲第１項な
いし第４項のいずれかに記載の高耐熱性超硬合金。