JPS6216266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 本発明は温間鍛造、熱間鍛造用工具に用いられ
る高性能、高寿命の超硬合金を提供するものであ
る。 (ロ) 従来技術とその問題点 従来熱間鍛造用工具である金型、パンチはダイ
ス鋼（SKD61）が主に使われていた。ダイス鋼
は表面に熱亀裂変形が発生しやすいため、寿命は
短かく、製品の寸法精度が悪いのが現状である。
従つて熱間鍛造後の部品は、研削加工が必要とさ
れている。最近の動向として、温間鍛造、熱間鍛
造による精密鍛造を行い、後加工を省略する方向
の開発が進められている。これには高性能鍛造用
工具が必要とされる。従来から用いられている熱
間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は出
来ない。高温での硬度が高いSKH―51でも熱膨
張、熱亀裂、クラツクの問題があり高寿命を望め
ない。高温での熱膨張が鋼の1/2である超硬合金
は望ましいが、現在市場で用いられている超硬合
金は耐熱衝撃性、靫性が低いため熱間鍛造の如
く、厳しい使用条件下では使用に耐えない。 (ハ) 発明の開示 本発明は温間、熱間鍛造用工具として、高温硬
度が高く、熱膨張率の低い超硬合金の改良を進め
た結果、耐熱亀裂性、耐割損性の優れた熱間塑性
加工用超硬合金を開発できたものである。 本願の要旨は、硬質層と結合相よりなる超硬合
金において、硬質相がWCよりなり、結合相が
Co、Ni、Crの三元合金からなり、該結合相量が
10〜40重量％にあり、かつCoとNiの比較が99≧
Co／Ni≧１であり、Crの添加量が0.1〜３重量％
である超硬合金を急冷処理により結合相の凝固粒
度を300μ以下に制御したことを特徴とする合金
が、温熱間鍛造用超硬合金工具に適していること
を見出したものである。 温間、熱間鍛造では被加工物の温度が高く、ま
た鍛造材料の変形による発熱にて金型表面の温度
が急上昇する。一方ワーク取り出し後潤滑剤、冷
却水、冷却油等を金型表面に吹きつけるため急冷
されるなどの熱衝撃により工具表面の損傷が起こ
る。なおここでいう温間とは約500〜800℃であ
り、熱間とは約800〜1100℃の範囲を示すもので
ある。 本発明では、急激な熱サイクル、工具表面温度
の上昇による高温硬度の低下、鍛造時に必要な高
温靫性、冷却水による工具表面の腐食、被加工物
による磨耗等の悪条件下でも使用可能な超硬合金
を見出したものである。例えば熱間で使用される
超硬合金として鋼線材圧延に用いられる圧延ロー
ルが知られているが、これは圧延時は、均等荷重
下で用いられ、本願の熱間鍛造工具のような強い
衝撃は加わつていないことからも、本願でいう使
用条件がいかに厳しいかが推定できるわけであ
る。 本発明者らは、硬質相としてWCを用い結合相
としてCoを用いた場合、第１図に示す通り高温
での硬度低下が著しいこと、また第２図に示すよ
うに高温靫性値が低下するとの新らしい知見に基
くものである。即ち、WC−Co系超硬合金にNi−
Crが加わると靫性が低下するとされているが、
99≧Co／Ni≧１の条件では合金の靭性を低下さ
せることなく高強度を維持できることができる。
Crの添加は冷却水による超硬合金工具表面の肌
荒れを減少することができ0.1％以下では効果が
なく、また３重量％を越えると強度が低下するた
め、0.1〜３重量％の範囲が望ましい。 以上の組成面の検討で熱間鍛造工具として必要
な高温硬度、高温靭性、肌荒れは解決するが、熱
亀裂に対する対策として次のことを見出した。 温間鍛造、熱間鍛造では金型表面に生成する熱
亀裂は鍛造時の衝撃により一層成長する。従つて
表面の亀裂発生を極力防止しなければならない。
本発明では鍛造時の亀裂生成機構を鋭意検討した
結果、初期に発生する亀裂深さ、亀裂密度は結合
相の凝固粒度、Co／Niの均一分散、Crの濃度分
布に影響されることが判明した。 本発明者等はWC−Co−Ni−Cr系合金は熱間
鍛造に適しているが、耐熱亀裂性を向上させる方
法を種々検討した結果、焼結工程において焼結温
度から焼結体を急速に冷却することによつて凝固
粒度を制御できること、さらには凝固粒度が0.3
mm以下に制御すると鍛造時に発生する熱亀裂を防
止し得ることを見い出したものである。 凝固粒度は、焼結体の冷却速度によつて著しく
影響を受けるものであり、例えばガスの流入量
や、発熱体と被冷却物との間隔等によつて異つて
くる。例えば熱伝導度の大きいHe、Hz等を用い
れば冷却速度は大巾に向上しその結果0.1mm以下
の凝固粒径をもつ超硬合金を得ることができる。 用途によつて、必要な凝固粒度も異なつてくる
が例えば熱間塑性加工用工具としては0.1mm以下
の凝固粒度をもつものの方が、特性としては良好
となる。 結合相の凝固粒度を0.3mm以上にすると深い熱
亀裂が見られるようになり、さらに大きくすると
大破する恐れが出てくる。超硬合金の凝固粒度は
イオンエツチングあるいは化学的腐食法により容
易に検出することが出来る。第３図に超硬合金の
顕微鏡による凝固組織を示した。濃淡の差は結晶
方位によるものである。 このようにして得られた熱間、温間鍛造用塑性
加工工具の中のダイ、パンチ、ノツクアウト、エ
ジエクターピン、シヤー刃、ロール等に本発明で
得た材料を利用することができる。 (ニ) 実施例 １ WC、Co、NiおよびCrの粉末を秤量し、WC−
12重量％Co−８重量％Ni−２重量％Crとなるよ
うに配合し、混合粉砕を行つた。これを外径100
mm、内径40mm、高さ80mmの円筒状に成形し、真空
炉中10^-2Torrにて５時間かけて、1400℃に昇温
し、さらに１時間その温度で保持した。保持後、
炉内に装入した架台を一気に加熱部より冷却部に
移し、N₂ガスを炉内に導入し、超硬合金を一気
に急冷凝固させた合金(A)と、1400℃にて１時間保
持まで前記と同じ条件でありその後加熱電源を切
断した後、炉中で1000℃まで冷却しその後N₂ガ
スを導入して得た合金(B)を製作した。かくの如く
して得られた合金を鋼シヤンクに圧入し加工して
ベベルギヤー用鍛造金型を製作した。 鍛造用材料を1100℃に加熱し、鍛造圧200tonに
てベベルギヤーの温間鍛造を行つた。ダイス鋼を
金型とした場合は5000ケで寿命となつたが、本発
明の超硬合金(A)は５万ケで寿命となり、また(B)は
１万個の寿命であつた。超硬合金金型は従来のダ
イス鋼金型に比較して割高となるが、それを勘案
すると(B)ではその価値はないが、(A)では充分に超
硬合金を使用する価値があることがわかつた。 この実施例で得られた超硬合金の凝固粒度をイ
オンエツチングによつて調べた結果(A)は平均150
μｍであつた。一方(B)は300μｍであつた。ダイ
寿命は金型内面に発生する熱亀裂によるものであ
り、さらに熱亀裂の表面エツヂ部にチツピングが
発生し製品形状不良および表面傷による寿命であ
つた。 本発明の超硬合金(A)は亀裂深さが浅くかつ亀裂
の開き工合が小さいため長寿命となることがわか
つた。しかし超硬合金(B)は亀裂が深くかつ亀裂部
が開口し、最後にチツピングが発生する。また衝
撃が大きい部分では亀裂が伸びて、超硬合金が割
れている。ダイス鋼の場合は肌荒れが著しく熱亀
裂およびダイスの変形が見られ、製品形状、製品
の表面状態が悪化している。 実施例 ２ 実施例１と同様の方法にて第１表に示すような
配合で超硬合金を製作した。これを実施例１の(A)
と同様の方法で急速冷却して、ベベルギヤー用鍛
造金型を製作し温間鍛造を行つた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は各種超硬合金の硬度の温度特性を示す
ものであり、第２図は各種超硬合金の衝撃値の温
度特性を示すものである。第３図は30倍の顕微鏡
写真を示す。 図中１……WC−16Co、２……WC−8Co−7Ni
−1Cr、３……WC−25Co、４……WC−15Co、
５……WC−12Co、６……WC−14Co−1.5Ni−
0.5Cr、７……WC−14Co−4Ni−2Cr。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硬質相と結合相よりなる超硬合金において、
   硬質相がWCよりなり、結合相がCo、Ni、Crよ
   りなり、99≧Co／Ni≧１の範囲であり、かつCr
   が0.1〜３重量％であり、結合相の量が10〜40重
   量％であり、凝固結晶粒が0.3mm以下であること
   を特徴とする熱間塑性加工用超硬合金。 ２ 硬質相と結合相よりなる超硬合金において、
   硬質相がWCよりなり、結合相がCo、Ni、Crよ
   りなり、99≧Co／Ni≧１の範囲であり、かつCr
   が0.1〜３重量％であり、結合相の量が10〜40重
   量％である超硬合金の焼結過程で、焼結温度より
   ガス体によつて急冷することを特徴とする熱間塑
   性加工用超硬合金の製造法。