JP3721510B2 - 光学ガラスの熱間成形用金型およびその周辺部材に適した焼結合金 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結性に優れ、特に５００〜１０００℃の高温域で機械的性質と耐酸化性に優れた光学ガラスの熱間成形に使用される金型およびその周辺部材に適した焼結合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズやプリズムなどの光学ガラス製品の多くは、近年、複雑な機械加工を省くためにそれらの素材を熱間で成形することによって製造されるようになってきている。このような熱間成形に使用される金型およびその周辺部材の材料には、高温での機械的性質と耐酸化性に優れることが要求され、従来、この種の用途の材料としては、耐熱鋼、超硬合金、セラミックスなどが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光学ガラスの熱間成形は、通常窒素などの非酸化性雰囲気中で行われるが、微量の酸素の混入が避けられないため、成形用金型、ダイプレートやガイドピンなどの金型周辺部材の材料には耐熱性と共に耐酸化性が求められる。耐熱鋼は室温機械的性質には優れるものの高温での硬度低下が著しく、普通の超硬合金はＣｏやＮｉなどの結合相金属を含むため、高温で硬度が低下し易く耐酸化性にも劣る。また、いわゆるバインダーレス超硬合金は、結合相金属をほとんど含まないため高温での硬度低下は少ないが、耐酸化性にはやはり劣る。セラミックスは耐酸化性には優れるものの靭性に乏しいという欠点がある。高温で機械的性質に優れる合金としては、他にＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系などのＷ基合金が挙げられるが、何れも耐酸化性に問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち、光学ガラスの熱間成形用金型やその周辺部材の材料を、耐酸化性が改善されたＷ−Ｎｉ系合金とするものである。
【０００５】
本発明の焼結合金をＷ基とするのは、Ｗが高温での機械的性質に優れるためである。Ｎｉを添加するのは焼結性を向上させるためであり、その添加量が３質量％未満では焼結性向上効果が小さくなり、１５質量％を超えると高温での硬さ低下率が大きくなる。Ｎｉの一部をＦｅで置換してもよいが、その添加量がＮｉとの合計量の３０質量％を超えると耐酸化性が低下する。Ｃｒを添加するのは耐酸化性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では耐酸化性の向上効果が不足し、１０質量％を超えると焼結性が低下するので好ましくない。また、Ｗの一部をＷおよびＣｒを除く周期律表第ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族に属する遷移金属で置換してもよいが、その置換量が１０質量％を超えると焼結性が低下し、抗折力が低下する。
【０００６】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。本発明品は通常の粉末冶金法によって製造できる。すなわち、Ｗ、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｒ粉末を所定の組成に配合し、ボールミルあるいはアトライターによる湿式混合を経て乾燥後、所望の形状にプレス圧約１〜５ｔ／ｃｍ２で成形する。次に、成形体を１３５０〜１５００℃で３０〜１２０分真空焼結した後、最終的な形状に加工する。表１には本発明合金および比較合金の配合組成を示した。本発明合金Ｎｏ．１〜４はＣｒ量を変化させたものであり、Ｎｏ．５〜１０は、ＮｉおよびＦｅの合計量とＣｒ量を変化させたものである。また、Ｎｏ．１１〜１３はＷの一部をＴｉ、ＴａおよびＭｏで置換したものである。比較合金のＮｏ．１４〜１８はＣｒを含まないＷ基合金、１９〜２２は一般的な耐摩耗工具用超硬合金である。ここで、Ｗ基合金はすべて平均粒度約５μｍのＷ粉を用いて作製した。
【０００７】
【表１】
表１に示した本発明合金および比較合金の抗折力、硬さ、高温硬さ、耐酸化性（酸化増量）、および熱膨張係数の測定結果を表２に示した。酸化増量試験は、４×８×２５ｍｍ３の試験片の全面を鏡面仕上げ後、大気中で８００℃、３０分間加熱し、その重量変化から単位面積当たりの酸化増量を算出した。また、高温硬さ（ＨＶ）はＡｒ雰囲気中で測定した。熱膨張係数は電気抵抗熱膨張同時測定装置（ＫＤ−ＥＲ、成瀬科学器械（株））を用いて昇温速度１．５Ｋ／ｍｉｎで室温から６００℃まで測定した。
【０００９】
【表２】
Ｎｏ．１〜４および１４より、Ｃｒの添加量が増加するにつれて酸化増量が減少（耐酸化性が向上）している。また、Ｎｏ．１４〜１７のようにＮｉおよびＦｅの合計量が増加すると耐酸化性および高温硬さが劣化するが、Ｎｏ．５〜１０のようにＮｉおよびＦｅの合計量の増加と共にＣｒ量も増加させることにより、耐酸化性の劣化を抑制することができる。また、一般的な超硬合金と比較すると抗折力は低いが、本発明合金は耐酸化性の面では非常に優れているので、光学ガラスの熱間成形用金型やその周辺部材に用いると、それらの長寿命化を図ることができる。さらに、本発明合金は熱膨張係数が小さいので光学ガラス成形時と冷却取出時の寸法変化が小さく、金型の設計が容易となる利点も有する。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による焼結合金は、高温における硬さの低下率が小さく、超硬合金や通常のＷ基合金に比較して耐酸化性に優れているため、光学ガラスの熱間成形用金型およびその周辺部材に用いるとそれらの長寿命化が図れ、かつ超硬合金や耐熱鋼に比較して熱膨張係数が小さいので、加熱・冷却による金型の寸法変化が小さく、金型設計が容易であるという特徴を有し、産業上の利用価値が高い。
Claims (2)
- Ｗが７５〜９６質量％、ＮｉおよびＦｅの合計量が３〜１５質量％で、そのうちＦｅはＮｉとの合計量の０〜３０質量％、Ｃｒが１〜１０質量％および不可避不純物からなる組成を有する光学ガラスの熱間成形用金型およびその周辺部材に使用される焼結合金。
- Ｗの１０質量％以下がＷおよびＣｒを除く周期律表第ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族に属する遷移金属の１種または２種以上で置換された請求項１に記載の焼結合金。
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