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JP4970638B2 - 耐摩耗性を増加させた超硬合金ボディーの製造方法 - Google Patents

耐摩耗性を増加させた超硬合金ボディーの製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、鋼とステンレス鋼との旋削加工、フライス加工及び穿孔加工の工具に有益である超硬合金ボディーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金ボディーは、混練工程、加圧工程及び焼結工程を含む粉末冶金法によって製造する。この混練加工は、ボディーを利用し且つ種々の大きさの混練機による激しい機械的な混練加工である。混練工程は、数時間から数日に及ぶ。このような工程は、混練された混合物中にバインダー相の均一分布を得るために、必要と考えられているが、しかし、これが広範囲のＷＣ粒子分布を生じる。
【０００３】
米国特許第５，５０５，９０２号及び５，５２９，８０４号には、実質的に混練加工を考慮に入れていない超硬合金の製造方法が開示される。粉末混合物中にバインダー相の均一分布を得るための代わりに、この硬質構成粒子をバインダー相で予め被覆して、さらに、この混合物を乾燥した加圧成形剤とともに湿式混合し、加圧成形し、そして焼結する。最初に示した明細書では、被膜をゾル−ゲル法によって作り、次の明細書では、被膜にポリオールを使用する。
【０００４】
スウェーデン特許明細書第９７９０３７３８−６号には、超硬合金のようなサブミクロンの複合材料を製造する方法が開示される。この明細書は、粉末混合物中に単にバインダー相の均一分布を得るための代わりに、Ｃｒ及びＶのような粒成長を抑制する元素で被膜を作ることを言及する。
ヨーロッパ特許Ａ６６５３０８号は、０．１〜１μｍ及び３〜１０μｍの二つのグループのＷＣ粒径の双峰分布を有する被覆した超硬合金インサートを開示する。この明細書に従うインサートは、慣用の混練工程と焼結工程との技術で製造され、そしてこの慣用の技術は、混練工程の際のＷＣ粒径分布の広がりを避けることができず、且つ焼結工程の際の粒成長を生じる。
【０００５】
国際公開番号ＷＯ９８／０３６９０号は、０〜１．５μｍと２．５〜６．５μｍとの２グループのＷＣ粒径の双峰分布を有する被覆した超硬合金インサートを開示し、これは上述の二つの米国特許に従って改良された処理方法に基づいている。混練工程がないけれども、ある程度の結晶性長が焼結工程中に生じた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ヨーロッパ特許Ａ６６５３０８号及び国際公開番号ＷＯ９８／０３６９０号に従いさらに改良された超硬合金性質を得ることが可能となることが意外にも判明し、この性質は、上述のスウェーデン特許明細書第９７０３７３８−６号に開示される被覆技術を用いてこのような材料が作られるならば、上述の米国特許のいずれかに従いバインダー相で被覆した粗い硬質構成部分とともに混合したバインダー相を備えるかまたは備えない結晶成長抑制剤で、予め被覆した小さなＷＣ粒のグループを有する。混合工程の結果としてまたは焼結工程中の結晶成長の結果として、本発明にしたがい粒径の変化または粒径の分布がないことを必要である。結果として、極端に低い結晶成長を特徴とする組織が得られる。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明の方法にしたがい、双峰粒径分布を備える超硬合金ボディーが、種々の粒径分布を備えるＷＣ粉末をバインダー金属と加圧成形剤とともに混練することなく湿式混合すること、スプレー乾燥によって好ましく乾燥すること、加圧成形すること、及び焼結することを含む粉末冶金法によって製造される。ＷＣ粉末の粒は、少なくとも二つのグループに分類され、小さな粒の一つのグループは最大粒径ａmax を有し、大きな粒のグループは最小粒径b min を有し、各グループをＷＣ粒の総量の少なくとも１０％含有し、b min −ａmax ＞０．５μｍであり、各グループ内の粒径変動は＞１μｍである。本発明の方法にしたがい、小さい粒径のグループの粒を、粒成長抑制剤で予め被覆する。好ましくは、粒成長抑制剤はＶ及び／またはＣｒであり、そして大きな粒のグループの粒をバインダー金属で予め被覆する。
【０００８】
ボディーの組成は、
ＷＣと、
４〜２０ｗｔ％好ましくは５〜１２．５ｗｔ％のＣｏと、
ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、またはＷＣを含有するそれらの混合物または固溶体のような＜３０ｗｔ％好ましくは＜１５ｗｔ％の立方晶炭化物と、
を含んでなる。
【０００９】
このＷＣ粒は二つのグループに分類され、１．５μｍ以下の微細ＷＣ粒子対２．５〜６．０μｍの粗いＷＣ粒子の重量比が０．２５〜４．０好ましくは０．５〜２．０の範囲にある。好ましくはこの二つのグループが、１．５μｍ以下の粒径範囲と２．５〜６．０μｍの粒径範囲とを含む。
好ましい実施態様において、ボディーは薄い耐摩耗性の被膜を備えた切削工具インサートである。好ましい被膜は、柱状粒のＴｉＣX ＮY ＯZ とに続いてα−Ａｌ2 Ｏ3 、κ−Ａｌ2 Ｏ3 、またはαとκとのＡｌ2 Ｏ3 の混合物と、の層を含む。
【００１０】
さらに好ましい実施態様において、「ＣＷ比」で表せるＣｏバインダー相中のＷ含有量が、
ＣＷ比＝ＭS ／（ｗｔ％Ｃｏ×０．０１６１）、
として定義されるＣＷ比で表せ、０．８２〜１．０好ましくは０．８６〜０．９６であり、ＭS は焼結された前記ボディーのｋＡ／ｍで示す計測飽和磁化であり、かつｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏ重量パーセントである。
【００１１】
【実施例及び発明の効果】
＜実施例１＞
ＷＣに加えて、１０ｗｔ％のＣｏ、０．３ｗｔ％のＣｒ3 Ｃ2 の組成を有する超硬合金ボディーが本発明にしたがって製造された。４．２μｍの平均粒径のＷＣをコバルトで被覆して米国特許第５，５０５，９０２号に従って準備されＷＣ−３ｗｔ％Ｃｏと、０．８μｍの平均粒径のＷＣをクロムで被覆してスウェーデン特許明細書第９７９０３７３８−６号に従って準備されたＷＣ−０．４３ｗｔ％Ｃｒとが、実験用ジェットミル装置で慎重に解凝集されて、追加のＣｏ量とともに混合されて、所望の材料組成を得た。被覆したＷＣ粒子は、４．２μｍの平均粒径が４０ｗｔ％を構成し、０．８μｍの平均粒径が６０ｗｔ％を構成し、双峰粒径分布が得られた。この混合はエタノールと水との溶液（０．２５ｌ当たりｋｇ超硬粉末）中で２時間実験用ミキサーで行われ、そしてバッチの大きさは１０ｋｇであった。さらに２ｗｔ％の潤滑剤がこのスラリーに添加された。炭素含有量は、０．８９のＣＷ比に相当するＷで合金化されたバインダー相にして、カーボンブラックで調整した。スプレー乾燥後に、インサートを加圧成形して、標準実施にしたがって焼結し、そしてかなり低い粒成長を特徴とする多孔質の目の詰んだ双峰組織が達成された。
【００１２】
＜実施例２＞
ＷＣに加えて、１０ｗｔ％のＣｏ、０．３ｗｔ％のＣｒ3 Ｃ2 の組成を有する超硬合金ボディーが本発明にしたがって製造された。４．２μｍの平均粒径のＷＣをコバルトで被覆して米国特許第５，５０５，９０２号に従って準備されＷＣ−３ｗｔ％Ｃｏと、０．８μｍの平均粒径のＷＣをクロム−コバルトで被覆してスウェーデン特許明細書第９７９０３７３８−６号に従って準備されたＷＣ−０．４３ｗｔ％Ｃｒ−２ｗｔ％Ｃｏとが、実験用ジェットミル装置で慎重に解凝集されて、追加のＣｏ量とともに混合されて、所望の材料組成を得た。被覆したＷＣ粒子は、４．２μｍの平均粒径が４０ｗｔ％を構成し、０．８μｍの平均粒径が６０ｗｔ％を構成し、双峰粒径分布が得られた。この混合はエタノールと水との溶液（０．２５ｌ当たりｋｇ超硬粉末）中で２時間実験用ミキサーで行われ、そしてバッチの大きさは１０ｋｇであった。さらに２ｗｔ％の潤滑剤がこのスラリーに添加された。炭素含有量は、０．８９のＣＷ比に相当するＷで合金化されたバインダー相にして、カーボンブラックで調整した。スプレー乾燥後に、インサートを加圧成形して標準実施にしたがって焼結し、そしてかなり低い粒成長を特徴とする実施例１と同一の多孔質で目の詰んだ双峰組織が達成された。
【００１３】
＜実施例３＞
ＷＣに加えて、１０ｗｔ％のＣｏ、０．２ｗｔ％のＶＣの組成を有する超硬合金ボディーが本発明にしたがって製造された。４．２μｍの平均粒径のＷＣをコバルトで被覆して米国特許第５，５０５，９０２号に従って準備されＷＣ−３ｗｔ％Ｃｏと、０．８μｍの平均粒径のＷＣをバナジウムで被覆してスウェーデン特許明細書第９７９０３７３８−６号に従って準備されたＷＣ−０．２８ｗｔ％Ｖとが、実験用ジェットミル装置で慎重に解凝集されて、追加のＣｏ量とともに混合されて、所望の材料組成を得た。被覆したＷＣ粒子は、４．２μｍの平均粒径が４０ｗｔ％を構成し、０．８μｍの平均粒径が６０ｗｔ％を構成し、双峰粒径分布が得られた。この混合はエタノールと水との溶液（０．２５ｌ当たりｋｇ超硬粉末）中で２時間実験用ミキサーで行われ、そしてバッチの大きさは１０ｋｇであった。さらに２ｗｔ％の潤滑剤がこのスラリーに添加された。炭素含有量は、０．８９のＣＷ比に相当するＷで合金化されたバインダー相にして、カーボンブラックで調整した。スプレー乾燥後に、インサートを加圧成形して、標準実施にしたがって焼結し、そしてかなり低い粒成長を特徴とする実施例１と同一の多孔質で目の詰んだ双峰組織が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う超硬合金の顕微鏡組織を１０００Ｘの倍率で示す。

Claims (15)

  1. 種々の粒径分布を有するＷＣ粉末をバインダー金属と加圧成形剤とともに混練することなく湿式混合すること、乾燥すること、加圧成形すること、及び焼結することを含み、
    前記ＷＣ粉末の粒は、小さな粒のグループが最大粒径ａｍａｘ を有し且つ大きな粒のグループが最小粒径b ｍｉｎ を有する二つのグループに分類され、且つ各グループがＷＣ粒の総量の少なくとも１０％を含有し、b ｍｉｎ −ａｍａｘ ＞０．５μｍでありかつ各グループ内の粒径変動が＞１μｍである双峰粒径分布を備える超硬合金ボディーの製造方法において、
    小さい粒のグループの粒を、金属バインダーを含むかまたは含まない粒成長抑制剤で予め被覆することを特徴とする超硬合金ボディーの製造方法。
  2. 前記乾燥することが、スプレー乾燥であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
  3. 前記粒成長抑制剤が、金属または化合物としてのＶ及びＣｒの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
  4. 前記大きな粒のグループの粒を、バインダー金属で予め被覆することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 組成が、
    ＷＣと、
    ４〜２０ｗｔ％のＣｏと、
    ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、或いはＷＣを含有するこれらの混合物または固溶体としての＜３０ｗｔ％の立方晶炭化物と、
    を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 前記組成が、５〜１２．５ｗｔ％のＣｏを含むことを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
  7. 前記組成が、＜１５ｗｔ％の前記立方晶炭化物を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の製造方法。
  8. ＷＣの粒が二つのグループに分類され、１．５μｍ以下の微細ＷＣ粒子対２．５〜６．０μｍの粗いＷＣ粒子の重量比が、０．２５〜４．０の範囲にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
  9. 前記重量比が、０．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
  10. 前記二つのグループが、１．５μｍ以下の粒径範囲と２．５〜６．０μｍの粒径範囲とを含むことを特徴とする請求項４記載の製造方法。
  11. 前記ボディーが、切削工具インサートでありことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
  12. 前記インサートが、薄い耐摩耗性の被膜を備えることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
  13. 前記被膜が、柱状粒のＴｉＣX ＮY ＯZ とに続いてα−Ａｌ2 Ｏ3 、κ−Ａｌ2 Ｏ3 、またはαとκとのＡｌ2 Ｏ3 の混合物との層を含むことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  14. 前記Ｃｏバインダー相中のＷ含有量が、
    ＣＷ比＝ＭS ／（ｗｔ％Ｃｏ×０．０１６１）、
    として定義されるＣＷ比で表せ、０．８２〜１．０であり、
    ＭS は焼結された前記ボディーのｋＡ／ｍで示す計測飽和磁化であり、かつｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏ重量パーセントであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
  15. 前記ＣＷ比は、０．８６〜０．９６であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
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