JPS6176646A - 炭化タングステン基超硬合金 - Google Patents

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、超硬合金に関し、特に０．６μｍ以下の平
均粒径を有する微細なタングステン粒子を含有する靭性
および耐摩耗性のすぐれた炭化タンゲステ７基超硬合金
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、炭化タングステン（以下ｗｅで示す）を主体とし
て分散相をＣｏ、Ｎｉなどの金属相で結合した超硬合金
は切削工具、耐摩耗工具、耐衝撃工具等の素材として広
く用いられており、なかでも平均粒径が約１１１ｍのＷ
Ｃ粒子を含む超硬合金は、硬さが高く、かつ靭性も高い
ので、一般の超硬合金と高速度鋼の中間に位置する材料
として注目されており、またそれがシャープなエツジを
形成しやすいという特性も備えているために、各種剪断
刃、プリント基板用ドリル、エンドミルなどの、従来高
速度鋼が使用されていた工具の素材としても利用され、
これら工具に著しい性能の向上をも・たらしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような用途においては、製品の品質管理あるいは工
具寿命の面などから、さらに上記超硬合金の特性の改善
が要求されており、この超硬合金の中に占める結合相の
割合が一定でｗｅの粒径が小倉くなればその硬さが向上
し、一方硬さを一定とすれば結合相の割合を増大させて
その靭性を向上できるから、一般に上記の改善ｒｒｉｗ
ｃ粒子をさらに細かくすることによって達成されるもの
と考えられる。

ところで、一般にＷＣ粒子は焼結中に溶解・析出反応に
よって粒成長を起こすので、得られた合金中のＷＣ粒子
の粒径は通常もとの原料粉粒子の粒径よりも大きくなる
傾向があり、このような傾向は原料ＷＣ粒子の粒径が小
さくなるほど顕著になる。そのため、合金中に種々の粒
成長抑制剤を単独に添加してＷＣの粒成長を抑制する研
究が進１りられ、その粒成長抑制剤のうち、ＶＣの添加
が最も有効で、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２なども効果のあるこ
とがわかっている。したがって、平均粒径約１μｍのＷ
Ｃ粒子を含む従来の超硬合金では、前記研究に基いて、
通常合金中に上記のような金属炭化物のいずれか１種が
添加されている。これら金属炭化物の粒成長抑制作用は
その添加量が増大するほど大きくなるので、平均粒径が
０．７μｍ以下であるような、さらに微細なＷＣ粒子を
含む超硬合金を得ようと望むならば、多量の粒成長抑制
剤を添加すればよいけれども、そうすると、通常、焼結
の間結合相中に固溶した粒成長抑制剤の一部が焼結後の
冷却時に析出してＷＣ粒子および金属結合相とは別の第
３相を形成し、それが合金の靭性を低下させるという難
点があったので、本発明者等は、従来の微粒ｗＣ含有超
硬合金の靭性を低下させることなく、それよりも一層Ｗ
　Ｃ粒子の平均粒径が小さい超硬合金を得べく研究を重
ね、Ｃｏおよび／またはＮｉを結合相とした合金中に粒
成長抑制剤としてＶとＣｒとを複合添加することによっ
て、合金中に前記第３相を生ずることのない微細な＋７
／　Ｃ粒子を含む超硬合金を開発したが（特願昭５９−
１３１６２２号）、そのＷＣＣ超超硬合金中ｗｃ粒子の
大きさは０７μｍ以下にすぎなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、上述のような観点から、従来の微粒ｗｅ
粒子含有超硬合金の靭性を低下させることなく、それよ
りも一層ＷＣ粒子の平均粒径が小さい超硬合金を得べく
研究を重ねた結果、ＣＯおよび／またはＮｉを結合相と
した合金中に粒成長抑制剤としてＶとＣｒの他にさらに
Ｍｏを複合添加すると合金中に前記第３相が生ずるほど
多量のＶＳＣｒおよびＭｏを添加しなくても、ＷＣ粒子
の平均粒径が０６μｍ以下である超硬合金が得られるこ
とを見出した。

この発明は、上記知見に基いてなされたものであって、 ＣＯおよびＮｉのうちの１種または２種：５〜４０％、
ｖ：０１〜２．０係、 Ｃｒ：　０．１〜２．０％、および Ｍｏ：０．１〜２．０％ を含有し、残りが炭化タングステンおよび不可避不純物
からなる組成（以上重量％）を有し、かつ合金中の前記
炭化タングステンの平均粒径が０６μｍ以下であること
を特徴とする、微細な炭化タングステン粒子を含有する
靭性および耐摩耗性のすぐれたＷＣＣ超超硬合金提供す
るものである。

つぎに、この発明の超硬合金において、上述のように成
分組成範囲を限定した理由について述べる。

（１）　　ＣｏおよびＮｉ これらの成分は焼結中に液相を形成してＷＣ粒子を結合
し、もって合金の緻密化を達成するとともに合金に靭性
を付与する作用を有するが、それらの含有量が５重量類
未満では緻密化が不十分であるとともに靭性が不足し、
一方４０重量係を越えると硬さが低下しすぎて耐摩耗性
が低下するところから、これらの含有量を５〜４０重量
係と限定した。

（２）■ ＶはＣｒおよびＭｏとともに結合相中に固溶してＷＣの
粒成長を抑制する作用を有するが、その含有量が０１重
重量類満ではＣｒおよびＭｏと複合添加しても所望の粒
成長抑制効果が得られず、一方２、　Ｏｆｉ量係を越え
て含有させると、焼結後の冷却速度などによっては合金
中にＶが第３相として析出し、靭性低下をもたらすとこ
ろから、その含有量を０．１〜２．０重量％と限定した
。

（３）　　Ｃｒ ０ｒ′ｒｉｖおよびＭｏとともに結合相中に固溶して上
記Ｖと同様の作用を有するが、その含有量が０１重量％
未満でｕＶおよびＭｏと複合添加しても所望の粒成長抑
制効果が得られず、一方２．０重量％を越えて含有させ
ると、焼結後の冷却速度などによっては合金中にＣｒが
第３相として析出し、靭性低下を招くところから、その
含有量を０．１〜２．０重量条と限定した。なお、Ｃｒ
は上記効果に付随して耐食性向上効果も有するので、特
に耐食性が要求される用途では有利に使用することがで
きる。

（４）　　Ｍ。

ＭｏばＶおよびＣｒとともに結合相中に固溶して上記Ｖ
およびＣｒと同様の作用を有し、かつその作用を一段と
高める作用を有するが、その含有量が０１１重量％満で
は■およびＣｒの２種のみを複合添加したときと大差の
ない粒成長抑制効果しか得られず、一方２，０重量％を
越えて含有させると、焼結後の冷却速度などによっては
合金中にＭｏが第３相として析出し、靭性低下と硬さの
低下を招くところから、その含有量を０１〜２．０重量
％と限定した。

この発明の超硬合金は本質的にＷＣ相と結合相の２相か
らなシ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏは第３相として析出しない
で、結合相中に固溶している。したがって、この発明の
合金を製造するに当っては、■、ＣｒおよびＭｏはｖｃ
粉、Ｃｒ、Ｃ２粉およびＭｏ２Ｃ粉などの形で添加され
るが、その細分解して固溶する化合物、例えば窒化バナ
ジウム、窒化クロム、窒化モリブデン、水素化バナジウ
ム、水素化クロム、水素化モリブデンなどの粉末を添加
してもよく、また金属粉末あるいは合金粉末として添加
することもできる。

なお、これまで合金中の炭素量については触れなかった
が、炭素量不足で複炭化物相（η相）を生じたり、他方
炭素量過剰で遊離炭素を生じたりすることがないように
、当然その炭素量は調整される。

〔実施例〕

ついで、この発明を実施例によって詳細に説明する。

実施例１ 原料粉末として、平均粒径０６μｍのＷＣ粉末、同１．
３μｍのＣＯ粉末、同１．．５　μｒｎ（Ｄ　Ｖ　Ｃ粉
末、同２、′３μｍのＣｒ２Ｎ　　粉末および同１．５
　ｉｔ　ｍ　ＬＤＭｏ粉末を用意し、これら原料粉末を
第１表に示される最終組成を有するように配合しくＶＣ
およびＣｒ２ＮはそれぞれＶおよびＣｒ量に換算して示
す）、アセトン中湿式ボールミルばて３日間混合した後
、乾燥した。得られた混合粉末をｌ　ｔｏｎ　／７の圧
力でプレス成形して圧粉体とし、各圧粉体を０．０５　
ｔｏｒｒの真空中第１表に示す焼結条件下で焼結し、上
記配合組成と実質的に等しい組成を有する本発明合金１
〜７およびこの発明における必須成分のいずれか一つ以
上が欠けているが、またはこの発明の範囲を外れている
比較合金１〜７（欠如した成分およびこの発明の範囲か
ら外れている成分を表中※印で示す）を得た。なお、本
発明合金１〜３および比較合金１〜３については、上記
焼結後、−１０００気圧のＡｒ雰囲気中、温度：　１３
５０℃に１時間保持する熱間静水圧プレス（Ｈ工Ｐ）を
施した。

つぎに、これらの各焼結体をダイヤモンド砥石で研削し
、４ｍｍＸ　８ｍｍＸ　２４朋のＪ工Ｓ抗折試片を作製
して、スパン間距離２０羽において３点曲げ抗折力を測
定し、またロックウェル硬さＡスケール（ＨＲＡ　）も
測定した。これらの結果を第１表に示す。

第１表に示された結果から、本発明合金１〜７は、いず
れもその平均粒径が０３〜０６μｍと細かく、それらを
同一〇〇量の比較合金と比べると、ＨＲＡ硬さは０．７
〜３６高く、また抗折力はほぼ同等ないしやや高めであ
ることがわかる。さらに本発明合金２と比較合金１とは
硬さがほぼ同一であるが、本発明合金２の方がＣＯ量が
多いため、抗折力（靭性）が高い。比較合金７について
は、そのＭｏ量が本発明の範囲を越えているために第３
相が析出し、ＷＣの平均粒径は小さくても硬さと抗折力
は本発明合金７よりも低くなった。

実施例２ 実施例１で用いたのと同じＷＣ粉末およびＣｏ粉末と、
平均粒径１．８μｍのＶＮ粉末、同２．３μｍのＮｉ粉
末、同２．５　μｉのＣｒ、Ｃ２粉末および同１．８μ
ｍのＭｏ２Ｃ粉末を用意し、これらの粉末を第２表に示
される最終組成を有するように配合しくＶＮ、Ｃｒｓ　
Ｃ２およびＭｏ２ＣｔｄそれぞれＶ、ＣｒおよびＭｏ量
に換算して示す）、実施例１と同様にして圧粉体を製造
し、ついで各圧粉体を真空中第２表に示される焼結条件
下で暁結し、上記配合組成と実質的に等しい組成を有す
る本発明合金８〜１０およびこの発明における必須成分
のうちのいずれか一つを欠いている比較合金７〜１０（
欠如した成分を表中ルε印で示す）を製造した。これら
の合金においてはいずれも実施例１と同一の条件下でＨ
ＩＰ処理を施した後、実施例１と同様にそれらの硬さと
抗折力を測定した。これらの結果を第２表に示す。

第２表に示される結果から、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏの３種を複
合添加していない比較合金８〜１０はいずれもそのＷＣ
平均粒径が０．７μｍ以上と粗いのに対して、本発明合
金８〜１０のＷＣ平均粒径は０６μｍ以下と細かいこと
がわかる。また、Ｃｏ量および／またはＮｌ量が互に等
しくなっている本発明合金８〜］、Ｏと比較合金８〜工
０とをそれぞれ比較してみると、本発明合金はいずれも
硬さく　ＨＲＡ　）が０５〜１．３高く、靭性もやや高
めであることがわかる。

実施例３ 実施例１で用いたのと同じＣｏ粉末、ＶＣ粉末およびＭ
ｏ粉末と、平均粒径０５μ、　ＬｖＷ　Ｃ粉末、同３、
　ｏ　１１ｍのＣｒ粉末を用意し、これらの粉末を第３
表に示される最終組成を有するように配合しくＶＣＵＶ
量に換算して示す）、実施例１と同様にして圧粉体を製
造した後、いずれも真空中１３６０℃×１Ｈの条件で焼
結するとともに実施例１と同じ条おける必須成分のいず
几か一つ以上が欠けているか、またはこの発明の範囲を
外れている比較合金１１〜１３（欠如した成分およびこ
の発明の範囲から外れている成分を表中※印で示す）を
得た。

これらの合金についても実施例と同様に硬さと抗折力を
一１１定した。これらの結果を第３表に示す。

第３表に示される結果から、本発明合金１１はりめて微
細な“〃Ｃ粒子を含み、かつ硬さ、抗折力ともに高い値
を示すのに対し、■単独添加の比較合金１１　”ａ　Ｗ
　Ｃ粒子がやや粗く、硬さと抗折力が低く、またＶ　、
Ｃｒ　、　Ｍｏを全く含まない比較合金１２ｊ−４Ｗ　
Ｃの粒成長が著しく、硬さは極めて低くて、抗折力も低
く、さらに本発明の範囲を越えてＭｏを多数に含む比較
合金１３は、合金中に第３相が析出したために、ＷＣの
平均粒径が小さくても、硬さと抗折力が極めて低くなっ
ていることがわかる。

ついで、これらの合金で直径６　ｍｍの２枚方エンドミ
ルを製作し、下記の切削条件、すなわち被削材；　Ｓ　
Ｋ　Ｄ　１１　（ＨＲＣ２０）、切削速度、２５　ＴＬ
／ｍｉｎ、 送り：、５０朋／ｍｉｎ。

切込み；ｌＯ朋、 の下に、湿式切削試験を実施した。逃げ面摩耗０３朋を
寿命基準とし、その寿命基準に達するまでの切削長を求
めて比較合金１１の切削長に対する各合金の切削長の比
率を算出し、その値を第３表に示した。この結果から、
本発明合金１１は比較合金１１〜１３に比べて極めて良
好な切削性能を有することがわかる。

〔発明の効果〕

以上述べた説明から明らかなように、この発明の超硬合
金は、十分な靭性とすぐれた耐摩耗性とを兼ね備えてい
るので、各種切削工具、剪断エム耐摩耗工具、エンドミ
ル、プリント基板用ドリル等の各種工具として使用した
場合にすぐれた性能を発揮するものであり、さらに結合
金属としてＮｉを使用した合金は耐食性にもすぐれてい
るので、例えば腐食によって曇りが生じてはならないゼ
ンジマコールなどの鏡面研摩をして使用する工具などの
用途にも適している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＣｏおよびＮｉのうちの１種または２種：５〜４０％、
   Ｖ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：０．１〜２．０％、および Ｍｏ：０．１〜２．０％、 を含有し、残りが炭化タングステンおよび不可避不純物
   からなる組成（以上重量％）を有し、かつ合金中の前記
   炭化タングステンの平均粒径が０．６μｍ以下であるこ
   とを特徴とする、微細な炭化タングステン粒子を含有す
   る靭性および耐摩耗性のすぐれた炭化タングステン基超
   硬合金。