JP2003113437A - Hard metal alloy, tool for plastic working, and machining tool - Google Patents
Hard metal alloy, tool for plastic working, and machining toolInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、高温条件で被加
工物を塑性加工するのに使用する熱間鍛造用金型や温間
鍛造用金型等の塑性加工用工具、ビード削りや高速切削
等を行う場合のように高温で被加工物を切削加工するの
に使用する切削加工用工具及びこれらの工具に使用する
超硬合金に係り、特に、上記のような工具に使用する超
硬合金における高温での強度や耐酸化性等を向上させた
点に特徴を有するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plastic working tool such as a hot forging die or a warm forging die, which is used for plastically working a work under high temperature conditions, bead shaving or high speed cutting. The present invention relates to a cutting tool used for cutting a work piece at a high temperature such as when performing the above, and a cemented carbide used for these tools, in particular, a cemented carbide used for the above tool. It is characterized in that it has improved strength at high temperature and oxidation resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、被加工物を塑性加工するのに
使用する鍛造用金型等の塑性加工用工具や、被加工物を
切削加工するのに用いる切削加工用工具に、Ｃｏを用い
た結合相を有するＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金が使用されて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, Co has been used for plastic working tools such as forging dies used for plastic working of work pieces and cutting tools used for cutting work pieces. The WC-Co type cemented carbide having the above-mentioned binder phase is used.
【０００３】しかし、このように塑性加工用工具や切削
加工用工具をＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金で構成した場合、
これらの工具を高温条件で使用すると、これらの工具に
用いた超硬合金が酸化されたり、その硬度が低下したり
して、これらの工具を長期にわたって安定して使用する
ことができないという問題があった。However, when the plastic working tool and the cutting tool are made of WC-Co type cemented carbide as described above,
When these tools are used under high temperature conditions, the cemented carbide used for these tools may be oxidized or their hardness may be reduced, and these tools may not be used stably for a long period of time. there were.
【０００４】そこで、近年においては、これらの工具に
おける高温での強度や耐酸化性等を高めるため、特開平
６−１５８１１４号公報に示されるように、ＣｏとＣｒ
とを含む結合相を有するＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ系の超硬合金
を用いた鍛造用金型や、ＣｏとＮｉとを含む結合相を有
するＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ系の超硬合金を用いた鍛造用工具
が提案されている。Therefore, in recent years, in order to enhance the strength at high temperature and the oxidation resistance of these tools, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 6-158114, Co and Cr are used.
A die for forging using a WC-Co-Cr-based cemented carbide having a binder phase containing and a forging using a WC-Co-Ni cemented carbide having a binder phase containing Co and Ni. Tools have been proposed.
【０００５】しかし、これらの公報に示されるように、
ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ系の超硬合金や、ＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ系
の超硬合金を用いた場合においても、依然として、上記
のような工具における高温での強度や耐酸化性等の特性
を充分に向上させることができないという問題があっ
た。However, as shown in these publications,
Even when a WC-Co-Cr-based cemented carbide or a WC-Co-Ni-based cemented carbide is used, the above-mentioned tools still have sufficient characteristics such as strength at high temperature and oxidation resistance. There was a problem that it could not be improved.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、高温条件
で被加工物を塑性加工するのに用いる熱間鍛造用金型や
温間鍛造用金型等の塑性加工用工具や、ビード削りや高
速切削等を行う場合のように高温で被加工物を切削加工
するのに用いる切削加工用工具において、これらの工具
に使用する超硬合金を改善して、上記のような問題を解
決することを課題とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a plastic working tool such as a hot forging die or a warm forging die, which is used for plastically working a work under high temperature conditions, or a bead shaving tool. In a cutting tool used for cutting a work piece at a high temperature such as when performing high-speed cutting, improving the cemented carbide used for these tools to solve the above problems Is an issue.
【０００７】すなわち、この発明においては、Ｃｏを用
いた結合相を有するＷＣ−Ｃｏ系又はＣｏとＣｒ3 Ｃ2
とを用いた結合相を有するＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ3 Ｃ2 系の
超硬合金を改善して、これらの超硬合金における高温で
の強度や耐酸化性等の特性を充分に向上させ、この超硬
合金を用いた上記の塑性加工用工具や切削加工用工具に
おける高温での強度や耐酸化性等を高め、高温条件にお
いてもこれらの工具を長期にわたって安定して使用でき
るようにすることを課題とするものである。That is, according to the present invention, a WC-Co system having a binder phase using Co or Co and Cr 3 C 2 is used.
To improve the binding phase WC-Co-Cr 3 C 2 system cemented carbide having a using preparative sufficiently improve the strength and characteristics of oxidation resistance, etc. at a high temperature in these cemented carbide, this To improve the strength and oxidation resistance at high temperatures of the above plastic working tools and cutting tools using cemented carbide so that these tools can be used stably for a long period of time even under high temperature conditions. This is an issue.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明における超硬合
金においては、上記のような課題を解決するために、Ｃ
ｏを用いた結合相を有するＷＣ−Ｃｏ系又はＣｏとＣｒ
3 Ｃ2 とを用いた結合相を有するＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ3 Ｃ
2 系の超硬合金において、ＷＣ粒子の平均粒径を０．５
〜６μｍの範囲にすると共に、上記の結合相の総量に対
して、ＺｒＣ又は（Ｚｒ，Ｈｆ）Ｃを２．０〜２０重量
％の範囲で含有させるようにしたのである。In the cemented carbide according to the present invention, in order to solve the above problems, C
WC-Co system or Co and Cr having a binder phase using o
WC-Co-Cr 3 C with a bonded phase with a 3 C 2
In the 2 series cemented carbide, the average particle size of WC particles is 0.5
The amount of ZrC or (Zr, Hf) C is contained in the range of 2.0 to 20% by weight with respect to the total amount of the binder phase.
【０００９】ここで、この発明における超硬合金におい
て、ＷＣ粒子の平均粒径を０．５〜６μｍの範囲にした
のは、その平均粒径が０．５μｍ未満になると、超硬合
金の靱性が低下する一方、ＷＣ粒子の平均粒径が６μｍ
を越えると、超硬合金の硬さが低下して、耐摩耗性等が
悪くなるためである。Here, in the cemented carbide of the present invention, the average particle size of the WC particles is set in the range of 0.5 to 6 μm because the toughness of the cemented carbide is set when the average particle size is less than 0.5 μm. While the average particle size of WC particles is 6 μm
If it exceeds, the hardness of the cemented carbide will decrease and the wear resistance will deteriorate.
【００１０】また、この発明における超硬合金におい
て、ＺｒＣ又は（Ｚｒ，Ｈｆ）Ｃを加えるようにしたの
は、高温での強度を向上させると共に、高温での耐酸化
性を高めるためであり、またその量を、結合相の総量に
対して２．０〜２０重量％の範囲にしたのは、その量が
２．０重量％未満であると、高温での強度を充分に向上
させることができない一方、その量が２０重量％を越え
ると、焼結性が悪くなり、常温での抗折強度が低下する
ためである。なお、ＺｒＣ粉中には通常０．１〜２重量
％程度のＨｆＣが含有されており、またこのように含有
されるＨｆＣの量を多くした場合においても同様の効果
が得られる。Further, in the cemented carbide according to the present invention, ZrC or (Zr, Hf) C is added in order to improve the strength at high temperature and the oxidation resistance at high temperature. Further, the amount is set to be in the range of 2.0 to 20% by weight with respect to the total amount of the binder phase, because when the amount is less than 2.0% by weight, the strength at high temperature can be sufficiently improved. On the other hand, if the amount exceeds 20% by weight, the sinterability deteriorates and the bending strength at room temperature decreases. The ZrC powder usually contains about 0.1 to 2% by weight of HfC, and the same effect can be obtained even when the amount of HfC contained is increased.
【００１１】また、上記のようにＺｒＣ又は（Ｚｒ，Ｈ
ｆ）Ｃを結合相の総量に対して、２．０〜２０重量％の
範囲で含有させると、ＺｒＣ又は（Ｚｒ，Ｈｆ）Ｃの多
くが超硬合金中に粒子の状態で存在するようになる。そ
して、この超硬合金中におけるこれらの粒子の粒径が大
きくなると、得られた超硬合金における強度や破壊靱性
値が低下して、塑性加工用工具や切削加工用工具として
使用した場合に、クラックの発生や破損の原因となるた
め、ＺｒＣや（Ｚｒ，Ｈｆ）Ｃの平均粒径を、ＷＣ粒子
の平均粒径の１／２以下にすることが好ましい。Further, as described above, ZrC or (Zr, H
f) When C is contained in the range of 2.0 to 20 wt% with respect to the total amount of the binder phase, most of ZrC or (Zr, Hf) C is present in the cemented carbide in the form of particles. Become. Then, when the particle size of these particles in the cemented carbide becomes large, the strength and fracture toughness value in the obtained cemented carbide decreases, when used as a tool for plastic working or a tool for cutting, It is preferable that the average particle diameter of ZrC or (Zr, Hf) C is equal to or less than 1/2 of the average particle diameter of WC particles because it may cause cracks or damage.
【００１２】そして、この発明における塑性加工用工具
においては、上記のような超硬合金を用いるようにした
ため、常温での抗折強度や破壊靱性値が低下するという
ことが少なく、高温での強度や耐酸化性等が向上し、高
温条件で被加工物を塑性加工することが長期にわたって
安定して行えるようになる。In the plastic working tool according to the present invention, since the cemented carbide as described above is used, the bending strength and the fracture toughness value at room temperature are less likely to decrease, and the strength at high temperature is small. And the oxidation resistance are improved, and it becomes possible to stably perform plastic working of a work piece under high temperature conditions for a long period of time.
【００１３】また、この発明における切削加工用工具に
おいても、上記のような超硬合金を用いるようにしたた
め、常温での抗折強度や破壊靱性値が低下するというこ
とが少なく、高温での強度や耐酸化性等が向上し、高温
の被加工物を切削加工する場合や、高速の切削等によっ
て高温になるような場合においても、長期にわたって安
定した切削加工が行えるようになる。Also, in the cutting tool according to the present invention, since the cemented carbide as described above is used, the bending strength and the fracture toughness value at room temperature are not likely to decrease, and the strength at high temperature is small. Further, the oxidation resistance is improved, and stable cutting can be performed for a long period of time even when cutting a high-temperature workpiece or when the temperature becomes high due to high-speed cutting or the like.
【００１４】さらに、この発明における塑性加工用工具
や切削加工用工具においてさらに耐摩耗性を向上させる
ため、ＣＶＤ法やＰＶＤ法により、これらの工具の表面
を硬質物質で被覆させることが好ましい。Further, in order to further improve the wear resistance of the plastic working tool and the cutting tool of the present invention, it is preferable to coat the surface of these tools with a hard substance by the CVD method or the PVD method.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、この発明に係る超硬合金、塑性加工用
工具及び切削加工用工具について実施例を挙げて具体的
に説明すると共に、この発明の実施例に係る超硬合金，
塑性加工用工具及び切削加工用工具が優れている点を、
比較例を挙げて明らかにする。EXAMPLES Hereinafter, the cemented carbide, the plastic working tool and the cutting tool according to the present invention will be specifically described with reference to Examples, and the cemented carbide according to the embodiment of the present invention,
The advantages of plastic processing tools and cutting tools are
A comparative example will be given to clarify.
【００１６】（実施例１〜５及び比較例１，２）超硬合
金の原料として、実施例１〜４及び比較例１，２におい
ては、平均粒径が５．０μｍのＷＣ粉末と、平均粒径が
１．１μｍのＣｏ粉末と、平均粒径が１．２μｍのＣｒ
3 Ｃ2 粉末と、平均粒径が１．５μｍのＺｒＣ粉末とを
用いるようにし、また実施例５では、平均粒径が１．５
μｍのＺｒＣ粉末に代えて、平均粒径が４．０μｍのＺ
ｒＣ粉末を用いるようにした。Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 As raw materials for cemented carbide, in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, WC powder having an average particle size of 5.0 μm and an average Co powder having a particle size of 1.1 μm and Cr having an average particle size of 1.2 μm
3 C 2 powder and ZrC powder having an average particle size of 1.5 μm were used. In Example 5, the average particle size was 1.5 μm.
Instead of ZrC powder of μm, Z having an average particle size of 4.0 μm
The rC powder was used.
【００１７】そして、これらの原料を下記の表１に示す
重量比率（ｗｔ％）で混合し、これをプレスして成形し
た後、温度１３６０℃で６０分間焼結し、その後、温度
１３００℃、圧力１２００気圧で熱間静水圧プレスし、
実施例１〜５及び比較例１，２の各超硬合金を作製し
た。Then, these raw materials were mixed in a weight ratio (wt%) shown in Table 1 below, and the mixture was pressed and molded, and then sintered at a temperature of 1360 ° C. for 60 minutes, and then at a temperature of 1300 ° C. Hot isostatic pressing at a pressure of 1200 atm,
The cemented carbides of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were produced.
【００１８】ここで、このように作製した各超硬合金に
おいては、Ｃｏ中にＣｒやＣが固溶された結合相の中
に、ＷＣ粒子やＺｒＣ粒子が分散した状態で存在してお
り、このＷＣ粒子やＺｒＣ粒子の粒径は、原料に用いた
ＷＣ粉末及びＺｒＣ粉末とほぼ同じであった。Here, in each of the cemented carbides thus produced, WC particles and ZrC particles are present in a dispersed state in the binder phase in which Cr and C are solid-dissolved in Co, The particle diameters of the WC particles and the ZrC particles were almost the same as those of the WC powder and the ZrC powder used as the raw materials.
【００１９】また、上記の各超硬合金において、Ｃｏと
Ｃｒ3 Ｃ2 とで構成された結合相の総量に対するＺｒＣ
の重量比率Ｍ（ｗｔ％）を求め、その結果を下記の表１
に示した。In each of the above-mentioned cemented carbides, ZrC relative to the total amount of the binder phase composed of Co and Cr 3 C 2.
The weight ratio M (wt%) of the is calculated, and the result is shown in Table 1 below.
It was shown to.
【００２０】[0020]
【表１】 [Table 1]
【００２１】次に、上記のようにして得た実施例１〜５
及び比較例１，２の各超硬合金で構成された３．０×
４．０×４０ｍｍの各試験片を用い、９００℃の高温
と、２５℃程度の室温とにおいて、それぞれＪＩＳ−Ｒ
１６０１に準拠し、スパン３０ｍｍで抗折力試験を行
い、高温及び室温における抗折力（ＧＰａ）を求め、そ
の結果を下記の表２に示すと共に、実施例１〜４及び比
較例１，２の各超硬合金における高温及び室温での抗折
力（ＧＰａ）を図１に示した。なお、高温での抗折力試
験においては、各試験片の酸化を防止するため、Ａｒガ
ス中で行った。Next, Examples 1 to 5 obtained as described above
And 3.0 × composed of each cemented carbide of Comparative Examples 1 and 2.
Using each of the 4.0 × 40 mm test pieces, JIS-R was measured at a high temperature of 900 ° C. and a room temperature of about 25 ° C.
According to 1601, a transverse rupture strength test is performed with a span of 30 mm to obtain transverse rupture strength (GPa) at high temperature and room temperature. The results are shown in Table 2 below, and the results are shown in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 1 shows the transverse rupture strength (GPa) of each of the above cemented carbides at high temperature and room temperature. The transverse rupture strength test at high temperature was performed in Ar gas in order to prevent oxidation of each test piece.
【００２２】また、上記の実施例１〜５及び比較例１，
２の各超硬合金における破壊靭性値（ＭＰａ・ｍ0.5 ）
を、ＪＩＳ−Ｒ１６０７に準拠してＳＥＰＢ法により求
めると共に、実施例１〜５及び比較例１，２の各超硬合
金におけるロックウェル硬さＨＲＡを求め、これらの結
果を下記の表２に示した。Further, the above Examples 1 to 5 and Comparative Example 1,
Fracture toughness value (MPa · m 0.5 ) for each cemented carbide of No. 2
Is determined by the SEPB method according to JIS-R1607, and the Rockwell hardness HRA in each of the cemented carbides of Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 2 is determined, and these results are shown in Table 2 below. It was
【００２３】さらに、上記の実施例１〜５及び比較例
１，２の各超硬合金からなる４×８×２５ｍｍの各試験
片を用い、それぞれ大気中において８００℃で３０分間
放置して酸化させ、単位面積当たりの酸化増量（ｍｇ／
ｍｍ2 ）を求め、その結果を下記の表２に示すと共に、
実施例１〜４及び比較例１，２の各超硬合金における単
位面積当たりの酸化増量（ｍｇ／ｍｍ2 ）を図２に示し
た。Further, using 4 × 8 × 25 mm test pieces made of the cemented carbides of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the samples were left to stand in the air at 800 ° C. for 30 minutes for oxidation. And increase the amount of oxidation per unit area (mg /
mm 2 ), and the results are shown in Table 2 below.
FIG. 2 shows the amount of increased oxidation (mg / mm 2 ) per unit area in each of the cemented carbides of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
【００２４】[0024]
【表２】 [Table 2]
【００２５】ここで、上記の表１，表２及び図１，図２
に示す結果から明らかなように、ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ3 Ｃ
2 系の超硬合金において、ＣｏとＣｒ3 Ｃ2 とを用いた
結合相の総量に対してＺｒＣを２．０〜２０重量％の範
囲で含有させた実施例１〜５の各超硬合金は、ＺｒＣを
加えていない比較例１の超硬合金に比べ、高温における
抗折力が高くなると共に、高温の大気中において放置し
た場合における酸化増量も少なくなっており、高温での
強度及び耐酸化性が向上していた。また、ＣｏとＣｒ3
Ｃ2 とを用いた結合相の総量に対してＺｒＣを２５重量
％含有させた比較例２の超硬合金に比べると、室温にお
ける抗折力及び破壊靭性値が高くなっており、室温での
強度が向上していた。Here, the above Tables 1 and 2 and FIGS.
As it is apparent from the results shown in, WC-Co-Cr 3 C
In the 2 series cemented carbide, each of the cemented carbides of Examples 1 to 5 containing ZrC in the range of 2.0 to 20% by weight based on the total amount of the binder phase using Co and Cr 3 C 2. Is higher than the cemented carbide of Comparative Example 1 in which ZrC is not added, the bending resistance at high temperature is high, and the amount of oxidation increase when left in the high temperature atmosphere is small. The chemical conversion was improved. Also, Co and Cr 3
Compared with the cemented carbide of Comparative Example 2 containing 25% by weight of ZrC with respect to the total amount of the binder phase using C 2 , the transverse rupture strength and the fracture toughness value at room temperature were higher, and The strength was improved.
【００２６】また、原料の割合が同じで、使用したＺｒ
Ｃ粉末の平均粒径だけが異なる実施例４の超硬合金と実
施例５の超硬合金とを比較すると、平均粒径がＷＣ粉末
の１／２以下になったＺｒＣ粉末を使用した実施例４の
超硬合金の方が、高温及び室温における抗折力や破壊靭
性値が高くなっていると共に、高温の大気中において放
置した場合における酸化増量も少なくなっていた。Further, the Zr used in the same ratio of raw materials
Comparing the cemented carbide of Example 4 and the cemented carbide of Example 5 that differ only in the average particle size of the C powder, an example using ZrC powder having an average particle size of 1/2 or less of the WC powder was used. The cemented carbide of No. 4 had higher transverse rupture strength and fracture toughness at high temperature and room temperature, and also had a smaller amount of oxidation increase when left in the high temperature atmosphere.
【００２７】（実施例６，７及び比較例３）超硬合金の
原料として、上記の実施例１〜４及び比較例１，２の場
合と同様に、平均粒径が５．０μｍのＷＣ粉末と、平均
粒径が１．１μｍのＣｏ粉末と、平均粒径が１．５μｍ
のＺｒＣ粉末とを用いるようにする一方、Ｃｒ3 Ｃ2 粉
末を用いないようにした。(Examples 6 and 7 and Comparative Example 3) As a raw material for cemented carbide, as in the case of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, WC powder having an average particle size of 5.0 μm. And Co powder having an average particle size of 1.1 μm, and an average particle size of 1.5 μm
ZrC powder of No. 3 was used, while Cr 3 C 2 powder was not used.
【００２８】そして、これらの原料を下記の表３に示す
重量比率（ｗｔ％）で混合し、それ以外は、上記の実施
例１〜５及び比較例１，２の場合と同様にして、実施例
６，７及び比較例３の各超硬合金を作製した。Then, these raw materials were mixed in the weight ratio (wt%) shown in Table 3 below, and otherwise the same as in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 above. The cemented carbides of Examples 6 and 7 and Comparative Example 3 were produced.
【００２９】ここで、このように作製した各超硬合金に
おいては、Ｃｏからなる結合相中にＷＣ粒子やＺｒＣ粒
子が分散された状態になっており、このＷＣ粒子やＺｒ
Ｃ粒子の粒径は、原料に用いたＷＣ粉末及びＺｒＣ粉末
とほぼ同じであった。Here, in each of the cemented carbides thus produced, the WC particles and ZrC particles are dispersed in the binder phase made of Co.
The particle size of the C particles was almost the same as the WC powder and the ZrC powder used as the raw materials.
【００３０】また、上記の各超硬合金において、Ｃｏか
らなる結合相の総量に対するＺｒＣの重量比率Ｍ（ｗｔ
％）を求め、その結果を下記の表３に示した。Further, in each of the above-mentioned cemented carbides, the weight ratio M (wt) of ZrC to the total amount of the binder phase composed of Co.
%) Was obtained and the results are shown in Table 3 below.
【００３１】[0031]
【表３】 [Table 3]
【００３２】また、このように作製した実施例６，７及
び比較例３の各超硬合金についても、上記の実施例１〜
５及び比較例１，２の場合と同様にして、高温及び室温
における抗折力（ＧＰａ）、破壊靭性値（ＭＰａ・ｍ
0.5 ）、ロックウェル硬さＨＲＡを求めると共に、大気
中において８００℃で３０分間放置して酸化させた場合
における、単位面積当たりの酸化増量（ｍｇ／ｍｍ2 ）
を求め、これらの結果を下記の表４に示した。Further, regarding each of the cemented carbides of Examples 6 and 7 and Comparative Example 3 thus produced,
5 and Comparative Examples 1 and 2, bending strength (GPa) and fracture toughness value (MPa · m) at high temperature and room temperature.
0.5 ), the Rockwell hardness HRA was determined, and the amount of increase in oxidation per unit area (mg / mm 2 ) when the sample was left standing in the air at 800 ° C for 30 minutes for oxidation
Was obtained and these results are shown in Table 4 below.
【００３３】[0033]
【表４】 [Table 4]
【００３４】この結果、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金におい
て、Ｃｏからなる結合相の総量に対してＺｒＣを２．０
〜２０重量％の範囲で含有させた実施例６，７の各超硬
合金は、ＺｒＣを加えていない比較例３の超硬合金に比
べ、高温における抗折力が高くなると共に、高温の大気
中において放置した場合における酸化増量も少なくなっ
ており、高温での強度及び耐酸化性が向上していた。As a result, in the WC-Co cemented carbide, ZrC was 2.0 with respect to the total amount of the binder phase composed of Co.
Each of the cemented carbides of Examples 6 and 7 contained in the range of up to 20% by weight has higher transverse rupture strength at high temperature and higher atmospheric temperature than the cemented carbide of Comparative Example 3 in which ZrC is not added. The amount of oxidation increase when left to stand inside was also small, and the strength and oxidation resistance at high temperatures were improved.
【００３５】次に、上記の実施例１〜７及び比較例１〜
３の各超硬合金を使用して、それぞれ軸受け用部品の熱
間鍛造加工に用いるダイスとパンチとを作製した。Next, the above Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 1
Using each of the cemented carbides of No. 3, a die and a punch used for hot forging of bearing parts were produced.
【００３６】そして、約１１５０℃の軸受け用の鋼材
（ＳＵＪ２）を所定長さに切断し、上記の各超硬合金で
作製したダイスとパンチとを用いてそれぞれ鍛造加工を
繰り返して行い、上記のダイスの表面に摩耗やクラック
が発生して、加工後における被加工物の表面に傷が生じ
るまでの加工数を寿命として求め、その結果を下記の表
５に示した。Then, the bearing steel material (SUJ2) at about 1150 ° C. is cut into a predetermined length, and the forging process is repeated using the die and the punch made of each of the above-mentioned cemented carbides. The number of processes until the surface of the die is abraded or cracked and the surface of the workpiece after the process is scratched is determined as the life, and the results are shown in Table 5 below.
【００３７】[0037]
【表５】 [Table 5]
【００３８】この結果、上記の実施例１〜７の各超硬合
金で作製したダイスとパンチとを用いた場合には、比較
例１〜３の各超硬合金で作製したダイスとパンチとを用
いた場合に比べて、寿命が大きく向上していた。As a result, when the dies and punches made of the cemented carbides of Examples 1 to 7 were used, the dies and punches made of the cemented carbides of Comparative Examples 1 to 3 were used. The life was greatly improved as compared with the case where it was used.
【００３９】（実施例８〜１０及び比較例４）超硬合金
の原料として、実施例８，９及び比較例４においては、
平均粒径が２．０μｍのＷＣ粉末と、平均粒径が１．１
μｍのＣｏ粉末と、平均粒径が１．２μｍのＣｒ3 Ｃ2
粉末と、平均粒径が０．８μｍのＺｒＣ粉末とを用いる
ようにし、また実施例１０では、平均粒径が０．８μｍ
のＺｒＣ粉末に代えて、平均粒径が１．５μｍのＺｒＣ
粉末を用いるようにした。(Examples 8 to 10 and Comparative Example 4) In Examples 8 and 9 and Comparative Example 4, as raw materials for cemented carbide,
WC powder with an average particle size of 2.0 μm and an average particle size of 1.1
μm Co powder and Cr 3 C 2 with an average particle size of 1.2 μm
The powder and the ZrC powder having an average particle size of 0.8 μm are used, and in Example 10, the average particle size is 0.8 μm.
ZrC powder having an average particle size of 1.5 μm instead of the ZrC powder
A powder was used.
【００４０】そして、これらの原料を下記の表６に示す
重量比率（ｗｔ％）で混合し、これをプレスして成形し
た後、温度１４００℃で６０分間焼結し、その後、温度
１３００℃、圧力１２００気圧で熱間静水圧プレスし
て、実施例８〜１０及び比較例４の各超硬合金を作製し
た。Then, these raw materials were mixed in a weight ratio (wt%) shown in Table 6 below, and the mixture was pressed and molded, and then sintered at a temperature of 1400 ° C. for 60 minutes, and then at a temperature of 1300 ° C. Each of the cemented carbides of Examples 8 to 10 and Comparative Example 4 was produced by hot isostatic pressing at a pressure of 1200 atm.
【００４１】ここで、このように作製した各超硬合金に
おいては、Ｃｏ中にＣｒやＣが固溶された結合相の中に
ＷＣ粒子やＺｒＣ粒子が分散された状態になっており、
このＷＣ粒子やＺｒＣ粒子の粒径は、原料に用いたＷＣ
粉末及びＺｒＣ粉末とほぼ同じであった。Here, in each of the cemented carbides thus prepared, WC particles and ZrC particles are dispersed in the binder phase in which Cr and C are solid-dissolved in Co,
The particle size of these WC particles and ZrC particles depends on the WC used as the raw material.
It was almost the same as the powder and the ZrC powder.
【００４２】また、上記の各超硬合金において、Ｃｏと
Ｃｒ3 Ｃ2 とで構成された結合相の総量に対するＺｒＣ
の重量比率Ｍ（ｗｔ％）を求め、その結果を下記の表６
に示した。Further, in each of the above-mentioned cemented carbides, ZrC with respect to the total amount of the binder phase composed of Co and Cr 3 C 2.
The weight ratio M (wt%) of the is calculated, and the result is shown in Table 6 below.
It was shown to.
【００４３】[0043]
【表６】 [Table 6]
【００４４】また、このように作製した実施例８〜１０
及び比較例４の各超硬合金についても、上記の実施例１
〜５及び比較例１，２の場合と同様にして、高温及び室
温における抗折力（ＧＰａ）、破壊靭性値（ＭＰａ・ｍ
0.5 ）、ロックウェル硬さＨＲＡを求めると共に、大気
中において８００℃で３０分間放置して酸化させた場合
における、単位面積当たりの酸化増量（ｍｇ／ｍｍ2 ）
を求め、これらの結果を下記の表７に示した。Further, Examples 8 to 10 thus produced
Also for each cemented carbide of Comparative Example 4, the above Example 1
5 and Comparative Examples 1 and 2, the transverse rupture strength (GPa) and the fracture toughness value (MPa · m) at high temperature and room temperature.
0.5 ), the Rockwell hardness HRA was determined, and the amount of increase in oxidation per unit area (mg / mm 2 ) when the sample was left standing in the air at 800 ° C for 30 minutes for oxidation
Was obtained and the results are shown in Table 7 below.
【００４５】[0045]
【表７】 [Table 7]
【００４６】この結果、上記の実施例１〜５の各超硬合
金の場合と同様に、ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ3 Ｃ2 系の超硬合
金において、ＣｏとＣｒ3 Ｃ2 とを用いた結合相の総量
に対してＺｒＣを２．０〜２０重量％の範囲で含有させ
た実施例８〜１０の各超硬合金は、ＺｒＣを加えていな
い比較例４の超硬合金に比べ、高温における抗折力が高
くなると共に、高温の大気中において放置した場合にお
ける酸化増量も少なくなっており、高温での強度及び耐
酸化性が向上していた。[0046] Consequently, as in the case of the cemented carbide of Examples 1 to 5, in the cemented carbide of WC-Co-Cr 3 C 2 system, coupled with the Co and Cr 3 C 2 Each of the cemented carbides of Examples 8 to 10 containing ZrC in the range of 2.0 to 20% by weight with respect to the total amount of phases was at a higher temperature than the cemented carbide of Comparative Example 4 to which ZrC was not added. As the transverse rupture strength increased, the increase in oxidation when left in a high temperature atmosphere also decreased, and the strength and oxidation resistance at high temperatures were improved.
【００４７】また、原料の割合が同じで、使用したＺｒ
Ｃ粉末の平均粒径だけが異なる実施例７の超硬合金と実
施例８の超硬合金とを比較すると、平均粒径がＷＣ粉末
の１／２以下になったＺｒＣ粉末を使用した実施例７の
超硬合金の方が、高温及び室温における抗折力や破壊靭
性値が高くなっていると共に、高温の大気中において放
置した場合における酸化増量も少なくなっていた。Further, the Zr used in the same ratio of raw materials
Comparing the cemented carbide of Example 7 and the cemented carbide of Example 8 that differ only in the average particle size of the C powder, an example using ZrC powder having an average particle size of 1/2 or less of the WC powder was used. The cemented carbide of No. 7 had higher transverse rupture strength and fracture toughness at high temperature and room temperature, and also had a smaller increase in oxidation when left in the high temperature atmosphere.
【００４８】（実施例１１及び比較例５）超硬合金の原
料として、上記の実施例６，７及び比較例４の場合と同
様に、平均粒径が２．０μｍのＷＣ粉末と、平均粒径が
１．１μｍのＣｏ粉末と、平均粒径が０．８μｍのＺｒ
Ｃ粉末とを用いるようにする一方、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末を用
いないようにした。(Example 11 and Comparative Example 5) As raw materials for cemented carbide, as in the case of Examples 6 and 7 and Comparative Example 4 described above, a WC powder having an average particle size of 2.0 μm and an average particle size of 2.0 μm were used. Co powder with a diameter of 1.1 μm and Zr with an average particle diameter of 0.8 μm
C powder was used, while Cr 3 C 2 powder was not used.
【００４９】そして、これらの原料を下記の表８に示す
重量比率（ｗｔ％）で混合し、それ以外は、上記の実施
例６〜８及び比較例４の場合と同様にして、実施例１１
及び比較例５の各超硬合金を作製した。Then, these raw materials were mixed in the weight ratio (wt%) shown in Table 8 below, and otherwise the same as in the case of Examples 6 to 8 and Comparative Example 4 described above.
And each cemented carbide of the comparative example 5 was produced.
【００５０】ここで、このように作製した各超硬合金に
おいては、Ｃｏからなる結合相中にＷＣ粒子やＺｒＣ粒
子が分散された状態になっており、このＷＣ粒子やＺｒ
Ｃ粒子の粒径は、原料に用いたＷＣ粉末及びＺｒＣ粉末
とほぼ同じであった。Here, in each of the cemented carbides thus produced, the WC particles and ZrC particles are dispersed in the binder phase made of Co. The WC particles and Zr particles are dispersed in the binder phase.
The particle size of the C particles was almost the same as the WC powder and the ZrC powder used as the raw materials.
【００５１】また、上記の各超硬合金において、Ｃｏか
らなる結合相の総量に対するＺｒＣの重量比率Ｍ（ｗｔ
％）を求め、その結果を下記の表８に示した。Further, in each of the above-mentioned cemented carbides, the weight ratio M (wt) of ZrC to the total amount of the binder phase composed of Co.
%) And the results are shown in Table 8 below.
【００５２】[0052]
【表８】 [Table 8]
【００５３】また、このように作製した実施例１１及び
比較例５の各超硬合金についても、上記の実施例１〜５
及び比較例１，２の場合と同様にして、高温及び室温に
おける抗折力（ＧＰａ）、破壊靭性値（ＭＰａ・
ｍ0.5 ）、ロックウェル硬さＨＲＡを求めると共に、大
気中において８００℃で３０分間放置して酸化させた場
合における、単位面積当たりの酸化増量（ｍｇ／ｍ
ｍ2 ）を求め、これらの結果を下記の表９に示した。Further, regarding each of the cemented carbides of Example 11 and Comparative Example 5 thus produced, the above-mentioned Examples 1 to 5 were also used.
And, as in Comparative Examples 1 and 2, the transverse rupture strength (GPa) and the fracture toughness value (MPa.
m 0.5 ), and Rockwell hardness HRA, and increase in oxidation per unit area (mg / m 2) when left to oxidize at 800 ° C. for 30 minutes in air.
m 2 ) was determined and these results are shown in Table 9 below.
【００５４】[0054]
【表９】 [Table 9]
【００５５】この結果、上記の実施例６，７及び比較例
３の各超硬合金の場合と同様に、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合
金において、Ｃｏからなる結合相の総量に対してＺｒＣ
を２．０〜２０重量％の範囲で含有させた実施例１１の
超硬合金は、ＺｒＣを加えていない比較例５の超硬合金
に比べ、高温における抗折力が高くなると共に、高温の
大気中において放置した場合における酸化増量も少なく
なっており、高温での強度及び耐酸化性が向上してい
た。As a result, as in the case of the cemented carbides of Examples 6 and 7 and Comparative Example 3 described above, in the WC-Co type cemented carbide, ZrC was added with respect to the total amount of the binder phase composed of Co.
In the cemented carbide of Example 11 containing 2.0 to 20% by weight, the bending resistance at high temperature is higher than that of the cemented carbide of Comparative Example 5 in which ZrC is not added, and The amount of oxidation increase when left to stand in the air was small, and the strength and oxidation resistance at high temperatures were improved.
【００５６】次に、上記の実施例８〜１１及び比較例
４，５の各超硬合金を使用して、それぞれ溶接部におけ
る余肉やビードかすを除去して平滑にするのに用いるト
リマーバイト用のインサートを作製した。Next, using each of the cemented carbides of Examples 8 to 11 and Comparative Examples 4 and 5, the trimmer bite used to remove the surplus wall and the bead residue in the welded portion and smooth it, respectively. Inserts were made.
【００５７】そして、上記の各超硬合金で構成されたイ
ンサートを用いた各トリマーバイトにより、８００℃前
後の鋼製ホイールにおける約２００ｍｍの長さになった
溶接部を、それぞれ切り込み３ｍｍ，送り速度２００ｍ
ｍ／ｓで切削する切削加工を繰り返して行い、摩耗や欠
けが生じるまでの加工数を寿命として求め、その結果を
下記の表１０に示した。なお、この寿命は、上記の各イ
ンサートにおける１つのコーナーを用いた場合における
結果である。Then, with each trimmer bite using the insert made of each of the above-mentioned cemented carbides, a welded portion having a length of about 200 mm in a steel wheel at about 800 ° C. is cut by 3 mm and a feed rate is set. 200 m
The cutting process for cutting at m / s was repeated, and the number of processes until abrasion or chipping occurred was determined as the life, and the results are shown in Table 10 below. It should be noted that this life is the result when one corner in each of the above inserts is used.
【００５８】[0058]
【表１０】 [Table 10]
【００５９】この結果、上記の実施例８〜１１の各超硬
合金で作製したインサートを用いたトリマーバイトは、
比較例４，５の各超硬合金で作製したインサートを用い
たトリマーバイトに比べて、寿命が大きく向上してい
た。As a result, the trimer bites using the inserts made of the cemented carbides of Examples 8 to 11 above were:
Compared to the trimmer bite using the inserts made of each cemented carbide of Comparative Examples 4 and 5, the life was greatly improved.
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上詳述したように、この発明における
超硬合金においては、Ｃｏを用いた結合相を有するＷＣ
−Ｃｏ系又はＣｏとＣｒ3 Ｃ2 とを用いた結合相を有す
るＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ3 Ｃ2 系の超硬合金において、ＷＣ
粒子の平均粒径を０．５〜６μｍの範囲にすると共に、
上記の結合相の総量に対して、ＺｒＣ又は（Ｚｒ，Ｈ
ｆ）Ｃを２．０〜２０重量％の範囲で含有させるように
したため、室温での強度や靱性が低下することなく、高
温での強度や耐酸化性等が向上した。As described above in detail, in the cemented carbide according to the present invention, WC having a binder phase using Co is used.
In WC-Co-Cr 3 C 2 system cemented carbide having -Co-based or Co and Cr 3 C 2 and bonded phase using, WC
The average particle size of the particles is in the range of 0.5 to 6 μm,
Based on the total amount of the above binder phase, ZrC or (Zr, H
f) Since C is contained in the range of 2.0 to 20% by weight, strength and oxidation resistance at high temperature are improved without lowering strength and toughness at room temperature.
【００６１】そして、上記のような超硬合金を塑性加工
用工具や切削工具に使用すると、常温での抗折強度や破
壊靱性値が低下するということが少なく、高温での強度
や耐酸化性等が向上し、高温条件で被加工物を塑性加工
したり、高温条件で被加工物を切削加工することが長期
にわたって安定して行えるようになった。When the cemented carbide as described above is used for a plastic working tool or a cutting tool, the bending strength and fracture toughness value at room temperature are less likely to decrease, and the strength at high temperature and the oxidation resistance are high. As a result, it has become possible to perform plastic working on a work piece under high temperature conditions and to perform cutting work on a work piece under high temperature conditions stably over a long period of time.
【図１】この発明の実施例１〜４及び比較例１，２の各
超硬合金において、ＣｏとＣｒ 3 Ｃ2 とで構成された結
合相の総量に対するＺｒＣの重量比率Ｍ（ｗｔ％）と、
高温及び室温における抗折力（ＧＰａ）との関係を示し
た図である。FIG. 1 is each of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
Co and Cr in cemented carbide 3C2Yui composed of
A weight ratio M (wt%) of ZrC to the total amount of the combined phase,
Shows the relationship with the transverse rupture strength (GPa) at high temperature and room temperature
It is a figure.
【図２】この発明の実施例１〜４及び比較例１，２の各
超硬合金において、ＣｏとＣｒ 3 Ｃ2 とで構成された結
合相の総量に対するＺｒＣの重量比率Ｍ（ｗｔ％）と、
大気中において８００℃で３０分間放置して酸化させた
場合における、単位面積当たりの酸化増量（ｍｇ／ｍｍ
2 ）との関係を示した図である。FIG. 2 is each of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
Co and Cr in cemented carbide 3C2Yui composed of
A weight ratio M (wt%) of ZrC to the total amount of the combined phase,
Oxidized by leaving in air at 800 ° C for 30 minutes
In the case of increasing the amount of oxidation per unit area (mg / mm
2It is the figure which showed the relationship with.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 勉 大阪市平野区加美東２丁目１番18号 ダイ ジ▲ェ▼ット工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C046 FF32 FF39 FF50 FF57 4K018 AB02 AD06 BB04 BC12 CA00 DA00 EA12 KA15 KA18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Tsutomu Yamamoto 2-1-1 Kamihigashi, Hirano-ku, Osaka Inside Jet Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 3C046 FF32 FF39 FF50 FF57 4K018 AB02 AD06 BB04 BC12 CA00 DA00 EA12 KA15 KA18
Claims (4)
系又はＣｏとＣｒ3Ｃ2 とを用いた結合相を有するＷＣ
−Ｃｏ−Ｃｒ3 Ｃ2 系の超硬合金であって、ＷＣ粒子の
平均粒径が０．５〜６μｍの範囲であると共に、上記の
結合相の総量に対して、ＺｒＣ又は（Ｚｒ，Ｈｆ）Ｃが
２．０〜２０重量％の範囲で含有されていることを特徴
とする超硬合金。1. WC-Co having a binder phase using Co
System or WC having bonded phase using Co and Cr 3 C 2
A -Co-Cr 3 C 2 system cemented carbide, with an average particle size of the WC particles is in the range of 0.5～6Myuemu, the total amount of the binder phase, ZrC or (Zr, Hf ) C is contained in the range of 2.0 to 20% by weight, a cemented carbide.
均粒径が、上記のＷＣ粒子の平均粒径の１／２以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の超硬合金。2. The cemented carbide according to claim 1, wherein the average particle diameter of ZrC or (Zr, Hf) C is 1/2 or less of the average particle diameter of the WC particles. .
金を用いたことを特徴とする塑性加工用工具。3. A plastic working tool characterized by using the cemented carbide according to claim 1 or 2.
金を用いたことを特徴とする切削加工用工具。4. A cutting tool using the cemented carbide according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001307456A JP2003113437A (en) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | Hard metal alloy, tool for plastic working, and machining tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001307456A JP2003113437A (en) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | Hard metal alloy, tool for plastic working, and machining tool |
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|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2003113437A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036037A1 (en) | 2010-09-15 | 2012-03-22 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coating insert made of wc-based cemented carbide |
| JP2013032559A (en) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Mts:Kk | High-strength cemented carbide and coated cemented carbide |
-
2001
- 2001-10-03 JP JP2001307456A patent/JP2003113437A/en active Pending
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| US9023467B2 (en) | 2010-09-15 | 2015-05-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated WC-based cemented carbide insert |
| JP2013032559A (en) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Mts:Kk | High-strength cemented carbide and coated cemented carbide |
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