JP2802587B2 - 板状ｗｃ含有超硬合金の製法 - Google Patents
板状ｗｃ含有超硬合金の製法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、板状ＷＣ結晶の生成し
た超硬合金を作製するための板状ＷＣ含有超硬合金の製
法に関し、具体的には、超硬合金中に板状ＷＣ結晶を生
成させることにより、硬さ，靭性，耐摩耗性，耐欠損
性，耐塑性変形性，耐熱亀裂性に優れるようにしたバイ
ト，ドリル，エンドミルに代表される切削工具、絞り
型，しごき型，鍛造型などの組成加工工具や打抜き型，
スリッターなどの剪断加工工具に代表される耐摩耗工
具、メカニカルシールや軸受けに代表される摺動材料、
時計側，タイピン，釣具部品に代表される耐腐食・装飾
材料および各種の精密機械部品に代表される構造材料を
作製するための最適な方法となる板状ＷＣ含有超硬合金
の製法に関するものである。
た超硬合金を作製するための板状ＷＣ含有超硬合金の製
法に関し、具体的には、超硬合金中に板状ＷＣ結晶を生
成させることにより、硬さ，靭性，耐摩耗性，耐欠損
性，耐塑性変形性，耐熱亀裂性に優れるようにしたバイ
ト，ドリル，エンドミルに代表される切削工具、絞り
型，しごき型，鍛造型などの組成加工工具や打抜き型，
スリッターなどの剪断加工工具に代表される耐摩耗工
具、メカニカルシールや軸受けに代表される摺動材料、
時計側，タイピン，釣具部品に代表される耐腐食・装飾
材料および各種の精密機械部品に代表される構造材料を
作製するための最適な方法となる板状ＷＣ含有超硬合金
の製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、金属化合物の硬質相と金属の結
合相とでなる超硬合金は、多種多用の用途に実用されて
いる。この従来の超硬合金は、硬さを高めて耐摩耗性を
向上させると靭性の低下および耐欠損性の劣下が生じ、
逆に靭性および耐欠損性を高めると硬さおよび耐摩耗性
が低下するという二律背反的傾向を示すという問題があ
る。この問題を解決するものとしての提案が多数行われ
ている。
合相とでなる超硬合金は、多種多用の用途に実用されて
いる。この従来の超硬合金は、硬さを高めて耐摩耗性を
向上させると靭性の低下および耐欠損性の劣下が生じ、
逆に靭性および耐欠損性を高めると硬さおよび耐摩耗性
が低下するという二律背反的傾向を示すという問題があ
る。この問題を解決するものとしての提案が多数行われ
ている。
【０００３】これらの提案の１つの方向として、ＷＣの
結晶面による機械的特性の異方性について注目したも
の、具体的には、例えばＷＣ結晶の（００１）面が最高
硬さで、（１００）面方向が最高弾性率を示すことか
ら、（１００）面方向に優先的に成長させ、（００１）
面が発達した三角状または六角状に代表される板状ＷＣ
の存在した超硬合金もしくはその製造方法に関するもの
がある。
結晶面による機械的特性の異方性について注目したも
の、具体的には、例えばＷＣ結晶の（００１）面が最高
硬さで、（１００）面方向が最高弾性率を示すことか
ら、（１００）面方向に優先的に成長させ、（００１）
面が発達した三角状または六角状に代表される板状ＷＣ
の存在した超硬合金もしくはその製造方法に関するもの
がある。
【０００４】板状ＷＣに関連する先行技術の代表的なも
のに、特公昭４７−２３０４９号公報，特公昭４７−２
３０５０号公報，特開昭５７−３４００８号公報，特開
平２−４７２３９号公報，特開平２−５１４０８号公
報，特開平２−１３８４３４号公報，特開平２−２７４
８２７号公報および特開平５−３３９６５９号公報があ
る。
のに、特公昭４７−２３０４９号公報，特公昭４７−２
３０５０号公報，特開昭５７−３４００８号公報，特開
平２−４７２３９号公報，特開平２−５１４０８号公
報，特開平２−１３８４３４号公報，特開平２−２７４
８２７号公報および特開平５−３３９６５９号公報があ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】板状ＷＣに関連する先
行技術の内、特公昭４７−２３０４９号公報，特公昭４
７−２３０５０号公報には、板状ＷＣを成長させるため
の多孔性の凝集体でなるコロイド状炭化タングステン粉
末とＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金の粉末からな
る組成物を出発物質として用いる板状ＷＣ含有超硬合金
の製造方法について記載されている。これら両公報に記
載されている組成物の出発物質は、コロイド状炭化タン
グステン粉末の調整が困難であり、これを用いて超硬合
金を作製する場合には、加熱焼結時における板状ＷＣ結
晶の生成割合が少なく、その粒径および含有量の制御が
困難であり、全製造工程が複雑で高価になるという問題
がある。
行技術の内、特公昭４７−２３０４９号公報，特公昭４
７−２３０５０号公報には、板状ＷＣを成長させるため
の多孔性の凝集体でなるコロイド状炭化タングステン粉
末とＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金の粉末からな
る組成物を出発物質として用いる板状ＷＣ含有超硬合金
の製造方法について記載されている。これら両公報に記
載されている組成物の出発物質は、コロイド状炭化タン
グステン粉末の調整が困難であり、これを用いて超硬合
金を作製する場合には、加熱焼結時における板状ＷＣ結
晶の生成割合が少なく、その粒径および含有量の制御が
困難であり、全製造工程が複雑で高価になるという問題
がある。
【０００６】また、特開昭５７−３４００８号公報に
は、強粉砕したＷとＣの混合粉末に少量のＦｅ族金属塩
を添加した後、加熱，炭化して（００１）面を双晶面と
して接合された双晶炭化タングステンの製造方法につい
て記載されている。同公報に記載されている方法により
得られる粉末は、双晶炭化タングステンの含有割合が少
なく、かつ分離も困難であること、この粉末を出発物質
として超硬合金を作製すると、超硬合金中の双晶炭化タ
ングステン含有率がさらに少なくなって、その効果が非
常に弱くなるという問題がある。
は、強粉砕したＷとＣの混合粉末に少量のＦｅ族金属塩
を添加した後、加熱，炭化して（００１）面を双晶面と
して接合された双晶炭化タングステンの製造方法につい
て記載されている。同公報に記載されている方法により
得られる粉末は、双晶炭化タングステンの含有割合が少
なく、かつ分離も困難であること、この粉末を出発物質
として超硬合金を作製すると、超硬合金中の双晶炭化タ
ングステン含有率がさらに少なくなって、その効果が非
常に弱くなるという問題がある。
【０００７】さらに、特開平２−４７２３９号公報およ
び特開平２−１３８４３４号公報には、炭化タングステ
ンを過飽和に含有した（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃの固溶体を
出発物質として、加熱焼結時に板状ＷＣを晶出させると
いう超硬合金の製造方法について記載されている。そし
て、これら両公報に記載されている炭化タングステンを
過飽和に含有した固溶体組成物の出発物質については、
特開平２−５１４０８号公報に詳細に記載されている。
これら３件の公報に記載されている炭化タングステンを
過飽和に含有した固溶体組成物を用いて超硬合金を作製
する場合に、焼結時における板状ＷＣの生成割合が少な
いこと、組成成分の制限された超硬合金にしか適用でき
ないという問題がある。
び特開平２−１３８４３４号公報には、炭化タングステ
ンを過飽和に含有した（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃの固溶体を
出発物質として、加熱焼結時に板状ＷＣを晶出させると
いう超硬合金の製造方法について記載されている。そし
て、これら両公報に記載されている炭化タングステンを
過飽和に含有した固溶体組成物の出発物質については、
特開平２−５１４０８号公報に詳細に記載されている。
これら３件の公報に記載されている炭化タングステンを
過飽和に含有した固溶体組成物を用いて超硬合金を作製
する場合に、焼結時における板状ＷＣの生成割合が少な
いこと、組成成分の制限された超硬合金にしか適用でき
ないという問題がある。
【０００８】次に、特開平２−２７４８２７号公報に
は、使用済みの超硬合金を酸化し、還元した後、炭化し
て得られた組成物粉末を出発物質として用いて、焼結時
に、この出発物質中の微細炭化タングステンを粒成長さ
せて板状ＷＣ結晶とする異方性超硬合金成形体製造用粉
末について記載されている。同公報に記載の組成物粉末
は、この粉末を作製するための製造工程が複雑で高価に
なること、またこの粉末を用いて超硬合金を作製する場
合、板状ＷＣ結晶の生成割合が少なく、その粒径の制御
が困難であるという問題がある。
は、使用済みの超硬合金を酸化し、還元した後、炭化し
て得られた組成物粉末を出発物質として用いて、焼結時
に、この出発物質中の微細炭化タングステンを粒成長さ
せて板状ＷＣ結晶とする異方性超硬合金成形体製造用粉
末について記載されている。同公報に記載の組成物粉末
は、この粉末を作製するための製造工程が複雑で高価に
なること、またこの粉末を用いて超硬合金を作製する場
合、板状ＷＣ結晶の生成割合が少なく、その粒径の制御
が困難であるという問題がある。
【０００９】その他、特開平５−３３９６５９号公報に
は、０．５μｍ以下のＷＣと、３〜４０重量％の立方晶
系化合物と、１〜２５重量％のＣｏおよび／またはＮｉ
からなる混合粉末でなる出発物質を用いて、１４５０℃
以上で焼結し、板状ＷＣ結晶を有する超硬合金を作製す
る方法が記載されている。同公報に記載されている出発
物質は、長時間の混合粉砕によって微細で、かつ高歪量
の炭化タングステンの含有した粉末としているために、
不純物量が多くなること、製造工程時間が長くなるこ
と、これを用いて超硬合金を作製する場合、板状ＷＣ結
晶の生成割合が少なく、その粒径の制御も困難であると
いう問題がある。
は、０．５μｍ以下のＷＣと、３〜４０重量％の立方晶
系化合物と、１〜２５重量％のＣｏおよび／またはＮｉ
からなる混合粉末でなる出発物質を用いて、１４５０℃
以上で焼結し、板状ＷＣ結晶を有する超硬合金を作製す
る方法が記載されている。同公報に記載されている出発
物質は、長時間の混合粉砕によって微細で、かつ高歪量
の炭化タングステンの含有した粉末としているために、
不純物量が多くなること、製造工程時間が長くなるこ
と、これを用いて超硬合金を作製する場合、板状ＷＣ結
晶の生成割合が少なく、その粒径の制御も困難であると
いう問題がある。
【００１０】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、超硬合金を作製するにあたり、焼
結時に板状ＷＣ結晶を容易に生成させることができる特
徴のある出発物質を用いて、板状ＷＣ結晶の含有量の制
御およびその粒径の制御を容易にし、高硬度，耐摩耗性
に優れ、かつ高靭性，耐欠損性に優れる超硬合金を得る
ことができる方法であり、従来の方法で得られる超硬合
金では考えられない高硬度，高靭性，高強度によるシナ
ジ効果を発揮し、長寿命となる板状ＷＣ含有超硬合金の
製造方法の提供を目的とするものである。
もので、具体的には、超硬合金を作製するにあたり、焼
結時に板状ＷＣ結晶を容易に生成させることができる特
徴のある出発物質を用いて、板状ＷＣ結晶の含有量の制
御およびその粒径の制御を容易にし、高硬度，耐摩耗性
に優れ、かつ高靭性，耐欠損性に優れる超硬合金を得る
ことができる方法であり、従来の方法で得られる超硬合
金では考えられない高硬度，高靭性，高強度によるシナ
ジ効果を発揮し、長寿命となる板状ＷＣ含有超硬合金の
製造方法の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、長年に亘
り、超硬合金の硬さ、耐摩耗性を低下させずに、強度，
靭性，耐欠損性を向上させるための検討を行っていた
所、板状ＷＣ結晶を含有した超硬合金にするとその目的
が達成される傾向にあること、この超硬合金を得るため
には、用いる出発物質の選定、特に板状ＷＣを生成させ
るための炭素源の含有量およびその粒径の調整と、焼結
工程においてＷとＣとＣｏとでなる複合炭化物を生成さ
せることが焼結後における超硬合金中に板状ＷＣ結晶を
容易に、かつ多量に生成させ得るという知見を得て、本
発明を完成するに至ったものである。
り、超硬合金の硬さ、耐摩耗性を低下させずに、強度，
靭性，耐欠損性を向上させるための検討を行っていた
所、板状ＷＣ結晶を含有した超硬合金にするとその目的
が達成される傾向にあること、この超硬合金を得るため
には、用いる出発物質の選定、特に板状ＷＣを生成させ
るための炭素源の含有量およびその粒径の調整と、焼結
工程においてＷとＣとＣｏとでなる複合炭化物を生成さ
せることが焼結後における超硬合金中に板状ＷＣ結晶を
容易に、かつ多量に生成させ得るという知見を得て、本
発明を完成するに至ったものである。
【００１２】すなわち、本発明の板状ＷＣ含有超硬合金
の製法は、Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｏ前駆体物質，Ｎ
ｉ前駆体物質，Ｃｒ前駆体物質の中の少なくとも１種の
結合相形成粉末と、炭素および／または炭素前駆体物質
の炭素源と、残りがＷ、またはＷと炭化タングステンと
の組合わせとでなる出発物質を用いて、該出発物質を混
合して混合粉末とする混合工程と、該混合粉末を成形し
て粉末成形体とする成形工程と、該粉末成形体を真空中
またはガス雰囲気中で加熱焼結して主成分がＣｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｒの１種以上の結合相２〜３０重量％と、残り炭
化タングステンとの超硬合金とする焼結工程とからなる
超硬合金の製法であって、該焼結工程中の該加熱焼結時
に、Ｗと炭素とＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上とでなる複
合炭化物を生成させる第１過程と、該複合炭化物から板
状ＷＣを生成させる第２過程とを含んでいることを特徴
とする製法である。
の製法は、Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｏ前駆体物質，Ｎ
ｉ前駆体物質，Ｃｒ前駆体物質の中の少なくとも１種の
結合相形成粉末と、炭素および／または炭素前駆体物質
の炭素源と、残りがＷ、またはＷと炭化タングステンと
の組合わせとでなる出発物質を用いて、該出発物質を混
合して混合粉末とする混合工程と、該混合粉末を成形し
て粉末成形体とする成形工程と、該粉末成形体を真空中
またはガス雰囲気中で加熱焼結して主成分がＣｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｒの１種以上の結合相２〜３０重量％と、残り炭
化タングステンとの超硬合金とする焼結工程とからなる
超硬合金の製法であって、該焼結工程中の該加熱焼結時
に、Ｗと炭素とＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上とでなる複
合炭化物を生成させる第１過程と、該複合炭化物から板
状ＷＣを生成させる第２過程とを含んでいることを特徴
とする製法である。
【００１３】本発明の製法における出発物質は、具体的
には、例えば結合相形成物質としては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｃｏ−Ｎｉ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｃｒ合
金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金，およびＣｏＯ，Ｃｏ2Ｏ3，
Ｃｏ3Ｏ4，Ｃｏ2Ｃ，Ｃｏ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）Ｃｏ前駆体物
質、ＮｉＯ，Ｎｉ3ＣのＮｉ前駆体物質、Ｃｒ2Ｏ3，Ｃ
ｒ3Ｃ2，Ｃｒ7Ｃ3のＣｒ前駆体物質、また炭素源として
は、カーボン，グラファイト，サーマルカーボン，炭素
前駆体としての樹脂，石油ピッチ，木炭，コークス、さ
らに残りとして、ＷまたはＷとＷ2Ｃ，ＷとＷＣ，Ｗと
Ｗ2ＣとＷＣの組合わせからなる場合を挙げることがで
きる。
には、例えば結合相形成物質としては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｃｏ−Ｎｉ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｃｒ合
金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金，およびＣｏＯ，Ｃｏ2Ｏ3，
Ｃｏ3Ｏ4，Ｃｏ2Ｃ，Ｃｏ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）Ｃｏ前駆体物
質、ＮｉＯ，Ｎｉ3ＣのＮｉ前駆体物質、Ｃｒ2Ｏ3，Ｃ
ｒ3Ｃ2，Ｃｒ7Ｃ3のＣｒ前駆体物質、また炭素源として
は、カーボン，グラファイト，サーマルカーボン，炭素
前駆体としての樹脂，石油ピッチ，木炭，コークス、さ
らに残りとして、ＷまたはＷとＷ2Ｃ，ＷとＷＣ，Ｗと
Ｗ2ＣとＷＣの組合わせからなる場合を挙げることがで
きる。
【００１４】これらの出発物質の内、炭素源は、粗粒粉
末と微粒粉末との混合体にしておくと、微粒の炭素源が
ＷおよびＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの中の１種以上と反応して優
先的に、ＷとＣとＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上とでなる
複合炭化物を生成して、その後、この複合炭化物と粗粒
の炭素源とが反応して板状ＷＣ結晶の生成と結合相の生
成を容易にすることから好ましいことである。この炭素
源は、平均粒径１〜２０μｍ、好ましくは平均粒径１〜
１０μｍの黒鉛でなる粗粒粉末と、平均粒径０．５μｍ
以下のカーボンでなる微粒粉末とを組合わせた場合が好
ましく、中でも微粒粉末の平均粒径に対する粗粒粉末の
平均粒径の比率が５以上でなる場合には、特に好ましい
ことである。この炭素源は、同一粒径の炭素源を用い
て、次工程の混合工程において、所定量の炭素源を粉砕
して微粒粉末とし、これに残りの所定量の炭素源を粗粒
粉末として使い分けることができる。
末と微粒粉末との混合体にしておくと、微粒の炭素源が
ＷおよびＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの中の１種以上と反応して優
先的に、ＷとＣとＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上とでなる
複合炭化物を生成して、その後、この複合炭化物と粗粒
の炭素源とが反応して板状ＷＣ結晶の生成と結合相の生
成を容易にすることから好ましいことである。この炭素
源は、平均粒径１〜２０μｍ、好ましくは平均粒径１〜
１０μｍの黒鉛でなる粗粒粉末と、平均粒径０．５μｍ
以下のカーボンでなる微粒粉末とを組合わせた場合が好
ましく、中でも微粒粉末の平均粒径に対する粗粒粉末の
平均粒径の比率が５以上でなる場合には、特に好ましい
ことである。この炭素源は、同一粒径の炭素源を用い
て、次工程の混合工程において、所定量の炭素源を粉砕
して微粒粉末とし、これに残りの所定量の炭素源を粗粒
粉末として使い分けることができる。
【００１５】これらの出発物質の他に、周期律表の４
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，酸化物および
これらの相互固溶体の中の少なくとも１種の金属化合物
粉末を出発物質として添加すると、得られる板状ＷＣ含
有超硬合金中に周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭
化物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくと
も１種の立方晶系化合物を含有させることができること
から好ましいことである。この金属化合物粉末として
は、具体的には、例えばＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｖ
Ｃ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｍｏ2Ｃ，ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＴｉＯ，ＴｉＯ
2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｖ2Ｏ5，Ｖ2Ｏ3，Ｎｂ2Ｏ5，Ｃ
ｒ2Ｏ3，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），Ｔｉ（Ｃ，Ｏ），Ｔｉ（Ｎ，
Ｏ），Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，
Ｚｒ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ）Ｃを挙げることができ
る。この金属化合物粉末の中でも酸素含有化合物粉末の
場合には、後述する焼結工程での第１過程での複合化合
物の生成および第２過程での板状ＷＣ結晶の生成が促進
されるので好ましいことである。
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，酸化物および
これらの相互固溶体の中の少なくとも１種の金属化合物
粉末を出発物質として添加すると、得られる板状ＷＣ含
有超硬合金中に周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭
化物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくと
も１種の立方晶系化合物を含有させることができること
から好ましいことである。この金属化合物粉末として
は、具体的には、例えばＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｖ
Ｃ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｍｏ2Ｃ，ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＴｉＯ，ＴｉＯ
2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｖ2Ｏ5，Ｖ2Ｏ3，Ｎｂ2Ｏ5，Ｃ
ｒ2Ｏ3，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），Ｔｉ（Ｃ，Ｏ），Ｔｉ（Ｎ，
Ｏ），Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，
Ｚｒ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ）Ｃを挙げることができ
る。この金属化合物粉末の中でも酸素含有化合物粉末の
場合には、後述する焼結工程での第１過程での複合化合
物の生成および第２過程での板状ＷＣ結晶の生成が促進
されるので好ましいことである。
【００１６】また、立方晶系化合物は、上述の金属化合
物の中の酸化物を除いた化合物に相当するものある。
物の中の酸化物を除いた化合物に相当するものある。
【００１７】これらの出発物質を選定し、出発物質を所
定配合組成に秤量した後、混合して混合粉末とする混合
工程、および混合粉末を成形して粉末成形体とする成形
工程は、従来の粉末冶金法で行われている、たとえばボ
ールミル，アトライター，振動ミルなどによる混合工
程、遠心成形，鋳込み成形，ロール成形，金型成形，押
出し成形，射出成形などの成形工程で行うことができ
る。
定配合組成に秤量した後、混合して混合粉末とする混合
工程、および混合粉末を成形して粉末成形体とする成形
工程は、従来の粉末冶金法で行われている、たとえばボ
ールミル，アトライター，振動ミルなどによる混合工
程、遠心成形，鋳込み成形，ロール成形，金型成形，押
出し成形，射出成形などの成形工程で行うことができ
る。
【００１８】これらの工程を経て得た粉末成形体を焼結
して超硬合金にするための焼結工程における焼結炉内雰
囲気は、真空または窒素ガス，水素ガス，不活性ガスに
代表されるガス雰囲気からなり、これらの雰囲気は、選
定された出発物質により選定する必要があり、ガス雰囲
気の場合には、減圧または加圧で行うことができる。ま
た、焼結工程における加熱焼結は、Ｗと炭素とＣｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｒの１種以上とでなる複合炭化物を生成させる第
１過程、具体的には、出発物質の種類や雰囲気により異
なるが、液相が発生する前、例えば８００〜１２００℃
の温度で部分的にでも化学量論値未満の炭素量となる領
域にして複合炭化物を生成させ、その後、炭素源の粒径
および分散状態により異なるが、最大１６００℃に加熱
して複合炭化物と炭素との反応により板状ＷＣ結晶の生
成と結合相の生成を起させる第２過程とからなるもので
ある。このときの複合炭化物としては、具体的には、例
えばＣｏ3Ｗ9Ｃ4，Ｃｏ3Ｗ3Ｃ ，Ｎｉ2Ｗ4Ｃ，Ｃｏ2Ｗ4
Ｃ ，（Ｃｏ，Ｃｒ）3Ｗ9Ｃ4，（Ｃｏ，Ｎｉ）3Ｗ3Ｃ ，
（Ｎｉ，Ｃｒ）2Ｗ4Ｃを挙げることができる。また第１
過程における加熱焼結は、特に８００〜１２００℃での
昇温速度が１０℃／分以下にするとより多量の複合炭化
物が生成することから好ましことである。
して超硬合金にするための焼結工程における焼結炉内雰
囲気は、真空または窒素ガス，水素ガス，不活性ガスに
代表されるガス雰囲気からなり、これらの雰囲気は、選
定された出発物質により選定する必要があり、ガス雰囲
気の場合には、減圧または加圧で行うことができる。ま
た、焼結工程における加熱焼結は、Ｗと炭素とＣｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｒの１種以上とでなる複合炭化物を生成させる第
１過程、具体的には、出発物質の種類や雰囲気により異
なるが、液相が発生する前、例えば８００〜１２００℃
の温度で部分的にでも化学量論値未満の炭素量となる領
域にして複合炭化物を生成させ、その後、炭素源の粒径
および分散状態により異なるが、最大１６００℃に加熱
して複合炭化物と炭素との反応により板状ＷＣ結晶の生
成と結合相の生成を起させる第２過程とからなるもので
ある。このときの複合炭化物としては、具体的には、例
えばＣｏ3Ｗ9Ｃ4，Ｃｏ3Ｗ3Ｃ ，Ｎｉ2Ｗ4Ｃ，Ｃｏ2Ｗ4
Ｃ ，（Ｃｏ，Ｃｒ）3Ｗ9Ｃ4，（Ｃｏ，Ｎｉ）3Ｗ3Ｃ ，
（Ｎｉ，Ｃｒ）2Ｗ4Ｃを挙げることができる。また第１
過程における加熱焼結は、特に８００〜１２００℃での
昇温速度が１０℃／分以下にするとより多量の複合炭化
物が生成することから好ましことである。
【００１９】また、第２過程で生成される板状ＷＣ結晶
は、超硬合金の任意断面において観察した形状が三角形
状でなるもの、または針状，棒状，四角形状，六角形状
を主形状とする多角形状でなるものであって、アスペク
ト比が３〜２０でなる板状ＷＣ、好ましくは平均アスペ
クト比が３〜１０、さらに好ましくは平均アスペクト比
が３．５〜７．０からなる板状ＷＣを含有していること
であり、この板状ＷＣが炭化タングステン全体の３０体
積％以上、好ましくは炭化タングステン全体の５０体積
％以上からなるものである。この板状ＷＣが炭化タング
ステン全体に対して３０体積％未満になると、硬さ，耐
摩耗性，強度，靭性，耐欠損性の向上効果が低下する。
は、超硬合金の任意断面において観察した形状が三角形
状でなるもの、または針状，棒状，四角形状，六角形状
を主形状とする多角形状でなるものであって、アスペク
ト比が３〜２０でなる板状ＷＣ、好ましくは平均アスペ
クト比が３〜１０、さらに好ましくは平均アスペクト比
が３．５〜７．０からなる板状ＷＣを含有していること
であり、この板状ＷＣが炭化タングステン全体の３０体
積％以上、好ましくは炭化タングステン全体の５０体積
％以上からなるものである。この板状ＷＣが炭化タング
ステン全体に対して３０体積％未満になると、硬さ，耐
摩耗性，強度，靭性，耐欠損性の向上効果が低下する。
【００２０】また、板状ＷＣは、最大寸法の平均値が
０．１〜３．０μｍでなることが好ましく、特に最大寸
法の平均値が１．０〜２．５μｍでなることが好まし
い。
０．１〜３．０μｍでなることが好ましく、特に最大寸
法の平均値が１．０〜２．５μｍでなることが好まし
い。
【００２１】こうして得られる超硬合金を構成する結合
相は、具体的には、例えばＣｏ，Ｎｉ，Ｃｏ−Ｎｉ合
金，Ｃｏ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ合金，Ｎｉ−Ｍｏ合金，Ｃｏ−Ｗ合金、またはこれら
に後述する立方晶系化合物を構成する元素，不可避不純
物としての主としてＦｅなどが微量含有した合金を挙げ
ることができる。これらの結合相の内、耐蝕性を重視す
る用途に対しては、全結合相量に対して２〜２０体積％
のＣｒを含有したＮｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｃｒ合金，Ｎ
ｉ−Ｃｏ−Ｃｒ合金が好ましく、耐摩耗性を重視する用
途に対しては、全結合相量に対して０．５〜５体積％の
Ｗを含有したＣｏ−Ｗ合金、Ｎｉ−Ｗ合金、Ｃｏ−Ｎｉ
−Ｗ合金が好ましい。この結合相量が超硬合金全体に対
して、２重量％未満になると、焼結が困難となって内部
に巣孔が残留し易く、その結果強度および硬さの低下が
著しく、逆に３０重量％を超えて多くなると、相対的に
炭化タングステン量が減少し、その結果硬さおよび耐摩
耗性の低下が顕著になる。
相は、具体的には、例えばＣｏ，Ｎｉ，Ｃｏ−Ｎｉ合
金，Ｃｏ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ合金，Ｎｉ−Ｍｏ合金，Ｃｏ−Ｗ合金、またはこれら
に後述する立方晶系化合物を構成する元素，不可避不純
物としての主としてＦｅなどが微量含有した合金を挙げ
ることができる。これらの結合相の内、耐蝕性を重視す
る用途に対しては、全結合相量に対して２〜２０体積％
のＣｒを含有したＮｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｃｒ合金，Ｎ
ｉ−Ｃｏ−Ｃｒ合金が好ましく、耐摩耗性を重視する用
途に対しては、全結合相量に対して０．５〜５体積％の
Ｗを含有したＣｏ−Ｗ合金、Ｎｉ−Ｗ合金、Ｃｏ−Ｎｉ
−Ｗ合金が好ましい。この結合相量が超硬合金全体に対
して、２重量％未満になると、焼結が困難となって内部
に巣孔が残留し易く、その結果強度および硬さの低下が
著しく、逆に３０重量％を超えて多くなると、相対的に
炭化タングステン量が減少し、その結果硬さおよび耐摩
耗性の低下が顕著になる。
【００２２】勿論、出発物質の秤量と混合工程と成形工
程と焼結工程を自動化して連続的に行うこともよく、そ
れぞれの工程を特別に区切る必要はなく、例えばホット
プレスで焼結にすると、成形工程と焼結工程とが連続的
に行われているものである。また本願発明の製法で得た
超硬合金を、さらに熱間静水圧処理して、より緻密な超
硬合金にすることも好ましいことである。
程と焼結工程を自動化して連続的に行うこともよく、そ
れぞれの工程を特別に区切る必要はなく、例えばホット
プレスで焼結にすると、成形工程と焼結工程とが連続的
に行われているものである。また本願発明の製法で得た
超硬合金を、さらに熱間静水圧処理して、より緻密な超
硬合金にすることも好ましいことである。
【００２３】
【作用】本発明の製法は、主として出発物質と焼結工程
の調整が複合炭化物の生成の促進をし、この複合炭化物
と残留炭素源が反応して板状ＷＣ結晶の生成の促進作用
をしているものである。
の調整が複合炭化物の生成の促進をし、この複合炭化物
と残留炭素源が反応して板状ＷＣ結晶の生成の促進作用
をしているものである。
【００２４】
【実施例】市販されている平均粒径１．５μｍのＷ、平
均粒径１．２μｍのＣｏ，平均粒径０．３μｍのＮｉ
Ｏ，平均粒径７．５μｍの黒鉛（表中Ｇと記す），平均
粒径０．０２μｍのカーボンブラック（表中Ｃと記
す），平均粒径２．７μｍのＣｒ3Ｃ2，平均粒径１．２
μｍのＴａＣ，平均粒径１．５μｍのＷＣ，平均粒径
０．０３μｍのＴｉＯ2，平均粒径１．０μｍの（Ｗ，
Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ固溶体（重量比で、ＷＣ／ＴｉＣ／Ｔａ
Ｃ／＝５０／２０／３０、表中ＷＴＴと記す）、平均粒
径５μｍのフェノール樹脂（表中ＦＲと記す）および平
均粒径１．４μｍのＷ2Ｃの各粉末を用いて、表１に示
す配合組成に秤量し、ステンレス製ポットにアセトン溶
媒と超硬合金製ボールと共に挿入し、４８時間の混合粉
砕後、乾燥して混合粉末を得た。表１中の配合組成欄の
（ ）内黒鉛またはカーボンは、４８時間の混合後に添
加して、さらに５時間混合した。これらの混合粉末を金
型に充填し、２ｔ／ｃｍ2の加圧でもって約５．５×
９．５×２９ｍｍの粉末成形体を作製し、アルミナとカ
ーボンの繊維からなるシート上に粉末成形体を設置し、
炉内雰囲気圧力１０-2Ｔｏｒｒの真空中で表１に併記す
る加熱速度で昇温し表１に併記の焼結温度で１時間保持
により、本発明品１〜１２および比較品１〜９の超硬合
金を得た。これらの超硬合金の組成成分を表１に併記し
た。
均粒径１．２μｍのＣｏ，平均粒径０．３μｍのＮｉ
Ｏ，平均粒径７．５μｍの黒鉛（表中Ｇと記す），平均
粒径０．０２μｍのカーボンブラック（表中Ｃと記
す），平均粒径２．７μｍのＣｒ3Ｃ2，平均粒径１．２
μｍのＴａＣ，平均粒径１．５μｍのＷＣ，平均粒径
０．０３μｍのＴｉＯ2，平均粒径１．０μｍの（Ｗ，
Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ固溶体（重量比で、ＷＣ／ＴｉＣ／Ｔａ
Ｃ／＝５０／２０／３０、表中ＷＴＴと記す）、平均粒
径５μｍのフェノール樹脂（表中ＦＲと記す）および平
均粒径１．４μｍのＷ2Ｃの各粉末を用いて、表１に示
す配合組成に秤量し、ステンレス製ポットにアセトン溶
媒と超硬合金製ボールと共に挿入し、４８時間の混合粉
砕後、乾燥して混合粉末を得た。表１中の配合組成欄の
（ ）内黒鉛またはカーボンは、４８時間の混合後に添
加して、さらに５時間混合した。これらの混合粉末を金
型に充填し、２ｔ／ｃｍ2の加圧でもって約５．５×
９．５×２９ｍｍの粉末成形体を作製し、アルミナとカ
ーボンの繊維からなるシート上に粉末成形体を設置し、
炉内雰囲気圧力１０-2Ｔｏｒｒの真空中で表１に併記す
る加熱速度で昇温し表１に併記の焼結温度で１時間保持
により、本発明品１〜１２および比較品１〜９の超硬合
金を得た。これらの超硬合金の組成成分を表１に併記し
た。
【００２５】以上の工程の内、粉末成形体を炉内に設置
し、焼結するまでの焼結工程内における途中温度である
９００℃，１０５０℃，１２００℃で各１０分間保持し
ているのであるが、これらの各温度で本発明品１〜１２
および比較品１〜９の内、本発明品２，３，８，１０，
１１および比較品２，４，６を取り出し、これらの組成
成分をＸ線回折し、内部添加法で求めて、その結果を表
２に示した。
し、焼結するまでの焼結工程内における途中温度である
９００℃，１０５０℃，１２００℃で各１０分間保持し
ているのであるが、これらの各温度で本発明品１〜１２
および比較品１〜９の内、本発明品２，３，８，１０，
１１および比較品２，４，６を取り出し、これらの組成
成分をＸ線回折し、内部添加法で求めて、その結果を表
２に示した。
【００２６】次に、本発明品１〜１２および比較品１〜
９の各超硬合金を＃２３０のダイヤモンド砥石で湿式研
削加工し、４．０×８．０×２５．０ｍｍの試料を作製
して、抗折力（ＪＩＳ法）を測定し、その結果を表３に
示した。また、各試料の一面を１μｍのダイヤモンドペ
ーストでラップ加工した後、荷重２０ｋｇｆでビッカー
ス硬さと破壊靭性値（ＩＭ法）を測定し、その結果を表
３に併記した。さらに、ラップ加工面について電子顕微
鏡にて組織写真を撮り、画像処理装置にてＷＣの平均粒
径、および最大径と最小径との比（アスペクト比）が
３．０以上である板状ＷＣの体積割合（全ＷＣに対する
割合）を求めて、その結果を表３に併記した。
９の各超硬合金を＃２３０のダイヤモンド砥石で湿式研
削加工し、４．０×８．０×２５．０ｍｍの試料を作製
して、抗折力（ＪＩＳ法）を測定し、その結果を表３に
示した。また、各試料の一面を１μｍのダイヤモンドペ
ーストでラップ加工した後、荷重２０ｋｇｆでビッカー
ス硬さと破壊靭性値（ＩＭ法）を測定し、その結果を表
３に併記した。さらに、ラップ加工面について電子顕微
鏡にて組織写真を撮り、画像処理装置にてＷＣの平均粒
径、および最大径と最小径との比（アスペクト比）が
３．０以上である板状ＷＣの体積割合（全ＷＣに対する
割合）を求めて、その結果を表３に併記した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【発明の効果】本発明の製法は、板状ＷＣの含有量の多
い超硬合金が得られること、こうして得られた板状ＷＣ
含有超硬合金の抗折力，硬さおよび破壊靭性値が同一Ｗ
Ｃ粒径および同一組成成分でなる従来の超硬合金に比べ
て、（実施例における本発明品２〜７と比較品２、本発
明品８と比較品３、本発明品９と比較品４、本発明品１
０と比較品５、本発明品１１と比較品６の対比）、抗折
力で０．１〜０．２ＧＰａ向上し、硬さで１．１〜１．
７ＧＰａ向上し、破壊靭性値（Ｋ1ｃ）で０．４〜１．
４ＭＰａ・ｍ3/2向上するという優れた効果を発揮す
る。
い超硬合金が得られること、こうして得られた板状ＷＣ
含有超硬合金の抗折力，硬さおよび破壊靭性値が同一Ｗ
Ｃ粒径および同一組成成分でなる従来の超硬合金に比べ
て、（実施例における本発明品２〜７と比較品２、本発
明品８と比較品３、本発明品９と比較品４、本発明品１
０と比較品５、本発明品１１と比較品６の対比）、抗折
力で０．１〜０．２ＧＰａ向上し、硬さで１．１〜１．
７ＧＰａ向上し、破壊靭性値（Ｋ1ｃ）で０．４〜１．
４ＭＰａ・ｍ3/2向上するという優れた効果を発揮す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/05 C22C 29/08
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｏ前駆体物
質，Ｎｉ前駆体物質，Ｃｒ前駆体物質の中の少なくとも
１種の結合相形成粉末と、炭素および／または炭素前駆
体物質の炭素源と、残りがＷ、またはＷと炭化タングス
テンとの組合わせとでなる出発物質を用いて、該出発物
質を混合して混合粉末とする混合工程と、該混合粉末を
成形して粉末成形体とする成形工程と、該粉末成形体を
真空中またはガス雰囲気中で加熱焼結して主成分がＣ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上の結合相２〜３０重量％と、
残り炭化タングステンとの超硬合金とする焼結工程とか
らなる超硬合金の製法であって、該焼結工程中の該加熱
焼結時に、Ｗと炭素とＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上とで
なる複合炭化物を生成させる第１過程と、該複合炭化物
から板状ＷＣを生成させる第２過程とを含んでいること
を特徴とする板状ＷＣ含有超硬合金の製法。 - 【請求項２】 Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｏ前駆体物
質，Ｎｉ前駆体物質，Ｃｒ前駆体物質の中の少なくとも
１種の結合相形成粉末と、炭素および／または炭素前駆
体物質と、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
物，窒化物，酸化物およびこれらの相互固溶体の中の少
なくとも１種の金属化合物粉末と、残りがＷ、またはＷ
と炭化タングステンとの組合わせとでなる出発物質を用
いて、該出発物質を混合して混合粉末とする混合工程
と、該混合粉末を成形して粉末成形体とする成形工程
と、該粉末成形体を真空中またはガス雰囲気中で加熱焼
結して主成分がＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上の結合相２
〜３０重量％と、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の
炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なく
とも１種の立方晶系化合物５０重量％以下と、残り炭化
タングステンとの超硬合金とする焼結工程とからなる超
硬合金の製法であって、該焼結工程中の該加熱焼結時
に、Ｗと炭素とＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒの１種以上とでなる複
合炭化物を成形させる第１過程と、該複合炭化物から板
状ＷＣを生成させる第２過程とを含んでいることを特徴
とする板状ＷＣ含有超硬合金の製法。 - 【請求項３】 上記出発物質中に含まれる上記炭素源
は、平均粒径１〜２０μｍの黒鉛と、平均粒径０．５μ
ｍ以下のカーボンとでなることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の板状ＷＣ含有超硬合金の製法。 - 【請求項４】 上記出発物質中に含まれる上記炭素源
は、粗粒粉末のカーボンおよび／または黒鉛と、微粒粉
末のカーボンおよび／または黒鉛とでなり、該微粒粉末
の平均粒径に対する該粗粒粉末の平均粒径の比率が５以
上でなることを特徴とする請求項１または２記載の板状
ＷＣ含有超硬合金の製法。 - 【請求項５】 上記焼結工程における上記第１過程は、
８００〜１２００℃での昇温速度が１０℃／分以下でな
ることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の板
状ＷＣ含有超硬合金の製法。 - 【請求項６】 上記焼結工程における上記第２過程は、
１２００〜１６００℃の加熱により行われることを特徴
とする請求項１，２，３，４または５記載の板状ＷＣ含
有超硬合金の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6107582A JP2802587B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 板状ｗｃ含有超硬合金の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6107582A JP2802587B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 板状ｗｃ含有超硬合金の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07292426A JPH07292426A (ja) | 1995-11-07 |
| JP2802587B2 true JP2802587B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=14462825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6107582A Expired - Lifetime JP2802587B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 板状ｗｃ含有超硬合金の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802587B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE0602813L (sv) * | 2006-12-27 | 2008-06-28 | Sandvik Intellectual Property | Korrosionsresistent verktyg för kallbearbetningsoperationer |
| CN103205589B (zh) * | 2013-04-25 | 2015-02-18 | 株洲硬质合金集团有限公司 | 一种以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金及其制备方法 |
| CN117923917B (zh) * | 2024-03-22 | 2024-06-18 | 长沙华希新材料有限公司 | 一种增材制造用多元复相碳化物及其制备工艺 |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP6107582A patent/JP2802587B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07292426A (ja) | 1995-11-07 |
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