JP4709223B2 - Sintered body, manufacturing method thereof, sliding member using the sintered body, film forming material, hot extrusion die, hot extrusion molding apparatus and hot extrusion using the hot extrusion die Molding method - Google Patents

Sintered body, manufacturing method thereof, sliding member using the sintered body, film forming material, hot extrusion die, hot extrusion molding apparatus and hot extrusion using the hot extrusion die Molding method Download PDF

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Description

本発明は、焼結体とその製造方法とその焼結体を用いた摺動部材、成膜用材料並びに熱間押出成形用ダイスとその熱間押出成形用ダイスを用いた熱間押出成形装置及び熱間押出成形方法に関する。   The present invention relates to a sintered body, a manufacturing method thereof, a sliding member using the sintered body, a film forming material, a hot extrusion die, and a hot extrusion molding apparatus using the hot extrusion die. And a hot extrusion molding method.

従来、アルミニウム合金などの熱間押出により押出材を成形する場合、図5及び9に示すような、熱間押出成形装置111のダイケース102に組み込まれたベアリング部となる熱間押出成形用ダイス101の誘導部となる貫通孔101aから、約400〜500℃に加熱されたアルミニウム合金のビレット5を押出成形することにより、所望の形状の押出材6が成形されてきた。   Conventionally, when an extruded material is formed by hot extrusion of aluminum alloy or the like, as shown in FIGS. 5 and 9, a hot extrusion die that serves as a bearing portion incorporated in the die case 102 of the hot extrusion molding device 111. An extruded material 6 having a desired shape has been formed by extruding an aluminum alloy billet 5 heated to about 400 to 500 ° C. from a through-hole 101 a serving as a guide portion 101.

そして、熱間押出成形用ダイス101の材質としては、通常、超硬合金(以下で、超硬という)やSKD61が用いられていて、超硬は、高硬度で且つ金属材に匹敵する高強度が得られること、SKD61は高温下での硬度・強度の劣化が出難いという理由で広く使用されている。   And as a material of the hot extrusion molding die 101, usually a cemented carbide (hereinafter referred to as cemented carbide) or SKD61 is used, and the cemented carbide has a high hardness and a high strength comparable to a metal material. SKD61 is widely used because it is difficult to deteriorate hardness and strength at high temperatures.

しかしながら、前述した高温下によるアルミニウム合金等の熱間押出成形用ダイス101の材質として超硬やSKD61を用いると、超硬では約400〜500℃の高温下での熱劣化により、著しく硬度および強度が低下する。またSKD61では使用上十分に耐えうるだけの高硬度が得られず、更には例えば、アルミニウム合金の押出材6を成形時に誘導部となる貫通孔101aの内周面101bにアルミニウムが凝着する。これらのことにより、超硬やSKD61は長時間の成形に耐えるものではなく、熱間押出成形用ダイス101が破損または摩耗により成形された押出材6への傷の発生や寸法不良といった問題が発生していた。   However, if cemented carbide or SKD61 is used as the material for the hot extrusion molding die 101 such as the aluminum alloy at a high temperature described above, the hardness and strength of the cemented carbide are remarkably increased due to thermal degradation at a high temperature of about 400 to 500 ° C. Decreases. In addition, the SKD 61 cannot obtain a high hardness enough to withstand use, and, for example, aluminum adheres to the inner peripheral surface 101b of the through-hole 101a that serves as a guide portion when the extruded material 6 of an aluminum alloy is formed. As a result, carbide and SKD61 do not endure long-time molding, and problems such as generation of flaws and defective dimensions in the extruded material 6 formed due to damage or wear of the hot extrusion die 101 occur. Was.

最近では、このような問題を解決するために、従来の超硬やSKD61で作製した熱間押出成形用ダイス101の誘導部となる貫通孔101aの内周面101bの部分にセラミックやサーメットをコーティングまたは厚くすることや、熱間押出成形用ダイス101をセラミックで作製することが模索されている。しかしながら、多くの問題が解決されないことから一般に普及していないのが現状である。   Recently, in order to solve such a problem, a ceramic or cermet is coated on the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a serving as a guiding portion of a hot extrusion die 101 made of conventional carbide or SKD61. Alternatively, it has been sought to increase the thickness and to produce the hot extrusion die 101 with ceramic. However, since many problems are not solved, it is not widely used in general.

例えば、アルミニウム合金の熱間押出成形に使用されるベアリング部となる熱間押出成形用ダイス101の貫通孔101aの内周面101bにセラミックスをコーティングすることが、特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示されている。   For example, it is possible to coat ceramics on the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a of the hot extrusion die 101 that becomes a bearing part used for hot extrusion of an aluminum alloy. It is disclosed in Document 3.

特許文献1、2では、熱間押出成形用ダイス101の母材をハイス鋼とし、少なくとも押出材料との摺動面となる部分にTiCを1μmの厚みでコーティングすることにより、押出材6と熱間押出成形用ダイス101の誘導部となる貫通孔101aの内周面101bの摺動抵抗が低減でき、押出速度を従来比20%向上できたことが開示されている。   In Patent Documents 1 and 2, the base material of the hot extrusion molding die 101 is made of high-speed steel, and at least a portion that becomes a sliding surface with the extruded material is coated with TiC to a thickness of 1 μm, whereby the extruded material 6 and the heat It is disclosed that the sliding resistance of the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a serving as the guiding portion of the inter-extrusion molding die 101 can be reduced, and the extrusion speed can be improved by 20% compared to the conventional technique.

また、特許文献3では、熱間押出成形用ダイス101の誘導部となる貫通孔101aの内周面101bにTiC、VC、TaC、WCなどのセラミックス層を放電硬化処理により厚み2〜10μmの範囲で被覆することが提案されており、熱間押出成形用ダイス101の母材については触れられてはいないが、被覆されたセラミックス層により、耐摩耗性が向上することが開示されている。   Moreover, in patent document 3, ceramic layers, such as TiC, VC, TaC, and WC, are 2-10 micrometers in thickness by the electric discharge hardening process on the internal peripheral surface 101b of the through-hole 101a used as the induction | guidance | derivation part of the die | dye 101 for hot extrusion molding. Although it has been proposed that the base material of the hot extrusion die 101 is not mentioned, it is disclosed that the wear resistance is improved by the coated ceramic layer.

また、特許文献4では、SKD材の熱間押出成形用ダイス101の誘導部となる貫通孔101aの内周面101bの表面にサーメットを厚み4〜15mmの範囲で厚くすることが提案されている。そこではサーメットの組成として、Cr32、NbC、WC、TiC、SiCの炭化物系セラミックスの一種または二種以上から選択され、Ni基またはNiCr基の合金マトリックスからなり、前記セラミックスが10〜30wt%含有してなるものである。これにより熱間押出成形時における貫通孔101aの内周面101bの表面から深さ4mmの位置で700℃に達したと仮定しても硬度を確保でき摩耗を防止できることと、さらに、熱間押出成形時の熱衝撃によるクラックを抑制し補強した部分の剥離を防止できることが開示されている。Further, Patent Document 4 proposes that the cermet is thickened in the thickness range of 4 to 15 mm on the surface of the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a serving as the guide portion of the hot extrusion molding die 101 of the SKD material. . In this case, the composition of the cermet is selected from one or more of Cr 3 C 2 , NbC, WC, TiC, SiC carbide ceramics, and is made of an Ni-based or NiCr-based alloy matrix, and the ceramic is 10 to 30 wt. % Content. As a result, even when it is assumed that the temperature reaches 700 ° C. at a depth of 4 mm from the surface of the inner peripheral surface 101b of the through-hole 101a at the time of hot extrusion molding, hardness can be secured and wear can be prevented. It has been disclosed that cracking due to thermal shock during molding can be suppressed and peeling of the reinforced portion can be prevented.

さらに、特許文献5では、熱間押出成形用ダイス101の本体を、ZrO2−Y23、ZrO2−MgO等のジルコニア系セラミックスまたは、Si34窒化珪素等のセラミックスにすることが提案されている。そこではアルミニウムの熱間押出成形時の押出材6への表面欠陥の発生を抑止しつつ、押出速度の増大を図ることが開示されている。Further, in Patent Document 5, the main body of the hot extrusion die 101 is made of zirconia ceramics such as ZrO 2 —Y 2 O 3 , ZrO 2 —MgO, or ceramics such as Si 3 N 4 silicon nitride. Proposed. There, it is disclosed to increase the extrusion speed while suppressing the occurrence of surface defects on the extruded material 6 during the hot extrusion of aluminum.

一方、特許文献6では、アルミニウム溶湯の鋳造等における高温加圧強度が要求される射出成形材やダイキャストスリーブに適した材質として、炭窒化チタン(TiCN)焼結体が提案されていて、炭窒化チタン(TiCN)粉体64重量部、炭化チタン(TiC)粉体30重量部、助剤としてAMF合金鉄粉体6重量部を使用し炭窒化チタン系サーメット焼結体を作製することが開示されている。
特開2000−63972号公報 特開2000−63973号公報 特開2000−102816号公報 特開2000−63975号公報 特許第2535025号公報 特開2003−321718号公報
On the other hand, in Patent Document 6, a titanium carbonitride (TiCN) sintered body has been proposed as a material suitable for injection molding materials and die-cast sleeves that require high-temperature pressure strength in casting of molten aluminum, etc. Disclosed is a titanium carbonitride-based cermet sintered body using 64 parts by weight of titanium nitride (TiCN) powder, 30 parts by weight of titanium carbide (TiC) powder, and 6 parts by weight of AMF alloy iron powder as an auxiliary. Has been.
JP 2000-63972 A JP 2000-63973 A JP 2000-102816 A JP 2000-63975 A Japanese Patent No. 2535025 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-321718

しかしながら、特許文献1、2で提案されたハイス鋼からなる貫通孔101aの内周面101bにTiCを1μmコーティングした場合、母材のハイス鋼とコーティングされたTiCの熱膨張係数差が大きいことからコーティングの剥離が生じやすい。また、TiCは450℃以上の環境下で酸化現象が起こり易くなり、高硬度材のTiCから著しく硬度劣化となるTiO2に置換反応が生じる熱劣化の問題があった。However, when 1 μm of TiC is coated on the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a made of high-speed steel proposed in Patent Documents 1 and 2, the difference in thermal expansion coefficient between the high-speed steel and the coated TiC is large. The coating tends to peel off. In addition, TiC is susceptible to an oxidation phenomenon in an environment of 450 ° C. or higher, and there is a problem of thermal deterioration in which a substitution reaction occurs in TiO 2 that is significantly hardened from TiC of a high-hardness material.

また、特許文献3で提案されたセラミックス層を貫通孔101aの内周面101bに放電加工処理により厚み2〜10μmの範囲でコーティングしたものにおいては、母材とコーティングされたセラミック層の熱膨張係数差が大きいことからコーティングの剥離の発生を回避出来るものではなかった。   Further, in the case where the ceramic layer proposed in Patent Document 3 is coated on the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a in a thickness range of 2 to 10 μm by electric discharge machining, the thermal expansion coefficient of the base material and the coated ceramic layer is obtained. Due to the large difference, it was not possible to avoid the occurrence of peeling of the coating.

また、特許文献4で提案されたSKD材の貫通孔101aの内周面101bに炭化物系のサーメットを厚み4〜15mmの範囲で厚くしたものにおいては、炭化物系サーメットの組成として、Cr32、NbC、WC、TiC、SiCの炭化物系セラミックスの一種または二種以上から選択されるが、これらの何れの炭化物系セラミックを僅か10〜30wt%含有使用しても、例えばアルミニウム合金との高い摺動特性が得られない。そのためアルミニウム合金の押出材6の成形時に誘導部となる貫通孔101aの内周面101bにアルミニウムが凝着し易くなり、破損するという問題や、または摩耗により成形された押出材6への傷の発生や寸法不良といった問題を回避出来るものではなかった。Further, in the case where the carbide cermet is thickened in the thickness range of 4 to 15 mm on the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a of the SKD material proposed in Patent Document 4, the composition of the carbide cermet is Cr 3 C 2. NbC, WC, TiC and SiC are selected from one or two or more kinds of carbide ceramics. Even if these carbide ceramics are used in an amount of only 10 to 30 wt%, for example, a high slip with an aluminum alloy is used. Dynamic characteristics cannot be obtained. Therefore, aluminum is likely to adhere to the inner peripheral surface 101b of the through-hole 101a serving as a guide portion during the molding of the aluminum alloy extrudate 6 and may be damaged, or damage to the extrudate 6 formed by wear may be caused. Problems such as generation and dimensional defects could not be avoided.

また、特許文献5で提案された熱間押出成形用ダイス101本体をジルコニア系セラミックス或いは窒化珪素セラミックスで作製したものにおいては、アルミニウム合金の熱間押出成形に耐えられる十分な高強度が得られないと言う理由から貫通孔101aの内周面101bが破損または摩耗により成形された押出材6への傷の発生や寸法不良といった問題を回避出来るものではなかった。   Further, in the case where the hot extrusion molding die 101 main body proposed in Patent Document 5 is made of zirconia ceramics or silicon nitride ceramics, sufficient high strength that can withstand hot extrusion molding of an aluminum alloy cannot be obtained. For this reason, it has not been possible to avoid problems such as generation of scratches and defective dimensions in the extruded material 6 formed by breakage or wear of the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a.

また、特許文献6では、アルミニウム溶湯鋳造材に適した材質として、TiCN−TiC系サーメット焼結体の製造方法が開示されているものの、TiCは450℃以上の環境下で酸化現象が起こり易くなり、高硬度材のTiCから著しく硬度劣化となるTiO2に置換反応が生じる熱劣化の理由から、アルミニウム合金等の熱間押出成形用のダイス材としては相応しいものではなかった。Patent Document 6 discloses a method for producing a TiCN-TiC cermet sintered body as a material suitable for a molten aluminum casting material, but TiC is liable to undergo an oxidation phenomenon in an environment of 450 ° C. or higher. The die material for hot extrusion molding of aluminum alloy or the like is not suitable because of the heat deterioration in which a substitution reaction occurs in TiO 2 which is remarkably deteriorated in hardness from TiC as a high hardness material.

本発明は、上記課題に鑑み、特に約400〜600℃の環境下において、高強度、高硬度、高靭性、高摺動性を備えた焼結体、およびこれを用いた摺動部材、成膜用材料並びに熱間押出成形用ダイスとその熱間押出成形用ダイスを用いた熱間押出成形装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention has a sintered body having high strength, high hardness, high toughness, and high slidability, and a sliding member using the same, particularly in an environment of about 400 to 600 ° C. An object of the present invention is to provide a film material, a hot extrusion die, and a hot extrusion molding apparatus using the hot extrusion die.

本発明の焼結体は、TiCNが58〜92.5質量%、Tiが0.01〜1質量%、TiCが0.01〜2質量%、TiNが0.01〜2質量%、残部がTaC、Ni、Crからなる。そしてTaCを1〜11質量%、Niを3〜13質量%、Crを3〜13質量%有するのがよい。   In the sintered body of the present invention, TiCN is 58 to 92.5 mass%, Ti is 0.01 to 1 mass%, TiC is 0.01 to 2 mass%, TiN is 0.01 to 2 mass%, and the balance is It consists of TaC, Ni, Cr. And it is good to have 1-11 mass% of TaC, 3-13 mass% of Ni, and 3-13 mass% of Cr.

また、前記焼結体はその粒度分布に2つのピークを有することが好ましく、1つのピークは1.0〜1.3μmの粒度範囲、他のピークは1.4〜1.7μmの粒度範囲にあり、前記粒度分布における1.0〜1.3μmの粒度範囲の結晶粒と1.4〜1.7μmの粒度範囲の結晶粒とが3:2〜1:1の重量比率であるのがよい。さらに、前記焼結体の結晶粒は球状であるのがよい。   The sintered body preferably has two peaks in its particle size distribution, one peak in the particle size range of 1.0 to 1.3 μm and the other peak in the particle size range of 1.4 to 1.7 μm. The crystal grains in the particle size range of 1.0 to 1.3 μm and the crystal grains in the particle size range of 1.4 to 1.7 μm in the particle size distribution may have a weight ratio of 3: 2 to 1: 1. . Furthermore, the crystal grains of the sintered body are preferably spherical.

本発明の摺動部材および成膜用材料は、前記焼結体を用いて形成されており、例えばスライダーやターゲット材などがある。   The sliding member and film forming material of the present invention are formed using the sintered body, and examples thereof include a slider and a target material.

そして、本発明の熱間押出成形用ダイスは、前記焼結体を用いて形成されている。そして、この熱間押出成形用ダイスは、板形状の中心付近に貫通孔を有し、少なくとも該貫通孔の内周面にアモルファス膜を形成されているのがよい。さらに、前記アモルファス膜がアルミナもしくはシリコンカーバイドからなり、該アモルファス膜が厚み0.2〜1.2μmであるのがよい。   And the die | dye for hot extrusion molding of this invention is formed using the said sintered compact. The hot extrusion die preferably has a through hole in the vicinity of the center of the plate shape, and an amorphous film is preferably formed at least on the inner peripheral surface of the through hole. Further, it is preferable that the amorphous film is made of alumina or silicon carbide, and the amorphous film has a thickness of 0.2 to 1.2 μm.

本発明の熱間押出成形装置は、前記熱間押出成形用ダイスを筒状のダイケースの一方端側に装着し、上記ダイケースの他方端側を筒状のコンテナの一方端側に装着し、押出材をコンテナから押出すための押し出し機構を上記コンテナに配置したものである。   In the hot extrusion molding apparatus of the present invention, the hot extrusion molding die is attached to one end side of a cylindrical die case, and the other end side of the die case is attached to one end side of a cylindrical container. The extrusion mechanism for extruding the extruded material from the container is arranged in the container.

本発明の熱間押出成形用ダイスの製造方法は、平均粒径0.3〜0.7μmのTiCN粉末と、平均粒径1.2〜2μmのTiCN粉末とを7:3〜9:1の比率で混合し、さらに平均粒径1.5μm以下のTaC粉末と、平均粒径2μm以下のNi粉末及びCr粉末とを加えて、溶媒とともに粉砕混合してスラリーとする工程を有する。   The method for producing a hot extrusion die of the present invention comprises a TiCN powder having an average particle size of 0.3 to 0.7 μm and a TiCN powder having an average particle size of 1.2 to 2 μm of 7: 3 to 9: 1. Mixing at a ratio, and further adding TaC powder having an average particle size of 1.5 μm or less, Ni powder and Cr powder having an average particle size of 2 μm or less, and pulverizing and mixing with a solvent to form a slurry.

本発明の焼結体は、TiCNが58〜92.5質量%、Tiが0.01〜1質量%、TiCが0.01〜2質量%、TiNが0.01〜2質量%からなるので、前記焼結体を用いて形成した本発明の熱間押出成形用ダイスは、特に約400〜600℃の高温環境下においても、高強度、高靭性が保持できるとともに、押出材の摺動抵抗を低く抑制できるという効果がある。   The sintered body of the present invention is composed of 58 to 92.5% by mass of TiCN, 0.01 to 1% by mass of Ti, 0.01 to 2% by mass of TiC, and 0.01 to 2% by mass of TiN. The die for hot extrusion molding of the present invention formed using the sintered body can maintain high strength and high toughness even in a high temperature environment of about 400 to 600 ° C., and the sliding resistance of the extruded material. Can be suppressed low.

また、前記熱間押出成形用ダイス1は、板形状の中心付近に貫通孔を有し、少なくとも該貫通孔の内周面にアモルファス膜を形成したことから、熱間押出成形における約400〜600℃付近の予備加熱時に、前記アモルファス膜が貫通孔の内周面の酸化を防止するので熱間押出成形前の熱間押出成形用ダイスの強度低下(粒子間結合力低下)を防止できる。   The hot extrusion die 1 has a through hole in the vicinity of the center of the plate shape, and an amorphous film is formed at least on the inner peripheral surface of the through hole. Since the amorphous film prevents oxidation of the inner peripheral surface of the through-hole at the time of preheating near about 0 ° C., it is possible to prevent a decrease in strength (a decrease in bonding strength between particles) of the hot extrusion die before hot extrusion.

さらに、前記アモルファス膜をアルミナもしくはシリコンカーバイドとすることにより約600℃程度までの耐酸化作用があることから、熱間押出成形前の予備加熱時の熱間押出成形用ダイスの貫通孔の内周面の酸化防止効果をさらに向上できる。   Furthermore, since the amorphous film is made of alumina or silicon carbide, it has an oxidation resistance up to about 600 ° C., so that the inner periphery of the through hole of the hot extrusion die during preheating before hot extrusion molding The surface antioxidant effect can be further improved.

そして、前記アモルファス膜の好ましい厚みは0.2〜1.2μmであり、厚みが少なくとも0.2μm以上であれば、ムラなく熱間押出成形用ダイスの表面を保護でき、高温下での表層からの酸化の問題を防止出来る。そして本来予備加熱時の酸化防止が目的であるので1.2μmあれば十分である。1.2μmを大幅に超える程の厚膜にしてしまうと、殊に2μmを超える様な厚膜では内部応力により膜の密着性が低下してしまい、セッティング時などの作業でアモルファス膜が剥がれる虞がある。そして、予備加熱温度が約500℃以下の場合はシリコンカーバイドのアモルファス膜、約650℃以下の場合はアルミナのアモルファス膜を形成することにより、貫通孔の内周面の酸化を防止できる。   And the preferable thickness of the said amorphous film is 0.2-1.2 micrometers, and if the thickness is at least 0.2 micrometer or more, the surface of the die | dye for hot extrusion molding can be protected evenly, from the surface layer under high temperature Can prevent oxidation problems. And since it is originally intended to prevent oxidation during preheating, 1.2 μm is sufficient. If the film thickness is much larger than 1.2 μm, the adhesion of the film will decrease due to internal stress, especially if the film thickness exceeds 2 μm, and the amorphous film may be peeled off during setting work. There is. By forming a silicon carbide amorphous film when the preheating temperature is about 500 ° C. or less, and forming an alumina amorphous film when the preheating temperature is about 650 ° C. or less, oxidation of the inner peripheral surface of the through hole can be prevented.

そして、前記熱間押出成形用ダイスを筒状のダイケースの一方端側に装着し、上記ダイケースの他方端側を筒状のコンテナの一方端側に装着し、押出材をコンテナから押出すための押し出し機構を上記コンテナに配置して熱間押出成形装置として用いれば、前記熱間押出成形用ダイスは、高温時における強度、硬度、靭性が優れていることから、熱間押出成形用ダイスの摩耗や破損を防止できるとともに、押出材への傷や寸法の問題が抑えられ、熱間押出成形の連続成形時間の大幅な向上が図れる。   Then, the hot extrusion molding die is attached to one end side of a cylindrical die case, the other end side of the die case is attached to one end side of the cylindrical container, and the extruded material is extruded from the container. If the extrusion mechanism for this is arranged in the container and used as a hot extrusion molding device, the hot extrusion die is excellent in strength, hardness and toughness at high temperatures. Can be prevented from being worn and damaged, and the problems of scratches and dimensions on the extruded material can be suppressed, and the continuous molding time of the hot extrusion molding can be greatly improved.

また、本発明の熱間押出成形用ダイスの製造方法は、TiCN系サーメット材となる原料粉体を、平均粒径0.3〜0.7μmのTiCN粉末と、平均粒径1.2〜2μmのTiCN粉末とを7:3〜9:1の比率で混合し、さらに平均粒径1.5μm以下のTaC粉末と、平均粒径2μm以下のNi粉末及びCr粉末とを加えてなる。そして、該原料粉体を溶媒とともに粉砕混合してスラリーとする工程としたことから、前記粗粒TiCN結晶粒子の周囲を前記微細TiCN結晶粒子で埋め尽くされることによって共有結合焼結または固相結合が促進されるために、TiCN結晶粒子がTi,TiC,TiNへ分解することを低く抑えて焼結させることができる。このようにして得られた焼結体を用いて本発明の熱間押出成形用ダイスを作製するとTi,TiC,TiNの介在が低く抑えられていることから、高温時における耐酸化性の抑制効果があり、その結果、高摺動性が確保できるのである。   Moreover, the manufacturing method of the die | dye for hot extrusion molding of this invention is the raw material powder used as a TiCN type | system | group cermet material, TiCN powder with an average particle diameter of 0.3-0.7 micrometer, and average particle diameter of 1.2-2 micrometers. The TiCN powder is mixed at a ratio of 7: 3 to 9: 1, and TaC powder having an average particle size of 1.5 μm or less, and Ni powder and Cr powder having an average particle size of 2 μm or less are added. Since the raw material powder is pulverized and mixed with a solvent to form a slurry, the surroundings of the coarse TiCN crystal particles are filled with the fine TiCN crystal particles, thereby performing covalent bonding sintering or solid phase bonding. Therefore, the TiCN crystal particles can be sintered while suppressing the decomposition of TiCN crystal particles into Ti, TiC, and TiN. When the hot-extrusion die of the present invention is produced using the sintered body thus obtained, since the intervention of Ti, TiC and TiN is kept low, the effect of suppressing oxidation resistance at high temperatures As a result, high slidability can be secured.

本発明の熱間押出成形用ダイスが組み込まれた熱間押出成形装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the hot extrusion molding apparatus in which the die | dye for hot extrusion molding of this invention was integrated. 本発明の試験片の斜視図である。It is a perspective view of the test piece of this invention. 3点曲げ抗折強度の測定方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the measuring method of 3 point | piece bending bending strength. (a)は本発明の熱間押出成形用ダイスの平面図、(b)はその断面図である。(A) is a top view of the die for hot extrusion molding of this invention, (b) is the sectional drawing. 従来の熱間押出成形用ダイスの断面図である。It is sectional drawing of the conventional die for hot extrusion molding. 本発明の熱間押出成形用ダイスとなるTiCN系サーメット材のTG−DTA示差熱分析チャートである。It is a TG-DTA differential thermal analysis chart of the TiCN type cermet material used as the hot extrusion die of the present invention. アルミナアモルファス膜のTG−DTA示差熱分析チャートである。It is a TG-DTA differential thermal analysis chart of an alumina amorphous film. シリコンカーバイドアモルファス膜のTG−DTA示差熱分析チャートである。It is a TG-DTA differential thermal analysis chart of a silicon carbide amorphous film. 従来の熱間押出成形装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional hot extrusion molding apparatus. 本発明の熱間押出成形用ダイスのTi、TiC、TiNの組成を示すダイアグラムである。It is a diagram which shows the composition of Ti of the hot extrusion die of this invention, TiC, and TiN.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の焼結体は、TiCN58〜92.5質量%、Ti0.01〜1質量%、TiC0.01〜2質量%、TiN0.01〜2質量%、残部がTaC、Ni、Crからなることが重要である。さらにTaC1〜11質量%を有することが望ましい。さらにNi3〜13質量%、Cr3〜13質量%を有することが望ましい。なお残部はFeなどの不可避不純物になる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The sintered body of the present invention is composed of TiCN 58-92.5% by mass, Ti 0.01-1% by mass, TiC 0.01-2% by mass, TiN 0.01-2% by mass, the balance being TaC, Ni, Cr. is important. Furthermore, it is desirable to have TaC1-11 mass%. Furthermore, it is desirable to have Ni 3-13 mass% and Cr 3-13 mass%. The balance becomes inevitable impurities such as Fe.

前記焼結体は、粒度分布において2つのピークを有することが好ましく、また該ピークがそれぞれ1.0〜1.3μmと1.4〜1.7μmの粒度範囲内であることが好ましい。
一方のピークが1.0μm未満だと微細粒子のみの凝集が起こりやすく、微細粒子の凝集は異常粒子成長の核となって来るために、脱粒や靭性および強度かが劣化するという不具合があり、1.3μmより大きいと共有結合焼結または固相結合が不十分であるためにTiCN結晶粒子がTi,TiC,TiNへ分解するという不具合がある。
また他方のピークが1.4μm未満だと粒径が大きくなりすぎて摺動性が確保できないという不具合があり、1.7μmより大きいと共有結合焼結または固相結合が不十分であるためにTiCN結晶粒子がTi,TiC,TiNへ分解するという不具合がある。
The sintered body preferably has two peaks in the particle size distribution, and the peaks are preferably in the particle size ranges of 1.0 to 1.3 μm and 1.4 to 1.7 μm, respectively.
If one peak is less than 1.0 μm, only fine particles tend to aggregate, and the aggregation of fine particles becomes the core of abnormal particle growth, so there is a problem that the grain size and toughness and strength deteriorate, If it is larger than 1.3 μm, there is a problem that the TiCN crystal particles decompose into Ti, TiC and TiN because the covalent bond sintering or the solid phase bond is insufficient.
On the other hand, if the other peak is less than 1.4 μm, there is a problem that the particle size becomes too large to ensure slidability, and if it exceeds 1.7 μm, covalent bond sintering or solid phase bonding is insufficient. There is a problem that TiCN crystal particles decompose into Ti, TiC, and TiN.

また、1.0〜1.3μmの範囲でのピークと1.4〜1.7μmでのピークの比が3:2〜1:1の重量比率であることが好ましい。1.0〜1.3μmでのピークが60%以上であると微細粒子同士の凝集が起こりやすくなり、異常粒子成長の核となって脱粒や強度劣化するために摺動性が確保できないという不具合があり、50%未満であると共有結合焼結または固相結合が不十分であるためにTiCN結晶粒子がTi,TiC,TiNへ分解するという不具合がある。
なお、前記焼結体の粒度分布における2つのピークは、所定の粒度をもった微細粉末と粗粒粉末を所定の配合比で混合したTiCN原料粉体を用いることにより所望の粒度範囲のものを得ることができる。
The ratio of the peak in the range of 1.0 to 1.3 μm and the peak in the range of 1.4 to 1.7 μm is preferably a weight ratio of 3: 2 to 1: 1. If the peak at 1.0 to 1.3 μm is 60% or more, the aggregation of fine particles is likely to occur, and it becomes the nucleus of abnormal particle growth, and the slidability cannot be ensured due to degranulation and strength deterioration. If the content is less than 50%, the covalent bonding sintering or solid phase bonding is insufficient, so that there is a problem that the TiCN crystal particles decompose into Ti, TiC and TiN.
The two peaks in the particle size distribution of the sintered body are those in a desired particle size range by using a TiCN raw material powder in which a fine powder having a predetermined particle size and a coarse powder are mixed at a predetermined mixing ratio. Obtainable.

また、前記焼結体の結晶粒は球状であることが好ましい。前記結晶粒が球状であると、焼結体を使ったダイス表面での原料押出時の滑りが安定する。   In addition, the crystal grains of the sintered body are preferably spherical. When the crystal grains are spherical, the slippage at the time of raw material extrusion on the die surface using the sintered body is stabilized.

本発明の焼結体は、摺動部材や成膜用材料に用いることができる。前記焼結体を用いて形成された摺動部材を熱間押出成形用ダイスや熱間絞りダイスに用いた場合、高摺動性を得ることができる。また、前記焼結体を用いて形成された成膜用材料を熱間押出成形用ダイスや熱間絞りダイスの摺動部に形成した場合、高摺動性を得ることができる。   The sintered body of the present invention can be used for sliding members and film forming materials. When the sliding member formed using the sintered body is used for a hot extrusion die or a hot drawing die, high slidability can be obtained. Moreover, when the film-forming material formed using the sintered body is formed on a sliding portion of a hot extrusion die or a hot drawing die, high slidability can be obtained.

図1に、本発明の熱間押出成形用ダイス1が筒状のダイケース2に嵌入された熱間押出成形装置11の概略の縦断面図を示した。例えば、アルミニウム合金の押出材6の成形は、アルミニウム合金等の柱状鋳塊を加熱したビレット5を筒状のコンテナ3の中に入れ、押出機構4で押し出すことにより口金金型である熱間押出成形用ダイス1から所望の押出材6が成形される。
本発明の熱間押出成形用ダイス1は、前記焼結体を用いて形成されている。前記熱間押出成形用ダイス1を形成する焼結体の成分含有量を、TiCN58〜92.5質量%、TaC1〜11質量%、Ni3〜13質量%、Cr3〜13質量%としたのは、TiCNが58質量%未満の場合は、高い滑り性(高摺動性)を得ることができず、TiCNが92.5質量%を超えると焼結性が著しく低下し、高硬度、高強度が得られないからである。
FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a hot extrusion molding apparatus 11 in which the hot extrusion molding die 1 of the present invention is fitted in a cylindrical die case 2. For example, the extrusion material 6 made of aluminum alloy is formed by hot extrusion which is a die die by putting a billet 5 in which a columnar ingot such as an aluminum alloy is heated into a cylindrical container 3 and extruding it by an extrusion mechanism 4. A desired extruded material 6 is formed from the forming die 1.
The hot extrusion molding die 1 of the present invention is formed using the sintered body. The component content of the sintered body forming the hot extrusion die 1 was TiCN 58-92.5% by mass, TaC 1-11% by mass, Ni 3-13% by mass, Cr 3-13% by mass, When TiCN is less than 58% by mass, high slipperiness (high slidability) cannot be obtained, and when TiCN exceeds 92.5% by mass, the sinterability is remarkably lowered, and high hardness and high strength are obtained. It is because it cannot be obtained.

また、TaCが1質量%未満の場合は、高温下での耐酸化性及び焼結性が低下し、11質量%を超えると摺動特性が低下してしまう。また、NiとCrがそれぞれに於いて3質量%未満の場合は、焼結性の低下及び緻密化が確保できなくなり、NiとCrがそれぞれに於いて13質量%を超えると高硬度の確保ができず耐磨耗性が低下する。   On the other hand, when TaC is less than 1% by mass, the oxidation resistance and sinterability at high temperatures are lowered, and when it exceeds 11% by mass, the sliding characteristics are lowered. In addition, when Ni and Cr are less than 3% by mass, it is impossible to secure a decrease in sinterability and densification, and when Ni and Cr exceed 13% by mass, high hardness can be ensured. It is not possible to reduce the wear resistance.

そして、Ti0.01〜1質量%、TiC0.01〜2質量%、TiN0.01〜2質量%としたのは、前記Tiが1質量%、TiCが2質量%、TiNが2質量%を超えるとTiC、TiN及びTi金属が所望量以上で介在することとなり耐酸化性が低下するからである。その結果、高摺動性が著しく低下することになり、本焼結体を熱間押出成形用ダイス1として用いた場合、約400〜600℃の高温環境下での熱劣化と摺動性が阻害されると言った問題が生ずる。   And Ti 0.01-1% by mass, TiC 0.01-2% by mass, TiN 0.01-2% by mass, Ti is 1% by mass, TiC is 2% by mass, TiN exceeds 2% by mass. This is because TiC, TiN, and Ti metal are present in a desired amount or more, and the oxidation resistance is lowered. As a result, the high slidability is remarkably lowered, and when this sintered body is used as the hot extrusion die 1, thermal degradation and slidability in a high temperature environment of about 400 to 600 ° C. The problem of being disturbed arises.

また、Ti、TiC、TiNが0.01質量%未満であれば、局所的な結晶増大化が進み、結晶粒子状態が不均一となり強度が劣化する虞があることから、Ti、TiC、TiNのいずれの含有量も0.01質量%以上であることが重要である。   Further, if Ti, TiC, and TiN are less than 0.01% by mass, local crystal increase proceeds, the crystal particle state becomes non-uniform, and the strength may be deteriorated. It is important that any content is 0.01% by mass or more.

上記したTiCN、Ti、TiCおよびTiNによれば、所定の微細粉末と粗粉末を所定の配合比で混合した所定量のTiCN原料粉体を用いて焼結させることにより、TiCNと、TiCNの分解により生成されるTi、TiCおよびTiNがそれぞれ所望の割合となるものを得ることができる。   According to the TiCN, Ti, TiC and TiN described above, the TiCN and the TiCN are decomposed by sintering using a predetermined amount of TiCN raw material powder obtained by mixing a predetermined fine powder and a coarse powder at a predetermined blending ratio. The Ti, TiC, and TiN produced by the above can be obtained in desired ratios.

なお、通常押出材6の成形を一旦中断した際は、熱間押出成形用ダイス1の誘導部となる貫通孔1aの内周面1bをNaOHなどを用いてアルカリ洗浄をし、アルミニウム合金等の付着物を除去し再度使用する場合、従来ダイス素材として使用されていた超硬やSKD61ではこれらの洗浄液により表面層が腐食されてしまい表面硬度が著しく低下することがある。しかしながら、本発明の熱間押出成形用ダイス1のTiCN−TaC−Ni−Crを主成分とする焼結体はNaOHなどのアルカリ洗浄では腐食されることはなく、摩耗で使えなくなるまで何度でも繰り返し使用することができる。   In addition, when the molding of the extrusion material 6 is temporarily interrupted, the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a serving as the guide portion of the hot extrusion molding die 1 is alkali-washed with NaOH or the like to obtain an aluminum alloy or the like. When the deposits are removed and used again, carbide or SKD61, which has been conventionally used as a die material, may corrode the surface layer by these cleaning solutions, and the surface hardness may be significantly reduced. However, the sintered body mainly composed of TiCN-TaC-Ni-Cr of the hot extrusion die 1 of the present invention is not corroded by alkaline cleaning with NaOH or the like, and can be used any number of times until it becomes unusable due to wear. Can be used repeatedly.

また、前記貫通孔1aの内周面1bの好ましい表面粗さRaは0.05μm以下であり、前記Raが0.05μmを超えると押出材6の表面の平滑性が得られなくなる。   Moreover, the preferable surface roughness Ra of the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a is 0.05 μm or less, and when the Ra exceeds 0.05 μm, the smoothness of the surface of the extruded material 6 cannot be obtained.

また、前記貫通孔1aは、板形状の熱間押出成形用ダイス1の中心付近に形成されていて、少なくとも前記貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成することが好ましい。アルミニウム合金等の熱間押出成形においては、ビレット5の均一加熱と内部に介在する空気脱泡の目的から、約400〜600℃の温度で熱間押出成形装置11の内面の予備加熱を約1時間(hr)程度行う。そのため、この予備加熱時の貫通孔1aの内周面1bの酸化を防止する目的でアモルファス膜1cを形成する。   The through hole 1a is preferably formed in the vicinity of the center of the plate-shaped hot extrusion die 1 and an amorphous film 1c is formed at least on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a. In hot extrusion molding of aluminum alloy or the like, preheating of the inner surface of the hot extrusion molding apparatus 11 is performed at a temperature of about 400 to 600 ° C. for about 1 for the purpose of uniform heating of the billet 5 and air defoaming inside. Perform for about time (hr). Therefore, the amorphous film 1c is formed for the purpose of preventing oxidation of the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a during the preheating.

即ち、本発明のTiCN系サーメットは、従来の超硬、SKD61、さらには、炭化物系サーメットに比べ高温において酸化し難い材質であるものの、ある程度の酸化は抑止できない。したがって酸化による粒子間結合力が低下することを防止するために、前記貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成するのが望ましい。   That is, the TiCN-based cermet of the present invention is a material that is difficult to oxidize at a high temperature as compared with conventional carbide, SKD61, and carbide-based cermet, but a certain degree of oxidation cannot be suppressed. Therefore, it is desirable to form the amorphous film 1c on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a in order to prevent the bonding force between particles due to oxidation from decreasing.

さらに、前記アモルファス膜1cはアルミナ若しくは、シリコンカーバイドで形成することが好ましい。アルミナやシリコンカーバイドの熱酸化反応は約600℃超から始まることから、熱間押出成形時の予備加熱温度が約600℃以下であれば予備加熱時における前記内周面1bの酸化による強度低下の防止ができる。より具体的には、押出材6の成形前の予備加熱温度が約550℃以下の場合はシリコンカーバイドのアモルファス膜1c、約600℃以下の場合はアルミナのアモルファス膜1cを形成することにより貫通孔1aの内周面1bの酸化を防止できるものであり、予備加熱温度によりアモルファス膜1cの材質を適宜選択すれば良い。   Furthermore, the amorphous film 1c is preferably formed of alumina or silicon carbide. Since the thermal oxidation reaction of alumina or silicon carbide starts at about 600 ° C. or more, if the preheating temperature at the time of hot extrusion is about 600 ° C. or less, the strength decreases due to oxidation of the inner peripheral surface 1b at the time of preheating. It can be prevented. More specifically, when the preheating temperature before molding of the extruded material 6 is about 550 ° C. or less, a silicon carbide amorphous film 1c is formed, and when it is about 600 ° C. or less, an alumina amorphous film 1c is formed to form a through hole. It is possible to prevent oxidation of the inner peripheral surface 1b of 1a, and the material of the amorphous film 1c may be appropriately selected depending on the preheating temperature.

尚、前記アモルファス膜1cは、必ずしもアルミナまたはシリコンカーバイドに限るのではなく、熱交換機用のアルミ冷媒管用の熱間押出成形用であればシリコンナイトライド、チタンナイトライド、チタニアを用いても何ら問題はない。   The amorphous film 1c is not necessarily limited to alumina or silicon carbide, but any problem may be caused even if silicon nitride, titanium nitride or titania is used for hot extrusion molding for aluminum refrigerant pipes for heat exchangers. There is no.

さらに、前記アモルファス膜1cの厚みtは0.2〜1.2μmであることが望ましく、アモルファス膜1cの厚みtが少なくとも0.2μm以上であれば、ムラなく貫通孔1aの内周面1bを保護でき、高温下での表層からの酸化の問題を防止出来る。一方で、前記アモルファス膜1cの厚みtが1.2μmを超える程の厚膜にしてしまうと、特には2μmを超える様な厚膜では膜の密着性が低下してしまい、セッティング時などの作業でアモルファス膜1cが剥がれてしまうことがある。尚、より好ましいアモルファス膜1cの厚みtは、0.5〜1.0μmである。   Further, the thickness t of the amorphous film 1c is preferably 0.2 to 1.2 μm. If the thickness t of the amorphous film 1c is at least 0.2 μm or more, the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a is uniformly formed. It can protect and prevent the problem of oxidation from the surface layer under high temperature. On the other hand, if the thickness t of the amorphous film 1c exceeds 1.2 μm, the film adhesion deteriorates particularly in the case of a thick film exceeding 2 μm. As a result, the amorphous film 1c may be peeled off. A more preferable thickness t of the amorphous film 1c is 0.5 to 1.0 μm.

そして、前記アモルファス膜1cは、熱間押出成形用ダイス1の貫通孔1aの内周面1bのみならず、側面1dに形成すると周囲からの酸化による劣化を抑止できる。   When the amorphous film 1c is formed not only on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a of the hot extrusion die 1 but also on the side surface 1d, deterioration due to oxidation from the surroundings can be suppressed.

また、押出材6の熱間押出成形を開始するとアモルファス膜1cはビレット5との摺動抵抗で直ぐに剥離消滅してしまうが、押出材6が酸素と熱を吸収することにより誘導部の接触温度が低下し、酸化が問題となるようなレベルに達しない。   Moreover, when hot extrusion molding of the extruded material 6 is started, the amorphous film 1c is immediately peeled off due to sliding resistance with the billet 5, but the contact temperature of the induction part is absorbed by the extruded material 6 absorbing oxygen and heat. Will not reach a level where oxidation becomes a problem.

しかし、前述したように押出材6の成形を一旦中断し、再度成形を開始する場合、貫通孔1aの内周面1bをNaOHなどのアルカリ洗浄をし、アルミニウム合金の付着物を除去し再度使用することもある。その際は再度予備加熱時の酸化を防止するために、剥離したアモルファス膜1cを再度付与すれば、何ら問題なく繰り返し使用することが可能である。   However, as described above, when the molding of the extruded material 6 is temporarily interrupted and the molding is started again, the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a is washed with alkali such as NaOH to remove the deposits of the aluminum alloy and used again. Sometimes. In that case, in order to prevent oxidation at the time of preheating again, if the peeled amorphous film 1c is applied again, it can be used repeatedly without any problem.

つぎに、図1に示すように、本発明の熱間押出成形装置11は本発明の熱間押出成形用ダイス1を筒状のダイケース2の一方端側に装着し、上記ダイケース2の他方端側を筒状のコンテナ3の一方端側に装着し、押出材6をコンテナ3から押出すための押し出し機構4を上記コンテナ3に配置してなる。該熱間押出成形装置11を約400〜600℃の高温下の熱間押出成形に用いると、もっともダメージのかかる熱間押出成形用ダイス1が高温時における強度、硬度、靭性に優れていることからその摩耗や破損の虞が少なく、したがって押出材6への傷や寸法の問題の発生を抑えられ、連続成形時間の大幅な向上が図れる。   Next, as shown in FIG. 1, the hot extrusion molding apparatus 11 of the present invention mounts the hot extrusion molding die 1 of the present invention on one end side of a cylindrical die case 2, and The other end side is mounted on one end side of the cylindrical container 3, and an extrusion mechanism 4 for extruding the extruded material 6 from the container 3 is arranged in the container 3. When the hot extrusion molding apparatus 11 is used for hot extrusion molding at a high temperature of about 400 to 600 ° C., the most damaged hot extrusion die 1 is excellent in strength, hardness, and toughness at high temperatures. Therefore, there is little risk of wear or breakage, and therefore the occurrence of scratches and dimensional problems on the extruded material 6 can be suppressed, and the continuous molding time can be greatly improved.

次に、本発明の熱間押出成形用ダイス1の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the hot extrusion die 1 of the present invention will be described.

本発明の熱間押出成形用ダイス1の製造方法は、原料粉体として平均粒径0.3〜0.7μmの微細TiCN粉末と、平均粒径1.2〜2μmの粗粒TiCN粉末とを7:3〜9:1の比率で所定量を混合し、さらに平均粒径1.5μm以下のTaC粉末と、平均粒径2μm以下のNi粉末及びCr粉末とを所定量加えて、溶媒とともに粉砕混合してスラリーとする工程を有してなるものである。   The manufacturing method of the hot extrusion die 1 of the present invention includes a fine TiCN powder having an average particle size of 0.3 to 0.7 μm and a coarse TiCN powder having an average particle size of 1.2 to 2 μm as raw material powders. A predetermined amount is mixed at a ratio of 7: 3 to 9: 1, and a predetermined amount of TaC powder having an average particle size of 1.5 μm or less, and Ni powder and Cr powder having an average particle size of 2 μm or less are added, and pulverized with a solvent. It has the process of mixing and making it a slurry.

ここで、TiCN原料粉体の平均粒径0.3〜0.7μmの微細TiCN粉末と平均粒径1.2〜2μmの粗粒TiCN粉末とを7:3〜9:1の比率で所定量を混合する理由は、焼結段階において、粗粒TiCN結晶粒子の周囲が微細TiCN結晶粒子で埋め尽くされることによって、共有結合焼結または固相結合が促進され、TiCN結晶粒子がTi,TiC,TiNへ分解することを抑制して焼結させることができるからである。   Here, a predetermined amount of fine TiCN powder having an average particle size of 0.3 to 0.7 μm and coarse TiCN powder having an average particle size of 1.2 to 2 μm in a ratio of 7: 3 to 9: 1. The reason for mixing is that, in the sintering stage, the surroundings of the coarse TiCN crystal particles are filled with fine TiCN crystal particles, whereby the covalent bond sintering or solid phase bonding is promoted, and the TiCN crystal particles become Ti, TiC, It is because it can sinter while suppressing decomposition to TiN.

そして、得られたスラリーを公知のスプレードライヤーにて乾燥し造粒する。   And the obtained slurry is dried and granulated by a known spray dryer.

つぎに、前記の方法で作製した粉体を公知のラバープレスにて、板状の成形体を成形し、公知の切削加工にて所望の形状を得る。尚、板状の成形体の中心付近に予め貫通孔を形成しておくと、成形体の焼成後にワイヤー放電加工により所望の貫通孔に加工することができる。   Next, the powder produced by the above method is formed into a plate-like molded body by a known rubber press, and a desired shape is obtained by a known cutting process. In addition, if a through-hole is previously formed near the center of a plate-shaped molded body, it can be processed into a desired through-hole by wire electric discharge machining after the molded body is fired.

つぎに、前記成形体を公知の真空炉にて1.33Pa以下に減圧した雰囲気下にて最高キープ温度1350〜1500℃にて1時間(hr)焼成する。焼成温度が1350℃以下では十分に緻密化せず、1500℃を超えると金属成分が昇華し、またTiCN組成が分解し始めることから、好ましい焼成温度は1350〜1500℃である。   Next, the compact is fired for 1 hour (hr) at a maximum keep temperature of 1350 to 1500 ° C. in an atmosphere reduced to 1.33 Pa or less in a known vacuum furnace. When the firing temperature is 1350 ° C. or lower, it is not sufficiently densified, and when it exceeds 1500 ° C., the metal component is sublimated and the TiCN composition starts to decompose, so the preferred firing temperature is 1350-1500 ° C.

つぎに、得られた焼結体をワイヤー放電加工及び研削加工にて所望の形状にした後、押出材6の貫通孔1aの内周面1bを表面粗さRaが0.05μm以下となるように流体砥粒にて磨き仕上げる。   Next, after making the obtained sintered body into a desired shape by wire electric discharge machining and grinding, the surface roughness Ra of the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a of the extruded material 6 is 0.05 μm or less. Finish with fluid abrasive.

以上の工程で本発明の熱間押出成形用ダイス1が作製されるが、貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成する場合は、スパッタ法にて、アルミナまたはシリコンカーバイドを厚みtが0.2〜1.2μmの範囲で成膜するのが望ましい。尚、アモルファス膜1cは、貫通孔1aの内周面1bのみならず、側面1dに形成しても何ら問題はなく、その場合、両側面1dから施しても良い。   The hot extrusion molding die 1 of the present invention is manufactured through the above steps. When the amorphous film 1c is formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a, alumina or silicon carbide is formed with a thickness t by sputtering. Is preferably in the range of 0.2 to 1.2 μm. The amorphous film 1c may be formed not only on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a but also on the side surface 1d. In that case, the amorphous film 1c may be applied on both side surfaces 1d.

以上のように、本発明の熱間押出成形用ダイス1およびこれを用いた本発明の熱間押出成形装置11は、高温下において高い強度と耐摩耗性を備えたことから、産業用や家庭用のアルミニウム合金押出材の熱間押出成形用として適するが、殊に、車載用のラジエーター、インタークーラー、エアコンコンデンサーなどの冷媒管やフィンの成形用に好適に用いることができる。   As described above, the hot extrusion die 1 of the present invention and the hot extrusion molding apparatus 11 of the present invention using the die 1 have high strength and wear resistance at high temperatures. It is suitable for hot extrusion molding of aluminum alloy extruded materials for use, and in particular, it can be suitably used for molding refrigerant tubes and fins such as in-vehicle radiators, intercoolers, and air conditioner condensers.

また、その用途は、前記アルミニウム合金熱間押出成形用に限らず、銅合金やチタン合金熱間押出成形用としても好適である。   Moreover, the use is not limited to the aluminum alloy hot extrusion molding, but is also suitable for copper alloy and titanium alloy hot extrusion molding.

以下本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
本発明の熱間押出成形用ダイス1の母材であるTiCN系サーメットからなる焼結体を、各々の粉体を6水準の含有量に分けて作製した。TiCN粉末は、平均粒径で0.5μmの微細TiCN粉末と平均粒径で1.7μmの粗粒TiCN粉末を8:2の比率で所定量を混合し、残りを所定量の平均粒径で1.2μmのTaC粉末と、1.6μmのNi粉末及び1.4μmのCr粉末をSUS製のボールミルに入れ、SUS製の2Φ5サイズの粉砕用ボールを総粉体相当分と同容量、2倍相当容量のエタノール及びパラフィン系ワックスを総粉体質量比で3%加算して48時間(hr)粉砕混合しスラリーを作製した。
[Example 1]
A sintered body made of TiCN cermet, which is a base material of the hot extrusion die 1 of the present invention, was prepared by dividing each powder into 6 levels. The TiCN powder is prepared by mixing a predetermined amount of fine TiCN powder having an average particle diameter of 0.5 μm and coarse TiCN powder having an average particle diameter of 1.7 μm at a ratio of 8: 2, and the rest being an average particle diameter of a predetermined amount. 1.2μm TaC powder, 1.6μm Ni powder and 1.4μm Cr powder are put into a SUS ball mill, and SUS 2Φ5 size grinding balls have the same capacity as the total powder equivalent, doubled An equivalent volume of ethanol and paraffin wax were added at a total powder mass ratio of 3% and pulverized and mixed for 48 hours (hr) to prepare a slurry.

ここで、上記TiCN、TaC、Ni、Crの合計含有量を100質量%としたときの各含有量を、TiCN=63質量%、TaC=11質量%、Ni=13質量%、Cr=13質量%としたものが試料No.1、TiCN=79質量%、TaC=6質量%、Ni=7質量%、Cr=8質量%としたものが試料No.2、TiCN=93質量%、TaC=1質量%、Ni=3質量%、Cr=3質量%としたものを試料No.3とした。   Here, when the total content of TiCN, TaC, Ni and Cr is 100% by mass, the respective contents are as follows: TiCN = 63% by mass, TaC = 11% by mass, Ni = 13% by mass, Cr = 13% by mass % Indicates the sample No. 1, TiCN = 79 mass%, TaC = 6 mass%, Ni = 7 mass%, and Cr = 8 mass%. 2, TiCN = 93 mass%, TaC = 1 mass%, Ni = 3 mass%, and Cr = 3 mass%. It was set to 3.

また、本発明の範囲外の比較例として、TiCN原料粉体の平均粒径ならびに微細TiCN粉末と粗粒TiCN粉末の比率を本発明実施例と同等で8:2とし、上記各成分含有量は、TiCN=60質量%、TaC=12質量%、Ni=14質量%、Cr=14質量%としたものを試料No.4、TiCN=63質量%、TaC=1質量%、Ni=18質量%、Cr=18質量%としたものを試料No.5、TiCN=96質量%、TaC=0質量%、Ni=2質量%、Cr=2質量%としたものを試料No.6とした。   Further, as a comparative example outside the scope of the present invention, the average particle diameter of the TiCN raw material powder and the ratio of the fine TiCN powder to the coarse TiCN powder were set to 8: 2 as in the present invention example, TiCN = 60% by mass, TaC = 12% by mass, Ni = 14% by mass, Cr = 14% by mass. 4, TiCN = 63% by mass, TaC = 1% by mass, Ni = 18% by mass, Cr = 18% by mass. 5, TiCN = 96% by mass, TaC = 0% by mass, Ni = 2% by mass, Cr = 2% by mass. It was set to 6.

さらに、微細TiCN粉末と粗粒TiCN粉末の配合比率を変更した試料も追加した。   Furthermore, a sample in which the mixing ratio of the fine TiCN powder and the coarse TiCN powder was changed was also added.

TiCN粉末は、平均粒径0.5μmの微細TiCN粉末と平均粒径1.7μmの粗粒TiCN粉末とし、残りを所定量の平均粒径で1.2μmのTaC粉末と、1.6μmのNi粉末及び1.4μmのCr粉末を用い、TiCN=79質量%、TaC=6質量%、Ni=7質量%、Cr=8質量%とし、前記微細TiCN粉末と粗粒TiCN粉末の配合比を7:3、9:1としたものを本発明の実施例の試料No.8、9とした。そして、前記配合比を6:4、9.5:0.5としたものを本発明の範囲外の試料No.7、10とした。その他の添加剤および調合方法は前述したものと同一である。   The TiCN powder is a fine TiCN powder having an average particle size of 0.5 μm and a coarse TiCN powder having an average particle size of 1.7 μm, and the remainder is a predetermined amount of 1.2 μm TaC powder and 1.6 μm Ni. Using powder and 1.4 μm Cr powder, TiCN = 79 mass%, TaC = 6 mass%, Ni = 7 mass%, Cr = 8 mass%, and the mixing ratio of the fine TiCN powder and coarse TiCN powder is 7 : 3 and 9: 1 are sample Nos. Of Examples of the present invention. 8 and 9. And what made the said mixture ratio 6: 4, 9.5: 0.5 sample No. outside the scope of the present invention. 7 and 10. Other additives and preparation methods are the same as those described above.

つぎに、得られたスラリーをスプレードライヤーにて、温度120℃、曝露時間1秒で高速乾燥し造粒した。   Next, the obtained slurry was granulated by a high speed drying with a spray dryer at a temperature of 120 ° C. and an exposure time of 1 second.

その後、油圧ハンドプレス機にて、焼結後の3点曲げ抗折強度の試験片となる直方体の成形体を作製した。   Then, the rectangular parallelepiped molded object used as the test piece of 3-point bending strength after sintering was produced with the hydraulic hand press machine.

そして、前記成形体を真空炉を用いて、真空度1.33Paに減圧した環境下にて最高温度1450℃で1時間(hr)焼成しTiCN系サーメットの焼結体を作製した。   The compact was then fired at a maximum temperature of 1450 ° C. for 1 hour (hr) in an environment where the degree of vacuum was reduced to 1.33 Pa using a vacuum furnace to produce a sintered body of TiCN cermet.

そして、前記焼結体を平面研削盤(#400番定のレジンダイヤ使用)を用いて研削することにより、図2に示すように、JIS−R1601に基づく3点曲げ試験方法の試験片12となる短辺寸法12aが3mm、長辺寸法12bが4mm、長さ12cが40mmの直方体に加工した。   Then, by grinding the sintered body using a surface grinder (using a # 400 standard resin diamond), as shown in FIG. 2, the test piece 12 of the three-point bending test method based on JIS-R1601 This was processed into a rectangular parallelepiped having a short side dimension 12a of 3 mm, a long side dimension 12b of 4 mm, and a length 12c of 40 mm.

前記試験片12の本発明の実施例の試料No.1〜3、8、9および、本発明の範囲外となる比較例の試料No.4〜7、10について、焼成後の焼結体の組成分析ならびに、大気雰囲気にて550℃にて1時間(hr)加熱処理した後の3点曲げ抗折強度、ビッカース硬度、破壊靱性値をそれぞれ試料数5個について測定した。   Sample No. of the test piece 12 of the embodiment of the present invention. 1 to 3, 8, 9, and sample Nos. Of comparative examples outside the scope of the present invention. For 4-7 and 10, the composition analysis of the sintered body after firing and the three-point bending strength, Vickers hardness, and fracture toughness value after heat treatment at 550 ° C. for 1 hour in the air atmosphere Each was measured for 5 samples.

組成分析は理学電気株式会社製のX線回折装置RINT1100型を用いX線40kV,40mAで実施した。ここで、各成分の組成比は、試料をX線回折装置にて測定したときの各成分の回折ピークから別途作成しておいた検量線に基づいて定量値を求め、それらを合算した値から各成分の比率を求め算出した。また測定限界値が0.01質量%であるために、0.01質量%未満については、−と記載した。   The composition analysis was performed using an X-ray diffractometer RINT1100 manufactured by Rigaku Corporation with X-rays of 40 kV and 40 mA. Here, the composition ratio of each component is obtained from a value obtained by calculating a quantitative value based on a calibration curve separately prepared from a diffraction peak of each component when the sample is measured with an X-ray diffractometer, and adding them together. The ratio of each component was calculated and calculated. Further, since the measurement limit value is 0.01% by mass, less than 0.01% by mass is described as “−”.

尚、3点曲げ抗折強度はJIS−R1601による3点曲げ試験方法に基づき、アイコーエンジニアリング株式会社製デジタル荷重試験機を用い、図3に示すように、スパン13が30mm、クロスヘッド14のスピードが0.5mm/min.で試験片12が破断する強度を測定した。   The three-point bending strength is based on a three-point bending test method according to JIS-R1601, using a digital load tester manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd., as shown in FIG. Is 0.5 mm / min. The strength at which the test piece 12 breaks was measured.

また、ビッカース硬度は、JIS−R1610により明石製作所製AVK−A型硬度計を用い、HvLoad10kgにて実施した。   Moreover, Vickers hardness was implemented by HvLoad10kg using the AVK-A type hardness meter by Akashi Seisakusho according to JIS-R1610.

また、破壊靭性値はJIS−R1607によるSEPB法(Single Edge Precracked Beam)により、硬度計を明石製作所製AVK−A型、万能試験機をインストロン社製MODEL1125型、オートグラフを島津製作所社製AGS−500B型、光学式測長計はミツトヨ社製測定機を用いて測定した。   In addition, fracture toughness values were determined by the SEPB method (Single Edge Precracked Beam) according to JIS-R1607. The -500B type optical length meter was measured using a Mitutoyo measuring machine.

前記3点曲げ抗折強度、ビッカース硬度、破壊靭性値の判定基準については、3点曲げ抗折強度が1150MPa以上、ビッカース硬度が1400GPa以上、破壊靭性値が10MPa・m1/2以上でいずれも満足したものを総合評価は良(○)とし、そのひとつ以上を満足しなかったものを使用不可(×)とした。また、その理由は3点曲げ抗折強度が1150MPa未満であると熱間押出成形作業時に強度不足による割れが発生し易くなり、またビッカース硬度が1400GPa未満であると耐摩耗性が不十分となり、摩耗や変形が発生し易くなる、また破壊靭性値が10MPa・m1/2未満であると熱間押出成形作業時に欠けや割れが発生し易くなるからである。Regarding the criteria for determining the three-point bending strength, Vickers hardness, and fracture toughness value, the three-point bending strength is 1150 MPa or more, the Vickers hardness is 1400 GPa or more, and the fracture toughness value is 10 MPa · m 1/2 or more. Those that were satisfied were evaluated as good (◯), and those that did not satisfy one or more of them were considered unusable (×). The reason is that if the three-point bending strength is less than 1150 MPa, cracking due to insufficient strength is likely to occur during hot extrusion molding, and if the Vickers hardness is less than 1400 GPa, the wear resistance is insufficient. This is because wear and deformation are likely to occur, and when the fracture toughness value is less than 10 MPa · m 1/2 , chipping and cracking are likely to occur during hot extrusion.

以上の結果を表1に示す。尚、組成、特性値は試料数5個の平均値である。

Figure 0004709223
The results are shown in Table 1. The composition and characteristic values are average values of 5 samples.
Figure 0004709223

表1からわかるように、本発明の熱間押出成形用ダイス1に用いる焼結体の試料No.1,2,3は、組成の範囲がTiCN58〜92.5質量%、TaC1〜11質量%、Ni3〜13質量%、Cr3〜13質量%で、TiCNが分解することによるTiの出現が0.01〜1質量%、TiC、TiNの出現がいずれも0.01〜2質量%の範囲であることから、前記焼結体を550℃に加熱処理した後でも焼結体の表面が酸化による粒子間結合力が低下することは無く、本来の高強度・高硬度・高靱性の特性が維持できることから3点曲げ抗折強度は1180MPa以上、ビッカース硬度は1460GPa以上、破壊靭性値は10MPa・m1/2以上といずれも、高温における表面の劣化が認められず総合評価は良好であった。As can be seen from Table 1, the sintered body sample No. 1 used in the hot extrusion die 1 of the present invention. 1, 2 and 3 have a composition range of TiCN 58-92.5% by mass, TaC 1-11% by mass, Ni 3-13% by mass, Cr 3-13% by mass, and the appearance of Ti due to decomposition of TiCN is 0. Since the appearance of 01 to 1% by mass, TiC, and TiN are all in the range of 0.01 to 2% by mass, the surface of the sintered body is oxidized due to oxidation even after the sintered body is heated to 550 ° C. The bond strength does not decrease, and the original high strength, high hardness, and high toughness characteristics can be maintained. Therefore, the three-point bending strength is 1180 MPa or higher, the Vickers hardness is 1460 GPa or higher, and the fracture toughness value is 10 MPa · m 1. In all of the cases of / 2 or more, no deterioration of the surface at high temperature was observed, and the overall evaluation was good.

これに対し、本発明の範囲外である試料No.4は、550℃に加熱処理した後で焼結体の表面の酸化が促進されて、粒子間結合力が低下したことから3点曲げ抗折強度は1040MPa、ビッカース硬度は1030GPaと低い値であった。また、試料No.5は、TiCNが分解することによるTi、TiC、TiNの出現により特にTaCが1質量%未満であったことと、Tiが1質量%を大きく超えたことと、TiNも2質量%を超えたことから、550℃に加熱処理した後で焼結体の表面の酸化が促進されて、粒子間結合力が低下したことおよび、焼結性の低さもあることから、3点曲げ抗折強度は900MPa、ビッカース硬度は1040GPa、破壊靭性値は7MPa・m1/2といずれも低い値であった。また、試料No.6は、TiCNが分解することによるTi、TiC、TiNの出現がいずれも0.01質量%未満であったが、特にTaCが1質量%未満であったがために、550℃に加熱処理した後で耐熱劣化やそもそもの焼結性の低さがあることから3点曲げ抗折強度は890MPa、ビッカース硬度は1180GPa、破壊靭性値は7MPa・m1/2といずれも低い値であり、総合評価は試料No.4、5、6共に悪く使用不可であった。On the other hand, sample No. which is outside the scope of the present invention. In No. 4, the oxidation of the surface of the sintered body was promoted after heat treatment at 550 ° C., and the bonding strength between the particles was reduced. Therefore, the three-point bending strength was 1040 MPa and the Vickers hardness was as low as 1030 GPa. It was. Sample No. No. 5, especially due to the appearance of Ti, TiC and TiN due to decomposition of TiCN, TaC was less than 1% by mass, Ti greatly exceeded 1% by mass, and TiN also exceeded 2% by mass Therefore, after the heat treatment at 550 ° C., the oxidation of the surface of the sintered body was promoted, the interparticle bonding force was lowered, and the sinterability was also low. 900 MPa, Vickers hardness was 1040 GPa, and fracture toughness values were 7 MPa · m 1/2 , all low. Sample No. In No. 6, the appearance of Ti, TiC, and TiN due to the decomposition of TiCN was less than 0.01% by mass. However, since TaC was less than 1% by mass, heat treatment was performed at 550 ° C. Later, because of heat resistance degradation and low sinterability, the three-point bending strength is 890 MPa, the Vickers hardness is 1180 GPa, and the fracture toughness is 7 MPa · m 1/2. Evaluation was made with sample no. Both 4, 5, and 6 were bad and could not be used.

尚、不可避不純物として試料No.2〜4、6においてFeが0.45〜0.97質量%検出された。不可避不純物は0に近いのが望ましいが、酸化による周りに与える劣化の温度が800℃と高い。よって熱間押出成形用のダイスとして用いるときの温度が、約400〜600℃である場合においては強度劣化等の要因にならないので、1質量%程度の含有は問題とならない。   In addition, sample no. In 2 to 4 and 6, Fe was detected in an amount of 0.45 to 0.97 mass%. The inevitable impurities are preferably close to 0, but the deterioration temperature caused by oxidation is as high as 800 ° C. Therefore, when the temperature when used as a die for hot extrusion molding is about 400 to 600 ° C., it does not cause a deterioration of strength or the like, so the content of about 1% by mass does not cause a problem.

さらに、TiCN粉末の微細TiCN粉末と粗粒TiCN粉末の配合比を7:3、9:1とした本発明の実施例の試料No.8、9は、焼結性を活性促進させ、焼結時に異常粒成長が抑制できたことから、Ti、TiC、TiNの出現を抑えることができ、その結果、高温環境下での酸化が進行せず、3点曲げ抗折強度ならびに、ビッカース硬度、破壊靭性値ともに低下することはなく総合評価は良好であった。   Further, the sample No. of Example of the present invention in which the mixing ratio of the fine TiCN powder of TiCN powder to the coarse TiCN powder was 7: 3, 9: 1. Nos. 8 and 9 promote the activity of sinterability and suppress abnormal grain growth during sintering. Therefore, the appearance of Ti, TiC and TiN can be suppressed, and as a result, oxidation in a high temperature environment proceeds. Neither the 3-point bending strength, the Vickers hardness, or the fracture toughness value decreased, and the overall evaluation was good.

これに対し、TiCN粉末の微細TiCN粉末と粗粒TiCN粉末の配合比を6:4,9.5:0.5とした本発明の範囲外の試料No.7、10において、試料No.7は、局所的に結晶粒子が分解肥大化したことから、焼結時点においてTi、TiC、TiNの出現量が多く、その結果、高温環境下での酸化が進行したため、試料No.7は3点曲げ抗折強度は1150MPa未満、ビッカース硬度は1400GPa未満、破壊靭性値は10MPa・m1/2未満となり、試料No.10は、ビッカース硬度が1400GPa未満、破壊靭性値が10MPa・m1/2未満となり、いずれも総合評価は悪く使用不可であった。On the other hand, sample Nos. Out of the scope of the present invention in which the mixing ratio of the fine TiCN powder and the coarse TiCN powder of the TiCN powder was 6: 4, 9.5: 0.5. 7 and 10, sample no. In No. 7, since the crystal particles locally decomposed and enlarged, a large amount of Ti, TiC, and TiN appeared at the time of sintering, and as a result, oxidation in a high temperature environment progressed. No. 7 has a three-point bending strength of less than 1150 MPa, Vickers hardness of less than 1400 GPa, and fracture toughness of less than 10 MPa · m 1/2 . No. 10 had a Vickers hardness of less than 1400 GPa and a fracture toughness value of less than 10 MPa · m 1/2 , both of which were poor in overall evaluation and could not be used.

以上の結果より、TiCN58〜92.5質量%、TaC1〜11質量%、Ni3〜13質量%、Cr3〜13質量%で、TiCNが分解することによるTiの出現が0.01〜1質量%、TiC、TiNの出現がいずれも0.01〜2質量%であるTiCN系サーメット材は、高温環境下における強度、硬度、靭性の低下を招くことが無いことから、熱間押出成形用ダイス1の母材として相応しい材質であることが解る。   From the above results, TiCN 58 to 92.5% by mass, TaC 1 to 11% by mass, Ni 3 to 13% by mass, Cr 3 to 13% by mass, and the appearance of Ti due to decomposition of TiCN is 0.01 to 1% by mass, Since the appearance of TiC and TiN are both 0.01 to 2% by mass, the TiCN cermet material does not cause a decrease in strength, hardness and toughness in a high temperature environment. It can be seen that the material is suitable as a base material.

[実施例2]
図4(a)、(b)に示す、熱間押出成形用ダイス1、101を作製し、熱間押出成形装置11,111に取り付け熱間押出成形を行い熱間押出成形用ダイス1,101の評価を実施した。実施例1の試料No.1〜3の焼結体を用いて熱間押出成形用ダイス1を作製したものが本発明の実施例の試料No.11〜13、実施例1の試料No.4、6の焼結体を用いたものが本発明の範囲外となる試料No.14、15である。
[Example 2]
Hot extrusion molding dies 1 and 101 shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) are manufactured, attached to the hot extrusion molding apparatuses 11 and 111, and hot extrusion molding is performed, so that the hot extrusion molding dies 1 and 101 are produced. Evaluation was conducted. Sample No. 1 of Example 1 Samples No. 1 to No. 3 in the examples of the present invention were produced by using the sintered bodies 1 to 3 to produce the hot extrusion die 1. 11 to 13, Sample No. 1 of Example 1. Samples Nos. 4 and 6 using the sintered bodies are outside the scope of the present invention. 14 and 15.

比較例として、熱間押出成形用ダイス101の材質をZrO294質量%、Y236質量%からなるジルコニア系セラミックスを用いたものを試料No.16とした。
さらに、比較例として、図5に示すように、熱間押出成形用ダイス101の本体をSKD61とし、貫通孔101aの内周面101bにNiCr/Cr32/NbCからなるサーメット材でCr32−NbCを25質量%の組成としたものを厚みtが5mmの補強した部分7を形成したものを試料No.17とした。尚、上記サーメット材の補強した部分7は放電融着方法により形成した。
As a comparative example, a sample using a zirconia-based ceramic made of ZrO 2 94 mass% and Y 2 O 3 6 mass% was used as a sample No. It was set to 16.
Further, as a comparative example, as shown in FIG. 5, the body of the hot extrusion molding die 101 is SKD61, and the inner peripheral surface 101b of the through hole 101a is a cermet material made of NiCr / Cr 3 C 2 / NbC with Cr 3. A sample in which a portion 7 having a composition of 25% by mass of C 2 -NbC and reinforced with a thickness t of 5 mm was formed as sample No. It was set to 17. The reinforced portion 7 of the cermet material was formed by a discharge fusion method.

尚、本発明の実施例、比較例ともに、熱間押出成形用ダイス1、101の厚みTは20mmで、外径Φ1が30mmの円盤状からなり、該円盤状の中心付近に貫通孔1a、101aが形成され、該貫通孔1a、101aは幅dが1.5mm、長さlが15mmの長方形状のスリットで4コーナーは約0.5mmのC面cからなっている。   In both the examples and comparative examples of the present invention, the hot extrusion dies 1 and 101 have a disk shape with a thickness T of 20 mm and an outer diameter Φ1 of 30 mm. 101a is formed, and the through holes 1a and 101a are rectangular slits having a width d of 1.5 mm and a length l of 15 mm, and the four corners are formed by a C plane c of about 0.5 mm.

前記熱間押出成形用ダイス1、101を熱間押出成形装置11、111に取り付けて、500℃で1時間(hr)の予備加熱処理を施したあと、460℃の温度でアルミニウム合金の熱間押出成形を実施した。その成形条件は、押出速度を30m/min.となるように押出機構4の押圧力を制御し成形した。そして、押出材6の表面に異常な傷が発生するまで連続成形を実施した。   The hot extrusion molding dies 1 and 101 are attached to the hot extrusion molding apparatuses 11 and 111, subjected to a preheating treatment at 500 ° C. for 1 hour (hr), and then the aluminum alloy is heated at a temperature of 460 ° C. Extrusion was performed. The molding conditions were such that the extrusion speed was 30 m / min. The pressing force of the extrusion mechanism 4 was controlled so that Then, continuous molding was performed until abnormal flaws occurred on the surface of the extruded material 6.

ここで、押出材6の表面に発生する傷の異常の判定基準は、傷の深さが10μm、幅が20μm以上とした。この基準は、業界標準に基づくものではないが、例えば、カーエアコン用アルミニウム冷媒管は、フロンガスフリーとなるに際し、従来以上に圧力の高いガスを用いる方向にあることから、より厳しい傷規格となることを予測したものである。なお、傷の測定は、小坂研究所社製表面粗さ計を用いて行った。   Here, the criteria for determining the abnormality of the scratches generated on the surface of the extruded material 6 were a scratch depth of 10 μm and a width of 20 μm or more. This standard is not based on industry standards, but for example, aluminum refrigerant pipes for car air conditioners are more severely scratched because they tend to use higher-pressure gas than before when they are free of CFCs. This is a prediction. The scratch was measured using a surface roughness meter manufactured by Kosaka Laboratory.

熱間押出成形において、異常の発生は、まず押出材6の表面状態となって現れるが、同時に熱間押出成形用ダイス1,101が破損することや、または、内周面1b,101bに剥離が発生することもあり、この破損や剥離も含めて確認を実施した。尚、いずれも試料数は1個である。   In the hot extrusion molding, the occurrence of an abnormality first appears in the surface state of the extruded material 6, but at the same time, the hot extrusion molding dies 1, 101 are damaged or peeled off to the inner peripheral surfaces 1 b, 101 b. In some cases, this was confirmed including damage and peeling. In either case, the number of samples is one.

そして、上記いずれかの異常が発生するまでの連続成形時間が24時間(hr)未満の場合の総合評価を使用不可(×)、24時間(hr)以上、36時間(hr)未満を使用可(△)、36時間(hr)以上、48時間(hr)未満を良(○)とした。その理由は、現状品の超硬やSKD61で作製された熱間押出成形用ダイス101の寿命が半日〜1日未満しかないことから連続成形時間が従来レベルの24時間(hr)未満を使用不可とし、また期待値である1.5日〜2日を良、その中間を使用可としたものである。以上の結果を表2に示す。

Figure 0004709223
And the comprehensive evaluation when the continuous molding time until any of the above-mentioned abnormalities is less than 24 hours (hr) cannot be used (x), more than 24 hours (hr) and less than 36 hours (hr) can be used. (△), 36 hours (hr) or more and less than 48 hours (hr) was determined as good (◯). The reason is that the continuous extrusion time of less than 24 hours (hr), which is the conventional level, cannot be used because the life of the hot extrusion die 101 made of the present carbide or SKD61 is only half a day to less than 1 day. In addition, the expected value of 1.5 to 2 days is good and the middle is usable. The results are shown in Table 2.
Figure 0004709223

表2の結果からわかるように、本発明実施例の試料No.11〜13は、アルミニウム合金の押出材6の連続成形時間が少なくとも42時間(hr)以上実施でき、異常発生理由は全て押出材6への傷であり、その時点において、熱間押出成形用ダイス1のクラックや破損、および内周面1bの剥離の発生は見られず、総合評価は良であった。   As can be seen from the results in Table 2, sample No. Nos. 11 to 13 can be carried out for at least 42 hours (hr) or more of the continuous molding time of the extruded material 6 of the aluminum alloy, and all the reasons for the abnormality are scratches on the extruded material 6. At that time, the hot extrusion molding die No cracks or breakage of 1 or peeling of the inner peripheral surface 1b was observed, and the overall evaluation was good.

また、本発明の範囲外となる試料No.14,15は、上記連続成形時間が27時間(hr),29時間(hr)と本発明実施例より約40%程度少ないことが解る。この異常はいずれも押出材6への傷であり、その時点における熱間押出成形用ダイス1のクラックや破損、剥離等は見られないものの、高温下における強度、硬度、靭性の低下が影響し、誘導部である貫通孔1aの内周面1bが劣化したためである。尚、総合評価は少なくとも1日以上の連続成形ができたことから使用可とした。   Sample No. which falls outside the scope of the present invention. Nos. 14 and 15 show that the continuous molding time is 27 hours (hr) and 29 hours (hr), which is about 40% shorter than the examples of the present invention. All of these abnormalities are scratches on the extruded material 6, and cracks, breakage, peeling, etc. of the hot extrusion die 1 at that time are not observed, but a decrease in strength, hardness, and toughness at high temperatures has an effect. This is because the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a, which is the guiding portion, has deteriorated. The overall evaluation was acceptable because continuous molding was possible for at least one day.

さらに、熱間押出成形用ダイス101の本体をジルコニア系セラミックスで作製した比較例の試料No.16は、前記連続成形時間が僅か5時間(hr)であり、その原因は、熱間押出成形用ダイス101が破損したことによるものである。このことから、ジルコニア系セラミックスは表面が滑らかで摺動性が高いと言う長所もあるが、モノクリ(単斜相)増加による高温強度が低いことから、熱間押出成形用ダイスの材質として相応しいものではなく総合評価は×であった。   Further, the sample No. 1 of the comparative example in which the main body of the hot extrusion die 101 was made of zirconia ceramics. No. 16 is that the continuous molding time is only 5 hours (hr), and the cause thereof is that the hot extrusion die 101 is damaged. As a result, zirconia ceramics have the advantage of a smooth surface and high slidability, but they are suitable as a material for hot extrusion dies due to their low high-temperature strength due to an increase in monoclinic (monoclinic phase). Instead, the overall rating was x.

さらに、熱間押出成形用ダイス101の本体がSKD材で、押出材6の貫通孔101aの内周面101bにNiCr/Cr32/NbCからなるサーメットを厚くした比較例の試料No.17は、連続成形時間が18時間(hr)において押出材6に異常な傷が発生し、その原因は内周面101bの補強した部分7の剥離であった。この補強した部分7の剥離は、SKD61材とNiCr/Cr32/NbC系サーメット材の熱膨張係数の差が約6×10-6と大きいことが大きな要因であると見られる。また、前記剥離が発生しなくても、NiCr/Cr32/NbC系サーメットは炭化物系サーメットからなるものであることから、本発明のTiCN系サーメットより高温環境下での酸化による劣化が生じやすい。In addition, the hot extrusion molding die 101 is made of SKD material, and a cermet made of NiCr / Cr 3 C 2 / NbC is thickened on the inner peripheral surface 101 b of the through hole 101 a of the extruded material 6. In No. 17, an abnormal flaw occurred in the extruded material 6 when the continuous molding time was 18 hours (hr), and the cause was peeling of the reinforced portion 7 of the inner peripheral surface 101b. The detachment of the reinforced portion 7 seems to be a major factor due to the large difference in thermal expansion coefficient between the SKD61 material and the NiCr / Cr 3 C 2 / NbC cermet material of about 6 × 10 −6 . Further, even if the peeling does not occur, since the NiCr / Cr 3 C 2 / NbC cermet is composed of a carbide cermet, the TiCN-based cermet of the present invention is deteriorated by oxidation in a high temperature environment. Cheap.

以上の結果から、アルミニウム合金等の熱間押出成形に本発明のTiCN系サーメット材からなる熱間押出成形用ダイス1を用いると、従来の超硬、SKD61、ジルコニア系セラミックス、サーメット材ならびに炭化物系サーメット等により作製したものと比較すると少なくとも1〜2日以上の高寿命が期待できることが解る。   From the above results, when the hot extrusion die 1 made of the TiCN cermet material of the present invention is used for hot extrusion molding of aluminum alloy or the like, conventional carbide, SKD61, zirconia ceramics, cermet materials and carbides are used. It can be seen that a long life of at least 1 to 2 days or more can be expected when compared with those produced by cermet or the like.

[実施例3]
本発明の熱間押出成形用ダイス1の貫通孔1aの内周面1bへアモルファス膜1cを形成したものと形成していないものならびに、アモルファス膜1cをアルミナあるいはシリコンカーバイドとした場合、さらにその厚みtを0.1〜1.5μmの範囲で作製した場合における高温環境下での連続成形時間への効果を確認した。
[Example 3]
When the amorphous film 1c is formed or not formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a of the hot extrusion molding die 1 of the present invention, and when the amorphous film 1c is made of alumina or silicon carbide, the thickness is further increased. The effect on the continuous molding time in a high temperature environment when t was produced in the range of 0.1 to 1.5 μm was confirmed.

熱間押出成形用ダイス1となる焼結体は実施例2の試料No.12と同一組成、同一形状のものを使用した。そして、図1に示す、貫通孔1aの内周面1bにアルミナおよびシリコンカーバイドのアモルファス膜1cを形成し、その厚みtを、0.1、0.2、0.5、1.0、1.2、1.5μmの6水準として各々1個作製したものを、熱間押出成形装置11に取り付け、1hrの予備加熱後、アルミニウム合金の押出材6を30m/min.の速度で連続成形を実施した。因みに、アモルファス膜1cを形成していないものは実施例2の試料No.12で、これを基準として比較した。   The sintered body used as the hot extrusion die 1 was sample No. 2 in Example 2. 12 and the same composition and shape were used. Then, an amorphous film 1c of alumina and silicon carbide is formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a shown in FIG. 1, and the thickness t is 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1 2 and 1.5 μm, each of which was produced as one of six levels, was attached to a hot extrusion molding apparatus 11 and, after preheating for 1 hr, the aluminum alloy extruded material 6 was 30 m / min. Continuous molding was carried out at a speed of Incidentally, sample No. 1 in Example 2 in which the amorphous film 1c was not formed. 12 for comparison.

ここで、貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成していない試料No.12の予備加熱温度は500℃で1時間(hr)、アルミニウム合金の成形温度は460℃、前記アモルファス膜1cがアルミナのものは、予備加熱温度を550℃として成形温度を480℃でおこなった。また、前記アモルファス膜1cがシリコンカーバイドのものは、予備加熱温度を500℃とし成形温度は460℃でおこなった。従来は予備加熱温度が成形温度より低いのが一般的であり、その理由は予備加熱時の前記貫通孔の内周面の酸化による劣化を防止するためである。しかし、本来は成形開始直後の押出材6の寸法精度、表面状態の品質を保持するための予備加熱であることから成形時の温度より予備加熱の温度を同等以上に設定することが望ましいため、本実施例では成形温度より予備加熱温度を高く設定した。   Here, the sample No. 1 in which the amorphous film 1c is not formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a. The preheating temperature of No. 12 was 500 ° C. for 1 hour (hr), the forming temperature of the aluminum alloy was 460 ° C., and the amorphous film 1c was made of alumina, the preheating temperature was 550 ° C. and the forming temperature was 480 ° C. When the amorphous film 1c was silicon carbide, the preheating temperature was 500 ° C. and the molding temperature was 460 ° C. Conventionally, the preheating temperature is generally lower than the molding temperature, in order to prevent deterioration due to oxidation of the inner peripheral surface of the through hole during preheating. However, since it is originally preheating to maintain the dimensional accuracy of the extruded material 6 immediately after the start of molding and the quality of the surface state, it is desirable to set the preheating temperature equal to or higher than the temperature at the time of molding, In this example, the preheating temperature was set higher than the molding temperature.

尚、アルミナ、シリコンカーバイドのアモルファス膜1cの形成方法は、スパッタ法で、その条件を250℃とした。   The formation method of the amorphous film 1c of alumina or silicon carbide was a sputtering method, and the condition was 250 ° C.

前記アモルファス膜1cの材質がアルミナで、その厚みtが0.1,0.2、0.5、1.0、1.2,1.5μmとしたものがいずれも本発明の実施例で試料No.21〜26とした。   The material of the amorphous film 1c is alumina and the thickness t is 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.2, 1.5 μm. No. 21-26.

また、前記アモルファス膜1cの材質がシリコンカーバイドで、その厚みtが0.1,0.2、0.5、1.0、1.2,1.5μmとしたものが本発明の実施例で試料No.27〜32とした。   In the embodiment of the present invention, the amorphous film 1c is made of silicon carbide and has a thickness t of 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.2, 1.5 μm. Sample No. 27-32.

そして、前述したように所定の予備加熱後、アルミニウム合金の連続成形を実施し、押出材6の表面に傷の深さが10μm、幅が20μm以上のものが現れた時点の連続成形時間を測定した。そして、総合評価は、実施例2と同様に、連続成形時間が24時間(hr)未満の場合の総合評価を使用不可(×)、24時間(hr)以上、36時間(hr)未満を使用可(△)、36時間(hr)以上、48時間(hr)未満を良(○)、48時間(hr)以上のものを優良(◎)とした。   Then, as described above, after predetermined preheating, continuous forming of the aluminum alloy is performed, and the continuous forming time at the time when the surface of the extruded material 6 has a scratch depth of 10 μm and a width of 20 μm or more is measured. did. Then, as in Example 2, the comprehensive evaluation cannot be used when the continuous molding time is less than 24 hours (hr) (x), 24 hours (hr) or more, and less than 36 hours (hr). Good (Δ), 36 hours (hr) or more, and less than 48 hours (hr) as good (◯), and those over 48 hours (hr) as good (◎).

以上の結果を表3に示す。   The above results are shown in Table 3.

因みに、本発明のTiCN系サーメット材の熱間押出成形用ダイス1のTG−DTA示差熱分析結果を図6,7,8に示した。図6は、貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成していないTiCN系サーメットの分析チャート、図7は貫通孔1aの内周面1bに形成されたアルミナのアモルファス膜1cの分析チャート、図8は貫通孔1aの内周面1bに形成されたシリコンカーバイドのアモルファス膜1cの分析チャートである。   Incidentally, the TG-DTA differential thermal analysis results of the die 1 for hot extrusion molding of the TiCN cermet material of the present invention are shown in FIGS. FIG. 6 is an analysis chart of a TiCN cermet in which the amorphous film 1c is not formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a, and FIG. 7 is an analysis of the alumina amorphous film 1c formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a. FIG. 8 is an analysis chart of the silicon carbide amorphous film 1c formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a.

尚、TG−DTA示差熱分析は、セイコー電子工業株式会社製SSC5000型示差熱分析装置を用いた。

Figure 0004709223
In addition, the TG-DTA differential thermal analysis used the SSC5000 type | mold differential thermal analyzer by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.
Figure 0004709223

表3の結果からわかるように、熱間押出成形用ダイス1の押出材6の貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成していない試料No.12と比較し、前記アモルファス膜1cを形成したものは、連続成形時間が約25〜80%向上していることがわかる。   As can be seen from the results in Table 3, the sample No. 1 in which the amorphous film 1c was not formed on the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a of the extruded material 6 of the die 1 for hot extrusion molding. It can be seen that the film formed with the amorphous film 1c has a continuous molding time improved by about 25 to 80% as compared with the film No. 12.

そして、前記アモルファス膜1cがアルミナで形成された試料NO.21〜26は、シリコンカーバイドの試料No.27〜32より予備加熱温度が50℃高いにも拘わらず、連続成形時間は約10%前後向上している。このことから、予備加熱温度ならびに成形温度が約400〜600℃でおこなわれるアルミニウム合金等の熱間押出成形において、比較的高温領域ではアルミナのアモルファス膜1c、低温領域においてはシリコンカーバイドのアモルファス膜1cを形成した熱間押出成形用ダイス1を用いること好ましい。   Then, the sample No. 1 in which the amorphous film 1c is formed of alumina. 21 to 26 are silicon carbide sample Nos. Although the preheating temperature is 50 ° C. higher than 27 to 32, the continuous molding time is improved by about 10%. Therefore, in the hot extrusion molding of an aluminum alloy or the like performed at a preheating temperature and a molding temperature of about 400 to 600 ° C., an amorphous film 1c of alumina in a relatively high temperature region and an amorphous film 1c of silicon carbide in a low temperature region. It is preferable to use a hot extrusion die 1 in which is formed.

そして、アモルファス膜1cの厚みtと連続成形時間の関係は、アルミナのアモルファス膜1cの試料No.21,22,23ならびに、シリコンカーバイドのアモルファス膜1cの試料No.27,28,29に見られるように、その厚みtが0.1,0.2,0.5μmと厚くなるに従い連続成形時間も向上している。特に、前記アルミナのアモルファス膜1cの厚みtが0.2μm以上の試料No.22〜26においては、アモルファス膜1cを形成していない試料No.12に比べ連続成形時間は約55%以上の向上となり、本発明の実施例の試料No.22〜26は、約3〜3.5日の連続成形が可能であり、従来の超硬やSKD61材からなる熱間押出成形用ダイス101の一般に言われている寿命約半日に比較し著しい効果である。   The relationship between the thickness t of the amorphous film 1c and the continuous molding time is as follows. 21, 22, and 23, and sample numbers of silicon carbide amorphous film 1c. 27, 28, and 29, the continuous molding time is improved as the thickness t becomes 0.1, 0.2, and 0.5 μm. In particular, the sample No. 1 in which the thickness t of the alumina amorphous film 1c is 0.2 μm or more. In Nos. 22 to 26, the sample Nos. In which the amorphous film 1c was not formed. The continuous molding time is improved by about 55% or more compared to Sample No. 12, and sample No. 22-26 can be continuously molded for about 3 to 3.5 days, and is significantly more effective than the generally-used life of about half of the conventional die for hot extrusion molding 101 made of carbide or SKD61. It is.

しかし、アモルファス膜1cの厚みtが0.1μmの試料No.21,27はアモルファス膜1cを形成していない場合より連続成形時間は向上するもののその効果が少なく、これは薄過ぎるがために、予備加熱時に表面から酸化が起こり始めたことによるものと考える。   However, the sample No. 1 in which the thickness t of the amorphous film 1c is 0.1 μm. Although Nos. 21 and 27 improve the continuous molding time as compared with the case where the amorphous film 1c is not formed, the effect is small, and this is too thin.

また、アモルファス膜1cの厚みtが1.5μmの試料No.26,32は、前記厚みtが1.0、1.2μmの場合よりも連続成形時間が落ちていることがわかる。その理由は、アモルファス膜1cの微々たる剥離による酸化が起因するものと推測される。この厚みtをたとえば、2μm程度以上と厚く形成すると、今回の実施例には記載しなかったが、熱間押出成形用ダイス1をセッティングする際などに、物当たり等を起こすと容易にアモルファス膜1cが剥がれることがあり、また、スパッタによるアモルファス膜1cの形成時間が長くなるだけであることを考慮すると、前記アモルファス膜1cの好ましい厚みtは0.2〜1.2μmであり、より好ましくは0.5〜1.2μmであることがわかる。   Further, the sample No. 1 in which the thickness t of the amorphous film 1c is 1.5 μm. 26 and 32 show that the continuous molding time is lower than when the thickness t is 1.0 and 1.2 μm. The reason is presumed to be due to oxidation due to slight peeling of the amorphous film 1c. For example, when the thickness t is formed as thick as about 2 μm or more, it is not described in the present embodiment. Considering that 1c may be peeled off and only the formation time of the amorphous film 1c by sputtering is increased, the preferred thickness t of the amorphous film 1c is 0.2 to 1.2 μm, more preferably It turns out that it is 0.5-1.2 micrometers.

そして、図6、7、8に示す、TG−DTA示差熱分析チャートから解るように、本発明の熱間押出成形用ダイス1に用いているTiCN系サーメット材の酸化反応は約550℃、アルミナのアモルファス膜1cの酸化反応は最高600℃以上、また、シリコンカーバイドのアモルファス膜1cの酸化反応は約600℃以上という結果であった。   As can be seen from the TG-DTA differential thermal analysis charts shown in FIGS. 6, 7, and 8, the oxidation reaction of the TiCN cermet material used in the hot extrusion die 1 of the present invention is about 550 ° C., alumina. As a result, the oxidation reaction of the amorphous film 1c was 600 ° C. or more, and the oxidation reaction of the silicon carbide amorphous film 1c was about 600 ° C. or more.

図6に示すTG−DTA示差熱分析チャートにおいて、酸化反応は約550℃で始まることが確認出来ることから、本発明の熱間押出成形用ダイス1は押出材6の貫通孔1aの内周面1bにアモルファス膜1cを形成していない場合でも、予備加熱温度を500℃付近としても何ら劣化の心配もない。さらにアルミナまたはシリコンカーバイドのアモルファス膜1cを形成したものは、予備加熱温度を600℃程度まで上げても熱酸化による貫通孔1aの内周面1bの劣化の虞がないことがわかる。   In the TG-DTA differential thermal analysis chart shown in FIG. 6, it can be confirmed that the oxidation reaction starts at about 550 ° C. Therefore, the hot extrusion die 1 of the present invention has the inner peripheral surface of the through hole 1 a of the extruded material 6. Even when the amorphous film 1c is not formed on 1b, there is no fear of deterioration even if the preheating temperature is set to around 500 ° C. Further, it can be seen that in the case where the amorphous film 1c of alumina or silicon carbide is formed, there is no possibility of deterioration of the inner peripheral surface 1b of the through hole 1a due to thermal oxidation even if the preheating temperature is increased to about 600 ° C.

このように、本発明の熱間押出成形用ダイス1を熱間押出成形用として用いると、従来のように成形温度より低い温度での予備加熱温度に制限する必要がないことから、押出材6の成形開始直後から安定した寸法、表面状態の品質のものが得られるとともに、その連続成形時間を著しく向上できるのである。   Thus, when the hot extrusion molding die 1 of the present invention is used for hot extrusion molding, it is not necessary to limit the temperature to a preheating temperature lower than the molding temperature as in the prior art. As a result, stable dimensions and surface quality can be obtained immediately after the start of molding, and the continuous molding time can be remarkably improved.

なお各組成の臨界的意義を以下に説明する。   The critical significance of each composition will be described below.

まずTiCN、Ti、TiC、TiNの組成の臨界的意義を表4に示す。

Figure 0004709223
First, Table 4 shows the critical significance of the composition of TiCN, Ti, TiC, and TiN.
Figure 0004709223

ここでは摺動性の評価として押し出し速度を従来のダイスと比較する試験をおこなった。   Here, as an evaluation of slidability, a test was conducted in which the extrusion speed was compared with that of a conventional die.

なお試料No.43については焼結性を満たさないので作製できなかった。   Sample No. 43 could not be produced because it did not satisfy the sinterability.

TiCNが多ければ摺動性は高く、またTiCNの分解生成物であるTi、TiN、TiCは上限をこえてはいけないが、適量含まれている方が高い摺動性を示した。これはTi、TiN、TiCが不純物としてある程度含有されていないと、TiCNが局所的に結晶化する部分が発生し、ダイス表面の状態が不安定になるからである。   If there is much TiCN, the slidability is high, and Ti, TiN, and TiC, which are decomposition products of TiCN, should not exceed the upper limit. This is because if Ti, TiN, and TiC are not contained as impurities to some extent, a portion where TiCN is locally crystallized occurs, and the state of the die surface becomes unstable.

次にTaCの組成の臨界的意義を表5に示す。

Figure 0004709223
Next, Table 5 shows the critical significance of the TaC composition.
Figure 0004709223

ここでは耐酸化性の評価としてXPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)分析により表面の酸化面積比を比較した。   Here, the oxidation area ratio of the surface was compared by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis as evaluation of oxidation resistance.

TaCは多い方が耐酸化性は高いが、上限を超えると摺動性が低下してダイスとしては使用できなくなる傾向がある。   The more TaC is, the higher the oxidation resistance is. However, when the upper limit is exceeded, there is a tendency that the slidability decreases and the die cannot be used.

次にNi、Crの組成の臨界的意義を表6に示す。

Figure 0004709223
Next, Table 6 shows the critical significance of the composition of Ni and Cr.
Figure 0004709223

ここでは緻密性に対する評価として、相対密度(アルキメデス法による)、即ち理想密度に対する比を評価した。   Here, relative density (according to Archimedes method), that is, a ratio to the ideal density was evaluated as evaluation for the denseness.

Ni、Crが適量含まれていると理想密度に近くなるが上限を超えると耐摩耗性が低下し、下限を下回ると焼結性が低下するという傾向があった。   When appropriate amounts of Ni and Cr are contained, the density becomes close to the ideal density. However, when the upper limit is exceeded, the wear resistance is lowered, and when it is less than the lower limit, the sinterability tends to be lowered.

次に本発明の焼結体の粒度分布における2つのピークについての粒度範囲および重量比率の臨界的意義を表7に示す。

Figure 0004709223
Next, Table 7 shows the critical significance of the particle size range and weight ratio for the two peaks in the particle size distribution of the sintered body of the present invention.
Figure 0004709223

ここでは摺動性、TiCNの分解性の評価する試験を行った。
評価する焼結体は実施例1の試料No.1と同一組成のものを使用し、これと同様の方法により調整して得た、粒度分布における2つのピークがそれぞれ異なる試料No.62〜73を用いた。また、試料No.74〜78は2つのピークの結晶粒の比率を変えたものである。
評価は、焼結体の靭性、強度および摺動性について行った。靭性の規格値は10MPa・m1/2以上あり、10MPa・m1/2以上を良(○)、7MPa・m1/2以上10MPa・m1/2未満を使用可(△)とした。強度の規格値は1150MPa以上であり、1150MPa以上を良(○)、1000MPa以上1150MPa未満を使用可(△)とした。摺動性についてはアルミ材を実際に押し出した24時間後のアルミ材の傷の有無により、傷が出ないものを良(○)、少し傷が生じたものを使用可(△)とした。
Here, tests for evaluating slidability and decomposability of TiCN were performed.
The sintered body to be evaluated is the sample No. 1 of Example 1. Sample No. 1 having the same composition as that of No. 1 and having two peaks in the particle size distribution obtained by adjusting in the same manner as above were used. 62-73 were used. Sample No. 74 to 78 are obtained by changing the ratio of crystal grains of two peaks.
Evaluation was performed about the toughness, strength, and slidability of the sintered body. The standard value of toughness is 10 MPa · m 1/2 or more, 10 MPa · m 1/2 or more is good (◯), and 7 MPa · m 1/2 or more and less than 10 MPa · m 1/2 is usable (Δ). The standard value of the strength is 1150 MPa or more, 1150 MPa or more is good (◯), and 1000 MPa or more and less than 1150 MPa is usable (Δ). With respect to the slidability, no damage was found (good) depending on the presence or absence of scratches on the aluminum material 24 hours after the aluminum material was actually extruded, and the slight damage was acceptable (△).

表7に示したように、本発明の焼結体の粒度分布における2つのピークについての粒度範囲および比率が本発明の範囲内にある場合、TiCNの分解が起こらず、摺動性は良好であることが示された。
粒度分布における1つのピークが本発明の範囲の下限値より小さいと、粒度分布が細かくなり過ぎて脱粒による強度劣化や靱性低下により摺動性が悪くなり、上限値より大きいと、強度・靱性が低くなる傾向となっている。
また、粒度分布における他のピークが本発明の範囲の下限値より小さいと、これは粒度分布が細かくなり過ぎるとTiCNの分解が起こり易くなるため摺動性が悪くなり、上限値より大きいと粗大粒の影響が出易くなるため強度劣化となっている。
そして、2つのピークの結晶粒の比率が本発明の範囲の下限値より小さいと、強度劣化となり、上限値より大きいと、摺動性が悪くなっている。これは比率が小さいと脱粒などの影響が出易くなり、比率が大きいとTiCNの分解が起こりやすくなるためである。
As shown in Table 7, when the particle size range and the ratio of the two peaks in the particle size distribution of the sintered body of the present invention are within the range of the present invention, TiCN does not decompose and the slidability is good. It was shown that there is.
If one peak in the particle size distribution is smaller than the lower limit value of the range of the present invention, the particle size distribution becomes too fine and the slidability is deteriorated due to strength deterioration or toughness reduction due to degranulation. It tends to be lower.
In addition, if the other peak in the particle size distribution is smaller than the lower limit value of the range of the present invention, this is because if the particle size distribution becomes too fine, TiCN is liable to be decomposed, resulting in poor slidability. Since the influence of grains is likely to occur, the strength is deteriorated.
And when the ratio of the crystal grain of two peaks is smaller than the lower limit of the range of the present invention, the strength deteriorates, and when larger than the upper limit, the slidability is deteriorated. This is because if the ratio is small, the effect of degranulation or the like is likely to occur, and if the ratio is large, TiCN is likely to be decomposed.

尚、図10は本発明の熱間押出成形用ダイスのTi、TiC、TiNに関する組成を示すダイアグラムであり、便宜上Ti、TiC、TiNの各頂点を3%としているものである。   FIG. 10 is a diagram showing the composition of Ti, TiC, and TiN of the hot extrusion die of the present invention. For convenience, each vertex of Ti, TiC, and TiN is 3%.

「CL1」と示された6角形の網掛け部分が、本願の請求項1のTi、TiC、TiNに関する範囲である。   The hexagonal shaded portion labeled “CL1” is the range related to Ti, TiC, and TiN in claim 1 of the present application.

Claims (17)

TiCNが58〜92.5質量%、Tiが0.01〜1質量%、TiCが0.01〜2質量%、TiNが0.01〜2質量%、残部がTaC、Ni、Crからなることを特徴とする焼結体。  TiCN is 58-92.5% by mass, Ti is 0.01-1% by mass, TiC is 0.01-2% by mass, TiN is 0.01-2% by mass, and the balance is TaC, Ni, Cr. A sintered body characterized by TaCを1〜11質量%有することを特徴とする請求項1に記載の焼結体。  The sintered body according to claim 1, which has 1 to 11% by mass of TaC. Niを3〜13質量%、Crを3〜13質量%有することを特徴とする請求項1または2に記載の焼結体。  The sintered body according to claim 1 or 2, comprising 3 to 13 mass% of Ni and 3 to 13 mass% of Cr. 前記焼結体の粒度分布が2つのピークを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の焼結体。  The sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein a particle size distribution of the sintered body has two peaks. 前記粒度分布における1つのピークは1.0〜1.3μmの粒度範囲、他のピークは1.4〜1.7μmの粒度範囲にあることを特徴とする請求項4に記載の焼結体。  5. The sintered body according to claim 4, wherein one peak in the particle size distribution is in a particle size range of 1.0 to 1.3 μm, and the other peak is in a particle size range of 1.4 to 1.7 μm. 前記粒度分布における1.0〜1.3μmの粒度範囲のピークと1.4〜1.7μmの粒度範囲のピークとが3:2〜1:1の比率であることを特徴とする請求項5に記載の焼結体。  The peak in the particle size range of 1.0 to 1.3 μm and the peak in the particle size range of 1.4 to 1.7 μm in the particle size distribution are in a ratio of 3: 2 to 1: 1. The sintered body according to 1. 前記焼結体の結晶粒が球状であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の焼結体。  The sintered body according to any one of claims 1 to 6, wherein crystal grains of the sintered body are spherical. 請求項1〜7のいずれかに記載の焼結体を用いて形成されていることを特徴とする摺動部材。  A sliding member characterized by being formed using the sintered body according to claim 1. 請求項1〜7のいずれかに記載の焼結体を用いて形成されていることを特徴とする成膜用材料。  A film-forming material formed using the sintered body according to claim 1. 請求項1〜7のいずれかに記載の焼結体を用いて形成されていることを特徴とする熱間押出成形用ダイス。  A die for hot extrusion molding, which is formed using the sintered body according to any one of claims 1 to 7. 板形状の中心付近に貫通孔を有し、少なくとも該貫通孔の内周面にアモルファス膜を形成したことを特徴とする請求項10に記載の熱間押出成形用ダイス。  The die for hot extrusion molding according to claim 10, wherein a through-hole is formed near the center of the plate shape, and an amorphous film is formed at least on the inner peripheral surface of the through-hole. 前記アモルファス膜がアルミナもしくはシリコンカーバイドからなることを特徴とする請求項11に記載の熱間押出成形用ダイス。  The hot extrusion die according to claim 11, wherein the amorphous film is made of alumina or silicon carbide. 前記アモルファス膜が厚み0.2〜1.2μmであることを特徴とする請求項11に記載の熱間押出成形用ダイス。  The hot extrusion die according to claim 11, wherein the amorphous film has a thickness of 0.2 to 1.2 μm. 請求項10〜13のいずれかに記載の熱間押出成形用ダイスを筒状のダイケースの一方端側に装着し、上記ダイケースの他方端側を筒状のコンテナの一方端側に装着し、押出材をコンテナから押出すための押し出し機構を上記コンテナに配置したことを特徴とする熱間押出成形装置。  The hot extrusion die according to any one of claims 10 to 13 is mounted on one end side of a cylindrical die case, and the other end side of the die case is mounted on one end side of a cylindrical container. A hot extrusion molding apparatus, wherein an extrusion mechanism for extruding the extruded material from the container is disposed in the container. 請求項10〜13のいずれかに記載の熱間押出成形用ダイスを用いたことを特徴とする熱間押出成形方法。  A hot extrusion molding method using the hot extrusion die according to any one of claims 10 to 13. 請求項10〜13のいずれかに記載の熱間押出成形用ダイスを用いてアルミニウム合金を成形することを特徴とする熱間押出成形方法。  A hot extrusion molding method, comprising: forming an aluminum alloy using the hot extrusion die according to any one of claims 10 to 13. 請求項1〜7のいずれかに記載の焼結体の製造方法であって、平均粒径0.3〜0.7μmのTiCN粉末と、平均粒径1.2〜2μmのTiCN粉末とを7:3〜9:1の重量比率で混合し、さらに平均粒径1.5μm以下のTaC粉末と、平均粒径2μm以下のNi粉末及びCr粉末とを加えて、溶媒とともに粉砕混合してスラリーとする工程を有することを特徴とする焼結体の製造方法。  It is a manufacturing method of the sintered compact in any one of Claims 1-7, Comprising: 7 TiCN powder with an average particle diameter of 0.3-0.7 micrometer, and TiCN powder with an average particle diameter of 1.2-2 micrometers are 7 : 3-9: 1 by weight ratio, further adding TaC powder with an average particle diameter of 1.5 μm or less, Ni powder and Cr powder with an average particle diameter of 2 μm or less, and pulverizing and mixing with a solvent The manufacturing method of the sintered compact characterized by having the process to do.
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