JPH03173738A - 高強度，高靭性タングステン焼結合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速回転体又は防護物を貫通する発射体に有
用な高強度、高靭性タングステン焼結合金に関する。

〔従来の技術〕

高速回転体は、高度の引張り強さ、ヤング率を有し、し
かも高速回転時に破壊しないような十分な靭性を有して
いなければならない。又、上記発射体は、防護物を完全
に貫通する前に破壊しないように十分な延性、靭性を有
し、しかも貫通時に発射体の推進エネルギー損失をでき
るだけ小さくするために高度の引張り強さを有すること
が必要である。

このような要求を満たす従来技術として、例えば特開昭
６２−１８５８０５号公報には、所定比率のタングステ
ン、ニッケル、鉄からなる原料粉体を圧粉成形し、これ
を液相焼結した後に実質的に最終形状に加工し、しかる
後に真空中において加熱後急冷する熱処理を施すことが
提案されている（第１従来例）、また、特公昭６３−３
０３９１号公報には、タングステン焼結合金中の酸素量
と炭素量とを低減することが提案されている（第２従来
例）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記第１従来例にあっては熱処理条件によってタングス
テン焼結合金の延性を改善し得るとされ、また第２従来
例にあっては合金中の酸素量と炭素量とを低減すること
によって、材料内のポロシティ発生を抑制し延性を改善
し得るとされている。

すなわちいずれの従来例も、タングステン焼結合金の延
性向上が主な効果とされており、強度の向上については
ほとんど触れられていない。しかし、タングステン焼結
合金が適用される高速回転体や防護物を貫通する発射体
の場合は、延性と強度とを共に向上させる必要があり、
その点に問題があった。

そこで本発明は、高速回転体や防護物を貫通する発射体
として要求される２５％以上の伸びを確保すると同時に
、窒素（Ｎ）の固溶強化を利用して強度を少なくとも９
５ｋｇ／ｍｍ”以上に高めたタングステン焼結合金を提
供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、タングステン８５
〜９８−ｔ％、残部がニッケルと鉄とからなり、そのニ
ッケルと鉄との重量比が５：５ないし８：２の範囲にあ
るタングステン焼結合金において、タングステンの粒径
が４０μｍ以下であり、且つニッケル−鉄相に固溶する
窒素量がＯ，ＯＯ５％を超え０．１００％以下であるこ
とを特徴とする。

以下、更に詳細に説明する。

本発明のタングステン焼結合金の組成は、タングステン
（Ｗ）が８５〜９８−ｔ％で、残部がニッケル（Ｎｉ）
と鉄（Ｆｅ）である。タングステン含有量は、所定の高
密度を保つために８５％以上が必要である。かつ又、タ
ングステン焼結合金を製造する際の液相焼結工程におい
て完全に緻密化する液相量を確保するため、９８％以下
であることが必要である。ニッケルと鉄は、焼結時に液
相を発生して高密度化を促進し、かつ材料の延性を高め
る目的で添加される。その添加量は、合金量の２〜１５
％とする。２％未満では十分な液相が発生せず、高密度
化の効果が発揮できない。一方、１５％を越えるとタン
グステンの含有量が少なくなりすぎて、合金の高比重が
得られなくなる。又、ニッケルと鉄の重量比率は、液相
生成温度を下げて効果的な液相焼結を実施するために、
Ｎｉ：Ｆｅ＝７：３にすることが最も好ましい、しかし
、Ｎｉ：Ｆｅ＝５：５からＮｉ　：　Ｆｅ＝８　：　２
の範囲内であれば、液相焼結に対して悪影響を及ぼさな
い。

上記の組成のタングステン焼結合金において、タングス
テンの原料粉末の粒度が、最終的に得られる合金の延性
と強度とに影響を及ぼす。タングステン粒径が太き（な
るに従って延性が向上する傾向にあるが、強度は逆に低
下する傾向がある。

そのため、延性と強度との両特性を共に向上させ、伸び
を２５％以上とし強度を少なくとも９５ｋｇ／閤２以上
とするには、タングステン粒径を４０μｍ以下〜１６μ
ｍ以上とすることが望ましい。

さらに本発明者らは、高強度で高靭性を有するタン、ゲ
ステン焼結合金を研究する過程で、通常は水素気流中で
合金を液相焼結するのに対して、積極的に窒素を添加す
ると、窒素がマトリックス相に固溶し、固溶強化によっ
て合金の強度が向上することを見出した。

第１図にその研究の一例として、タングステン。

ニッケル、鉄の成分比率が９５Ｗ−３，５Ｎｉ−１゜５
Ｆｅを基本とするタングステン焼結合金において、Ｆｅ
−Ｎｉ相中の窒素（Ｎ）の量を種々に変化させた場合の
引張り強度と伸びを測定した結果を示す、窒素添加は液
相焼結を行うときの雰囲気ガス中にＮ２ガスを混入して
行い、Ｎが合金中のＦｅ−Ｎｉ相に固溶するようにした
。焼結温度は１５００°Ｃ１焼結時間は３０分とし、焼
結後に１０００℃で１時間の脱水素処理を施した。タン
グステンの粒径はいずれも３５μｍである。

図から、Ｆｅ−Ｎｉ相中のＮ量の増加に伴って合金の強
度が増加することがわかる。一方、合金の伸びは逆に減
少している。Ｎ量がＯ，ＯＯ５％以下では引張り強さが
急低下しており、Ｎの固溶強化が十分ではない、またＮ
量が０．１０％を超えると伸びが急低下しており、高速
回転体に要求される値の２５％に達しない。これから、
Ｆｅ−Ｎｉ相中に固溶する窒素量はＯ，ＯＯ５％を超え
ｏ、　ｉ　。

０％以下であることた適当といえる。

本発明によれば、タングステン焼結合金中に積極的に窒
素を添加することによって生じる窒素の固溶強化と、タ
ングステン粒径の制御によるタングステン粒の微細強化
とによって、合金の靭性を損なうことなく強度を向上さ
せることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

タングステン粉とニッケル粉と鉄粉との混合比率を変え
て異なる化学組成とした混合粉末を３種類用意し、それ
ぞれの混合粉末をを２ｔｏｎ／ｃｄの静水圧下に圧縮成
形し、その成形体を水素と窒素との混合雰囲気中で液相
焼結し、その後１０００°ＣＸ１時間の脱水素熱処理を
行ってタングステン焼結合金の試験試料を形成した。

焼結工程における焼結温度、焼結時間、雰囲気ガス組成
等を種々に設定して処理することにより、第１表に示す
ようにタングステン粒径が１６μｍ以上で４０μｍを超
えず、且つＦｅ−Ｎｉ相中に固溶する窒素量が０．００
５％を超えｏ、　ｔ　ｏ　ｏ％以下の範囲内にある本発
明の合金試料ｋｌ−Ｎα９を得た。一方、比較例として
は、タングステン粒径が１６μｍ未満のものと４０μｍ
を超えるものとを含み、またＦｅ−Ｎｉ相中に固溶する
窒素量が０、００５％未満のものとｏ、　ｉ　ｏ　ｏ％
を超えるものとを含む合金試料Ｎａ１Ｏ−ｋ１４を用意
した。

上記の各試料ｋｌ〜ｋ１４のそれぞれにつき、引張り試
験を行って、機械的性質を比較した。

その試験の結果を第１表に示す。

第１表より、本発明のタングステン焼結合金は、全て引
張り強さ９５ｋｇ／ｎｕ”以上で且つ伸びは２５％以上
であるのに対して、比較例のものは引張り強さ９５ｋｇ
／ｎｍ”以上のものは伸びが２５％に達しておらず、伸
びが２５％以上のものは引張り強さが９５ｋｇ／ｍｎ”
に達していないことがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、タングステン８
５〜９８−ｔ％、残部が重量比で５：５ないし８：２の
範囲にあるニッケルと鉄とからなるタングステン焼結合
金において、タングステンの粒径が４０μｍ以下であり
、且つニッケル−鉄相に固溶する窒素量が０．０　Ｏ５
％を超え０．１００％以下の範囲内にあるものとした。

そのため、強度が少なくとも９５ｋｇ／μｍ”以上で且
つ伸びが２５％以上あり、したがって高速回転体や防護
物を貫通する発射体として好適に用いうるタングステン
焼結合金を提供することができるという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はタングステン焼結合金において、ニッケル−鉄
相中の窒素量と合金の引張り強さ及び伸びとの関係を表
す図である。 引弓長弓＠Δ　（Ｋｇ／ｍｍ２） 〜　　　　（ＪＪ　　　　　　島 ｏ□ｏ。 イ申１）−（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タングステン８５〜９８ｗｔ％、残部がニッケル
   と鉄とからなり、そのニッケルと鉄との重量比が５：５
   ないし８：２の範囲にあるタングステン焼結合金におい
   て、 タングステンの粒径が４０μｍ以下であり、且つニッケ
   ル−鉄相に固溶する窒素量が０．００５％を超え０．１
   ００％以下であることを特徴とする高強度、高靭性タン
   グステン焼結合金。