JPH10212165A - 複合炭化物粉末及びその製造方法 - Google Patents

複合炭化物粉末及びその製造方法

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JPH10212165A
JPH10212165A JP9012854A JP1285497A JPH10212165A JP H10212165 A JPH10212165 A JP H10212165A JP 9012854 A JP9012854 A JP 9012854A JP 1285497 A JP1285497 A JP 1285497A JP H10212165 A JPH10212165 A JP H10212165A
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JP
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powder
tungsten
carbide
chromium
composite carbide
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JP9012854A
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Akihide Matsumoto
明英 松本
Ryoji Yamamoto
良治 山本
Nobuaki Asada
信昭 浅田
Yoshihiko Doi
良彦 土井
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Tokyo Tungsten Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Tungsten Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 切刃に用いた場合,欠損が生せず,使用寿命
の長い超硬合金に使用される複合炭化物粉末とその製造
方法とを提供すること。 【解決手段】 炭化タングステンと金属クロムとを含む
複合炭化物粉末であって,前記金属クロムが,タングス
テン金属相と固溶体もしくは金属間化合物を形成し,か
つ前記金属クロムが添加物形成時に,前記炭化タングス
テンに対して0.5〜2.0重量%含有することによっ
て,炭化タングステン粉末を著しく微細結晶化させてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,微細な炭化タング
ステン粒子を含有する靭性,および耐摩耗性の優れた微
粒超硬合金の原料である複合炭化物粉末とその製造方法
とに関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器の小型化,軽量化が進み,それ
に伴い超硬合金製ドリル特に,小径ドリルの需要が近年
急激に伸びている。小径ドリルに用いられる超硬合金
は,その使用条件が高速化され,硬度,強度,靭性の高
い特性が要求されている。この要求を満たすためには微
粒超硬合金が必要不可欠で,微細なWC粉末を出発原料
としたり,焼結過程での粒成長を抑えるために,種々の
抑制剤を添加する発明が提案されている。
【0003】特開昭61−12847号公報(以下,従
来技術1と呼ぶ)には,WC−Co合金にVとCrを複
合添加することによって,WCの粒成長を抑制し,微粒
超硬合金を作り上げる方法が開示されている。
【0004】特開平4−257197号公報(以下,従
来技術2と呼ぶ)には平均粒度が0.6μm以下でかつ
最大粒径が3.0μm以下のWC粒子が分散しているW
C基超硬合金の素地中に,さらに最大粒径が3.0μm
以下であるV,Cr,Ta,NbおよびTiうちの1種
の炭化物もしくは炭窒化物粒子,またはV,Cr,T
a,NbおよびTiうちの2種以上の炭化物もしくは炭
窒化物の固溶体粒子が分散している組織を有するWC基
超硬合金が開示されている。
【0005】特開昭61−76646号公報には(以
下,従来技術3と呼ぶ)WC−Co合金にVとCr,T
aを複合添加することによって,WCの粒成長を抑制
し,微粒超硬合金を作り上げる方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし,従来技術1に
おける方法において,V,Crを合金を作るときに添加
するために,分散が不均一となり細径のドリルになると
折損に至り,工具の安定性に欠けると言う問題があっ
た。
【0007】また,従来技術2においては,微粒WC中
のV,Cr,Ta,NbおよびTiの炭化物もしくは炭
窒化物の固溶体粒子は,粗大粒子として働くことがあ
り,靭性,硬度,強度の向上に働かないと言う問題があ
る。
【0008】また,従来技術3においては,Taを添加
するため合金中にNaCl型固溶体炭化物を形成する。
このNaCl型固溶体炭化物はWC粒子よりも粗いた
め,合金中に欠陥として働き,工具の安定性に欠けると
言う問題点がある。
【0009】以上,いずれの発明も超硬合金を焼結する
時の粒成長を抑制する方法である。これらの従来技術に
よる方法では,超硬合金中の粒成長を抑制しきれないの
が現状である。そのため,上記のWC基超硬合金は,高
い硬度,優れた強度,を有するもののこれを小径ドリル
として用いた場合,超硬合金中の粗大粒子により,切刃
に欠損が生じ易く,比較的短時間で使用寿命に至るもの
である。
【0010】そこで,本発明の技術的課題は,切刃に用
いた場合,欠損が生せず,使用寿命の長い超硬合金に使
用される複合炭化物粉末とその製造方法とを提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】そこで,本発明者らは,
上述のような観点から,上記従来WC基超硬合金のもつ
問題点を解決すべく微粒超硬合金の原料を提供すべく研
究をおこなった。
【0012】その結果,クロムの金属もしくは炭化物
が,タングステン金属相と固溶体もしくは金属間化合物
を形成し,かつ炭化物形成時に炭化タングステンに対し
て2重量%以下含有している場合,クロムの炭化物が,
炭化タングステンの結晶粒界に介在物として存在し,超
硬合金の組織は焼結過程においてCoがWC粒内にある
結晶粒界に入り込み,多結晶のWC粒子を分離する事と
同様に,粒成長を抑制する炭化物を添加して生成した複
合炭化物も,超硬合金のWC粒径の微粒化と均粒化に効
果のあることがわかった。
【0013】つまり,クロムの金属もしくは炭化物は,
炭化反応を促進する触媒効果があり,炭化反応の進行に
伴って,W粒子内に拡散固溶する。完全にWCが生成す
ると溶解度を失い,複合化合物と思われる相を析出す
る。
【0014】この効果によってWC粒子の微細化が進
み,析出相が多結晶体中の結晶粒成長を抑制し,超硬合
金中の炭化タングステン相を著しく微細結晶化させた複
合炭化物粉末の開発に成功し,本発明を為すに至ったも
のである。
【0015】即ち,本発明によれば,炭化タングステン
と金属クロムとを含む複合炭化物粉末であって,前記金
属クロムが,タングステン金属相と固溶体もしくは金属
間化合物を形成し,かつ前記金属クロムが添加物形成時
に,前記炭化タングステンに対して0.5〜2.0重量
%含有することによって,炭化タングステン粉末を著し
く微細結晶化させていることを特徴とする複合炭化物粉
末が得られる。
【0016】また,本発明によれば,タングステン酸化
物粉末と,クロム酸化物粉末及び金属クロム粉末の内の
少なくとも一種の粉末とを混合し,700℃以上110
0℃以下の水素雰囲気中で加熱して得られる固溶体もし
くは金属間化合物を,炭素粉末と混合し,水素及び真空
雰囲気中で1300℃〜1700℃の温度で炭化するこ
とによって複合炭化物粉末を得ることを特徴とする複合
炭化物粉末の製造方法が得られる。
【0017】また,本発明によれば,タングステン酸化
物粉末と,クロム酸化物粉末及び金属クロム粉末の内の
少なくとも一種の粉末と,炭素粉末とを混合し,100
0℃以上の,窒素雰囲気中で加熱し,続いて水素気流中
1300〜1700℃で炭化することによって複合炭化
物粉末を得ることを特徴とする複合炭化物粉末の製造方
法がえられる。
【0018】また,本発明によれば,タングステン粉末
と,クロム酸化物粉末及び金属クロム粉末の内の少なく
とも一種の粉末と,炭素粉末とを混合し,水素及び真空
雰囲気中で1300℃〜1700℃の温度で炭化するこ
とによって炭化物粉末を得ることを特徴とする複合炭化
物粉末の製造方法が得られる。
【0019】次に,本発明について,上記のように限定
した理由について説明する。
【0020】まず,本発明において,タングステン金属
相と固溶体もしくは金属間化合物を形成するものを用い
る。その理由は,タングステン金属相と固溶体もしくは
金属間化合物を形成しないIVa,Va,VIa族の金属も
しくは炭化物は,金属相のタングステンを炭化する場
合,炭化タングステンの結晶粒界に介在物として存在せ
ず,微細化する効果が薄れるためである。
【0021】また,本発明において,クロム金属の含有
量を炭化物形成時に炭化タングステンに対して0.5〜
2.0重量%と限定したのは,2重量%を超えて含有す
る場合,固溶体もしくは金属間化合物を形成し,超硬合
金中の複合炭化物粉末の占める割合が多くなり,焼結条
件により第3相が析出する。一方,0.5重量%未満の
場合,超硬合金中の複合炭化物粉末の占める割合が少な
くなり微粒化,均粒化の効果が得られないからである。
【0022】さらに,本発明において,タングステン酸
化物粉末,クロムの酸化物もしくは金属粉末を,水素雰
囲気中で加熱する場合の温度,即ち,還元温度を,70
0℃以上1100℃以下に限定したのは,その温度が7
00℃未満では,還元反応の進行が遅くその結果,未反
応のタングステンやクロムの酸化物が混入するようにな
るからであり,一方,その温度が1100℃を超えると
粒成長が起こり,微粒で均粒な目的とする粉末を得る事
ができないからである。
【0023】また,本発明において炭化温度,即ち,タ
ングステン酸化物粉末及びタングステン粉末と,IVa,
Va,VIa族の酸化物もしくは金属粉末を,1300℃
以上1700℃以下の,水素雰囲気中で還元することに
よって得られる固溶体もしくは金属間化合物を,炭素粉
末と混合し,水素及び真空雰囲気中で1300℃〜17
00℃の温度で炭化することに限定したのは,その温度
が1300℃未満では,炭化反応の進行が遅くその結
果,未炭化のタングステンやクロムの金属間化合物が混
入するようになるからであり,一方,1700℃を超え
ると粒成長が起こり,微粒で均粒な目的とする粉末を得
る事ができないからである。
【0024】
【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0025】(第1の実施の形態)まず,本発明の第1
の実施の形態について説明する。
【0026】原料粉末を,下記表1に示した組成に配合
し,ヘンシェルミキサーで1時間混合した。次に,下記
表2に示したように,得られた粉末にカーボン粉末を加
えヘンシェルミキサーで1時間混合し,直径5mmにプ
レス成形した後,下記表2に示した炭化温度で水素雰囲
気中,本発明法,従来法を処理した。その後得られた粉
末を,粉砕,篩分し,粉末の粒度をBET法で測定し
た。その時の測定結果を下記表3に示した。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】上記表3から,明らかなように本発明複合
炭化物粉末はいずれの条件においても従来法に比較して
微細化している事がわかる。
【0031】(第2の実施の形態)次に,本発明の第2
の実施の形態について説明する。
【0032】原料粉末を,下記表4に示した配合組成に
配合し,ヘンシェルミキサーで1時間混合した。その
後,混合した粉末を直径5mmにプレス成形し,下記表
4に示した炭化温度で本発明法,従来法を処理した。以
上得られた粉末を,粉砕,篩分し,粉末の粒度をFSS
Sで測定した。その時の測定結果を下記表5に示した。
【0033】
【表4】
【0034】
【表5】
【0035】上記表5から明らかなように本発明複合炭
化物粉末はいずれの条件においても従来法に比較して微
細化している事がわかる。
【0036】(第3の実施の形態)次に,本発明の第3
の実施の形態について説明する。
【0037】原料粉末を,下記表6に示した配合組成に
配合し,ヘンシェルミキサーで1時間混合した。その
後,混合した粉末を直径5mmにプレス成形し,下記表
6に示した炭化温度で本発明法,従来法を処理した。以
上得られた粉末を,粉砕,篩分し,粉末の粒度をFSS
Sで測定した。その時の測定結果を下記表7に示した。
【0038】
【表6】
【0039】
【表7】
【0040】上記表7からもわかるように本発明複合炭
化物粉末はいずれの条件においても従来法に比較して微
細化している事がわかる。
【0041】(第4の実施の形態)次に,本発明の第4
の実施の形態について説明する。第1の実施の形態,第
2の実施の形態及び第3の実施の形態で調整した本発明
法による複合炭化物粉末試料4,24,37と従来法に
よる複合炭化物粉末試料16,24,45を使用し,下
記表8に示した配合組成に配合した。次に,アトライタ
ーで6時間湿式混合した。その後,得られた粉末をプレ
ス成形し,1380℃で60分間焼結した。続いて13
50℃で60分間HIP処理を行った。焼結体はダイヤ
モンド砥石で直径4mmの2枚刃エンドミルに加工し
て,本発明のWC基エンドミル及び従来のWC基エンド
ミルとした。つぎに,これらのWC基エンドミルの切削
試験を行った。その際の切削条件を下記表9に記す。評
価としては逃げ面摩耗幅:0.3mmを寿命基として,
寿命にいたるまでの切削長を比較した。これらの結果を
下記表10に示した。
【0042】
【表8】
【0043】
【表9】
【0044】
【表10】
【0045】上記表10の結果から明らかなように,本
発明法による複合炭化物粉末を使用した超硬合金は,従
来法による複合炭化物粉末を使用した超硬合金に比較し
て優れた切削性能を有することがわかる。
【0046】
【発明の効果】以上,説明したように,本発明によれ
ば,切刃に用いた場合に,欠損が生せず,使用寿命の長
い超硬合金に使用される複合炭化物とその製造方法とを
提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土井 良彦 東京都台東区東上野五丁目24番8号 東京 タングステン株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化タングステンと金属クロムとを含む
    複合炭化物粉末であって,前記金属クロムが,タングス
    テン金属相と固溶体もしくは金属間化合物を形成し,か
    つ前記金属クロムが添加物形成時に,前記炭化タングス
    テンに対して0.5〜2.0重量%含有することによっ
    て,炭化タングステン粉末を著しく微細結晶化させてい
    る事を特徴とする複合炭化物粉末。
  2. 【請求項2】 タングステン酸化物粉末と,クロム酸化
    物粉末及び金属クロム粉末の内の少なくとも一種の粉末
    とを混合し,700℃以上1100℃以下の水素雰囲気
    中で加熱して得られる固溶体もしくは金属間化合物を,
    炭素粉末と混合し,水素及び真空雰囲気中で1300℃
    〜1700℃の温度で炭化することによって複合炭化物
    粉末を得ることを特徴とする複合炭化物粉末の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 タングステン酸化物粉末と,クロム酸化
    物粉末及び金属クロム粉末の内の少なくとも一種の粉末
    と,炭素粉末とを混合し,1000℃以上の,窒素雰囲
    気中で加熱し,続いて水素気流中1300〜1700℃
    で炭化することによって複合炭化物粉末を得ることを特
    徴とする複合炭化物粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 タングステン粉末と,クロム酸化物粉末
    及び金属クロム粉末の内の少なくとも一種の粉末と,炭
    素粉末とを混合し,水素及び真空雰囲気中で1300℃
    〜1700℃の温度で炭化することによって炭化物粉末
    を得ることを特徴とする複合炭化物粉末の製造方法。
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