JPH1053823A - 高強度を有する炭化タングステン基超硬合金の製造方法 - Google Patents

高強度を有する炭化タングステン基超硬合金の製造方法

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JPH1053823A
JPH1053823A JP8209922A JP20992296A JPH1053823A JP H1053823 A JPH1053823 A JP H1053823A JP 8209922 A JP8209922 A JP 8209922A JP 20992296 A JP20992296 A JP 20992296A JP H1053823 A JPH1053823 A JP H1053823A
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JP
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tungsten carbide
carbide
cemented carbide
alloy
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JP8209922A
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Hiroshi Ichikawa
洋 市川
Motoya Hamazaki
元弥 浜崎
Shinichi Sekiya
慎一 関谷
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度を有するWC基超硬合金を製造する。 【解決手段】 原料粉末として、平均粒径:1〜5μm
のWC粉末、同0.1〜1μmの酸化コバルト粉末、お
よび同0.1〜1μmの炭素粉末、さらに同0.1〜1
μmのCr3 2 粉末およびCr2 3 粉末を用い、こ
れら原料粉末を、以下いずれも重量%で、酸化コバルト
粉末:3〜30%、炭素粉末:0.2〜4%、必要に応
じてCr3 2 粉末および/またはCr2 3 粉末:
0.2〜3%、WC粉末:残り、からなる配合組成に配
合し、混合した後、還元性または不活性ガス雰囲気中で
還元処理して、Co:2〜20%、必要に応じてCr:
0.1〜2%を含有し、残りがWCと不可避不純物から
なる組成を有し、かつWC粉末の表面上にCoまたはC
o−Cr合金が分散分布した状態で融着してなるWC/
Co複合粉末、またはWC/Co−Cr合金複合粉末を
形成し、これから通常の粉末冶金法にてWC基超硬合金
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、結合相形成成分
としてのCoが組織全体に亘って分散性よく分布し、こ
れによって高強度を具備するようになる炭化タングステ
ン基超硬合金(以下、超硬合金と云う)の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、超硬合金が、基本的に原
料粉末として、所定の粒度を有する炭化タングステン
(以下、WCで示す)粉末およびCo粉末を用い、これ
ら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合した後、通
常の粉末冶金法にて焼結することにより製造され、この
結果の超硬合金が、重量%で(以下、%は重量%を示
す)、Co:2〜20%、を含有し、残りがWCと不可
避不純物からなる組成を有することも広く知られてお
り、また、これらの超硬合金が切削工具や耐摩耗工具な
どとして実用に供されていることも良く知られることで
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
や塑性加工などの高速化および高精密化はめざましく、
これに伴い、これらに用いられる超硬合金製の切削工具
や耐摩耗工具などには、一段の強度向上が求められてい
るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、高強度を有する超硬合金を製造
すべく、特に上記の従来超硬合金の製造に着目し研究を
行った結果、上記の従来超硬合金の製造における基本的
にWC粉末とCo粉末からなる混合粉末に代わって、予
め所定の割合に配合したWC粉末と酸化コバルト(以
下、Cox y で示す)粉末と炭素粉末、さらに必要に
応じてCrの炭化物(以下、Cr3 2 で示す)粉末お
よび/または酸化物(以下、Cr2 3 で示す)粉末か
らなる混合粉末に還元性または不活性ガス雰囲気中で還
元処理を施すことにより得られたWC/Co複合粉末、
またはWC/Co−Cr合金複合粉末、すなわちWC粉
末の表面上にCoまたはCo−Cr合金が分散分布した
状態で融着してなるWC/Co複合粉末、またはWC/
Co−Cr合金複合粉末を原料粉末として用い、これら
原料粉末から通常の粉末冶金法にて焼結して超硬合金を
製造すると、製造された超硬合金は、特に結合相形成成
分としてのCoが組織全体に亘って分散性よく分布する
ようになることから、上記の従来方法によって製造され
た超硬合金に比して一段と高強度を具備するようになる
という研究結果を獲たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、原料粉末として、平均粒径:1〜
5μmのWC粉末、同0.1〜1μmのCox y
末、および同0.1〜1μmの炭素粉末、さらに同0.
1〜1μmのCr3 2 粉末およびCr2 3 粉末を用
い、これら原料粉末を、Cox y 粉末:3〜30%、
炭素粉末:0.2〜4%、WC粉末:残り、からなる配
合組成、あるいは、Cox y 粉末:3〜30%、炭素
粉末:0.2〜4%、Cr3 2 粉末および/またはC
2 3 粉末:0.2〜3%、WC粉末:残り、からな
る配合組成に配合し、混合した後、還元性または不活性
ガス雰囲気中で還元処理して、Co:2〜20%、WC
および不可避不純物:残り、からなる組成を有し、かつ
WC粉末の表面上にCoが分散分布した状態で融着して
なるWC/Co複合粉末、あるいは、Co:2〜20
%、Cr:0.1〜2%、WCおよび不可避不純物:残
り、からなる組成を有し、かつWC粉末の表面上にCo
−Cr合金が分散分布した状態で融着してなるWC/C
o−Cr合金複合粉末、を形成し、このWC/Co複合
粉末、またはWC/Co−Cr合金複合粉末から通常の
粉末冶金法にて、結合相形成成分としてのCoの組織上
の分散性にすぐれ、これによって高強度をもつようにな
る超硬合金を製造する方法に特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明の方法において、製造条
件を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a)原料粉末の平均粒径 WC粉末の平均粒径を1〜5μmとしてのは、その平均
粒径が1μm未満では、製造された超硬合金の耐クリー
プ変形性が低下するようになり、一方その平均粒径が5
μmを越えると、製造された超硬合金の強度が急激に低
下するようになるという理由によるものである。また、
Cox y 粉末の平均粒径を0.1〜1μmとしての
は、その平均粒径を0.1μm未満にしても還元反応上
効果は現れず、むしろ細粉化の面で経済的でなく、一方
その平均粒径が1μmを越えると、未還元Cox y
存在するようになり、この結果超硬合金中に巣が発生
し、所望の高強度を確保することができなくなるという
理由からである。さらに、炭素粉末の平均粒径は還元性
の面から定めたものであり、0.1〜1μmの平均粒径
をを有するCox y 粉末の還元には同様の粒度の炭素
粉末を用いるのがよく、なぜならその平均粒径が0.1
μm未満では還元反応が強力で、残留炭素の存在は避け
られず、一方その平均粒径が1μmを越えると、逆に還
元反応が緩慢となり、Cox y が残留するようになる
からである。さらに、またCr3 2 粉末およびCr2
3 粉末は、還元処理で結合相形成成分であるCo中に
固溶させ、Co−Cr合金を形成して前記結合相の強度
および耐熱性を向上させる目的で必要に応じて配合され
るものであるが、これのもつ平均粒径を0.1〜1μm
としたのは、その平均粒径を0.1μm未満にすること
は細粒化の面で経済的でなく、一方その平均粒径が1μ
mを越えると、Co中への固溶が完全に行われない場合
が生じ、この場合には超硬合金の強度低下の原因となる
という理由によるものである。
【0007】(b)配合組成および成分組成 Cox y 粉末の配合割合が3%未満では、還元処理で
生成されたWC/Co複合粉末におけるCo含有割合が
2%未満となってしまい、これを用いて超硬合金を製造
した場合、所望の強度を確保することができず、一方そ
の配合割合が30%を越えると、同様に製造された超硬
合金のCo含有量が20%を越えて多くなってしまい、
耐摩耗性が低下するようになるばかりでなく、超硬合金
でのCoの分散性も低下し、強度低下が避けられないこ
とから、Cox y 粉末の配合割合を3〜30%、WC
/Co複合粉末またはWC/Co−Cr合金複合粉末に
おけるCo含有割合を2〜20%と定めたのである。ま
た、炭素粉末の配合割合:0.2〜4%は、Cox y
粉末の配合割合:3〜30%、さらに必要に応じて配合
されたCr2 3 粉末の配合割合:0.2〜3%に対応
して定めたものであり、したがって、所望の配合割合の
Cox y 粉末を残留炭素の発生なく、CoまたはCo
−Cr合金に還元するのに必要な炭素粉末の配合割合と
して0.2〜4%を定めたのである。さらに、Cr3
2 粉末およびCr2 3 粉末の配合割合が0.2%未満
では、Co−Cr合金中のCr含有量が全体に占める割
合で0.1未満になってしまい、上記の通り結合相の強
度および耐熱性に摩耗性向上効果が得られず、一方その
配合割合が3%を越えると、Co−Cr合金中のCr含
有量が同じく全体に占める割合で2%を越えて高くなり
すぎ、超硬合金の強度が低下するようになることから、
その配合割合を0.2〜3%、Co−Cr合金中のCr
含有量を0.1〜2%と定めたのである。なお、この発
明の方法における還元処理は、通常の金属酸化物粉末の
還元に採用されている条件、すなわち水素気流などの還
元性雰囲気中、あるいは窒素気流またはAr気流などの
不活性ガス雰囲気中、800〜1100℃に1〜5時間
保持の条件で行なわれる。
【0008】
【発明の実施の形態】この発明の方法を実施例により具
体的に説明する。原料粉末として、それぞれ表1、2に
示される平均粒径を有するWC粉末、Cox y 粉末、
炭素(C)粉末、Cr3 2 粉末、およびCr2 3
末を用意し、これら原料粉末を同じく表1、2に示され
る配合組成に配合してなる配合粉末a〜rを調整し、こ
れら配合粉末a〜rをそれぞれボールミルで72時間湿
式混合し、乾燥した後、表3に示される条件で還元処理
して、同じく表3に示されるCo含有量のWC−Co複
合粉末、並びにCoおよびCr含有量のWC/Co−C
r合金複合粉末を形成し、これら複合粉末のCoおよび
Cr含有量を測定し(この測定結果を表3に示した)、
引き続いてこれら還元粉末を、それぞれ1ton/cm
2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、これら圧粉体を、真
空雰囲気中、1350〜1450℃の範囲内の所定の温
度に1時間保持の条件で焼結し、さらに温度:1320
℃、圧力:900kgf/cm2 、保持時間:1時間の
条件でHIP処理を施すことにより本発明方法1〜18
を実施し、強度を評価する目的で、8mm×4mm×2
5mmの抗折力試験片形状をもった超硬合金をそれぞれ
製造した。
【0009】また、比較の目的で、原料粉末として、表
4に示される平均粒径をもったWC粉末、Co粉末、お
よびCr3 2 粉末を用意し、これら原料粉末を同じく
表4に示される配合組成(本発明方法1〜18によって
製造された超硬合金の組成にそれぞれ対応)に配合し、
ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、この混
合粉末を、以下いずれも本発明方法1〜18におけると
同一の条件で、圧粉体にプレス成形し、焼結し、さらに
HIP処理を施すことにより従来方法1〜12を行い、
実質的に配合組成と同一な成分組成をもった超硬合金を
それぞれ製造した。この結果得られた各種の超硬合金に
ついて、抗折力を測定し、この測定結果をそれぞれ表3
および表4に示した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】
【表4】
【0014】
【発明の効果】表3、4に示される結果から、本発明方
法1〜18においては、原料粉末としてWC粉末の表面
にCoまたはCo−Cr合金が分散分布した状態で融着
したWC/Co複合粉末またはWC/Co−Cr合金複
合粉末を使用することによって、要素粉末の混合粉末を
用いる従来方法1〜12によって製造された超硬合金に
比して、いずれも結合相形成成分としてのCoの分散性
が一段と向上した超硬合金を製造することができ、この
Co分散性の向上によってそれぞれの抗折力の相対比較
で強度が著しく向上していることが明らかである。上述
のように、この発明の方法によれば、高強度を有する超
硬合金を製造することができ、したがって超硬合金が適
用される切削工具や各種対摩耗工具などに対する要求に
十分満足に対応することがでるのである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料粉末として、平均粒径:1〜5μm
    の炭化タングステン粉末、同0.1〜1μmの酸化コバ
    ルト粉末、および同0.1〜1μmの炭素粉末を用い、
    これら原料粉末を、以下いずれも重量%で、 酸化コバルト粉末:3〜30%、 炭素粉末:0.2〜4%、 炭化タングステン粉末:残り、からなる配合組成に配合
    し、混合した後、還元性または不活性ガス雰囲気中で還
    元処理して、 Co:2〜20%、 炭化タングステンおよび不可避不純物:残り、からなる
    組成を有し、かつ炭化タングステン粉末の表面上にCo
    が分散分布した状態で融着してなる炭化タングステン/
    Co複合粉末を形成し、この炭化タングステン/Co複
    合粉末から通常の粉末冶金法にて炭化タングステン基超
    硬合金を製造することを特徴とする高強度を有する炭化
    タングステン基超硬合金の製造方法。
  2. 【請求項2】 原料粉末として、平均粒径:1〜5μm
    の炭化タングステン粉末、同0.1〜1μmの酸化コバ
    ルト粉末、および同0.1〜1μmの炭素粉末、さらに
    同0.1〜1μmのCrの炭化物粉末および酸化物粉末
    を用い、これら原料粉末を、以下いずれも重量%で、 酸化コバルト粉末:3〜30%、 炭素粉末:0.2〜4%、 Crの炭化物粉末および酸化物粉末のうちの1種または
    2種:0.2〜3%、 炭化タングステン粉末:残り、からなる配合組成に配合
    し、混合した後、還元性または不活性ガス雰囲気中で還
    元処理して、 Co:2〜20%、 Cr:0.1〜2%、 炭化タングステンおよび不可避不純物:残り、からなる
    組成を有し、かつ炭化タングステン粉末の表面上にCo
    −Cr合金が分散分布した状態で融着してなる炭化タン
    グステン/Co−Cr合金複合粉末を形成し、この炭化
    タングステン/Co−Cr合金複合粉末から通常の粉末
    冶金法にて炭化タングステン基超硬合金を製造すること
    を特徴とする高強度を有する炭化タングステン基超硬合
    金の製造方法。
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