JPS62127139A - 高硬度材料接合型工具 - 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、各種の圧造、鍛造、引き抜き等のプレス工兵
、および、その他の耐摩耗工具に関する。

（従来の技術） 異種金属を接合した接合型工具は、それぞれの金属の特
長を利用して単一の金属では得られない特性を実現する
しのである。

ところで、靭性にすぐれた鉄鋼材料を用いた支持部と高
硬度を有する加工部とからなる接合型工具を製造するた
め、固相拡散接合法で鉄鋼材料と超硬合金を直接接合す
る場合、接合界面に金属間化合物を生じ易く、それを抑
制するために、鉄鋼材料と超硬合金との間に介在させる
インサートメタルとしてＦｅ　　Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃ
ｒ−Ｗ系合金等が用いられたきた。

また、接合後、支持部（鉄鋼材料）に所要の強度をもた
せるために熱処理（焼入、焼戻し等）が施される。

（発明の解決すべき問題点） しかしながら、鉄鋼材料は熱処理により必要な強度が得
られるが、インサートメタルは所要強度が（ｉ）ｔこく
い。そのため、高い繰返し圧縮強度が要求される用途に
は、工具寿命が短い場合が多かった。

したがって、鉄鋼材料と超硬合金とからなる接合型工具
の固相拡散接合による製造においては、次の諸条件を満
たすことが望ましい。

ａ、インサートメタルの強度 インサートメタルは、接合すべき両金属と同等以上の強
度を有すること。

ｂ、金属間化合物の抑制 インサートメタルと接合すべき両金属との接合界面に脆
い金属間化合物を生成しないこと。

Ｃ１熱処理条件 鉄鋼材料に最適な熱処理が可能であること。

本発明の目的は、より安定した接合を有する鉄鋼材料と
超硬合金とからなる接合型工具を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、鉄鋼材料と超硬合金との固相拡散接合にお
いて、より安定した接合諸条件を開発した。

１）インサートメタルとして超硬合金を採用した。

２）金属間化合物抑制のため、インサート超硬合金は組
成（含有炭素量等）を１！４整した。

（作　用） Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ等の添加元素を有する合金鋼と、通常の
超硬合金との直接接合においては、接合界面に金属間化
合物（Ｆ　ｅ　＝　Ｗ）　Ｃと考えられる）が形成され
易い。

この金属間化合物の生成メカニズムには、炭素量依存性
があり、適正炭素量に調整した超硬合金をインサートメ
タルとして用いれば、鉄鋼材料と超硬合金との直接接合
が可能であり、十分な接合強度が得られる。また、温度
とも強い相関が認められる。第１表に、各種合金工具鋼
、高速度鋼と超硬合金中の含有炭素量との組合せにおい
て、１１００℃と１１５０℃の温度条件での金属間化合
物の生成の有無を示す。いずれの場合ら、金属間化合物
は１１００°Ｃでは生成しないが、さらに５０°Ｃ上昇
すると生成する。したがって、インサートメタルとして
用いる超硬合金の組成は、熱処理温度に対応して選定し
なければならない。

第１表　　　　金属間化合物の生成条件ところで、合金
鋼と超硬合金の直接接合における金属間化合物生成のメ
カニズムは、次のように考えられる。一般に合金鋼は、
Ｆｅ、Ｃ以外にＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ等の各種添加元素
を含んでいて、これらの添加元素は、ＭＸＣｙ型として
炭化物を形成するか、もしくは、Ｆｅ基地中に固溶した
状態となっている。各種添加元素の中で、Ｃ「、Ｍｏ等
は、炭素との化学的結合力が強いが、他方、Ｗは比較的
弱い結合力をもつ。このため、合金鋼と超硬合金の接合
界面では、超硬合金成分であるＷＣの炭素が合金鋼中の
固溶Ｃｒ、Ｍｏ等により吸収されるため、不安定なＷが
生成されると考えられる。そして、このＷが、より安定
な相状態としてＦｅＢよびＣと反応して、金属間化合物
ＦｅＪ３Ｃを形成するものと考えられる。

金属間化合物を抑制するため、接合界面にて不足する炭
素を補う方法として、超硬合金を高炭素量に調整して、
インサートメタルとして用いればよい。高炭素組成では
超硬合金中に遊離炭素が生成されるが、拡散接合過程に
て接合界面近傍の遊離炭素は拡散してｉ’＋Ｙ′Ｊ＆す
る。さらに、インサートメタル（含有炭素量調整超硬合
金）は、必要最小限度の厚さがあればよい。例えば、合
金工具鋼、高速度鋼との接合では、０．１〜Ｏ、Ｓ　＋
ｎｎ＋和当て゛十分であり、これ以上の厚さであると、
超硬合金中に未拡散の遊離炭素か残留する。また、これ
以下であると、炭素を十分補えない。このように、含有
炭素量を調整したインサート超硬合金を使用することで
、鉄鋼材料との接合組合せら容易になり、かつ、接合部
強度ら向上し、鉄鋼材料に適した熱処理が可能になる。

（実施例） 図面に示す冷間鍛造用ポンチを作製し、工具寿命を調べ
た。ポンチは、工具ｇＡｓＫＤＩＩからなる支持部１と
超硬合金からなる加工部３とを、高炭素含有量のインサ
ート超硬合金２を介在させて接合してなる。加工部３の
超硬合金は、支持部１の鉄鋼材料との接合の容易な、熱
膨張係数の大きい超硬合金（ｗｃ７５％、Ｃｏ２５％）
３ｂと硬度の大きい熱膨張係数の小さい超硬合金（ＷＣ
８２％。

Ｃｏ１３％）３ａとを順次接合してなる。一方、インサ
ート超硬合金２の組成（ＷＣ７５％、Ｃｏ２５％、全炭
素量５．２％）は、固相拡散接合時及び接合後の熱処理
履歴に対して、上記の超硬合金３１Ｊおよび鉄鋼材料１
との両接合面に金属間化合物を生成しないように選ぶ。

固相拡散接合は、カプセル方式）（ＩＰ拡散接合（温度
１１００’Ｃ１圧力１０００　ｋｇｆ／ｃ＋ｏ２）時間
０．５時間）を施す。接合したポンチに、さらに、Ｔｉ
ＣとＴｉＮからなる硬化層（図示しない）をＣＶＤ法に
より表面に析出被覆する。次に、焼入れ（１０５０°Ｃ
×４０分）を行ない、２００°Ｃで３時間焼戻す。

こうして作製した冷間鍛造用ポンチを用いて、機械構造
用炭素鋼５２５ＣのＡ村を加工した。

第２表にその結果を示す。

比較のために、高速度Ｗ４ｓＫＩ（９を用いた冷間鍛造
用ポンチによる結果ら併せて示す。第２表より明らかな
ように、本実施例のポンチェ具寿命は、比較例に較べて
数十倍に増加した。

加工部３には、支持部１の鉄鋼材料との接合の容易な、
熱膨張係数の大きい超硬合金３ｂのみを用いてもよいこ
とはいうまでもない。

上記の加工部３において、上記のインサート超硬合金２
と接しない側に、２個以上の超硬合金を熱膨張係数の大
きさの順に順次固相拡散接合することもできる。これに
より、硬度の大きい熱膨張係数の小さい超硬合金を加工
部３の先端に用い、接合面側には、より接合に適した超
硬合金を選び、特性のすぐれた接合型工具を製造できる
。

また、接合型工具の表面硬化層としては、一般に、遷移
金属の各種炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物もしくは
硅化物および／または八！、Ｙ、Ｚｒ等の酸化物の単層
、複層または複々層を用いることができる。

（発明の効果） 本発明に係る高硬度材料接合型工具は、インサートメタ
ルに超硬合金を使用することで、接合部圧縮強度が飛躍
的に向上、安定化し、工具寿命が延びる。

まｒこ、接合すべき鉄鋼材料に適したインサート超硬合
金が選択できることにより、鉄鋼材料に最適の熱処理を
採用することが可能になる。

本発明に係る固相拡散接合は、各種圧造、鍛造、引抜き
、絞り加工、打抜き、曲げ加工、切削加工等の各種塑性
加工工具、切削加工工具全般に適用される。また、用途
に応じた（￥１械部品としても多方面に適用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は、冷間鍛造用ポンチの平面図である。 １・・・支持部（鉄鋼材料）、 ２・・・インサート超硬合金、 ３．３ａ、３ｂ・・・加工部（超硬合金）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超硬合金からなる加工部と、インサートメタルと
   、鉄鋼材料からなる支持部とを順次固相拡散接合により
   接合してなり、このインサートメタルが固相拡散接合時
   及び接合後の熱処理履歴にて上記の超硬合金および鉄鋼
   材料との両接合面に金属間化合物を生成しない組成を有
   する超硬合金からなる高硬度材料接合型工具。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載された高硬度材料接
   合型工具において、 上記の超硬合金の上記のインサートメタルと接しない側
   に熱膨張係数のより小さい１個以上の超硬合金を熱膨張
   係数の大きさの順に順次接合したことを特徴とする高硬
   度材料接合型工具。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載された高硬度材料接
   合型工具において、 遷移金属の各種炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物もし
   くは硅化物および／あるいはＡｌ、Ｙ、Ｚｒ等の酸化物
   の単層、複層または複々層からなる硬化層が表面に被覆
   されていることを特徴とする高硬度材料接合型工具。