TWI302949B - - Google Patents

Description

1302949 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 、本發明，是關於熱加工用工具，更詳細地說，是關於 • 金屬在熱加工的步驟所使用的熱加工用工具。 【先前技術】 在鋼鐵材料代表性金屬用熱進行加工的步驟中，是使 Φ 用熱加工用工具。熱加工用工具，例如是無接縫管製造用 的穿孔軋製機所使用的斜輥或導塊或盤形輥或插塞等。鋼 板或型鋼或條鋼熱軋製步驟所使用的導塊等也屬於熱加工 用工具。 這些熱加工用工具，因是與1273K〜1523K的被加工 材接觸或衝撞，所以承受著來自於被加工材的高負荷。因 此’熱加工用工具的表面容易產生磨損或燒結，有時候在 表面會產生龜裂或缺口。例如··穿孔軋製機上所設置的插 φ 塞，是壓住被軋製材即高溫的圓鋼坏軸心部來對圓鋼坏進 行開孔。此時，插塞的表面是承受來自於圓鋼坏的滑動摩 擦。該滑動摩擦，使插塞的表面產生偏向磨損，或產生燒 結。 當熱加工用工具的表面產生大磨損，或於表面產生燒 結時，就要更換熱加工用工具。結論是，表面的磨損或燒 結會使熱加工用工具的使用壽命變短，因此熱加工用工具 的耐磨損對策及耐燒結對策就變成很重要。 近年來，耐磨損對策及耐燒結對策，例如有日本特開 -5- (2) (2)

1302949 平3-207510號公報、特開平1-148405號公報、q 63 -903 07號公報及特開昭63_ 1 4849號公報所報告f :利用等離子粉末堆焊法（Plasma Transferred Arc 法）在熱加工用工具的表面形成有覆層（PTA堆焊丨 。PTA堆焊覆層，是於所謂Co基或Fe基的黏結： 含有所謂WC或NbC的硬質粒子，這些硬質粒子 提昇覆層的耐磨損性及耐燒結性。因此，與先前熱 工具所使用的高C-高Cr鋼或SKD相當鋼等比較之 有PTA堆焊覆層的熱加工用工具的使用壽命是有提 然而，熱加工用工具的使用壽命是有必要更爲 這是因此使用壽命愈長則熱加工用工具的更換頻率 。因此，爲了更換所產生的加工裝置等停止時間也 能夠提高生產性。此外，通常，因是由工廠的作業 進行熱加工用工具的更換，所以當考慮到作業負擔 換頻率是愈少愈好。若要提昇熱加工用工具的使用 則需要更加提昇其耐磨損性。 【發明內容】 〔發明欲解決之課題〕 本發明的目的，是在於提供一種耐磨損性優越 工用工具。 〔用以解決課題之手段及發明效果〕 本發明者們，針對黏結金屬中含有硬質粒子的 開昭 技術 ：PTA 層） 屬中 能夠 工用 ，具 0 局。 愈少 少， 等來 ，更 熱加 層其 -6 - (3) 1302949 機制是 結金屬 層與被 被加工 其強度 粒子還 自於被 使黏結 的來自 磨滅前 破壞時 黏結金 金屬脫 觸。黏 易磨損 裂或缺 直到硬 步驟的 摩損機制進行了調查。調查結果’發現覆層的摩損 由2個步驟形成。 參照第1圖（a )，覆層是含有硬質粒子和黏 。硬質粒子當中有有些是露出在覆層的表面。當覆 加工材接觸時，露出的硬質粒子和黏結金屬會接觸 材，承受來自於被加工材的負荷。黏結金屬，由於 及硬度都比硬質粒子還低，因此黏結金屬會比硬質 容易磨損。黏結金屬愈磨損則硬質粒子所承受的來 加工材的負荷就會增加。這是因爲黏結金屬會磨損 金屬與被加工材是不形成接觸。當硬質粒子所承受 於被加工材的負荷超過指定範圍時，硬質粒子會在 受到破壞。如第1圖（b )所示，當硬質粒子受到 ，硬質粒子與黏結金屬的接觸面積會變小。因此， 屬對硬質粒子的拘束力會降低，硬質粒子會從黏結 落。此爲第1步驟。 硬質粒子脫落後，黏結金屬就會與被加工材接 結金屬因其強度及硬度都比硬質粒子還低，所以容 。此外，黏結金屬受到被加工材的衝擊，是容易龜 口。因此，如第1圖（C )所示，覆層會持續磨損 質粒子露出爲止。此爲第2步驟。第1步驟和第2 重覆，將延續覆層的磨損。 基於以上的見識，本發明者們認爲若要在第1步驟防 止硬質粒子脫落，則黏結金屬要軟才有效。換句話說，黏 結金屬需具高韌性及高延展性。露出在表面的硬質粒子， (4) 1302949 是與被加工材接觸或衝撞，承受高的負荷。黏結金屬的韌 性及延展性若是低，則黏結金屬無法吸收硬質粒子所承受 的負荷。因此，硬質粒子就會受到破壞。黏結金屬的韌性 及延展性若是高，則黏結金屬能夠吸收硬質粒子所承受的 負荷。這是因爲在硬質粒子承受負荷時，黏結金屬能夠塑 性變形或彈性變形。因此，硬質粒子不會受到破壞，變成 難以從黏結金屬脫落。再加上，黏結金屬的韌性若是優越 ，則硬質粒子即使受到破壞，黏結金屬還是能夠拘束已經 破壞的硬質粒子。此外，黏結金屬的韌性若是優越，被破 壞的硬質粒子周邊的黏結金屬就會變形，藉此得以拘束硬 質粒子。因此，能夠抑制硬質粒子的脫落。能夠抑制硬質 粒子的脫落，就能夠藉由硬質粒子的存在來抑制覆層的磨 損。 再加上，本發明者們認爲若要在第2步驟抑制黏結金 屬磨損，則需要提高耐磨損性及耐衝擊性。具體而言，是 需要提昇黏結金屬的強度、硬度。 本發明者們認爲若要提昇黏結金屬的強度，並且，提 昇黏結金屬的韌性及延展性，與其使黏結金屬固熔強化不 如使黏結金屬分散強化爲佳。這是因爲：固熔強化，雖可 提昇黏結金屬的強度，但隨著強度上昇會造成延展性及韌 性降低，相對於此，分散強化，是能夠維持黏結金屬本來 的延展性及韌性，同時藉由分散在黏結金屬中的微細粒子 還能夠提昇強度。 以上檢討的結果，本發明者們想出如第2圖所示，使 -8- (5) 1302949 黏結金屬中含有助於分散強化程度的微細硬質粒子。爲使 黏結金屬分散強化，將粒徑20 // m以下的硬質粒子做爲 微細硬質粒子含在黏結金屬中是較具效果性。爲達到該效 果，覆層中的微細硬質粒子體積率至少需爲5%以上。另 一方面’右含有的微細硬質粒子過剩’則無法維持黏結金 屬的延展性及韌性，當微細硬質粒子體積率超過3 0 %時， 黏結金屬的延展性及韌性會明顯降低。因此，本發明的熱 加工用工具的覆層所含有的微細硬質粒子體積率爲5%〜 3 0% 〇 此外，爲提昇耐磨損性及耐燒結性是需要粗大硬質粒 子。當顧慮到耐磨損性及耐燒結性時，將粒徑5 0 // m以 上的硬質粒子做爲粗大硬質粒子含在黏結金屬中是較具效 果性。另外，當顧慮到耐磨損性時，覆層中的粗大硬質粒 子體積率是需爲20%以上。另一方面，粗大硬質粒子若添 加過剩則覆層的韌性會降低，當粗大硬質粒子體積率超過 60%時，韌性會明顯降低。因此，本發明的熱加工用工具 的覆層所含有的粗大硬質粒子體積率爲20%〜60%。 再加上，覆層中的硬質粒子總體積率對覆層使用壽命 造成的影響也不小。如上述，爲提昇覆層的使用壽命，覆 層中的微細硬質粒子需爲5%以上，粗大硬質粒子體積率 需爲20%以上。即，覆層中的硬質粒子總體積率至少需爲 2 5 %以上。另一方面，覆層中的硬質粒子總量若是過剩， 則韌性降低，導致頻頻產生磨損及表面缺口。當硬質粒子 總體積率超過70%時，則韌性會明顯降低。因此，覆層中 -9 - (6) 1302949 的硬質粒子總體積率必須爲2 5 %〜7 〇 %。 又本發明者們認爲，要在熱加工用工具上形成覆層時 ’利用析出來使覆層含有微細硬質粒子是能夠更加以抑制 覆層的磨損。利用熱熔噴鍍或HIP處理等的粉末冶金法來 形成覆層時’是事先在覆層的原料中含有2〇//m以下的 微細硬質粒子。這些方法，是原料的微細硬質粒子依照原 樣含在覆層中。另一方面，利用PTA法、MIG焊結法、 TIG焊結法等焊結法來形成覆層時，是先使硬質粒子融熔 ，然後就能夠析出微細硬質粒子。由於微細硬質粒子和黏 結金屬的界面緊密性高，所以析出微細硬質粒子是能夠使 黏結金屬的強度、韌性、延展性等機械性質變良好。因此 ，是能夠更加以抑制覆層的磨損。 根據以上的知識，本發明者們完成了以下本發明。 本發明的熱加工用工具，是於表面具有覆層，覆層含 有：過渡金屬或以過渡金屬爲主的合金即黏結金屬；及， 覆層中的體積率爲25%〜70%的硬質粒子。硬質粒子，內 含··覆層中的體積率爲5%〜30%，粒徑爲20// m以下的 微細硬質粒子；及，覆層中的體積率爲20%〜60%，粒徑 爲5 0 /z m以上的粗大硬質粒子。 於此，所謂以過渡金屬爲主的合金，例如是指質量％ 中含有過渡金屬50 %以上的合金。覆層中的粒徑及體積率 ，是能夠用下述方法來算出。從熱加工用工具表面的覆層 剖面當中，選出複數區域範圍。此時，所選出的區域範圍 的面積合計是大於3mmx3mm。使用光學顯微鏡或掃猫式 -10- (7) (7)

1302949 電子顯微鏡（SEM )，對所選出的區域範圍 粒子測定粒徑和面積率。對各硬質粒子的長 測定，（長徑+短徑）/ 2 =粒徑。各硬質 面積率的測定，例如是使用圖像解析。 根據所測出的粒徑和面積率，算出以下 有證明揭示：某相的體積率是等於剖面的面 參照日本金屬學會誌Vo 1.1〇，No.5，第279、 因此，粒徑5 0 # m以上的硬質粒子的面積率 大硬質粒子的體積値。此外，粒徑2 0 // m以 子的面積率合計値爲微細硬質粒子的體積値。 部的硬質粒子的面積率合計値爲硬質粒子的體 粗大硬質粒子，是以碳化物、氧化物、養 物、這些的混合物及這些的複合化合物形成白t 至少選出的1個爲佳。 黏結金屬，是以Co基合金、Ni基合金;ί 形成的類群當中所至少選出的1個爲佳。 覆層，是以焊結法形成爲佳。於此，所謂 指ΡΤΑ法、MIG焊結法、TIG焊結法等。 微細硬質粒子，是以析出物爲佳。 【實施方式】 〔發明之最佳實施形態〕 以下，是參照圖面來詳細說明本發明的養 中對於同一部份或相當部份是標有同一圖號， 全部的硬質 和短徑進行 子的粒徑和 體積率。已 率（例如： ，289 頁）。 合計値爲粗 下的硬質粒 再加上，全 積率。 化物、硼化 類群當中所 :Fe基合金 焊結法，是 施形態。圖 對於同一部 -11 - (8) 1302949 份或相當部份是不重覆說明。 1·覆層的組成 本發明第1實施形態的熱加工用工具，在與被加工材 接觸的表面具有覆層。覆層是含有黏結金屬和硬質粒子。 1.1黏結金屬 黏結金屬，爲過渡金屬或爲以過渡金屬爲主的合金。 黏結金屬，例如爲Co基合金、Ni基合金、Fe基合金等。 C 〇基合金’例如是銘鉻鎢合金（s t e 11 i t e )。銘絡鎢合金 具有優越的耐熱性及延展性。N i基合金，例如是IN 6 2 5、 C276、50Cr - 50Ni、柯爾莫諾伊合金（COLMONOY)等。Fe 基合金，例如是不銹鋼、工具鋼、碳鋼、C r鋼。 熱加工用工具的使用環境，是需爲耐腐蝕磨損性。顧 慮到這點時，黏結金屬是以具優越耐腐飩磨損性的C 〇基 合金及Ni基合金爲佳。 1.2硬質粒子 硬質粒子是可提昇覆層的耐磨損性。硬質粒子當中， 粒徑爲5 0 # m以上的粗大硬質粒子是與被加工材接觸。 因此’粗大硬質粒子以具有優越的耐磨損性及韌性爲佳。 粗大硬質粒子，例如是碳化物、氧化物、氮化物、硼化物 、或者是這些的混合物或者是這些的複合化合物。 碳化物，例如是 NbC、TiC、VC、WC、W2C、Cr3C2 -12- (9) 1302949 、Mo2C、ZrC、TaC、HfC、Fe3C 等。碳化物也可 Nb、Cr ) C等複合碳化物。 氧化物，例如是 Al2〇3、MgO、Zr02、Si02、

Cr203等。氧化物也可以爲3Al203. 2Si02等複合 〇 氮化物，例如是 TiN、ZrN、VN、NbN、TaN 、BN、AIN等。氮化物也可以爲（Ti、Cr ) N等複 物。 硼化物，例如是 TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、 TaB2、CrB、CrB2、Mo2B、MoB、Mo2B5、WB、 LaB6等。硼化物，也可以爲（Nb、C〇 B等複合 ο 複合碳化物，是碳化物、氧化物、氮化物、硼 當中2種類以上的化合物。例如是Nb ( C、Ν )、 等。 另一方面，粒徑爲20 // m以下的微細硬質粒 要分散強化黏結金屬。即，黏結金屬是藉由微細硬 ，得以維持延展性和韌性，同時還能夠提昇強度。 黏結金屬的耐磨損性提昇，並且防止粗大硬質粒子 金屬脫落。 微細硬質粒子是不拘種類。微細硬質粒子，例 化物、氧化物、氮化物、硼化物，或是這些的混合 或是這些的複合化合物。微細硬質粒子也可以是 類、Ni - A1類、Ni — Si類的金屬間化合物。 以爲（ Ti02、 氧化物 、Si3N4 合氮化 NbB2、 W2B5、 硼化物 化物等 SiAlON 子，是 質粒子 藉此使 從黏結 如是碳 物，亦 Ti 一 A1 -13- (10) 1302949 2 ·製造方法 &T是本發明熱加工用工具其製造方法的說明。首先 準備好熱加工用工具，然後使覆層形成在該熱加工用工具 @$面。對於表面要形成有覆層的熱加工用工具材質並無 特別限定，例如爲碳鋼、工具鋼、不銹鋼、Ni基耐熱合 金等。 覆層的形成方法可以採用PTA法或MIG焊結法或 TIG焊結法等焊結法，也可以採用大氣等離子熱熔噴鍍法 或減壓等離子熱熔噴鍍法或HVOF法等熱熔噴鍍法，或者 也可採用如HIP處理的粉末冶金法等。再加上，於熱加工 用工具鋼鑄造時，也可添加硬質粒子及黏結金屬來形成覆 層。 例如採用PTA法時，是以黏結金屬的粉末和硬質粒 子粉末爲原料來實施堆焊。此時，是將原料調整爲：所形 成的覆層中含有硬質粒子的合計體積率爲25 %〜70%，並 且，粗大硬質粒子是占覆層體積率的20%〜60%，又，微 細硬質粒子是占覆層體積率的5 %〜3 0 °/〇。 另一方面，微細硬質粒子也可事先不含在原料中，而 是以析出微細硬質粒子來形成覆層。於該狀況，製造方法 是採用PTA法或MIG焊結法或TIG焊結法等焊結法。做 爲要析出微細硬質粒子的硬質粒子是以熔點低者爲佳。這 是因爲在焊結中需先行熔融的關係。例如：就碳化物而言 ，是以VC、WC、W2C、Cr3C2、Mo2C等爲佳。就氮化物 -14- (11) 1302949 而言，是以VN、NbM等爲佳。就硼化物而言，是 、CrB、CrB2等爲佳。這些的熔點都爲3〇〇〇κ以下 另，P T A法或ΜI G焊結法或T〗G焊結法當中 結法都可析出微細硬質粒子，但其中是以PTA法 微細硬質粒子爲佳。PTA法因是利用等離子電弧來 層，所以能夠熔融高熔點的硬質粒子。此外，微細 子爲析出的狀況時，對所要析出的微細硬質粒子選 物並不適宜。這是因爲氧化物熔融時，黏結金屬的 及韌性會降低。 根據以上的作業，在熱加工用工具的表面形成 就可完成本發明的熱加工用工具。 〔實施例1〕 製造出覆層中粗大硬質粒子及微細硬質粒子體 同的熱加工用工具，然後調查這些熱加工用工具的 性及耐燒結性。 以VB2 〇 任一焊 來析出 形成覆 硬質粒 擇氧化 延展性 覆層， 積率不 耐磨損 -15· 1302949 2) 〔一撇〕 磨損試驗結果 耐燒結性 X 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 Ο 〇 摩損量 1 寸· 寸· 寸 (N cn 寸 cn 寸· r—Η m ο rn 寸 cn ^sO 硬質粒子 總體積率. (vol%) m Ο Ο Ο un VO o * 5. VII 主成分 U Ο X) 2 U u Z U u U U Z NbC,WC υ Ο 2 U u z \ NbC，WC NbC，WC NbC，WC NbC,WC ft 趔 k .陛 暴 藜 體積率(vol%) * cn 粗大硬質粒子(^50//m) 主成分 NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC 體積率(vol%) * ▼-Η o § * 〇 黏結金屬 維壓金剛石硬度 ί (Ην) 320 330 380 450 510 280 360 420 480 520 500 ο (N m 寸 卜 00 ON o r < 試體 比較品 本發明品 本發明品 本發明品 比較品 比較品 本發明品 本發明品 本發明品 比較品 比較品 -16- (13) 1302949 表1中的試體Ν ο · 1〜Ν ο · 1 1的製造如以下所述。採用 ΡΤΑ法對做爲熱加工用工具的碳鋼（S45C)的塊體！面 實施堆焊，以形成要做爲覆層的PTA堆焊覆層。PTA堆 焊覆層爲2層堆疊，厚度約爲6mm。以PTA法來形成堆 焊覆層時的各條件如表2所示。 〔表2〕

條件 値 電流値（A ) 2 10 焊炬間距離（mm) 12 〜13 焊絲擺動焊結寬度（mm) 1 0 〜1 2 焊珠重疊量（m m ) 4〜5 粉末供給量（g / m i η ) 60 焊結速度（mm/min) 85 預熱溫度（t ) 250 ±50 載流氣體 Ar 覆層的原料，是使用以下原料。黏結金屬，是使用爲 Co基合金的鈷鉻鎢合金#6的氮氣霧化粉末（鈷鉻鎢合金 #6粉末）。鈷鉻鎢合金#6粉末的粒徑爲m〜150// m 。粗大硬質粒子，是使用粒徑75//m〜100/zm的NbC粉 末。此外，微細硬質粒子，是使用粒徑1 5 // m以下的 NbC粉末。這些粉末當中，是以粗大硬質粒子及微細硬質 粒子的NbC粉末使用量來使每個試體有所變化。這爲了 -17- (14) 1302949 使每個試體的PTA堆焊覆層所含有的粗大硬質粒子及微 細硬質粒子的體積率有所變化。另，此時，針對試體 No.l〜No.5，原料是調整成PTA堆焊覆層中微細硬質粒 子的體積率相同，針對試體No. 6〜No. 10，原料是調整成 PTA堆焊覆層中粗大硬質粒子體積率的相同。 PTA堆焊覆層形成後，經機械加工及硏磨就獲得第3 圖所示的10mmx20mmx25mm試體。 接著，對製成的各試體PTA堆焊覆層中的粒徑及體 積率進行測定。又，根據測定結果，分別算出粗大硬質粒 子的體積率和微細硬質粒子的體積率及硬質粒子的總體積 率。具體而言，是從熱加工用工具表面的覆層剖面當中， 選出複數任意的區域範圍。此時，所選擇的區域範圍的面 積合計是大於3mm X 3 mm。使用光學顯微鏡或掃瞄式電子 顯微鏡（SEM )，對所選出的區域範圍中全部的硬質粒子 分別測定粒徑和面積率。對各硬質粒子的長徑和短徑進行 測定，（長徑+短徑）/ 2 =粒徑。各硬質粒子的粒徑和 面積率的測定，是使用圖像解析。粒徑5 〇 # m以上的硬 質粒子的面積率合計値爲粗大硬質粒子的體積値。此外， 粒徑20 // m以下的硬質粒子的面積率合計値爲微細硬質 粒子的體積値。所測定的全部硬質粒子的面積率合計値爲 硬質粒子的總體積率。試體中的硬質粒子，是透過EDX (能源分散式X線微分析儀）來鑑定。 再加上’ PTA堆焊覆層中黏結金屬的維氏金剛石硬度 是以JISZ2244爲準則進行測定。 -18- (15) 1302949 參照表1，全部的試體Ν ο . 1〜Ν ο · 1 1的粗大硬質粒子 都爲NbC。另一方面，微細硬質粒子爲NbC及WC。在以 PTA法進行堆焊時鈷鉻鎢合金#6的W及C會結合，然後 析出WC 〇 試體Νο·1〜Νο·5，其PTA堆焊覆層中微細硬質粒子 的體積率都爲5%。試體Νο·2〜Νο·4，其粗大硬質粒子的 體積率和微細硬質粒子的體積率及硬質粒子的體積率均在 | 本發明的規定範圍內。另一方面，試體No.l，其粗大硬 質粒子的體積率是未滿本發明規定範圍的下限値（20% ) 。此外，試體No.5，其粗大硬質粒子的體積率是超過本 發明規定範圍的上限値（60%)。 另，試體No. 1〜No.5的黏結金屬的硬度，粗大硬質 粒子的體積率愈是增加就變愈高。粗大硬質粒子體積率超 過本發明規定範圍上限値（60%)的試體No.5，其黏結金 屬的硬度是超過Hv5 00。這是因爲粗大硬質粒子的體積率 φ 愈是增加，則熔入在黏結金屬中的碳化物量就會愈增加， 以致黏結金屬的硬度變高。 試體No.6〜No.10，其PTA堆焊覆層中粗大硬質粒子 的體積率都爲30%。試體No.7〜No.9，其粗大硬質粒子 的體積率和微細硬質粒子的體積率及硬質粒子的體積率均 在本發明的規定範圍內。另一方面，試體Νο·6，其微細 硬質粒子的體積率是未滿本發明規定範圍的下限値（5 % )。此外，試體No. 10，其微細硬質粒子的體積率是超過 本發明規定範圍的上限値（3 0 % )。 -19- (16) 1302949 另，試體No· 6〜No. 10的黏結金屬的硬度，微細硬 粒子的體積率愈是增加就變愈高。微細硬質粒子體積率 滿本發明規定範圍下限値（5% )的試體Νο·6，其黏結 屬的硬度低，爲Ην2 80。微細硬質粒子體積率超過本發 規定範圍上限値（30% )的試體No. 10，其黏結金屬的 度是超過Hv5 00。這是因爲微細硬質粒子的體積率愈是 加，則熔入在黏結金屬中的碳化物量就會愈增加，以致 結金屬的硬度變高。 試體No.ll，其粗大硬質粒子的體積率和微細硬質 子的體積率是在本發明的規定範圍內，但硬質粒子的體 率是超過本發明規定範圍的上限値（)。試體No. 的黏結金屬的硬度高，爲Hv5 00。 另，各試體，其硬質粒子總體積率所顯示的値是比 大硬質粒子體積率和微細硬質粒子體積率的合計還高。 是因爲在PTA堆焊覆層中存在著大於20/zm但小於 // m的硬質粒子。在PTA法進行堆焊中，原料的粗大 質粒子的一部份會熔融，由於其粒徑會變小因此就產生 於2 0 # m和5 0 /z m之間的硬質粒子。 〔磨損試驗〕 使用試體No. 1〜No.l 1來實施磨損試驗。磨損試驗 實施成如以下所述。參照第4圖，以旋轉軸爲其中心的 徑爲l〇〇mm，圓周面的寬幅爲30mm，材質爲S25C的 筒經高頻加熱成1 027K後，將保持成1 027K的圓筒 質 未 金 明 硬 增 黏 粒 積 11 粗 這 50 硬 介 是 外 圓 以 -20- (17) 1302949 1 OOrpm (周速約0.52m/sec )進行旋轉。將試體的 焊覆層表面以50kgf來壓在旋轉中的圓筒圓周面上 保持這樣的狀態達1小時。試驗後的接觸滑動 1885m。如第5圖所示，在磨損試驗後的PTA堆焊 面形成著凹部。 試驗後，算出試體的PTA堆焊覆層表面磨損 損量的算出如以下所述。對各試體磨損試驗前後的 行測定，將試體試驗前的重量減去試驗後的重量然 P T A堆焊覆層的密度所獲得的値就等於磨損量（m I 再加上，調查磨損試驗後的試體是否有產生燒 體而言，是使用SEM (掃瞄式電子顯微鏡）以50 率來觀察試驗後的磨損面（PTA堆焊覆層表面的凹 藉此判斷是否有S25C (圓筒）的移轉。若無移轉 合格（表1中的〇），若確認有移轉則評爲不合榜 中的X )。 〔試驗結果〕 於第6圖中圖示著表1中試體No.1〜No.5的 質粒子體積率和磨損量的關係。參照表1及第6圖 No.2〜Νο·4，其磨損量少是未滿3·5 mm3，也沒有 結。另一方面，試體No.l因其粗大硬質粒子體 15%是較低，所以堆焊覆層的磨損量多，已超過4 此外，因粗大硬質粒子的體積率低’所以也產生燒 ，粗大硬質粒子體積率爲6 5 %的試體N 〇 · 5的磨損 PTA堆 ，持續 距離爲 覆層表 量。磨 重量進 後除了 I3)。 結。具 倍的倍 部）， 則評爲 (表1 粗大硬 ，試體 產生燒 積率爲 mm3 ° 結。又 量也是 (18) 1302949 多，已超過4 mm3。 於第7圖中圖示著表1中試體Νο·6〜Νο·10的微 質粒子體積率和磨損量的關係。參照表1及第7圖， Νο·7〜No.9,其磨損量少是未滿3.5 mm3，也沒有產 結。另一方面，試體Νο·6因其微細硬質粒子體積率f 是較低，所以堆焊覆層的磨損量多，已超過4 mm3。 ，微細硬質粒子體積率爲35%的試體No.10 ’其PTA 覆層的磨損量也是多，已超過4 mm3。 另，磨損量未滿3.5 mm3的試體Νο·2〜Νο·4及 〜No.9的黏結金屬的維氏金剛石硬度，都是在300-的範圍內。 〔實施例2〕 製造出覆層中粗大硬質粒子種類不同的熱加工用 ，然後實施與實施例1相同的磨損試驗。 細硬 試體 生燒 I 2% 此外 堆焊 No.7 ^ 490 工具

-22- 1302949

US

磨損試驗結果 耐燒結性 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 O 〇 O 摩損量 羞 (Ν rn 寸 cn ο rn m cn m rn o rn (N rn 硬質粒子 總體積率 (vol%) 微細硬質粒子(S20//m) 主成分 TiC TiC TiC I TiC TiC TiC TiC TiC TiC TiC TiC 體積率(vol%) ο ο ο ο ο o ο O 〇 〇 o 粗大硬質粒子(2 50 // m) 主成分 NbC we Al2〇3 Zr02 TiB2 MoB Si3N4 TiN Z PQ SiAlON Nb(C，N) 體積率(vol%) ο ο ο ο ο o ο o O o o 黏結金屬 維壓金剛石硬度 (Hv) 360 350 360 340 390 380 380 360 340 360 370 試體 ο (Ν 寸 νο 卜 00 ON (N -23- (20) 1302949 表3中的試體Νο·12〜No.22的製造如以下 HlP (Hot Isostatic Processing:熱等方加壓處理 爲熱加工用工具的碳鋼（SCC )的塊體1面形 &下對此進行詳細說明。 首先，是在第8圖所示的軟鋼殻囊的底部固 爲S45C的塊體。固定後，在軟鋼殻囊內，於塊 空間塡充覆層原料。 覆層原料，是使用以下原料。黏結金屬， Co基合金的銘絡鎢合金#21的氮氣霧化粉末（鈷 #21粉末）。鈷鉻鎢合金#21粉末的粒徑爲63 A m。微細硬質粒子，是使用粒徑1 5 // m以下的 。粗大硬質粒子，是使用粒徑75//m〜100/zm 質粒子粉末。各試替所使用的粗大硬質粒子粉末 表3粗大硬質粒子主成份欄所示。具體而言，試 及No. 13，其粗大硬質粒子是選擇碳化物（NbC 試體No .14及No .15，其粗大硬質粒子是選擇 Al2〇3、Zr02)。試體 Νο·16 及 Νο·17，其粗大 是選擇硼化物（TiB2、M〇B)。試體Νο·18〜No. 大硬質粒子是選擇氮化物（Si3N4、TiN、BN No.21，其粗大硬質粒子是選擇氧化物和氮化物 合物SiAlON。試體Νο·22，其粗大硬質粒子是 物和氮化物的混合物Nb ( C、Ν )。 原料塡充後，是用渦流泵浦從抽氣管實施真 ，使原料真空封入在軟鋼殼囊。接著，使用該軟 所述。以 )法在做 成覆層。 定著材質 體上面的 是使用爲 絡鶴合金 // m 〜1 5 0 Tie粉末 的粗大硬 的種類如 ;體 N0.12 、WC )。 氧化物（ 硬質粒子 .2 0，其粗 )。試體 的複合化 選擇碳化 空抽氣後 鋼殼囊以 -24- (21) 1302949 表4的條件實施HIP處理。 條件 値 處理溫度（°c ) 1 200 一 處理時間（hr ) 3 壓力（atm ) 1500 加壓氣體 Ar 昇溫速度（°C / m i η ) 10 降溫速度 F C (爐內冷卻） 實施後的覆層厚度約爲3mm。經機械加工及硏磨就 獲得第 3圖所示的 10mm X 2 0 mm X 2 5 mm試體 N〇」2〜 No.22 °

試體Νο·12〜Νο·22製成後，採用和實施例1相同的 方法來測定各試體的覆層中硬質粒子的粒徑及體積率’ Μ 及覆層中黏結金屬的維氏金剛石硬度。此外，是透過 EDX來鑑定硬質粒子。 試體No.12〜No.22的粗大硬質粒子體積率爲40%， 是在本發明的規定範圍內。此外，微細硬質粒子體積率爲 1 0%，也是在本發明的規定範圍內。再加上，硬質粒子的 總體積率爲5 0%，亦是在本發明的規定範圍內。 另外，各試體的黏結金屬的維氏金剛石硬度是在340 〜390的範圍內’是與試體>1〇.2〜]^〇.4、]^〇.7〜]^〇.9的 -25- (22) 1302949 維氏金剛石硬度相同程度。 使用試體No·丨2〜No· 22，實施與實施例i ^ 个曰Η的磨 損試驗，對其磨損量及燒結進行評估。 〔評估結果〕 參照表3，全部的試體的磨損量少都是未滿3.5 mm3 ，也沒有產生燒結。由此得知，即使粗大硬質粒子是選用 碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、或者這些的混合物、 的熟加工用工具遠是具 亦或是這些的複合化合物，本發明的聚 有優越的耐磨損性。 的熱加工用工具’然 〔實施例3〕 製造出覆層中黏結金屬種類不阔 後實施與實施例1相同的磨損試驗°

-26- 1302949

〔£〕 麵驗結果 耐燒結性 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 摩損量 (mm1) (Ν rn 寸 ΓΝ· 寸 rn m rn rn rn 寸 m* i 硬質粒子 ! 總體辭 (vol%) s 沄 沄 S ! ' p細硬質粒子(S2〇/im) 主成分 NbC,WC u u f u I y < < X! z H CQ Z U z NbC NbC NbC u u f 體積率(V0|%) Ο 〇 〇 〇 〇 〇 o 〇 〇 粗大硬質粒子(250/im) 主成分 NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC NbC 體積率(vol%) 黏結金屬 維壓金剛石硬度 (Hv) 420 490 360 380 460 320 340 380 480 鉅 痤 m QQ _ β 1ft I 1 領 m iS s -B- l£ M c 2 t 1 1 1 1 〇 <N o tTi 〇 CQ 1 1 1 1 <N • 1 1 Η t a I 0.25 1 1 1 1 X) 2 1 1 1 1 1 1 I < 1 1 1 0.25 . 1 t 1 rr 00 1 1 1 1 1 ο 一 1 VO On 一 1 rN — υ s fN (N o oo ON 一 Ζ yr\ Ί5 CQ Bal. Bal. fN 1 -Έ CQ Bal. 13 CQ 1 • 1 • o rn • Bal. Bal. Bal. p q p 1 uo rn 1 〇 rs o ΓΝ 〇 υ p 〇 0.05 rn 1 0.03 0.15 o 種類 Co基 Co基 Co基 Ni基 Ni基 Ni基 Fe基 Fe基 Fe基 試體 (N <N 〇0 <N Ο iN P； -27- (24) 1302949 用和實施例1相同的製造方法製造出試體 Νο·31。各試體的PTA堆焊覆層的原料，是使用 〇 黏結金屬，是使用表5所示組成的粉末。具 試體No.23〜Νο·25的黏結金屬是選擇Co基合 Νο·26〜No.28的黏結金屬是選擇Ni基合金。試 〜No.31的黏結金屬是選擇Fe基合金。 粗大硬質粒子，是使用粒徑75 // m〜100 μ r 粉末。此外，微細硬質粒子，是使用粒徑1 5 # NbC粉末。原料中粗大硬質粒子的體積率爲31〜 細硬質粒子的體積率爲7〜8%。 試體製成後，採用和實施例1相同的方法來 體的PTA堆焊覆層中硬質粒子的粒徑及體積 PTA堆焊覆層中黏結金屬的維氏金剛石硬度。此 過EDX來鑑定硬質粒子。 試體No.23〜No.31的粗大硬質粒子體積率 ，是在本發明的規定範圍內。此外，微細硬質粒 都爲1 0 %，也是在本發明的規定範圍內。再加上 子的總體積率都爲50%，亦是在本發明的規定範 另，試體Νο·23〜No.27及No.31，若千存: 以外的微細硬質粒子。這些微細硬質粒子，是黏 的成份經析出後形成的微細硬質粒子。 此外，各試體的黏結金屬的維氏金剛石硬度 〜3 90的範圍內，是與試體Νο·2〜No.4、No.7 - Ν〇·23 〜 以下原料 體而言， 金。試體 體 Ν 〇 · 2 9 η 的 N b C m以下的 〆3 3 %，微 測定各試 率，以及 外，是透 都爲3 0 % 子體積率 ，硬質粒 圍內。 在著NbC 結金屬中 是在320 -Ν 〇 · 9 的 -28- (25) (25)1302949 維氏金剛石硬度相同程度。 使用這些試體Νο·23〜No.31，實施與實施例1相同 的磨損試驗，對磨損量及燒結進行評估。 〔評估結果〕 全部的試體Νο·23〜Νο·3 1的磨損量少都是未滿3·5 mm3，也沒有產生燒結。由此得知，即使黏結金屬是選用 Co基合金或Ni基合金或Fe基合金，本發明的熱加工用 工具還是具有優越的耐磨損性。 〔實施例4〕 製造出所形成的覆層中是含有析出微細硬質粒子的熱 加工用工具，然後實施與實施例1相同的磨損試驗。 -29- 1302949

〔9撇〕 磨損試驗結果 耐燒結性 i ! j 〇 〇 〇 〇 〇 〇 i摩損量 星 f—η cn 寸· 卜 (N ON CN 00 (N 〇v (N 硬質粒子 總體積率 1 [ (vol%) 丨微細硬質粒子(^20//m) 主成分 NbC,WC NbC’WC u > u z NbC，Mo2C NbC，VN NbC，CrB2 1- 體積率(vol%) CM o 00 o o 粗大硬質粒子(250/im) 主成分 NbC U u z NbC NbC NbC NbC 體積率(vol%) o o 黏結金屬 維壓金剛石硬度 (Hv) 280 270 420 440 430 ! 450 第2硬質粒子 NbC wc U > Mo2C CrB2 試體 ο Ζ (N m m -30- (27) 1302949 用和實施例1相同的製造方法製造出試體No.32〜 No.37。各試體的PTA堆焊覆層的原料，是使用以下原料 。黏結金屬，是使用與實施例1相同的鈷鉻鎢合金# 6粉 末。粗大硬質粒子，是使用粒徑75//m〜 100/z m的Nbc 粉末。 再加上，要析出微細硬質粒子用的硬質粒子粉末，是 使用粒徑75//m〜100//m的第2硬質粒子粉末。各試體 所使用的第2硬質粒子粉末如表6所示，原料中粗大硬質 粒子的體積率爲3 3 °/〇，第2硬質粒子的體積率爲1 2 %。 試體製成後’採用和實施例1相同的方法來測定各試 體的PTA堆焊覆層中硬質粒子的粒徑及體積率，以及 PTA堆焊覆層中黏結金屬的維氏金剛石硬度。此外，是透 過EDX來鑑定硬質粒子。 試體Νο·32〜Νο·37當中，試體ν〇·32及No.33，其 析出的微細硬質粒子體積率未滿5%。得知這是因爲第2 硬質粒子：NbC及WC爲高熔點，所以pta堆焊覆層中 的第2硬質粒子的熔融量少，以致微細硬質粒子的析出量 就少。第2硬質粒子熔融量少的試體ν〇·32及Νο·33的黏 結金屬的維氏金剛石硬度低，是未滿3 00。 另一方面，試體Νο·34〜Νο·37，其第2硬質粒子是 多數析出成微細硬質粒子，所析出的微細硬質粒子體積率 爲5%以上，符合本發明的規定範圍。試體Νο.34〜No.37 的第2硬質粒子：VC、Mo2C、VN、CrB2其熔點都未滿 3 000K，和其他的硬質粒子相比其熔點低。因此，得知第 ~ 31 - (28) 1302949 2硬質粒子在以PTA法進行堆焊時會熔融，然後析出成微 細硬質粒子。另，第2硬質粒子會熔融然後析出成微細硬 質粒子的試體Νο·34〜No.37其黏結金屬的維氏金剛石硬 度，爲 420〜450，是與試體Νο·2〜Νο·4、No.7〜Νο·9、 No·12〜No.22、No·23〜No.31的維氏金剛石硬度相同程 度。此外，全部的試體若干存在著微細硬質粒子：NbC。 已知在以 PTA法進行堆焊時，原料中的粗大硬質粒子 NbC粉末一部份會熔融，然後析出成微細硬質粒子。 試體Νο·34〜No.37的粗大硬質粒子體積率爲30%， 是在本發明的規定範圍內。此外，試體No.34〜No.37的 硬質粒子總體積率爲45%，亦是在本發明的規定範圍內。 使用這些試體來實施與實施例1相同的磨損試驗。 〔評估結果〕 試體Νο·32及Νο·33的磨損量多，已超過4 mm3。另 一方面，試體 Νο·34〜No.37的磨損量少，是未滿 3.5 mm3 ° 再加上，以試體N 〇 · 3 4〜N 〇 . 3 7來和實施例中的試體 Νο·7〜Νο·9進行比較時，試體Νο·34〜No.37的磨損量是 較少。由此得知，覆層中含有析出微細硬質粒子的熱加工 用工具，其耐磨損性是較優越。 以上雖是說明了本發明的實施形態，但上述實施形態 只不過是本發明實施用的例示。因此，本發明並不限於上 述實施形態，在不脫離本發明的主旨範圍內上述實施形態 -32- (29) 1302949 是可適宜變形來實施。 〔產業上之可利用性〕 本發明的熱加工用工具，是可被利用在金屬的熱加工 作業上。例如：是可被利用在馬氏體系統或奧氏體系統或 二相系統的不銹鋼、Ni基合金、一般碳鋼等的的熱加工 作業上。特別是，可被利用做爲穿孔軋製作業所要使用的 插塞、斜輥、盤形輥、導塊等。 【圖式簡單說明】 第1圖爲含有硬質粒子的覆層其磨損機制說明用的槪 略圖。 第2圖爲本發明熱加工用工具上所形成的覆層剖面圖 〇 第3圖爲表示本實施例中的試體形狀透視圖。 第4圖爲表示本實施例中的磨損試驗說明用槪略圖。 第5圖爲表示第4圖磨損試驗後的試體透視圖。 第6圖爲表示實施例1的熱加工用工具的覆層中粗大 硬質粒子的體積率和磨損量的關係圖。 第7圖爲表示實施例1熱加工用工具的覆層中微細硬 質粒子的體積率和磨損量的關係圖。 第8圖爲實施例2熱加工用工具的製造方法說明用槪 略圖。 -33-

Claims (1)

1. i 1302949

   丨作 十、申請專利範圍 第94 1 1 1 704號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國97年7月14日 1·一種熱加工用工具，其特徵爲：於表面具有覆 上述覆層含有： 由Co基合金、Ni基合金及Fe基合金形成的類 中所至少選出1種的黏結金屬、以及上述覆層中的儷 爲25%〜70%的硬質粒子， 又，上述硬質粒子，含有： 上述覆層中的體積率爲5%〜30%，粒徑爲20 // 下的微細硬質粒子、及上述覆層中的體積率爲20。/〃 ，粒徑爲5 0 // m以上的粗大硬質粒子。 2·如申請專利範圍第1項所記載的熱加工用工調 中，上述粗大硬質粒子是碳化物、氧化物、氮化物、 物、該等混合物及該等複合化合物形成的類群當中戶ϋ 選出的1種。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的熱加工用 ，其中，上述覆層是以焊結法形成。 4 ·如申請專利範圍第3項所記載的熱加工用工具 中，上述微細硬質粒子爲析出物。 修正 層， 群當 積率 m以 ^ 60% ，其 硼化 至少 工具 ，其