JP2002194474A - 炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐酸化性、耐食性、耐衝撃性、耐欠損性、特
には耐摩耗性に優れたＷＣ系超硬基複合材料焼結体を提
供する。 【解決手段】 本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体
は、焼結体中、ＷＣを主体とする硬質相が１０〜７６体
積％、鉄族金属のうち１種又は２種以上の合金からなる
金属結合相３〜２０体積％、セラミックス硬質分散粒子
を４〜７０体積％、及びＷを除く４ａ乃至６ａ族元素の
１種又は２種以上を炭化物換算で０．１体積％以上分散
含有し、該４ａ乃至６ａ族元素の少なくとも一部は上記
セラミックス硬質分散粒子内に分散し、焼結体中に金属
間化合物が存在し、且つ焼結体の有孔度がＡＳＴＭ規格
でＡ０２以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化タングステン
系（以下、「ＷＣ系」という。）超硬基複合材料焼結体
に関し、更に詳しくは、耐酸化性、耐食性、耐衝撃性、
耐欠損性、特には耐摩耗性に優れたＷＣ系超硬基複合材
料焼結体に関する。本発明の超硬基複合材料焼結体は、
高速切削、高送り切削、重切削等に用いる切削工具や、
熱間圧延ロール、ガイドロール、線引きロール、ダイ
ス、パンチ等の熱間、温間、冷間における塑性加工及び
延性加工に用いる治工具や、軸受け、ベアリングボー
ル、すべり軸受け、すべりガイド等の高い耐摩耗性を必
要とされる部材に用いる材料として好適に用いることが
できる。

【０００２】

【従来の技術】ＷＣ系超硬複合材料焼結体は、靭性、機
械的強度に優れており、従来より、切削工具等の用途に
用いられている。一方、ＷＣ系超硬複合材料焼結体は、
上記のように靭性、機械的強度に優れる反面、耐酸化
性、化学的安定性、高温特性、耐摩耗性の面で十分な特
性が得難いという問題がある。そのため、これらの特性
が要求される部材、例えば、温度特性が重要な温間・熱
間鋳造用工具や、高い耐摩耗性を必要とする軸受け、ベ
アリングボール、すべり軸受け、すべりガイド等の部材
等としての利用上問題がある。

【０００３】かかる問題を解決するため、従来より一般
に、超硬合金の表面にアルミナ等からなる硬質層を被覆
形成することが行われている。例えば、特開昭６３−５
１６９４２号公報には、ＷＣからなる硬質相と、Ｎｉ、
Ｃｏからなる結合金属相とを主体とする焼結体の表面
に、ＣＶＤ、ＰＶＤ等を用いてアルミナ等の硬質相を被
覆形成した超硬工具が記載されている。また、特開平２
−２２１３７３号公報には、ＷＣと鉄族金属結合相から
なる超硬合金に予め遊離炭素を含有させ、特定の熱処理
を施して遊離炭素を消失させた後にアルミナ等を被覆す
る方法が記載されている。

【０００４】しかし、硬質相を焼結体の表面に被覆する
方法では、製造コストが増加することに加え、被覆硬質
相が摩耗・剥離した場合に再研磨による再生が利かない
といった問題がある。

【０００５】そのため、製造コストや再研磨による再生
を加味した上でＷＣ系超硬複合材料焼結体の特性を改善
するため、高温安定なアルミナ等を硬質粒子として添加
・分散させる方法が従来より行われている。例えば、特
開昭６１−２３５５３３公報や特開昭６２−１４６２３
７号公報には、ＷＣからなる硬質相と、鉄族等からなる
結合金属相とを主体とする焼結体に、アルミナ等の硬質
分散粒子や硬質ウィスカーを均一微細に分散した高耐熱
性超硬合金が記載されている。また、特表平４−５０２
３４７号公報には、ＷＣ等からなる硬質相と、鉄族等か
らなる結合金属相とを主体とする焼結体に、アルミナ等
の単結晶補強材料を分散させる方法が記載されている。
その他、特開平９−３１６５８９号公報には、アルミナ
にナノサイズの微細なＣｏ粉末とＷＣを添加したＡｌ₂
Ｏ₃−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料が記載されている。

【０００６】しかし、アルミナ等の硬質粒子は金属との
濡れが非常に悪いため、ただ単に超硬合金に分散させて
焼成しただけでは十分緻密化せず、強度・硬度等の機械
的特性も超硬合金と比較して著しく低下するという問題
がある。また、少量しか添加できず、しかも、微細、微
小粉末等の特殊形態の高価な粉末材料が必要になること
から、超硬合金焼結体の耐摩耗性を効果的に向上させる
ことが困難であるという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、耐酸化性、耐食性、耐衝撃
性、耐欠損性、特には耐摩耗性に優れたＷＣ系超硬基複
合材料焼結体を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ＷＣ系超
硬複合材料焼結体の各種成分と特性との関係について検
討した結果、ＷＣを主体とする硬質相と鉄族金属結合相
とからなる超硬合金焼結体中に、セラミックス硬質分散
粒子を分散させ、密度及び気孔率を所定範囲とすること
により、従来の超硬複合材料よりも軽量であると共に、
耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐欠損性に優れた超硬基
複合材料焼結体が得られることを見出して先に出願をし
ている（特願２０００−２７８３１号）。

【０００９】引き続き本発明者等は、ＷＣ系超硬複合材
料焼結体の各種成分と特性との関係について検討した結
果、ＷＣを主体とする硬質相と鉄族金属結合相とからな
る超硬合金焼結体中にセラミックス硬質分散粒子を分散
させ、更にＷを除く４ａ乃至６ａ族元素のうち１種又は
２種以上を分散含有させることにより、更に焼結性が改
善され、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐欠損性に優れ
たＷＣ系超硬基複合材料焼結体が得られることを見出し
て本発明を完成するに至った。

【００１０】本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体は、
焼結体中、炭化タングステン（ＷＣ）を主体とする硬質
相が１０〜７６体積％、鉄族金属のうち１種又は２種以
上の合金からなる金属結合相３〜２０体積％、セラミッ
クス硬質分散粒子を４〜７０体積％、及びＷを除く４ａ
乃至６ａ族元素の１種又は２種以上を炭化物換算で０．
１体積％以上分散含有することを特徴とする。

【００１１】本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体にお
ける上記「炭化タングステン（ＷＣ）を主体とする硬質
相」（以下、「ＷＣ系硬質相」という。）の含有量は、
ＷＣ系超硬基複合材料焼結体１００体積％に対し１０〜
７６体積％、好ましくは２０〜７０体積％、更に好まし
くは３０〜６５体積％である。上記ＷＣ系硬質相の含有
量が１０体積％未満では、焼結体の靭性が著しく低下
し、必要な耐欠損性、耐衝撃性が得られないので好まし
くない。また、上記ＷＣ系硬質相の含有量が７６体積％
を超えると、残部の鉄族金属のうち１種又は２種以上の
合金からなる金属結合相やアルミナ等のセラミックス硬
質分散粒子が少なくなるため、焼結性が低下し、その結
果、焼結体の耐摩耗性、耐酸化性、耐食性が不足するの
で好ましくない。尚、本明細書中で使用される体積％の
値の求め方としては、ＳＥＭ写真から、全体面積に対す
る粒子の面積割合より求める方法があるが、原料粉末の
調合添加量から体積％を算出して体積％として代用する
こともできる。これは、ＷＣ系硬質相は焼結時に殆ど揮
発することがないので、調合組成と焼成後の組成のズレ
が極めて少ないからである。

【００１２】本発明の金属結合相を構成する成分である
上記「鉄族金属のうち１種又は２種以上の合金からなる
金属結合相」（以下、「鉄族金属結合相」という。）と
しては、鉄族金属から選ばれるものであり、例えば、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等が挙げられる。この中で、特にＣｏ、
Ｎｉ、Ｆｅのうちから選ばれる少なくとも１種を用いる
と、焼結性の点から好ましい。本発明の上記鉄族金属結
合相の含有量としては、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体１
００体積％に対して３〜２０体積％、好ましくは５〜１
７体積％、更に好ましくは８〜１５体積％である。上記
鉄族金属結合相の含有量が３体積％未満では、焼結性と
靭性が低下し、焼結体として必要な耐欠損性が得られな
いので好ましくない。一方、２０体積％を超えると、焼
結体の硬度が低下し、必要な耐摩耗性が得られないので
好ましくない。

【００１３】本発明の上記「セラミックス硬質分散粒
子」としては、酸化物系硬質分散粒子（Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃等）、炭化物系硬質分
散粒子（ＺｒＣ、ＳｉＣ、ＶＣ、ＴｉＣ等）、窒化物系
硬質分散粒子（Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＶＮ等）及
びホウ素系硬質分散粒子（ＷＢ、ＭｏＢ、ＴｉＢ₂、Ｚ
ｒＢ₂等）等を用いることができる。この中で、耐摩耗
性の向上と製造コストの低減を図る観点から、酸化物系
硬質分散粒子が好ましく、特にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）硬
質分散粒子が最も好ましい。尚、上記「セラミックス硬
質分散粒子」は１種でもよいが、２種以上併用してもよ
い。また、上記「セラミックス硬質分散粒子」の含有量
は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体１００体積％に対し４
〜７０体積％、好ましくは１０〜６０体積％、更に好ま
しくは３５〜５５体積％である。上記「セラミックス硬
質分散粒子」の含有量が４体積％未満では、セラミック
ス硬質分散粒子の量が少なすぎる結果、セラミックスの
化学的安定性に起因する耐酸化性、耐食性、耐摩耗性に
おいて所望の性能が得られないので好ましくない。一
方、７０体積％を超えると、焼結性、靭性が低下する結
果、耐欠損性、耐衝撃性において所望の性能が得られな
いので好ましくない。

【００１４】上記「セラミックス硬質分散粒子」は、Ｗ
Ｃ系超硬基複合材料焼結体中に存在していれば、その存
在状態には特に限定はないが、ＷＣ系超硬基複合材料焼
結体中に均質に存在するのが好ましい。ここで「均質」
とは、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の内外においてセラ
ミックス硬質分散粒子の分散状態が実質的に同じである
ことをいう。より具体的には、ＷＣ系超硬基複合材料焼
結体の断面積１００００μｍ²あたりに存在するセラミ
ックス硬質分散粒子の個数を数えた場合、ＷＣ系超硬基
複合材料焼結体の内外での個数の比が０．１〜１０の範
囲である場合をいう。

【００１５】また、上記「セラミックス硬質分散粒子」
の平均粒径についても特に限定はないが、好ましくは
０．０５〜５０μｍである。かかる範囲とすることによ
り、セラミックス硬質分散粒子のＷＣ系超硬基複合材料
焼結体への食い込み量が十分となると共に、分散状態も
均一となる結果、焼結体の耐摩耗性を向上させることが
できるので好ましい。ここで、上記「セラミックス硬質
分散粒子」の平均粒径は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体
の断面（いわゆる鏡面研磨面）の５０００倍のＳＥＭ写
真から、３０μｍ四方の範囲に観察される硬質分散粒子
の最も短い部分（いわゆる短径）の長さを測定し、これ
らの測定値を平均した値として求める。

【００１６】本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体で
は、上記各成分に加え、更に「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族
元素」を分散含有している。上記「Ｗを除く４ａ乃至６
ａ族元素」を含有することにより、上記金属結合相に固
溶し合金化し、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体中の上記鉄
族金属結合相の耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、強度や硬
度等を向上させると共に、セラミックス硬質分散粒子と
の濡れ性を改善するものと考えられる。また、本発明の
ＷＣ系超硬基複合材料焼結体において、上記「Ｗを除く
４ａ乃至６ａ族元素」の少なくとも一部を上記セラミッ
クス硬質分散粒子内に分散させることにより、粒内残留
応力が生じて高靭化がなされると共に、セラミックス硬
質分散粒子の粒成長を抑制して組織が微細化するため高
強度となる結果、焼結体の耐欠損性及び耐衝撃性を向上
させることができるので好ましい。

【００１７】本発明の上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元
素」としては、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｃｒ等が挙げられ、このうちの１種又は２種以上
を用いることができる。この中で、特に、Ｚｒ及びＨｆ
はセラミックスを還元することが可能なため、セラミッ
クス硬質分散粒子表面をメタル化し、鉄族金属結合相と
の濡れを著しく改善することができるので好ましい。本
発明の上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」を焼結体中
に含有させるために用いられる出発原料については特に
限定はないが、好ましくは、炭化物、窒化物、炭窒化
物、２種以上の複合炭化物、複合窒化物、複合炭窒化
物、純金属、２種以上の合金、２種以上の金属間化合
物、Ａｌとの金属間化合物、鉄族金属との金属間化合
物、酸化物が挙げられる。この中で、特に炭化物は、焼
結性を向上させて高硬度の焼結体とすることができるの
で好ましい。

【００１８】本発明の上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元
素」の含有量は、超硬基複合材料１００体積％に対して
炭化物換算で０．1体積％以上、好ましくは０．３体積
％以上、更に好ましくは０．５〜２．５体積％である。
上記Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素の含有量が０．１体積
％未満では、上記金属結合相への固溶量が不足する結
果、焼結体の強度と硬度の向上を図ることができないの
で好ましくない。一方、上記Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元
素の含有量を２．５体積％以下とすることにより、焼結
性が低下を防止して、優れた耐欠損性、耐衝撃性を発揮
することができるので好ましい。

【００１９】本発明の超硬基複合材料焼結体中におい
て、焼結体中に金属間化合物が存在するものとすること
ができる。かかる金属間化合物が存在することにより、
本来、金属と濡れの悪いアルミナ等のセラミックス硬質
分散粒子と、焼結体中の鉄族金属結合相との濡れ性を改
善し、より緻密な焼結体を得ることができる。その結
果、極めて優れた高温強度及び高温硬さを有すると共
に、更に耐熱衝撃性、耐熱疲労性、耐酸化性及び耐食性
に優れた超硬基複合材料焼結体とすることができるので
好ましい。上記「金属間化合物」を焼結体中に存在させ
る方法としては特に限定はなく、例えば、金属間化合物
を原料として添加する他、焼成中に金属間化合物を反応
析出する方法が挙げられる。このうち、焼成中に金属間
化合物を反応析出する方法によれば、超硬基複合材料焼
結体中の上記金属結合相と上記セラミックス硬質分散粒
子との結合力をより高めることができるので好ましい。

【００２０】上記「金属間化合物」の例として、好まし
くは鉄族金属とＡｌとの金属間化合物、４ａ乃至６ａ族
元素とＡｌとの金属間化合物、４ａ乃至６ａ族元素と鉄
族金属との金属間化合物が挙げられ、特にＮｉ₃Ａｌ、
Ｎｉ₃（Ａｌ，Ｔｉ）、ＮｉＡｌ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ₃Ａ
ｌ、ＣｏＡｌは、焼結体の高温特性の改善及び本発明の
超硬基複合材料焼結体中の上記セラミックス硬質分散粒
子との結合力向上という点から好ましい。本発明の超硬
基複合材料焼結体中に含まれている上記金属間化合物は
１種でもよいが、異なる記金属間化合物を２種以上含む
ものとすることもできる。

【００２１】本発明の超硬基複合材料焼結体は、焼結性
に優れていることから、緻密で気孔が少ない焼結体とす
ることができる。具体的には、本発明の超硬基複合材料
焼結体において、有孔度をＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ）規格でＡ０２以下のレベルにするこ
とができる。有孔度をＡ０２以下のレベルとすることに
より、更に緻密で気孔が少ない焼結体とすることがで
き、優れた強度と硬度を維持することができるので好ま
しい。

【００２２】本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体は、
上記構成を備えることにより、耐酸化性、耐食性、耐衝
撃性、耐欠損性、特には耐摩耗性を向上させることがで
きる。具体的には、強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠し
た３点曲げ試験において１３００ＭＰａ以上（好ましく
は１４００ＭＰａ以上、更に好ましくは１５００ＭＰａ
以上、最も好ましくは１６００ＭＰａ以上）とすること
ができる。また、破壊靭性をＪＩＳ Ｒ１６０７に準拠
した方法において、１０．０ＭＰａ・ｍ^0.5以上（好ま
しくは１１．０ＭＰａ・ｍ^0.5以上、更に好ましくは１
１．５ＭＰａ・ｍ^0.5以上、最も好ましくは１２．０Ｍ
Ｐａ・ｍ^0.5以上）とすることができる。更に、硬度を
ＪＩＳ Ｒ１６１０に準拠した方法において１５００Ｈ
ｖ以上（好ましくは１６００Ｈｖ以上、更に好ましくは
１６５０Ｈｖ以上）とすることができる。また、比摩耗
量を実施例のに記載した方法で５．０×１０^-16ｍ²／
Ｎ以下（好ましくは４．５×１０^-16ｍ²／Ｎ以下、更に
好ましくは４．０×１０^-16ｍ²／Ｎ以下）とすることが
できる。更に、実施例に記載の方法による酸化増量を９
００ｇ／ｍ²以下（好ましくは８００ｇ／ｍ²以下、更に
好ましくは７００ｇ／ｍ²以下、最も好ましくは６００
ｇ／ｍ²以下）とすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、実施例及
び比較例を挙げて具体的に説明する。 ＜実験例１＞ （１）ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の調製 原料としてＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、Ｎｂ
Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂、Ｍｏ₂Ｃ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅ（平均粒
子径０．５〜３μｍ）と、Ａｌ₂Ｏ₃（平均粒子径０．２
μｍ）を用い、これを以下の表１に示した組成で配合し
て原料粉末混合物を調製した。そして、該原料粉末混合
物を、アトライターを用いて湿式で粉砕した後、溶媒を
脱気、乾燥し、所定の形状にプレス成形した。得られた
プレス成形体を炉内に入れ、７０Ｐａのアルゴンガスを
導入した状態で１５００℃まで昇温した後、更にアルゴ
ンガスを導入して１３０ＫＰａで９０分間保持して、目
的とするＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．１〜２３を
得た。

【００２４】

【表１】

【００２５】（２）性能評価 上記ＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．１〜２３につい
て、以下の方法により性能評価を行った。その結果を以
下の表２に示す。尚、表２において、試料Ｎｏ．の前に
「＊」を付したものは、本発明の範囲外の比較例であ
る。 焼結体密度（ｇ／ｃｍ³） アルキメデス法を用いて測定した。 理論密度比（％） 上記で得られた焼結体密度の値を組成の混合則で算出
される理論密度の値で除し、この値を百分率で表示する
ことにより求めた。 有孔度 焼結体の研磨面の２００倍の光学顕微鏡写真を用いて、
ＡＳＴＭ Ｂ２７６−７９に照らして評価した。 焼結体中のＮｉ₃Ａｌ相の同定 焼結体中のＮｉ₃Ａｌ相の有無を、Ｃｕ−Ｋα線源によ
るＸ線回折法によって得られたピークを同定して評価し
た。 焼結体中のアルミナ粒内の観察 焼結体中のアルミナ粒内をＳＴＥＭ（走査式透過型電子
顕微鏡）によって観察し、ＥＤＳ（エネルギー分散形Ｘ
線分光器）測定により，アルミナ粒内の４ａ乃至６ａ族
元素の有無を確認した。 強度（ＭＰａ） ＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠した３点曲げ試験により求
めた。 破壊靭性（ＭＰａ・ｍ^0.5） ＪＩＳ Ｒ １６０７に準拠した方法で測定した。 硬度（Ｈｖ） ＪＩＳ Ｒ １６１０に準拠した方法で測定した。 比摩耗量（×１０^-16ｍ²／Ｎ） リングオンプレート法で測定した。即ち、上記Ｎｏ．１
〜２３の各超硬基複合材料焼結体を用いてプレート（３
０ｍｍ角、厚み５ｍｍ）を作製し、その上に炭素鋼製の
リング（外径φ２０ｍｍ、内径１５ｍｍ）を５００〜２
０００Ｎの荷重を負荷した状態で３００〜６００ｒｐｍ
の回転数にて回転させながら、水を潤滑剤として２〜５
時間摺動する。その後、プレートの摩耗量を重量変化か
ら求め、その値を摺動距離と荷重で除して求めた。

【００２６】

【表２】

【００２７】＜実験例２＞上記実験例１と同じ原料を用
い、これを以下の表３に示した組成で配合して原料粉末
混合物を調製した。そして、上記実験例１と同じ製造方
法によって、目的とするＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎ
ｏ．２４〜２７を得た。そして、得られたＷＣ系超硬基
複合材料焼結体Ｎｏ．２４〜２７について、以下に示す
方法により、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の大気中高温
における酸化増量（ｇ／ｍ²）を測定した。即ち、上記
ＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．２４〜２７の小片
（２．５×２．５ｍｍ角、厚み１．２ｍｍ）を白金製の
容器に入れ、大気中において室温から１０００℃まで１
０℃毎分で昇温し、小片の重量を熱天秤で測定する。そ
して、１０００℃までの総重量変化を試料の比表面積で
除することにより酸化増量を求めた。この方法におい
て、基準物質にはα−アルミナを使用した。この結果を
以下の表３に示す。尚、表３において、試料Ｎｏ．の前
に「＊」を付したものは、本発明の範囲外の比較例であ
る。

【００２８】

【表３】

【００２９】（３）実験例の効果 表２に示すように、本発明の範囲内であるＮｏ．１〜１
４の各ＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、理論密度比が
９７．１〜９９．９％で有孔度のレベルもＡ０２以下で
あることから、緻密で焼結性に優れていることが判る。
また、強度が１３４０〜２１２０ＭＰａ、破壊靭性が１
０．１〜１５．２ＭＰａ・ｍ^0.5、硬度が１５２０〜１
９９０Ｈｖと高く、比摩耗量が１．６〜４．５×１０
^-16ｍ²／Ｎと低いことから、高強度、高硬度でありなが
ら十分な靭性を兼ね備え、しかも優れた耐摩耗性を示す
ことが判る。また、金属間化合物が存在するＮｏ．１〜
９と、存在しないＮｏ．１０〜１４とを対比すると、Ｎ
ｏ．１０〜１４では、平均で強度が１４２２ＭＰａ、硬
度が１６１０Ｈｖ、比摩耗量が３．９×１０^-16ｍ²／Ｎ
であるのに対し、Ｎｏ．１〜９では、平均で強度が１６
７２ＭＰａ、硬度が１７４９Ｈｖと高く、比摩耗量が
３．１×１０^-16ｍ²／Ｎと低いことから、金属間化合物
が存在することにより、更に高強度、高硬度で耐摩耗性
に優れたＷＣ系超硬基複合材料焼結体とすることができ
ることが判る。

【００３０】これに対し、Ｎｏ．１５のＷＣ系超硬基複
合材料焼結体では、ＷＣ含有量が８０体積％と多いこと
から、鉄族金属含有量が少なくなる結果、理論密度比が
９３．２％と低く焼結性に劣り、しかも、有孔度がＡ０
４であることから、残留気孔のため強度が１２１０ＭＰ
ａ、硬度が１３８０Ｈｖと低く、強度及び硬度に劣るこ
とが判る。更に、アルミナ硬質分散粒子も少なくなる結
果、比摩耗量が６．１×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、耐摩耗
性が低下していることが判る。一方、Ｎｏ．１６のＷＣ
系超硬基複合材料焼結体では、ＷＣ含有量が７．５体積
％と少ないことから、耐摩耗性及び硬度がＮｏ．１５よ
り若干改善されている反面、強度が１２２０ＭＰａと低
く、しかも、破壊靭性が８．９ＭＰａ・ｍ^0.5と低いこ
とから、焼結体の靭性が低下してしまうことが判る。

【００３１】また、Ｎｏ．１７のＷＣ系超硬基複合材料
焼結体では、アルミナ硬質分散粒子が３体積％と少ない
ため、強度、靭性及び硬度に優れる反面、比摩耗量が
８．２×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、耐摩耗性が著しく低い
ことが判る。一方、Ｎｏ．１８及びＮｏ．２１のＷＣ系
超硬基複合材料焼結体では、アルミナ硬質分散粒子が８
０体積％と多いため、理論密度比が９２．２％及び９
４．２％と低く焼結性に劣り、強度が１２２０ＭＰａ及
び１３１０ＭＰａ、硬度が１３２０Ｈｖ及び１５００Ｈ
ｖと低く、強度と硬度にも劣っている。しかも、比摩耗
量が６．６及び９．０×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、耐摩耗
性にも劣ることが判る。更に、Ｎｏ．２１のＷＣ系超硬
基複合材料焼結体では、ＴｉＣが５．０体積％と多いた
め、焼結性が低下し、また低靭性となることが判る。

【００３２】更に、Ｎｏ．１９のＷＣ系超硬基複合材料
焼結体では、鉄族金属結合相が１．５体積％と少ないこ
とから、理論密度比が９３．８％と低く焼結性に劣り、
しかも、強度は１１００ＭＰａ、破壊靭性が７．７ＭＰ
ａ・ｍ^0.5と低く、強度及び靭性に劣るものであること
が判る。一方、Ｎｏ．２０ＷＣ系超硬基複合材料焼結体
では、鉄族金属結合相が２８体積％と多いことから、理
論密度比が９９．８％と高く、破壊靭性は１６．７ＭＰ
ａ・ｍ^0.5と改善されている反面、硬度が１２１０Ｈ
ｖ、比摩耗量が７．９×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、硬度及
び耐摩耗性に劣るものであることが判る。

【００３３】また、Ｎｏ．２３のＷＣ系超硬基複合材料
焼結体では、４ａ乃至６ａ族元素を含んでいないため、
理論密度比が９４．３％と低く焼結性に劣り、しかも、
強度は１２２０ＭＰａ、硬度は１５８０Ｈｖと低く、比
摩耗量が４．５×１０^-16ｍ²／Ｎと高いことから、強
度、硬度及び耐摩耗性に劣るものであることが判る。ま
た、Ｎｏ．２２は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、
４ａ乃至６ａ族元素であるＺｒを含んでいるが、その量
が０．０５体積％と少ないため、Ｎｏ．２３と同様に、
理論密度比が８９．９％と低く焼結性に劣り、しかも、
強度は１２８０ＭＰａ、硬度は１３２０Ｈｖと低く、比
摩耗量が６．６×１０^-16ｍ²／Ｎと高いことから、強
度、硬度及び耐摩耗性に劣るものであることが判る。

【００３４】表３より、本発明の範囲に含まれるＮｏ．
２４及び２５のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、いず
れも１０００℃という高温での酸化増量が６００ｇ／ｍ
²以下と少なく、優れた耐酸化性を示していることが判
る。これに対し、Ｎｏ．２６のＷＣ系超硬基複合材料焼
結体ではＮｉが２体積％と鉄族金属結合相が少ないた
め、８００℃を超す高温になると急速に酸化するＷＣを
十分に被覆する事ができず、１０００℃における酸化増
量が９５２．５ｇ／ｍ²と大きく、耐酸化性に劣ること
が判る。また、Ｎｏ．２７のＷＣ系超硬基複合材料焼結
体は、Ａｌ₂Ｏ₃を含まないため、焼結体中の酸素の拡散
が速く、酸化が急速に進む上、しかもＣｒ ₃Ｃ₂の量が少
ないため、十分な酸化抵抗を示さないことから、１００
０℃における酸化増量が１１４８．０ｇ／ｍ²と大き
く、耐酸化性に劣ることが判る。

【００３５】尚、本発明においては、前記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて種々変更し
た実施例とすることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の超硬基複合材料焼結体は、ＷＣ
を主体とする硬質相と、鉄族金属結合相とからなる超硬
合金焼結体中に、化学的に安定で高温特性にも優れたセ
ラミックス硬質分散粒子が分散し、更にＷを除く４ａ乃
至６ａ族元素のうち１種又は２種以上を含有させること
により、強度、硬度が向上し、耐摩耗性、耐酸化性、耐
食性、耐欠損性に優れた超硬基複合材料焼結体とするこ
とができる。本発明の超硬基複合材料焼結体は、上記特
性を有することから、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐
欠損性が要求される各種工具（高速切削、高送り切削、
重切削等に用いる切削工具や、熱間圧延ロール、ガイド
ロール、線引きロール、ダイス、パンチ等の熱間、温
間、冷間における塑性加工及び延性加工に用いる治工具
等）、耐摩耗性部材（軸受け、ベアリングボール、すべ
り軸受け、すべりガイド等）等に好適に用いることがで
きる。

フロントページの続き (72)発明者 飯尾 聡 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C046 FF32 FF37 FF43 FF46 FF52 3J011 DA01 SA04 SB14 SB19 3J101 AA02 BA10 EA02 EA42 EA43 EA75 FA08 FA15 FA31 GA60

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結体中、炭化タングステン（ＷＣ）を
   主体とする硬質相が１０〜７６体積％、鉄族金属のうち
   １種又は２種以上の合金からなる金属結合相３〜２０体
   積％、セラミックス硬質分散粒子を４〜７０体積％、及
   びＷを除く４ａ乃至６ａ族元素の１種又は２種以上を炭
   化物換算で０．１体積％以上分散含有することを特徴と
   する炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体。
2. 【請求項２】 上記４ａ乃至６ａ族元素の少なくとも一
   部が上記セラミックス硬質分散粒子内に分散している請
   求項１記載の炭化タングステン系超硬基複合材料焼結
   体。
3. 【請求項３】 上記セラミックス硬質分散粒子がアルミ
   ナ硬質分散粒子である請求項１又は２記載の炭化タング
   ステン系超硬基複合材料焼結体。
4. 【請求項４】 焼結体中に金属間化合物が存在する請求
   項１乃至３のいずれかに記載の炭化タングステン系超硬
   基複合材料焼結体。
5. 【請求項５】 焼結体の有孔度がＡＳＴＭ規格でＡ０２
   以下である請求項１乃至４のいずれかに記載の炭化タン
   グステン系超硬基複合材料焼結体。