【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高硬度、高靱性を備えた高耐摩耗性焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、耐アブレージョン摩耗性や耐エロージョン摩耗性を必要とする耐摩耗性部品には、超硬合金では金属結合相成分の少ない高硬度のものが、セラミックスでは安価なアルミナ、高硬度の炭化ケイ素，炭化ホウ素、比較的高い靱性を持つ窒化ケイ素などが使用されている。ここで、各種硬質材料のエロージョン摩耗に関し、硬さと破壊靱性値が共に高いほど摩耗体積が少ないことが知られており、硬さと靱性の相反する性質を両立させる必要がある。また、超硬合金では、靱性に優れるものの耐食性，耐酸化性に劣るという問題がある。
【０００３】
これらの問題を解決しようとした先行技術の代表的なものに、超硬合金では特開平５−３３０９８号公報，特開平５−５９４８１号公報，特開平９−２５５３５号公報など，セラミックスでは特開２００１−２１９０９９号公報など、多数が提案されている。
【０００４】
超硬合金に関する先行技術の内、特開平５−３３０９８号公報には、Ｍｏ２Ｃ：２〜２０重量％、Ｃｒ３Ｃ２，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣの内の１種又は２種以上：０．２〜２重量％、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅの内の１種又は２種以上：１重量％以下、残りがＷＣからなる超硬質合金が記載されている。また、特開平５−５９４８１号公報には、粒径２μｍ以下のＷＣを主体とし、Ｍｏ又はＭｏ２Ｃ、及びＶＣを含有してなる硬質相と、Ｃｏを主体とする結合相とからなり、焼結後の合金組成が、０．２〜１．０重量％Ｃｏ、２．０〜７．０重量％Ｍｏ又はＭｏ２Ｃ、０．２〜０．６重量％ＶＣ、残部がＷＣからなる高硬度超硬合金が記載されている。さらに、特開平９−２５５３５号公報には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１種又は２種以上が０．０２〜０．１０重量％、周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族の遷移金属の炭化物，窒化物及び炭窒化物の１種又は２種以上が０．３〜３．０重量％含有され、残りが平均粒子径０．５μｍ以下の炭化タングステンで構成され、かつ炭化タングステンはＷ２Ｃ／（Ｗ２Ｃ＋ＷＣ）が０．０１〜０．１５の範囲でなる焼結硬質材が記載されている。
【０００５】
これらの公報に記載された硬質焼結材は、いずれも硬質相としてＷＣが主成分となっている。そのため、強度・靱性面では十分なものの、硬さ（耐摩耗性）が不十分であると共に、腐食性あるいは高温・酸化性など雰囲気では異常摩耗を起こすという問題がある。
【０００６】
セラミックスに関する先行技術として、特開２００１−２１９０９９号公報には、アルミナ質，窒化珪素質，炭化珪素質など緻密質でビッカース硬度が８ＧＰａ以上のセラミックスノズルが記載されている。同公報記載のセラミックスノズルは、耐食性，耐熱性，耐酸化性には優れるものの、靱性が著しく低いために衝撃力の強い用途では却って摩耗が増加す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、上記の様な問題を解決することを課題とし、従来材料よりも硬さと靱性のバランスが良く、かつ耐食性，耐熱性，耐酸化性なども兼備した材料で、耐摩耗性、特に耐エロージョン摩耗性に優れた高耐摩耗性焼結材の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、長年に亘り、硬質焼結合金の硬さと靱性の同時向上および耐食性，耐酸化性の改善について検討していた所、炭化タングステンと炭化チタンと窒化チタンとからなる特定組成範囲の複合炭窒化物と少量の鉄族金属からなる焼結体が耐エロージョン摩耗性に優れ、またその製造方法は、原料粉末としてタングステンとチタンの複合炭化物とチタンの炭窒化物とを用いると、焼結性に優れるために低温焼結により緻密で微細・均一な組織の高耐摩耗性焼結体が得られるという知見を得て、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
すなわち、本発明の高耐摩耗性焼結材は、０．１〜５．０重量％の鉄族金属及びクロムの中の少なくとも一種を主成分とする結合相と、残りが２０〜５０重量％の炭化タングステン，１５〜４５重量％の窒化チタン，１５〜４５重量％の炭化チタンからなる硬質相とで構成される高耐摩耗性焼結体である。
【００１０】
本発明の高耐摩耗性焼結材における結合相は、具体的には、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｗ−Ｃｒ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ｃｒ−Ｍｏ合金などを挙げることができる。結合相量が０．１重量％未満では、焼結困難なために多量の気孔が残留して強度・靱性とも低く、逆に５．０重量％を超えて多くなると、硬さ低下による摩耗が増大するために、結合相量を０．１〜５．０重量％と定めた。ここで、結合相成分は、混合粉末の作製時に混入する０．１〜０．５重量％のステンレスや超硬合金中のコバルトであっても良い。
【００１１】
本発明の高耐摩耗性焼結材における硬質相は、具体的には、（Ｗ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）で表される複合炭窒化物の固溶体、あるいは上記固溶体と遊離ＷＣとからなり、硬質相の組成は炭化タングステン：２０〜５０重量％，窒化チタン：１５〜４５重量％，炭化チタン：１５〜４５重量％を満足するものである。硬質相の組成に関して、炭化タングステン量が２０重量％未満，窒化チタン量が１５重量％未満，炭化チタン量が４５重量％を超過すると、それぞれ靱性が低下し、逆に炭化タングステン量が５０重量％を超過，窒化チタン量が４５重量％を超過，炭化チタン量が１５重量％未満では、それぞれ硬さが低下する。
【００１２】
また、本発明における硬質相は、その１０重量％以下がバナジウム，クロム，モリブデンの炭化物，窒化物の中の少なくとも一種により置換し、具体的には、（Ｗ，Ｔｉ，Ｖ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）などの複合炭窒化物の固溶体を形成させると、焼結性が向上するだけではなく、硬さ、耐食性、耐酸化性、靱性などの特性も改善できる。バナジウムは硬さを、クロムは耐食性，耐酸化性を，モリブデンは靱性，耐食性を、それぞれ改善するので好ましい。
【００１３】
さらに、本発明における硬質相の粒度は、平均粒子径が２．０μｍ以下であると、硬さと強度が向上するので好ましい。
【００１４】
本発明の高耐摩耗性焼結体は、高耐摩耗性焼結体の表面から内部に向かって、結合相量が漸次増加し、かつ硬さが漸次減少していると、使用条件によっては耐摩耗性，耐食性，耐酸化性などに優れる場合があるので好ましい。本発明の高耐摩耗性焼結体において、この様な結合相と硬さの変化（傾斜化）は、焼結時の雰囲気圧力を低く（真空焼結）することによって容易に起こる。
【００１５】
また、本発明の高耐摩耗性焼結体は、マイクロビッカース硬さ：ＨＶ（０．２）が２，０００以上、破壊靱性値：Ｋ１Ｃが５．０以上、かつ気孔量が０．５体積％以下であると、良好な耐摩耗性、特に耐エロージョン摩耗性を示すので好ましい。ここで、マイクロビッカース硬さ：ＨＶ（０．２）を２，０００以上、破壊靱性値：Ｋ１Ｃを５．０以上、気孔量を０．５体積％以下とした理由は、これらの値を外れると急激に摩耗量（特にエロージョン摩耗）が増大するためである。
【００１６】
本発明の高耐摩耗性焼結材の表面に、０．５〜２０μｍの厚みでなるマイクロビッカース硬さが２０００以上の硬質膜を被覆すると耐摩耗性、特に耐エロージョン摩耗性が著しく改善される場合があるので好ましい。具体的には、ＣＶＤ及びＰＶＤ法により作製されるＴｉＣＮ，ＴｉＣ，（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ，ＴｉＢ２，ＳｉＣ，Ｂ４Ｃ，ダイヤモンド，硬質炭素（ＤＬＣ）などで、かつ密着性の良好な被膜を挙げることができる。
【００１７】
本発明の高耐摩耗性焼結材は、各種組成の粉末を出発原料とした粉末冶金法によって製造される。
【００１８】
その中でも、鉄族金属，クロム粉末と、タングステンとチタンの複合炭化物粉末と、チタンの炭窒化物粉末と、場合によってはバナジウム，クロム，モリブデンの炭化物粉末とを配合・混合・粉砕した後に加圧成形し、非酸化性雰囲気あるいは真空中で１３００〜１７００℃に加熱焼結するという製造方法は、焼結性が向上すると共に焼結時の分解反応によって微細な硬質粒子が再析出して硬度を高めるため好ましい。
【００１９】
この製造方法における原料粉末は２．０μｍ以下であることが好ましく、混合・粉砕を十分に行う必要がある。また、焼結方法としてはガス加圧焼結法，熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ），ホットプレス焼結法などがあり、焼結条件としては緻密で最も微細な組織が得られる温度，圧力，雰囲気が好ましい。特に、表面部の硬さを高める（結合相量を低減する）には、圧力を低くすれば良い。
【００２０】
本発明の高耐摩耗性焼結材の用途としては、耐摩耗工具、耐摩耗部品、耐衝撃用工具、耐食性部品などが挙げられるが、その中でもブラスト処理ノズルや治具などの耐アブレッシブ摩耗性用部材、ウォータージェット用ノズル、燃焼灰含む高温・高圧ガスの減圧バルブなどの耐エロージョン摩耗用部材、高温あるいは腐食性雰囲気で使用する軸受け部品などの耐しゅう動摩耗性用部材などに本発明品を用いると寿命延長などの効果が高く好ましい。
【００２１】
【作用】
本発明の高耐摩耗性焼結材は、炭化タングステンと炭化チタンと窒化チタンとからなる特定組成範囲の複合炭窒化物が硬さと靱性の両方を改善すると共に耐食性や耐酸化性を確保する作用をし、少量の鉄族金属が靱性の向上と共に焼結性を改善する作用により、緻密な高耐摩耗性焼結体が得られ、その結果として耐摩耗性、特に耐エロージョン摩耗性を向上させる効果を発揮するものである。
【００２２】
【実施例１】
市販されている平均粒子径が１．０〜１．５μｍの（ＷＴｉ）Ｃの複合炭化物（重量比でＷＣ／ＴｉＣ＝７０／３０），３種のＴｉＣＮ［重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝７０／３０，５０／５０，３０／７０で、それぞれＴｉＣＮ（７／３），ＴｉＣＮ（５／５），ＴｉＣＮ（３／７）と表記する］，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ２Ｃ，ＶＣ，Ｃｒ３Ｃ２，ＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｗ２Ｃ，ＴａＣ，ＮｂＣ及び０．５μｍのＷＣの各粉末を用い、表１に示した配合組成に秤量し、ステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に挿入して７２時間混合粉砕後、乾燥しながら４．０重量％のパラフィンワックスを添加して混合粉末を得た。
【００２３】
これらの混合粉末を金型に充填し、１９６．１ＭＰａの圧力でもって約５．５×９．５×２９ｍｍ３の圧粉成形体を作製し、アルミナとカーボン繊維からなるシート上に設置して焼結炉に挿入した。そして、４００℃で１０Ｐａの真空中で加熱してパラフィンワックスを除去し、１１００℃まで昇温した後、表１に併記した雰囲気中と焼結温度でもって１時間加熱保持して、本発明品１〜１１及び比較品１〜１１を得た。また、焼結後に１５０ＭＰａのＡｒ中、１５００℃で１時間の熱間静水圧処理を行った場合は、表１中に＋ＨＩＰと記載した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
こうして得た本発明品１〜１１及び比較品１〜１１の各焼結体について、特定面（約８．５×２６ｍｍ面の片方）の取りしろが約０．２ｍｍとなるように調整しながら、＃４００のダイヤモンド砥石で湿式研削加工し、４．０×８．０×２５．０ｍｍ３の形状に作製し、ＪＩＳ法による抗折力を測定して、その結果を表２に示した。また、同試料の特定面を０．５μｍのダイヤモンドペーストでラップ加工した後、マイクロビッカース硬さ：ＨＶ（試験荷重は１．９６Ｎ）および破壊靱性値：Ｋ１Ｃ（ビッカース圧子を用いて試験荷重が９８．０７ＮであるＩＭ法）を測定し、その結果を表２に併記した。
【００２６】
【表２】
注） 内部の硬さと結合相量は、表中の（ ）内に示す。
【００２７】
さらに、各試料のラップ面について光学顕微鏡による観察とＸ線回折により硬質相の種類を確認した後、電子顕微鏡による組織写真を画像処理して硬質相の平均粒径と気孔量を求め、また、ＥＰＭＡにより金属結合相量を測定した。その結果を表２に併記した。尚、本発明品８，１１については試験片を切断、研削、ラップ仕上げした後、中心部（特定面より２ｍｍ内部）の結合相量とマイクロビッカース硬さも測定し、表２に併記した。
【００２８】
【実施例２】
実施例１で得られた４．０×８．０×２５．０ｍｍ３の試験片の内、本発明品１，２，３，６，７，９，１１、比較品１，２，３，６，８，９，１０，１１及び同様の試験片形状に研削加工した市販のセラミックス（組成，粒子径，硬さ，破壊靱性値を表３の備考欄に併記）を用いてサンドブラストによる摩耗試験を実施した。ブラスト条件は、使用面：８．０×２５．０ｍｍ２，砥粒：４００＃，噴射圧：１．１Ｍｐａ，入射角度：６０°，噴射時間：５分である。ブラストによる摩耗体積を重量減／密度から求め、結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】
【実施例３】
まず、実施例１で得られた本発明品２，９、比較品１，９の混合粉末から実施例１と同様な条件でφ６．０ｍｍ×５０．０ｍｍの丸棒を作製した。また、実施例２で用いたセラミックスの中から窒化ケイ素セラミックスを選定（強度と耐酸化性を考慮）し、丸棒を用意した。そして、これら丸棒を石炭燃焼炉ガスの圧力調用バルブのニードル部品に研削加工した後、バルブに組み込んで、燃焼灰による高温でのエロージョン摩耗試験を行った。所定時間の運転後に分解し、ニードル部品先端の摩耗量と損傷状態を調べた結果を表４に示す。ここで、本発明品２と比較品９については、ＣＶＤ法で４．５μｍのＴｉＣＮ膜を被覆したニードル部品も作製して試験した。
【００３１】
【表４】
【００３２】
【発明の効果】
本発明品は、従来技術による比較品あるいは市販セラミックスに比べ、優れた特性と性能を有する。実施例１では、本発明品が高強度で緻密、かつ高い硬度と靱性をバランス良く持つことを支持しており、また実施例２では、サンドブラストによる耐エロージョン摩耗性が優れることを示し、さらに実施例３では、高温・腐食環境下での耐エロージョン摩耗性にも優れるという効果を有する。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high wear resistant sintered body having high hardness and high toughness.
[0002]
[Prior art]
Generally, wear-resistant parts that require abrasion wear resistance or erosion wear resistance include high-hardness cemented carbides that have a low metal binder phase component, low-priced alumina for ceramics, high-hardness silicon carbide, Boron carbide, silicon nitride having relatively high toughness, and the like are used. Here, regarding the erosion wear of various hard materials, it is known that as both the hardness and the fracture toughness value are higher, the wear volume is smaller, and it is necessary to balance the contradictory properties of hardness and toughness. In addition, cemented carbide has a problem that it has excellent toughness but is inferior in corrosion resistance and oxidation resistance.
[0003]
Representative examples of the prior art which have attempted to solve these problems include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-33098, 5-59481, and 9-25535 for cemented carbide, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-25535 for ceramics. Many have been proposed, such as 2001-219099.
[0004]
Among the prior arts relating to cemented carbides, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-33098 discloses that Mo 2 C: 2 to 20% by weight, one of Cr 3 C 2 , VC, NbC, TaC, TiC, ZrC, and HfC. Or, two or more: 0.2 to 2% by weight, one or more of Co, Ni, Fe: 1% by weight or less, and a super hard alloy consisting of WC is described. Further, JP-A-5-59481 discloses that a hard phase mainly composed of WC having a particle size of 2 μm or less and containing Mo or Mo 2 C and VC, and a binder phase mainly composed of Co, alloy composition after sintering, 0.2 to 1.0 wt% Co, 2.0 to 7.0 wt% Mo or Mo 2 C, 0.2 to 0.6 wt% VC, the balance being WC High hardness cemented carbides are described. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-25535 discloses that one or more of Fe, Co, and Ni are 0.02 to 0.10% by weight, and are carbides of transition metals of Groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table. , Nitride and / or carbonitride are contained in an amount of 0.3 to 3.0% by weight, and the remainder is made of tungsten carbide having an average particle diameter of 0.5 μm or less, and the tungsten carbide is made of W 2 C A sintered hard material in which // (W 2 C + WC) is in the range of 0.01 to 0.15 is described.
[0005]
In each of the hard sintered materials described in these publications, WC is a main component as a hard phase. Therefore, although sufficient in strength and toughness, there is a problem that hardness (wear resistance) is insufficient and abnormal wear occurs in an atmosphere such as corrosive or high temperature / oxidative.
[0006]
As a prior art related to ceramics, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-219099 describes a ceramic nozzle having a dense Vickers hardness of 8 GPa or more, such as alumina, silicon nitride, and silicon carbide. Although the ceramic nozzle described in the publication is excellent in corrosion resistance, heat resistance and oxidation resistance, it has a problem in that wear is rather increased in applications having a strong impact force due to extremely low toughness.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and is a material having a better balance of hardness and toughness than conventional materials and also having corrosion resistance, heat resistance, oxidation resistance, etc. It is an object of the present invention to provide a high wear resistant sintered material having excellent erosion wear resistance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have been studying the simultaneous improvement of hardness and toughness, and the improvement of corrosion resistance and oxidation resistance of a hard sintered alloy for many years, and found that a specific composition range of tungsten carbide, titanium carbide, and titanium nitride. A sintered body composed of a composite carbonitride and a small amount of iron group metal is excellent in erosion wear resistance, and its production method uses a composite carbide of tungsten and titanium and a carbonitride of titanium as raw material powders. The present inventors have found that a high wear-resistant sintered body having a dense, fine and uniform structure can be obtained by low-temperature sintering due to excellent sinterability, and have completed the present invention.
[0009]
That is, the high wear resistant sintered material of the present invention comprises 0.1 to 5.0% by weight of a binder phase containing at least one of iron group metal and chromium as a main component, and the remaining 20 to 50% by weight. And a hard phase comprising 15 to 45% by weight of titanium nitride and 15 to 45% by weight of titanium carbide.
[0010]
Specific examples of the binder phase in the high wear resistant sintered material of the present invention include Co, Ni, Fe, Cr, Ni-Cr alloy, Co-Ni-W-Cr alloy, and Fe-Ni-Co-W-. A Cr-Mo alloy can be used. If the amount of the binder phase is less than 0.1% by weight, sintering is difficult, so that a large amount of pores remain, and the strength and toughness are low. To increase, the amount of binder phase was determined to be 0.1-5.0% by weight. Here, the binder phase component may be 0.1 to 0.5% by weight of cobalt in a stainless steel or cemented carbide mixed at the time of preparing the mixed powder.
[0011]
The hard phase in the high wear-resistant sintered material of the present invention is, specifically, a solid solution of a composite carbonitride represented by (W, Ti) (C, N), or the solid solution and free WC. The composition of the hard phase satisfies 20 to 50% by weight of tungsten carbide, 15 to 45% by weight of titanium nitride, and 15 to 45% by weight of titanium carbide. With respect to the composition of the hard phase, when the amount of tungsten carbide is less than 20% by weight, the amount of titanium nitride is less than 15% by weight, and the amount of titanium carbide exceeds 45% by weight, the toughness decreases, and conversely, the amount of tungsten carbide becomes 50% by weight. , The amount of titanium nitride exceeds 45% by weight, and the amount of titanium carbide is less than 15% by weight, the hardness decreases.
[0012]
In the hard phase of the present invention, 10% by weight or less of the hard phase is replaced by at least one of carbides and nitrides of vanadium, chromium, and molybdenum. Specifically, (W, Ti, V) (C, N ), (W, Ti, Mo) (C, N), (W, Ti, Cr) (C, N) and the like to form a solid solution of a complex carbonitride not only improves the sinterability, Properties such as hardness, corrosion resistance, oxidation resistance, and toughness can also be improved. Vanadium is preferable because it improves hardness, chromium improves corrosion resistance and oxidation resistance, and molybdenum improves toughness and corrosion resistance.
[0013]
Further, the particle size of the hard phase in the present invention is preferably such that the average particle size is 2.0 μm or less, since hardness and strength are improved.
[0014]
The high wear-resistant sintered body of the present invention may have a binder phase amount that gradually increases from the surface toward the inside of the high wear-resistance sintered body, and that the hardness gradually decreases. It is preferable because it may be excellent in wear resistance, corrosion resistance, oxidation resistance and the like. In the highly wear-resistant sintered body of the present invention, such a change in the binder phase and hardness (gradation) easily occurs by lowering the atmospheric pressure during sintering (vacuum sintering).
[0015]
Further, the high wear-resistant sintered body of the present invention has a micro Vickers hardness: HV (0.2) of 2,000 or more, a fracture toughness: K1C of 5.0 or more, and a pore volume of 0.5 volume. % Or less is preferable because of exhibiting good wear resistance, particularly erosion wear resistance. Here, the micro Vickers hardness: HV (0.2) is 2,000 or more, the fracture toughness: K1C is 5.0 or more, and the porosity is 0.5 volume% or less. This is because the amount of wear (especially erosion wear) increases rapidly.
[0016]
When the surface of the high wear resistant sintered material of the present invention is coated with a hard film having a micro Vickers hardness of 2000 or more having a thickness of 0.5 to 20 μm, wear resistance, particularly erosion wear resistance, is remarkably improved. It is preferable because there are cases where it is possible. Specifically, a coating film having good adhesion, such as TiCN, TiC, (Ti, Al) N, TiB 2 , SiC, B 4 C, diamond, hard carbon (DLC), etc., produced by CVD and PVD methods Can be mentioned.
[0017]
The high wear resistant sintered material of the present invention is manufactured by powder metallurgy using powders of various compositions as starting materials.
[0018]
Among them, iron group metal, chromium powder, tungsten and titanium composite carbide powder, titanium carbonitride powder, and in some cases, vanadium, chromium, and molybdenum carbide powder are blended, mixed, pulverized, and then pressurized. The manufacturing method of forming and heating and sintering at 1300 to 1700 ° C. in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum improves the sinterability and re-precipitates fine hard particles by the decomposition reaction during sintering to increase the hardness. It is preferable to increase.
[0019]
The raw material powder in this production method is preferably 2.0 μm or less, and it is necessary to sufficiently mix and pulverize. Sintering methods include gas pressure sintering, hot isostatic sintering (HIP), and hot press sintering. Sintering conditions include a temperature at which a dense and finest structure can be obtained, Pressure and atmosphere are preferable. In particular, in order to increase the hardness of the surface portion (reduce the amount of the binder phase), the pressure may be reduced.
[0020]
Applications of the high wear resistant sintered material of the present invention include wear resistant tools, wear resistant parts, impact resistant tools, corrosion resistant parts, and the like. Among them, abrasive wear resistant parts such as blast nozzles and jigs are used. Abrasion-resistant materials such as nozzles for water jet nozzles, pressure reducing valves for high-temperature and high-pressure gas containing combustion ash, and sliding wear-resistant materials such as bearing parts used in high-temperature or corrosive atmospheres. The use of is preferred because the effect of extending the life is high.
[0021]
[Action]
The high wear-resistant sintered material of the present invention is characterized in that a composite carbonitride having a specific composition range of tungsten carbide, titanium carbide, and titanium nitride improves both hardness and toughness and acts to secure corrosion resistance and oxidation resistance. A small amount of iron group metal improves the toughness and improves the sinterability, resulting in a dense, high wear-resistant sintered body. As a result, the wear resistance, especially the erosion wear resistance, is improved. It is effective.
[0022]
Embodiment 1
Commercially available (WTi) C composite carbide (WC / TiC = 70/30 by weight ratio) having an average particle diameter of 1.0 to 1.5 μm, three kinds of TiCN [TiC / TiN = 70 / weight ratio] 30, 50/50, and 30/70, which are respectively referred to as TiCN (7/3), TiCN (5/5), and TiCN (3/7)], Co, Ni, Mo 2 C, VC, and Cr 3 C. 2 , each powder of TiN, TiC, W 2 C, TaC, NbC and 0.5 μm WC was weighed to the composition shown in Table 1, and inserted into a stainless steel pot together with an acetone solvent and a cemented carbide ball. After mixing and grinding for 72 hours, 4.0% by weight of paraffin wax was added while drying to obtain a mixed powder.
[0023]
The mixed powder is filled in a mold, and a green compact of about 5.5 × 9.5 × 29 mm 3 is produced under a pressure of 196.1 MPa, and is placed on a sheet made of alumina and carbon fiber. It was inserted into a sintering furnace. Then, the paraffin wax was removed by heating at 400 ° C. in a vacuum of 10 Pa, and the temperature was raised to 1100 ° C., followed by heating and holding for 1 hour in the atmosphere described in Table 1 and the sintering temperature. 1 to 11 and comparative products 1 to 11 were obtained. In addition, when hot isostatic pressure treatment was performed at 1500 ° C. for 1 hour in 150 MPa Ar after sintering, + HIP was described in Table 1.
[0024]
[Table 1]
[0025]
With respect to the sintered bodies of the inventive products 1 to 11 and the comparative products 1 to 11 thus obtained, while adjusting the clearance of the specific surface (one of the approximately 8.5 × 26 mm surfaces) to be approximately 0.2 mm. , And # 400 diamond grindstone to form a shape of 4.0 × 8.0 × 25.0 mm 3 , and measured the bending strength by the JIS method. The results are shown in Table 2. After lapping a specific surface of the same sample with a 0.5 μm diamond paste, the micro Vickers hardness: HV (test load: 1.96 N) and the fracture toughness: K1C (test load using a Vickers indenter: 98 0.07N) and the results are shown in Table 2.
[0026]
[Table 2]
Note) The internal hardness and the amount of binder phase are shown in parentheses in the table.
[0027]
Further, after confirming the type of hard phase by observation with an optical microscope and X-ray diffraction on the lap surface of each sample, image processing of a structure photograph by an electron microscope to determine the average particle size and porosity of the hard phase, The amount of the metal binding phase was measured by EPMA. The results are shown in Table 2. After cutting, grinding and lapping the test pieces of the products 8 and 11 of the present invention, the amount of the binder phase and the micro-Vickers hardness at the center (inside of 2 mm from the specific surface) were also measured.
[0028]
Embodiment 2
Of the 4.0 × 8.0 × 25.0 mm 3 test pieces obtained in Example 1, the present invention products 1, 2, 3, 6, 7, 9, 11 and the comparative products 1, 2, 3, Abrasion test by sandblasting using commercially available ceramics (composition, particle size, hardness, and fracture toughness are described in the remarks column of Table 3) ground to 6, 8, 9, 10, 11, and similar test specimen shapes Was carried out. The blast conditions are as follows: use surface: 8.0 × 25.0 mm 2 , abrasive grains: 400 #, injection pressure: 1.1 Mpa, incident angle: 60 °, injection time: 5 minutes. The wear volume due to the blast was determined from the weight loss / density, and the results are shown in Table 3.
[0029]
[Table 3]
[0030]
Embodiment 3
First, a round bar of φ6.0 mm × 50.0 mm was produced from the mixed powder of the products 2 and 9 of the present invention and the comparative products 1 and 9 obtained in Example 1 under the same conditions as in Example 1. A round bar was prepared by selecting silicon nitride ceramics from the ceramics used in Example 2 (in consideration of strength and oxidation resistance). Then, these round bars were ground into needle parts of a pressure regulating valve for a coal combustion furnace gas, then assembled into the valve, and subjected to a high-temperature erosion wear test using combustion ash. Table 4 shows the results of examining the amount of wear and damage at the tip of the needle part after disassembly after a predetermined time of operation. Here, with respect to the product 2 of the present invention and the comparative product 9, a needle part coated with a 4.5 μm TiCN film by the CVD method was also prepared and tested.
[0031]
[Table 4]
[0032]
【The invention's effect】
The product of the present invention has superior properties and performance as compared with a comparative product according to the prior art or a commercially available ceramic. Example 1 supports that the product of the present invention has high strength, denseness, and high balance between hardness and toughness. Example 2 shows that the erosion wear resistance by sandblasting is excellent. Example 3 has an effect of being excellent in erosion wear resistance under a high-temperature and corrosive environment.