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JPH1121119A - 複合炭化物及びそれを用いた超硬合金の製造方法 - Google Patents

複合炭化物及びそれを用いた超硬合金の製造方法

Info

Publication number
JPH1121119A
JPH1121119A JP9178525A JP17852597A JPH1121119A JP H1121119 A JPH1121119 A JP H1121119A JP 9178525 A JP9178525 A JP 9178525A JP 17852597 A JP17852597 A JP 17852597A JP H1121119 A JPH1121119 A JP H1121119A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbide
chromium
powder
cemented carbide
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9178525A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryoji Yamamoto
良治 山本
Hiroyuki Shirou
裕之 城生
Yoshihiko Doi
良彦 土井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Tungsten Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Tungsten Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Tungsten Co Ltd filed Critical Tokyo Tungsten Co Ltd
Priority to JP9178525A priority Critical patent/JPH1121119A/ja
Publication of JPH1121119A publication Critical patent/JPH1121119A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細一次結晶を有し超硬合金焼結中の収縮率
の調整可能なWC系複合炭化物粉末および超硬合金を製
造する。 【解決手段】 原料粉末として1.0〜7.0μmの平
均粒径を有するW粉末,C粉末の5〜7重量%,金属ク
ロム又は醸化クロム又はクロムを含有する無機或るいは
有機化合物のいづれかを炭化物に金属クロムとして,
0.2〜2.5重量%,さらに必要な場合はTa,V,
Mo,Nb.Zrの1種又は2種以上の酸化物又は金属
又は炭化物粉末を0.2〜3.5%,これらの金属粉末
炭素粉末,酸化物粉末,無機或るいは有機化合物粉末を
配合し,混合し,ついでこの混合粉末を水素気流中又は
窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気中又は真空中で12
00〜1700℃で炭化を行い,WC粒子にクロムの拡
散相を形成せしめることにより微細一次結晶粒を有する
フィッシャー(Fsss)法による平均粒径が1.0μ
m以上のWC系複合炭化物粉末から高硬度でかつ高強度
の1μm以下のWC相微細組織を有し,収縮率が16.
7%以上,20%未満の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】本発明は,高硬度でかつ高強
度を有するWC−Co基超硬合金の原料となる微細一次
結晶粒を有し超硬合金焼結中の収縮率が低い粉末冶金用
WC系複合炭化物粉末およびそれを用いた超硬合金の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,例えば,特開平3−208811
号公報及び特開平5−147916号公報(以下,夫々
従来技術1及び従来技術2と呼ぶ)には,0.5μm以
下の平均粒径を有したWC粉末を原料とし,粒成長抑制
剤として,Vを0.1〜2重量%,Crを0.1〜2重
量%,Taを0.2〜3重量%等と,Co又はNiを5
〜30%と,残部がWCおよび不可避不純物からなる組
成を備え,0.8μm以下のWC相の組織を有するWC
−Co基超硬合金が開示されている。このWC−Co基
超硬合金は,エンドミル,リーマ,各種の剪断刃などの
切削工具に用いられている。
【0003】ところで,WC−Co基超硬合金におい
て,WC粉末の粒径が微細になるほど見掛け密度が減少
し,超硬合金の焼結の際に生じる収縮率が増加し,従来
技術1又は2による0.8μm以下のWC相のWC−C
o基超硬合金の収縮率は20%以上となり,超硬合金の正
確な寸法調整を困難にし,ポア等の欠陥を生ずる欠点が
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年,前述の切削およ
び切断加工に対する自動化が強く要求され,これらの加
工に用いられる工具は苛酷な条件下で使用される傾向に
ある。これら工具の原料として1μm以下のWC粉末が
使用され,これらのWC粉末は1300℃以下の低い温
度で炭化されたものが多いため不安定で粒成長しやす
く,超硬合金中のWC相の組織がW粉末の粒度分布に影
響されるため粗大粒子を混在しやすいため,これらが超
硬合金の強度を低下させる欠陥となる。
【0005】また,これらは高い収縮率のため高い寸法
精度の要求を満足するものではなかった。
【0006】また,微粒超硬合金に用いる1μm以下の
WC粉末を製造するには,1μm以下のW粉末が必要
で,1μm以上の粗いW粉末に比較して高価である。そ
のため微粒WC粉末はコスト高となり微粒超硬合金は価
格の面でも満足するものでなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで,本発明者らは,
均一な組織を有するWC−Co基超硬合金を製造する研
究を行った。原料粉末として1.0〜7.0μmの平均
粒径を有するW粉末,C粉末の5〜7重量%,炭化物に
0.2〜2.5重量%の金属クロムとしての添加量にな
るように炭化クロム又は金属クロム又は酸化クロム又は
クロムを含有する無機或るいは有機化合物のいづれか
を,これらの金属粉末,炭素粉末,酸化物粉末,無機或
るいは有機化合物粉末を配合し,混合し,ついでこの混
合粉末を水素気流中又は窒素やアルゴンなどの不活性雰
囲気中又は真空中で1200〜1700℃で炭化を行
い,WC粒子にクロムの拡散相を形成せしめることによ
りX線回折によるWC結晶の211面(JCPDSカー
ド 25−1047,d=0.9020)の半値幅を
Y,フィッシャー(Fsss)法による粒径をXとした
場合に,Y>0.61−0.33 log(X)である
ことを特徴とするWC系複合炭化物粉末から高硬度でか
つ高強度の1μm以下のWC相微細組織を有し,収縮率
が16.7〜20%の超硬合金が得られる。
【0008】さらに,必要に応じて超硬合金の焼結中に
おこる粒成長を抑制するためのTa,V,Mo,Nb,
Zrの内の1種又は2種以上の酸化物又は炭化物粉末を
0.2〜3.5%添加し,残りがWCと不可避不純物か
らなり,フィッシャー法による平均粒径が1.0μm以
上で,クロムを拡散せしめることにより微細一次WC結
晶粒子を形成せしめたWC系複合炭化物粉末から高硬度
で,かつ高強度の1μm以下のWC相微細組織を有し,
収縮率が16.7%以上20%未満の超硬合金が得られ
る。
【0009】よって,従来のように,微粒の超硬合金を
製造するにあたり,Fsss法による粒径が1μm以下
の微細なWC粉末を使用することなく,より均粒で,収
縮率が低く寸法精度に優れる超硬合金の製造が可能とな
った。
【0010】次に,本発明における製造条件を前述の通
りに限定した理由について説明する。
【0011】まず,原料W粉末の平均粒径について説明
する。原料W粉末の平均粒径が1.0μm未満になると
微細すぎて,W粒子内へのクロムの拡散が不均一にな
り,W粒子同志の合体焼結による異常成長を起こしやす
い。7μmを越える場合は,W粒子中心部までクロムが
拡散しないため不均一組繊の超硬合金となることから,
その平均粒径を1.0〜7.0μmにした。
【0012】次に,クロムの添加量について説明する。
クロムの添加量は多いほど微細一次WC粒子を生成すや
すいが,多すぎると結合相中への固溶限界を越えて,強
度の低下を招く第三相が析出するため2.5重量%以下
とした。クロム添加量の少ない場合は,微細一次WC粒
子の生成が不十分となるため,0.2重量%(望ましく
は,0.4重量%以上)とした。
【0013】次に,Ta,V,Mo,Nb,Zrの添加
量について説明する。Ta,V,Mo,Nb.Zrの添
加量が,0.2%未満では,超硬合金の焼結中におこる
粒成長を抑制してWC相を微細化する効果が期待出来な
いため,0.2重量%以上とした。逆に多すぎる場合
は,結合相中又はWC相への固溶限界を越えて,強度の
低下を招く第三相が析出するため3.5重量%以下とし
た。
【0014】次にX線回折による半値幅(半価幅)につ
いて説明する。WC粉末のX線回折によるWC結晶の2
11面(JCPDSカード 25−1047,d=0.
9020)の半値幅をY,一方,Fsss法による粒径
をXとした場合に,Y<0.61−0.33log
(X)の場合,Fsss法の粒径に対する半値幅の値が
小さく,そのため微粒で均一な粒径の超硬合金の製造が
不可能になる。
【0015】よって,WC粉末のX線回折によるWC結
晶の211面(JCPDSカード25−1047,d=
0.9020)の半値幅をY,Fsss法による粒径を
Xとした場合のYの値を,Y>0.61−0.33 l
og(X)と限定した。
【0016】最後に収縮率について説明する。従来の一
般的方法による0.8μm以下の平均粒径のWC粉末か
らの超硬合金の収縮率は20%以上であり,この場合,
焼結体の寸法ばらつきが大きくなり,高い圧力でプレス
して収縮率を減少すると圧粉体にクラックが発生した
り,プレス金型の寿命が著しく短かくなる。したがっ
て,実用的な0.5〜2トン/cm2 のプレス圧力の範
囲で上記の問題が解決する16.7%以上20%未満と
した。
【0017】
【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て,説明する。
【0018】まず,本発明の微細一次WC結晶粒子を形
成せしめた粉末冶金用WC系複合炭化物粉末の製造例に
ついて説明する。
【0019】下記表1に示す原料粉末としてのW粉末,
C粉末,金属クロム又は醗化クロム又はクロムを含有す
る無機或るいは有機化合物,Ta,V,Mo,Nb,Z
rの酸化物又は金属又炭化物粉末を下記表1に示めされ
る配合組成に配合し,へンシェルミキサーで,30分混
合し,下記表1に示した条件で炭化を実施して得たWC
粉末の特性を下記表2に示し,それぞれのWC粉末に1
0重量%のCo粉末と焼結後の合金が健全な炭素含有量
になるように過不足のW粉末又はC粉末をアトライター
を用いて10時間湿式混合し,乾燥した混合粉末を0.
5〜2トン/cm2 の圧力でプレス成形し,成形体を真
空中で1400℃で1時間焼結し,焼結体を1350℃
のAr中,1000気圧でHIP処理し,このHIP材
のWC相の粒径(走査型電子顕微鏡(SEM)で組織観
察),抗折力,硬度,収縮率,寸法ばらつきを求めた。
その結果を下記表2に示す。尚,収縮率は下記数1式に
より求めた。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【数1】
【0023】また,比較の目的で従来法によるWC粉末
をW粉末,C粉末又は酸化クロム粉末を表1に示される
配合組成に配合し,へンシェルミキサーで30分混合
し,表1に示した条件で炭化を実施して製造した。その
特性を下記表2に示し,それぞれのWC粉末に10重量
%のCo粉末および焼結後の合金が健全な炭素含有量に
なるように不足のC粉末をアトライターを用いて10時
間湿式混合し,乾燥した混合粉末を0.5〜2.0トン
/cm2 の圧力でプレス成形し,成形体を真空中で14
00℃で1時間焼結し,焼結体を1350℃のAr中,
1000気圧でHIP処理した。このHIP材の特性を
表2に示す。
【0024】以上の結果から,本発明のWC系複合炭化
物は,WC粒子にCr,V,Ta,Mo,Nb,Zrを
拡散せしめ,微細一次WC結晶粒を有することによっ
て,WC粉末のX線回折によるWC結晶の211面(J
CPDSカード 25−1047,d=0.9020)
の半値幅をYとし,Fsss法による粒径をXとした場
合に,Y>0.61−0.33 log(X)の特徴を
具備し,微細なWC結晶の収縮率が低く,寸法ばらつき
の小さい微粒超硬合金が得られるのに対して,従来法の
1〜4は,微細一次WC結晶粒子を有することがなく,
X線回折によるWC結晶の211面の半値幅が小さく,
Y<0.61−0.33 log(X)になる。
【0025】そのため,従来法の複合炭化物を用いた場
合,超硬合金中のWC相の粒径が大きく硬度が低く,収
縮率が大きく寸法ばらつきが大き<なってしまう。
【0026】これに対して,上記のように,本発明の実
施の形態によれば,複合炭化物がWC粉末のX線回折に
よるWC結晶の211面(JCPDSカード 25−1
047,d=0.9020)の半値幅をYとし,Fss
s法による粒径をXとした場合に,Y>0.61−0.
33 log(X)の特徴を具備することにより,微細
なWC結晶の収縮率が低く寸法ばらつきの小さい高硬度
でかつ高強度の微粒超硬合金を提供することができる。
【0027】
【発明の効果】以上,説明したように,本発明によれ
ば,複合炭化物がWC粉末のX線回折によるWC結晶の
211面(JCPDSカード 25−1047,d=
0.9020)の半値幅をYとし,Fsss法による粒
径をXとした場合に,Y>0.61−0.33 log
(X)の特徴を具備することにより,微細なWC結晶の
収縮率が低く寸法ばらつきの小さい高硬度でかつ高強度
の微粒超硬合金とその原料粉末である複合炭化物とその
製造方法とを提供することができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロムを0.2〜2.5重量%の範囲で
    含有する微細一次結晶からなる炭化タングステンによっ
    て構成されるWC系複合炭化物であって,フィッシャー
    (Fsss)法による平均粒径が1μm以上で,X線回
    折によるWC結晶の211面(JCPDSカード25−
    1047,d:0.9020)の半値幅をY,Fsss
    法による粒径をXとした場合,Y>0.61−0.33
    log(X)の関係式を満たし,超硬合金を製造した場
    合の収縮率が16.7%以上20%未満であることを特
    徴とする複合炭化物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の複合炭化物において,T
    a,V,Mo,Nb,Zrのうち少なくとも一種を0.
    2〜3.5重量%含有することを特徴とする複合炭化
    物。
  3. 【請求項3】 平均粒径1.0〜7.0μmのW粉末
    と,5〜7重量%のCと,クロム元素で0.2〜2.5
    重量%の炭化クロム,金属クロム,酸化クロム,無機化
    合物または有機化合物を混合し,水素,窒素,アルゴン
    等の不活性雰囲気又は真空中で1200〜1700℃で
    炭化することを特徴とする複合炭化物の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の複合炭化合物にCo粉末
    を混合,プレス,焼結し収縮率16.7%以上20%未
    満の超硬合金を得る事を特徴とする超硬合金の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 平均粒径1.0〜7.0μmのW粉末,
    5〜7重量%のC,クロム元素で0.2〜2.5重量%
    の炭化クロム,金属クロム,酸化クロム,無機化合物ま
    たは有機化台物,Ta.V,Mo,Nb,Zrの少なく
    とも一種の酸化物,金属または炭化物を0.2〜3.5
    重量%混合し,水素,窒素,アルゴン等の不活性雰囲気
    または真空中で1200〜1700℃で炭化することを
    特徴とする複合炭化物の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の複合炭化物とCo粉末と
    を混合,プレス,焼結し,収縮率16.7以上20%未
    満の超硬合金を得ることを特徴とする超硬合金の製造方
    法。
JP9178525A 1997-07-03 1997-07-03 複合炭化物及びそれを用いた超硬合金の製造方法 Pending JPH1121119A (ja)

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