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    公开号:WO1989003896A1
    申请号:PCT/JP1988/001082
    申请日:1988-10-26
    公开日:1989-05-05
    发明作者:Yuusuke; Iyori；Hidetoshi; Yokoo
    申请人:Hitachi Metals, Ltd.；
    IPC主号:C22C29-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 サーメッ ト合金およびそれを用いた複合部材
    [0002] 「-技術分野」
    [0003] 本発明は、 高温耐摩耗性および高温強度に優れたサ— ッ ト 合金、 および該サーメッ ト合金を基材の外周または内周等に強 固に層状に形成させた各種複合部材に閱するものである。
    [0004] 「背景技術」
    [0005] 圧延ロール， ダイス， あるいはパンチ等に使用する材料は、 靱性， 耐衝擊性， および高温強度等に優れていることが要求さ れるため、 従来、 錶鋼ゃ工具鋼などが広く使用されている。 し かし、 これら従来の材料は、 耐摩耗性において間題があり、 使 用寿命が短いという欠点がある。
    [0006] このため、 それらの材料として、 W Cを硬質相とし、 C oを 結合相とする W C— C o糸超硬合金、 あるいは T i C Nなどの T iの化合物を硬質相とし、 N i等を結合相とするサーメッ ト 合金などを使用することが試みられている。
    [0007] W C— C o糸超硬合金は、 主成分である W Cを 1 5〜 2 5重 量％の C oで結合したものであリ、 本質的に耐摩耗性の良い W Cが主体であるために、 錶鋼ゃ工具鋼などの従来の材料に比べ て優れた耐摩耗性の圧延ロール等を作製することができる。
    [0008] しかしながら、 W C— C o系超硬合金は、 ①主成分の W〇の 比重が大きい（約 1 5 )ため、 作製された部材の重量が増大する、 ② W Cが比較的酸化しやすく、 特に高温において酸化が著しい ため、 熱間で使用する部材への適用が難しい、 ③結合相が少な いため、 実質的に炭化物粒子の塊と同等であり、 耐割損性もし くは耐欠損性に劣る、 などの問題点を有する。
    [0009] なお、 W C— C o糸超硬合金において、 結合栢量 ('すなわち、 C o含有量）を増し、 耐欠損性を改善しょうとしても、 良く知 られているように、 C 0含有量が 2 5 %を越えると本来の特長 である南摩耗性が急激に低下するのみならず、 硬さ， および靭 性も低下する。 したがって、 WC— C o系超硬合金においては、 実用上、 結合栢は 1 5〜2 5 %としなければならないとされて いるのである。
    [0010] サーメッ ト合金は、 1 9 7 1年にはじめて巿場に登場し、 そ の後 WC， T a C.， N b C等の IV a， V a， VI a族炭化物を T i の化合物（例えば T i CN)の一部に置き換えて、 その特性を向 上させる試みが数多くなされてきており、 現在では、 切削加工 工具分野で重要な位置を占めている材料である。
    [0011] しかし、 従来知られているサーメッ ト合金においては、 N i を基本とする金属結合相量を 4 0重量％以上にすると、 硬質粒 子間の結合栢平均厚み（m. f . p)が合金の適正範囲を越えるた め、 強度が著しく低下して実用に供し得なくなるので、 結合栢 の量は高々 4 0重量％どまリにすべきものとされている（例え ば、 鈴木寿著 「超硬合金と静結硬質材料」 （丸善出版）、 3 0 7 〜3 72貢参照）。
    [0012] このため、 従来のサーメッ ト合金は、 WC— C o糸超硬合金 に比べて軽量であリ耐酸化性にも優れるが、 靱性および衝擊強 度等が低く、 また耐割損性も十分でないので、 熱間および冷間 加工甩のロール， 押出しダイス， あるいは線 ダイス等への使 用が制限されていた。
    [0013] また、 サーメッ ト合金においては、 T iの化合物粒子（例え ば T i CN粒子）と結合金属相との濡れ性を改善する目的で、 M o 2 C, WC等の成分を添加するのが一般的である。 これら 添加成分は、 焼結中に結合金属相への溶解、 および T i CN粒 子等からなる硬質相への析出といった過程を経て、 T i CN粒 子等を取り囲み、 周辺組織を形成して、 結合金属相との濡れ ¾ 改善に寄与するものである。 従って、 従来のサーメッ トは、 中 心部は T iに富む組成からなり、 周辺部は濡れ性改善成分であ る WC， Mo2C等の成分に富み T iに乏しい組成からなる有 芯構造の複炭窒化物を有するものが一般的である（特公昭 5 6 - 5 1 2 0 1号公報， 特開昭 6 1 - 7 3 8 5 7号公報， 特開昭 6 1 - 2 1 0 1 5 0兮公幸 ， および特 iil ilg ΰ · - I： ϋ . 7
    [0014] 公報など参照） - 前記組成の有芯 ¾造を有する複炭窒化 ¾粒子は、 えば 延 ロール等を作製した場合において、 結合金属相が摩耗 L.て έϊΗΕ 禳炭窒化 の表面が現れたときに、 T i に乏し く Wに富む組成 を有する表面は酸化し易く、 また硬さも軟らかいため T i化台 物の含有による利点が得られな くなる《 また、 W C , G 2 C 等の成分が周辺組織を形成するに伴って、 複炭窒 ίヒ物粒子が粒 成長し、 互いに接触しあうようになる力、 この複炭窒化 ¾同志 の接触部分は、 外部応力が加わったときに微小クラッ クの発生 源となつたり、 クラッ クの伝播経路と して劈^し易 く、 従って 接触部分が多ければ多 ほど破壊靱性値が低くなると同時に、 耐割損性を劣化させる。 しかし、 接触部分を少なくするために 周辺組織形成成分の含有量を少なくすると高温強度が著しく劣 化するので、 ある程度の周辺組織形成成分の添加は必須であリ、 従って、 ある程度の接触部分の存在を余儀なくされているのが · 実情である。
    [0015] 一方、 単一の材料で口―ルその他の部材を作製するのではな く、 異種の材料を複合することによ リ優れた特性を有する部材 を得ることも試みられている。
    [0016] 例えば、 単一材料と して、 耐摩耗性に優れる利点 ¾ 'した W C— C ο系超硬合金からなる仕上口一ルなどが実用化されつ つあるが、 前述したように、 W C— C ο糸超硬合金の比重は大 きく（約 1 5 )、 鎵鋼ゃ工具鋼などの 2倍近くあるた 、 ロール の重量が大きくなり、 作動中にびびリや振^が し やすい また、 重量が増すことによ リ慣性力も増大するため、 C —ラの 周速と被力 ェ物の通過速度とのズレが大き くなリ、 ί¾者 に きなスリ ツプ量が発生して 一ラ上の被加工物の品質が ¾なわ れる等の問題点のあることガ:わ てきた 。
    [0017] その め、 単一材による欠点を解消する 的 ， え 、 ；'、 材（内層 こ軽量の丁 i C 一 N i系 一メ ッ ド（比 ϋ . 丄 ）を; ¾ い 、 ス)外周に ^で耐糜托栏 る 一 '； ( - ^台金!^ の外層を設けることによリ、 ロールの軽量化を図った複合ロー ルが提案されている（特開昭 5 3 - 5 6 1 4 7号公報参照）。 し かし、 このロールは、 内層に超硬合金よリ靭性の劣るサ—メッ トを用いているため割損しやすく信頼性において問題があリ。 また、 内層と外層との熱膨張率の差によリ残留応力が発生する ため接合不良を起しやすく、 特に、 熱間圧延等において割損事 故等を生ずる恐れがある。
    [0018] まち、 焼結された W C— C o合金製の円柱の外周に、 プレス 成形し fe W C— C o合金製の円筒を嵌合させて焼結させ 口— ルも知られている（特開昭 5 1 - 8 4 7 1 1号公報参照）が、 内 層と外層との熱膨張率の差に起因する問題はないものの、 W C - C o超硬合金の比重の大きさに起因する問題は依然として解 消されない。
    [0019] さらにまた、 耐熱合金よリなる芯材の外表面に、 芯材よりも 〇 1^量の多ぃ1' 1基合金、 C o基合金、 または F e基合金等の 耐食性合金粉末を H I P法によリ被覆させち複合耐熱合金部材 も知られている（特開昭 5 5— 6 2 1 0 3号公報参照）。 この複 合耐熱合金部材は、 高温強度が向上するとともに耐高温腐食性 が向上するという優れた特性を有するものであるが、 耐摩耗性 において必ずしも満足できないものである。
    [0020] 本発明は、 上記実情に鑑み、 各種ロール、 ダイス等に幅広く 使用できる高靭性、 高耐衝擊性を有するとともに高硬度のサー メッ ト合金を提供することを目的とするものである。
    [0021] ま 、 本発明の他の目的は、 前記サーメッ ト合金を他の適当 な材料と複合して用いることによって、 耐割損性等を向上させ た複合部材を提供することにある。
    [0022] 「発明の開示 J
    [0023] 本発明サーメッ ト合金は、 特に結合相の含有量および組成に 特徴を有'するものであり、 3 0〜7 0重量％の硬質相と、 残部 が結合相および不可避の不純物よりなり、 前記硬質相が、 IV a V a，Vi a族元素の炭化物， 窒化物， および炭窒化犊のうちの 一種以上 2 0〜 5 0 w [ %と、 T 丄 の炭化物， 窒化 fe， および^: 窒化物のうちの一種以上から構成されるとともに、 前記結台相 に λ: i'および C I- を含んでいること を特徴とするものである。
    [0024] まも、 本発明のサーメッ ト合金は、 炭窒化チタンの 1〜 7 0 モル％を周期率表の IV a， V a , Vi a族の炭化犊，窒化 ¾，および炭 窒化物のうちの一種または二種以上で置換してなる硬質栢 3 0 〜 Ί Q重量％·と、 残部実質的に 1- 丄 および C r とを含んだ結合 相とからなる'ことを特徴とするものである。
    [0025] すなわち、 本発明サーメ ッ ト合金においては、 結合相に X 丄 とともに C ι·-を含有することを必須の要件とするものであリ、 5〜 3 0重量。んの C I、 と、 2 0〜 4 0重量％の N i と を含有す ることが特徴である。 また、 上記結合相における i と C rの 合計量に対する C rの重量比を、 0 . 0 2〜 ϋ . 4 とすること によ り、 より望ま しい特性を得ることができる。
    [0026] さ らに、 上記炭窒化チタンにおける炭素に対する窒素の原子 比は、 0 . 0 5〜 5 とするのが好ま しい。
    [0027] まだ、 本発明による複合部材は、 溶解法で製造され卞:合金製 の基材の外表面または内表面等に、 .常温から 1 0 0 0 。cまでの 温度における熱膨張率の差が前記基材合金の熱膨張率の土 2 0
    [0028] %以下であるサ一メ ッ ト合金層を形成したことを特 とするも のである。 そして、 本発明複合部おにおいては、 上記基^と し て、 F e を主成分とする合金製のものを使用できるのが特徴で ある。 ま 、 本発明は、 基材とサーメッ ト合金層との界面に、 サーメッ トを構成する結合相の.重量比率よ リ も量の多い結合 形成成分を含有する界面栢が存在するように構成することに 徴がぁリ、 特に、 結合相を構成する成分と し 、 を含むと きは溶製材からなる基材と強固に結合され、 好ま しい特性の ¾ 合部材が実現できるものである <：
    [0029] 「図面の簡単な説明」
    [0030] 第 1図， 第 2図， および第 3図に、 それぞ 本発^による ϋ 種類の複合サ一メ ッ ト ΠΙ —ん 'を S¾:したと Λ芯ネ了 - - o
    [0031] 接合部の金属組織を示す顕微鏡写真である 「発明を実施するための最良の形態」
    [0032] 本発明サ—メッ 卜合金において、 硬質栢 台 重量が 0 % 未満だと酎摩耗性に劣り、 一方、 7 υ %を趑えて含有すると結 合栢が少なくなリ靭性の劣化が著しいので、 硬質相の量は 3 0 〜 7 0 %の範囲とするのが良い。 しかし、 硬質層が 6 0 %を¾ えて含有された場合には、 十分な合金の靭¾が得にく く、 一方 4 0 %未満であると特に高温において所望の耐摩耗性、 ¾度が 得られなくなる め、 結合栢は 4 G 〜 6 0重量 ½とするのが好 ましく、 ょリ望ましくは、 4 δ 〜 6 G重量％とすべきである- 本発明サーヌッ 卜合金の硬質栢は、 T iの炭化 , 窒化 ¾， ま は炭窒化物を主成分とし、 周翦率表 IV a ， V a，VI a族の炭 化物および窒化物のうちの一種または二種以上を含有するもの : からなる。 特に、 炭窒化チタンを主成分とし、 その一部を周期 率表 IVa， V a， Via族の炭化物および窒化救のうち一種または二 種以上で置換したものは有用である。 炭窒化チ 'ヌン 一部を 期率表の IV a , V a，VI a族の炭化物、 窒化物で置換することに よリ、 炭窒化物自体の靱性および炭窒化物と結合相の濡れ性を 改善するとともに高温強度が改善されるためであ c しかし、 その置換量が炭窒化チタンの I モル％未満ではその効果が発& されず、 7 0モル％を越えると耐摩耗性や耐酸化性が低下する ため好ましくない。
    [0033] まも、 本発明においては、 炭窒化チタンにおける炭素に対す る窒素の原子比が.. 0 . 0 5 / i 末満では硬質栢粒子が 大- 0： して靱' Siの低下が著しく、 一方、 5 Z i を越えると炭窒化物の 分解が生じて N 2ガスが発生し、 ミ クロボアが生じるとともに、 炭窒化物と結合相の濡れ性が惡くなリ、 抗折力が F るの その には 0 . 0 5〜 てめること力' ; ϋ ¾ しい
    [0034] U しに、 $>j f± drJよし:、 [¾ tmt j ^ 舌 る -丁 Sで / 7 、 こ- 7c- 不 m 1： } ¾j (. ■}■ なく /二、 ~ ； '/(■'を ≤ん 一し -¾ こ §B ¾ t: -.- F<L J 'iし =t /二 、 〜 ~t い 7 こ 9 . 炭化クロムも W Cと同様に、 靭性、 高温強度および耐酸化性 を改善する成分であり、 硬質相中に炭化クロムを含ませること により、 耐酸化性、 耐肌荒性、 耐摩耗性の向上が期待できる。 しかし、 その量が 5 %未満ではその効果は少なく、 逆に 4 0 07。： を越えて含有すると周辺組織形成量が多くなリすぎて靭性劣化 するため、 5〜4 0 %とする。
    [0035] M 0 2 Cは、 濡れ性を改善し靭性改善および微粒化に寄与す る成分であるが、 M o 2 C自体の硬さは軟らかく、 1 0 %を越 えて含有すると高温での耐摩耗性は著しく劣化する。 そのため、 濡れ性改善を目的として添加する場合は、 1 . 5〜 1 0 %添加 するのが好ましい。
    [0036] V， N b , T a等 V a族元素の炭化物は、 高温での強度、 耐 塑性変形を改善する効果を有し、 特に高温で使用される条件下 では炭化クロムよリも工具性能を向上させるため、 炭化クロム の一部または全部を N b Cに置き換えた方が良い場合がある。 しかし、 5 %未満の置換では、 その効果は少なく、 4 0 %を越 えて含有すると炭化クロムと同様に靱性を劣化するため、 これ ら成分を含有させる場合は、 その量を 5〜4 0 %とする。
    [0037] 本発明サーメッ ト合金における結合相は、 N i および C r' を 必須成分として含むものであリ、 他の IV a， . ' ， VI a族元素お よび不可避不純物を含んでもよく、 場合によっては、 5 %未満 の C oを含んでも本発明合金の特性に大きな影響を与えるもの ではない。 また、 本発明において、 結合相が 3 0重量％未満に なると結合相の適正 m . f . pの範囲外のために靭性の向上が望 めず、 結合相が 7 0重量％を越えると適正 m . f . pの範囲外 となるため、 および硬質相が粗大化するために、 これまた靭性 が低下し、 実用に供しえないので、 結合相量は 3 0〜 7 0重量 %とする。 しかし、 溶製材を基材として複合部材を構成する場 合などに適当な靭性や硬度などの特性を得るためには、 結合相 の量は 4 0〜 6 0重量％とすべきであり、 より望ましくはその 量を 4 5〜 6 0重量％とするのがよい。
    [0038] また、 本発明サ一 ッ 卜合金の結合相における C rの^有は、 3
    [0039] 濡れ性を改善するとともに耐摩耗性も改善する。 また、 目下理 由は不明であるが、 適正 m. f . pを著しく高厚み側へ移動させ、 結合相の量が増しても強度を低下させないように働くので、 本 発明において C rは極めて重要な成分である。 C rの含有量が 5重量％未満だと耐酸化性に劣り、 3 0重量％を越えると靱性 が劣るため、 5〜3 0重量％の C r量とするのが良い c
    [0040] さらにまた、 結合相形成成分の一つである N iが、 5重量％ 未満だと耐酸化性に劣り、 3 0 %を越えて含有すると靱性が劣 る め、 その量は 20〜4 0重量％とするのが望ましい c
    [0041] I N i と C rの総量に対する C rの重量比が、 2Z 1 0 0未満ではこれら成分の含有効果が十分に発揮されず、 4 0Z 上 0 0を越えると C rの炭化物が析出しすぎて靭性が低下する。 したがって、 N i と C rの総量に対する C rの重量比は、 2/ 1 0 0〜 4 0ノ 1 0 0であることが望ましい
    [0042] 本発明サーメッ ト合金においては、 その硬質相の組織を公知 のサーメッ ト合金における有芯構造組織としても良く、 それと は逆の構成の有芯構造、 すなわち、 相対的に T iに乏しく Wお よび Zまたは Moに富む複炭窒化物を相対的に T iに富み Wお よび Zまたは M oに乏しい複炭窒化物で包囲してなる有芯構造 の複炭窒化物が、 硬質相のうちの 5 0〜9 0重量％を占めるよ うにしても良い。 本発明において、 後者のような有芯構造を有 する複炭窒化物を全硬質相の 5 0 %以上とする合金は、 少なく とも ， T i を含み、 これに IV a， V a， VI a族元素の一種また は二種以上を含有した多元複炭窒化物を出発原料として用い、 これに外部よリ単独に T i Nあるいは T i CNおよび結合栢金 属粉末および必要に応じて他成分炭化物もしくは窒化物もしく は炭窒化物を加えて焼結することによリ、 所望の特性を有する ものが得られる。
    [0043] 本発明において、 上述したように、 出発原料として少なくと も W， T-i を含み、 これに C r3C2， N b C, Mo2 G等の周 辺組織形成成分である Wa， Va， Via族元素の一種または二種以 上を含有する多元複炭窒化物を用いた場台には、 この多元複 O 窒化物の組成が比較的前述の周辺組織組成に近いために、 金属 結合相との濡れ性も良く、 靭性および焼結性の著しい劣化を生 じることがない。 また、 周辺組織の一部が配合時から含有され るため、 その分、 焼結時における周辺組織形成量は少なくなリ、 複炭窒化物同志の接触部分を少なくする傾向にある。
    [0044] しかし、 本発明においては、 前記複炭窒化物原料だけを用い ても、 焼結中に結合相に前記複炭窒化物から周辺組織形成成分 が固溶し、 この固溶成分が、 前記複炭窒化物粒子へ連続的に祈 出し、 粒成長およびそれに基づく複炭窒化物同志の接触部分が 生じ、 耐割損性に対し所望の特性が得られないのと同時に、 複 炭窒化物は周辺部が T iに富む層構造にはならないのであって、 T i Nあるいは T i C Nを外部から単独添加することが重要で ある。 このようにすることにより以下に示すような 3つの作用 · 効果があると考えられる。
    [0045] ① T i Nあるいは T i C Nは、 高温で熱力学的に不安定であり、 特に周リに炭素の供給源がある場合には著しく不安定である。 従って、 T i .Nあるいは T i C Nを外部より添加すると、 T i N， T i C N粒子が焼結中に熱分解し、 結合金属相中に優先的 に固溶する。 この結果、 複炭窒化物中に含まれる周辺組織形成 成分である M o， T a , N b等の成分の結合金属相中への固溶 が抑制され、 周辺組織形成量が抑制されるちめに、 複炭窒化物 同志の接触部は著しく減少する。
    [0046] ②熱分解し T iおよび Nが、 複炭窒化物粒子へ拡散固溶する ために前記複炭窒化物粒子は、 周辺部が T i に富んだ層構造と なり、 その結果前記複炭窒化物は、 表面が硬く耐酸化性を有す る層構造となる。
    [0047] ③結合金属招中に固溶した T i および Nが、 前記複炭窒化物粒 子へ拡散固溶する際に、 複炭窒化物中に含まれ、 Nとの親和力 のない Wが、 複炭窒化物粒子から排出され結合金属栢中に固溶 し、 結合金属を著しく固溶強化する。
    [0048] 以上のような働きが行われる結果、 上記第①の効杲によリ耐 割損性が、 第②の効杲により高温耐摩耗性ガ :、 第 .の効果によ リ高温強度がそれぞれ改善され、 優れ 特性のサ—メッ ト合金 が得られるものと考えられる。
    [0049] さらにまた、 本発明によれば、 靱性のある基材の外 ifまたは
    [0050] !¾周等に、 軽量かつ硬質のサーメッ ト合金層を形成した複合部 材を得ることができる。 この場合、 基材には、 例えば S CM4 4 0合金のような溶製材を使用することによリ所望の靱性を得 るのが好ましい。 また、 サーメッ ト合金層の熱膨張率を基材の 熱膨張率に対し、 常温から 1 0 0 0 °Cまでの各温度で土 2 0 % 以下におさえ、 基材とサーメッ ト合金層との間の残留応力を低 減することが望ましいが、 その理由は、 熱膨張率の差が ± 2 0 %以下であれば接合界面にクラックが発生することなく、 良好 な接合強さが得られる めである。 また、 本発明サーメッ ト合 金を使用した場合には、 基材とサーメッ ト合金層との接合界面 にサーメッ 卜を構成する結合相の重量比率よリも量の多い界面 相（オーステナイ ト相と考えられる）または拡散相が存在し、 そ の接合は ·強固となる。 - 基栻として溶製材を用いた場合に、 上記のような界面相を構 成するためには、 サーメッ トの結合相において、 の一部ま たは全部を F eで g換することが望ましい。
    [0051] (実施例】 ）
    [0052] 第 1表に示す試料 N o . 1〜 9の組成となるように、 硬質栢 原料粉末として l S ^ mの T i Co.8Νΰ. WC， および M o 2 C粉末と、 結合栢金属粉末として N i， C r粉末を所定 量配合し、 それぞれの混合粉末を超硬ボールを用いた高速回転 ミル中で約 9 6時間湿式混合し、 それぞれ乾燥させた後、 所定 の金型でフレス成形して圧粉体にした。 次に、 各圧粉体を 1 0 ' 〜 1 0— 3 mmH gの真空中で、 1 3 0 0〜 1 4 5 0 °Cの温度 を加え、 約 6 0分間保持することによりサーメッ ト合金を得た < 作成した各試料について、 抗折力、 破壊靭性値、 吸収： Lネル ギ—、 および硬度を測定した。 その結果を第 2表に示す。
    [0053] 第 2表から明らかなように、 硬質相が 3 0〜 7 0重量％の範 圏 Rである本発明にかかるもの （ o.4〜9)は、 比較伊 (XG.三〜 II
    [0054] および 10)よ リも靭性に優れ、 抗折 ， 硬度も高 ；、 優れ ： 性を示している。 また、 特に、 硬質相が 4 5 〜 ； 5 である 料 No .5 7は、 極めて優れた特性を示すことがわか
    [0055] なお、 第 2去において、 破壊靱性値は、 荷重 5 0 Λ 5 にて ビ カースの圧痕よ り クラック長を满定するアイデンテイ シ ヨ ン で測定したが、 試料 ϋ.1 3のものは、 この方 では 定でき ない程度の値であつた。
    [0056]
    [0057] -つ
    [0058] 2
    [0059]
    [0060] (実施例 2 )
    [0061] 第 3表に示す組成の合金を、 実施例 1 と同様にして作成した 次に、 これら各試料について抗折力、 破壊靭性値、 吸収エネル ギー、 硬度を測定した。 その結果を第 4表に示す。
    [0062] 第 4表から明らかなように、 本発明合金においては、 炭窒化 チタンにおける N / C比が 0 . 0 5 / 1 〜 5 / I 内のもの（ o . 12〜； L6および 18〜： L 9)が他のもの（No . 11および 17)に比べて、 靭 性および抗折力が高く、 また破壊靭性値も高い。 さらに吸収ェ ネルギ一が高いことから、 耐割損牲も優れているということが わかる。 ェ 3
    [0063] 3
    [0064] 4
    [0065]
    [0066] (実施例 3 )
    [0067] 第 5表に示す組成のサーメッ ト合金を、 実施傍丄 と同様 ί · て作成し、 作成した各試料について、 抗折力、 破壌靱性 、 吸 核エネルギー、 硬度を測定した。 その結果 第 6表に示す 第 6表から明らかなように、 炭窒化チタンの一部を IVa， V a VI a族元素の炭化物または窒化物で置換する場合には、 その量 が 1〜 7 0モル％内であるもの（No .21〜25およ ぴ 27〜SS)は、 それよりも少なく置換したもの（No .20)や多く置 摸し fこもの（No.26)よリ靭性が優れ、 抗折カ高い
    [0068] したがって、 本発明においては、 T i C Nの i 〜 7 0モル0 /。 を、 IV a ， V a，VI a族元素の炭化物および窒化物のうちの一種 以上で置換するのが望ましいことがわかる。
    [0069] D
    [0070] 6
    [0071]
    [0072] (実施例 4 )
    [0073] 第 7表に示す組成のサーメッ ト合金を、 実施例 1 と同様にし て作成し、 作成した各試料について、 抗折力、 破壊靭性値、 吸 収エネルギー、 硬度を測定した。 その結果を第 8表に示す。
    [0074] 第 8表から明らかなように、 C r i + C rの比が 2 / 1 0 0 4 0 / 1 0 0の範囲内であるもの（No .38 43)は、 C r の含有比が少ないもの（No .37 )および多いもの（No .44)よリ靭性 が優れ、 抗折力が高いることがわかる。
    [0075] し こがって、 本発明において、 結合相の C r /N i. + C ι·の 重量比は、 2ノ 1 0 0 4 0 Z 1 0 0であることが好ましい：
    [0076] 8
    [0077]
    [0078] (実旋例 5 )
    [0079] 市販の平均結晶粒径] ί.Ο〜丄. の WC粉末、 TiC .. .... 粉末、 粉末、 N b C粉末、 Mo C粉末を用い、 第 9表の 試料:、; 0.4δ~48の配合 ±様に示す各多元複炭窒 ^組成になる .
    [0080] ，
    [0081] うに稃量し ( 、 k /二 15. 雰囲気中で、 1 8 0 0 ° (：、 1時間の固溶処理を行い、 その後、 ターレツ トミルで粉砕することによつて、 それぞれ出発原料と なる多元筏炭窒化物を作製した。
    [0082] 次に、 上記にょリ得られた各多元複炭窒 i 物に、 第 9表に示 す配合仕様でそれぞれ T i C N , b C等の化合物と結合金属 とを添加混合し、 同表に示す組成のサ一メッ 卜合金を作製した, 尚、 同表において、 試料 No. および 50は比較のために、 分 圧 1 T o r r雰囲気中にて、 丄 4 0 0 °C 1時間焼結をして作 製したものである。 これらの合金の硬度， 破壊靭性値， 抗折カ などを測定した結果を第丄 0表に示す。 第 1 0表において、 周 辺組織の接触率は、 複炭窒化物同志の接触面積 全複炭窒化^ 面積を Gurlandの方法によ り測定し ものである。 また、 高温 し； ■
    [0083] 強度としては高温短時間クリーブ（応力 8 0 k g /mm 温度 9 0 (TC)における破断時間で評価したものを示す。
    [0084] し：
    [0085] 第 より、 ，
    [0086] 1 0表 T i Nあるいは T i C Nを外部よリ添加した 合金（No.45 48)は、 比較合金（No.49 50)に比べ、 周辺組織の 接触率が少なく、 破壊靭性値も優れ、 複炭窒化物からの Wの結 合栢中への排出に基づく結合金属の固溶強化により高温屮短時間 クリ一ブにおける破断時間が長いことがわかる。
    [0087] 9 衣
    [0088] 3式料 組 成 （重量％) 酉 ιί 合 - 0： 様 i o TiCi iN; WCjCrC^bCHo, 0； Ni br
    [0089] —： — に. i J i — に. に
    [0090] 45 i¾ Ί 1 Uj 4j -i b ! 8 , Ί (J丄 Wurfloリし 丄丄じ Ν+ 丄 +Ur ！
    [0091] 46 丄 6ί 7 , 10； l 3： 7 i 4 . ί (Ti CrMo)CN+NbC+TiCN+Ni†Cr ：
    [0092] 11 18； 7 ϊ 10. ―, 丄 ϋ: ο . 4ο : / {丄 I 、DMO.;' Ci、，'+ i Iし: : .'-、 i+し Γ ·
    [0093] ·■ ■：■： - ' - _ 1 -., .. , ο.. ,
    [0094] 48 Ιο; / ； 丄 じ i ι し ， ύ8 , ί
    [0095] 4 丄 / ； 14, /| ό ' ι ϋ j 4b , (Ti |
    [0096] , ！
    [0097] 50 】し' i ： 丄 υ· 丄 > し ， ' ' t j IS
    [0098] 1 0
    [0099]
    [0100] (実施例 6 )
    [0101] 組成が 2 3 T i C N— 1 0 W C - 7 C r 3 C2 - 3 N b C - 7 MosC— 4 0 N i _ 1 0 C r となるように、 第 1 1表に示す 配合仕様で原料粉末を配合してサーメッ ト合金を作製し、 得ら れた合金における有芯構造の中心部、 周辺部を組成分析した。 その結果を第 1 2表に示す。 分析は、 透過型分析電子顕微鏡を 用い定量分析を行つ 。 本発明合金においては、 中心部が相対 的に T iに乏しく Wに富み、 周辺部が T丄に富み Wに乏しい有 芯構造のもの（No · 51〜 52 )と、 それとは逆の構成からなる有芯 構造のもの（No.53〜54)とが、 原料粉末の配合' ft様を変えるこ とによって得られることがわかる。 第 1 1 表
    [0102] 配 合 仕 様
    [0103] 51 (TiWCrNbMo) C N + Ti C K
    [0104] 52 (TiWCrMo) C + TiN + NbC
    [0105] 53 TiC N+WC + Cr+NbC + Mo2 C
    [0106] 54 (TiCr) CN+WC + NbC+Mo2 C 1 2
    [0107]
    [0108] (実施例 7 )
    [0109] 本発明サ一メッ ト合金の耐酸化性を調べるため、 第 1 3表に 示す 7種類の組成のサーメッ トを作製し、 各試料について、 そ れぞれ室温から 1 0 0 0でまで加熱した場合の酸化増量を測定 した。 その結果も第 1 3表に示す。
    [0110] 1 3
    [0111]
    [0112] No.55のサー ッ トは、 酸化増量が 2 8 X 1 0 " m g in m ' であり、 比較的耐酸化性に劣っている。 これは、 結合相の C r および硬質相の C r 3 C2がいずれも 6重量％と少ないためと考 えられる。 これに対し、 硬質相の C 1- 3 が 2 1重羞％てある のサ一メッ トは、 酸化増量が 1 5 X 丄 0 r m g / rr: で あり、 比較的耐酸化性が良い。 また、 ：、; G'.57のサーヌ ッ 卜は、 結台栢の C r '含有！;が 8重 i%て、 かつ硬質祀 ：、 ：： 4重量％であるため、 酸化増量が 1 1 X 1 0— 2mg/iiini2と 少なく、 耐酸化性は良好である。
    [0113] No.58のサ一メッ トは、 硬質相の C r 3 C2が 24重量 <½と比 較的多く含有されているが、 その酸化増量は 24 X 1 0'2 m g /mm2であり、 耐酸化性が比較的劣る。 これは、 結合相にお ける C rの含有量が、 4重量％と少ないために耐酸化性が低下 していると考えられる。
    [0114] No.59のサーメッ トも耐酸化性は良好である。 しかし、 結合 相における C rの含有量が 3 1重量もあるため、 抗折カは 5 1 k g/mni2しかなかった。 尚、 例えば、 C r量が適当な No.56 のサーメッ トの抗折カは 1 9 0 k g /mm2であった c Ko.60〜 62のサーメッ トは、 結合相の Crが 8重量％あるため、 いずれも 酸化増量は少なく耐酸化性は良好である。
    [0115] 本実施例から、 本発明サーメッ ト合金において耐酸化性を良 好にする iこは、 硬質相のクロム炭化物量にもよるが、 結合相中 の C r量は 5重量％以上あるのが望ましいことがわ 、る。
    [0116] (実施例 8)
    [0117] ロールの芯材として、 溶解法により作製した S CM44 0合 金を用い、 外径 1 4 0 m m、 内径 5 0 mm、 長さ 8 5 mniの円 筒形の部材を形成した。 次に、 前記ロール芯材の外周に、 第 1 4表に示す 3種類の組成のサーメッ ト合金からなる外皮を被せ た。 外皮の形成は、 各組成ごとにボールミルで混合し、 成形圧 5 0 Q〜； L 0 0 0 k gZ c m2で C I P成形し、 この成形体を 前記芯材の外周に嵌合して、 1 0 0 0〜 1 3 0 0 °Cで仮焼結す ることにより収縮させて両者を一体化させた。 この饭焼結後、 さらに芯材と外皮との界面に界面相を生じさせて強く結合させ るため、 前記仮焼結温度から 2 5°C以下の温度閭、 1 0 0 0気 圧に 2時間保持する H I P処理をして、 外径 2 5 0 niiii、 内径 1 0 mm. 長さ 8 5 mmの 3種類の複合サ一 ットロ一ルを 作製した。
    [0118] なお、 サ一メッ 卜の硬質相となる IV a， V a , V： a属元素の炭 化 ¾；, 窒化 ， および炭窒化物は、 総量で 4 0〜 5 5重量％の 2ェ
    [0119] 範囲にして、 十分な耐摩耗性を有するとともに適切な靱性を有 するようにした。
    [0120] 得られた各複合サーメッ トロールについて、 芯材と外皮サー メッ トの熱膨張率の差を測定した。 その結果をサーメッ ト合金 の組成に対応させて、 第 1 4表中に示す。 なお、 熱膨張率の差 は、 常温から 1 0 0 0 °Cまでの温度において、 最大となるとき の値で示し 。
    [0121] 1
    [0122] ま 、 得られた各複合サーメッ トロールについて、 芯材と外 皮との接合部の状態を光学顕微鏡によリ観察した。 接合部断面 の顕微鏡写真を、 第 1図〜第 3図に示す。
    [0123] 第 1図は、 試料 N o , 5 5のサーメッ トを使用したものの顕 微鏡写真であるが、 接合界面のサ—メッ ト側に大きな割れが発 生'している。 これは、 芯材と外皮サーメッ トの熱膨張率の差が 2 5 %と大きなことが原因と考えられる。
    [0124] 第 2図は、 試料 N o . 5 6のサーメッ トを使用し/ ものの顕 微鏡写真であり、 芯材と外皮サーメッ トとの接合界面は良好で ある。 これは、 芯材と外皮との熱膨張率の差が 1 8 %と小さい ためと考えられる。
    [0125] 第 3図は、 試料 N o . 5 7のサーメッ トを使用したものの顕 微鏡写真であり、 芯材と外皮サ―メッ 卜との接合界面に拡散層 とオーステナイ ト層とが存在し、 よリー層、 良好な接合となつ ている。 これは、 芯材と外皮サーメッ トとの熱膨張率差が 5 7 と小さくなつているとともに、 N i， C. Γ ともに 5〜 3 0 %の 範囲内で含有されているためと考えられる したがって、 本発明複合サーメッ トロールにおいては、 芯材 の熱膨張率が外皮の熱膨張率の土 2 0 %以下であれば、 タ 皮が 強くかつ割れも無く接合されることがわかる。
    [0126] なお、 本実施例においては、 芯材として、 S CM4 4 0を使 用したが、 その他の材料であっても、 本発明サーメッ ト合金と 熱膨張率がほほ'同じになる溶製材を使用できることは言うまで もない。 例えば、 S KD l l , HRA 2 8 6等の合金は、 口一 ル芯材として適当な性質を有するので、 上記と同様に外皮を芯 材外周に形成することができる。 また、 本実施例では、 ロール に適用した例を示したが、 本発明はこれに限定されるものでは なく、 他の各種の複合部材に適用できるものである。
    [0127] 「産業上の利用可能性 J
    [0128] 本発明のサーメッ ト合金は、 抗折力および硬度が高く、 ま . 高温における耐摩耗性および強度に優れるため、 切削加工工具 用としては勿論のこと、 低温あるいは高温で使用されるロール: ダイス， シリンダ， あるいはガイ ドローラ等の用途にも使用で きるものである。 -
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 3 0〜7 0重量％の硬質相と、 残部が結合相および不可避 の不純物よリなるサ一メッ ト合金であつて、 前記硬質相が IV a， V a , Vi a族元素の炭化物， 窒化物， および炭窒化物のうちの 一種以上 2 0〜 5 0重量％と、 T i の.炭化物， 窒化物， および 炭窒化物のうちの一種以上から構成されるとともに、 前記結合 相に 2 0〜4 0重量％の N i と 5〜 3 0重量％の C r とを含ん でいることを特徴とするサーメッ ト合金。
    ( 2 )炭窒化チタンの 1〜 7 0モル％を周期率表の IVa， V a , VI a " 族元素の炭化物， 窒化物， および炭窒化物のうちの一種または 二種以上で置換してなる硬質栢 3 0〜 7 0重量％と、 残部 N i および C rを含有する結合相とからなることを特徴とするサー メッ ト合金。
    ( 3 )上記 N iの含有量が 2 0〜 4 0重量。/。であリ、 C rの含有 量が 5〜 3 0 %であることを特徴とする請求項 2に記載のサー メッ ト合金。
    ( 4 )上記炭窒化チタンにおける炭素に対する窒素の原子比が、 0 . 0 5〜 5であることを特徴とする請求項 2または 3に記載 のサーメッ ト合金。
    ( 5 )上記結合相における N i と C rの合計量に対する C rの重 量比が、 0 . 0 2〜0 . 4であることを特徴とする請求項 1乃 至 4のいずれかに記載のサーメッ ト合金。
    ( 6 )溶解法で製造された合金製の基材の表面に、 常温から 1 0 0 0 °Cまでの温度における熱膨張率の差が前記基お合金の熱膨 張率の土 2 0 %以下であリ、 かつ炭窒化チタンの 1〜 7 Gモル %を周期率表の IV a， V a , VI a族元素の化合物で置換してなる 3 0〜 7 0重量％の硬質相と残部 N 丄 および C rを含有する結合 相とからなるサーメッ ト合金の層を形成したことを特徴とする 複合 ·部材。
    ( 7 )上記基材が F eを主成分とする合金からなることを特徴と する請求項 6に記載の複合部材。
    ( 8リ上記基材とサ一メッ ト合金層との界面に、 サーメッ トを ¾ 成する結合相の重量比率よリも量の多い結合栢形成成分を含有 する界面栢が存在することを特徴とする請求項 6または 7に記 載の複合部材。
    ( 9 )上記サーメッ ト合金層の結合 目成分として、 ：く iの一部ま 卞:は全部を F eで置換したことを特徴とする請求項 6乃至 8の いずれかに記載の複合部材。
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-05-05| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE JP SE US |
    1989-06-16| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 89021760 Country of ref document: SE |
    1989-06-16| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 89021760 Country of ref document: SE |
    1989-12-21| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 3891069 Country of ref document: DE Date of ref document: 19891221 |
    1989-12-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 3891069 Country of ref document: DE |
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