(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属結合相としてのＣｏおよび／またはＮｉを５〜２５％（重量％の意味、以下同じ）含むと共に、（Ｃｏ＋Ｎｉ）に対するＶおよびＣｒの重量比を、夫々0.006 〜0.065 および0.026 〜0.20とし、残部が平均粒径：１．３μｍ以上６μｍ以下のＷＣ相と不可避不純物からなり、前記ＷＣ相と金属結合相以外に、ＶおよびＣｒを含有する炭化物相が析出したものであることを特徴とする耐食性及び耐チッピング性に優れた金型用超硬合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プレス成形用金型等の各種金型に好適な超硬合金に関し、詳細には水溶性潤滑剤に対する耐食性に優れ、しかも耐チッピング性にも優れた金型用超硬合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、高強度及び高靭性であることから、例えばＩＣ基板用ドリル等の切削工具として汎用されている。該ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金では、ＷＣ粒径を小さくすることにより耐摩耗性等の機械的性質が向上することが知られており、焼結時のＷＣの粒成長を抑制することを目的として、ＶＣやＣｒ3 Ｃ2 等の炭化物を加え、これを焼結時に金属結合相に固溶させることにより、ＷＣの平均粒径をサブミクロンオーダーのままに制御された超硬合金が開発されている（例えば、特公昭６２−５６２２４号，特開昭６３−４２３４６号等）。
【０００３】
ところで、切削時や金型加工時には潤滑剤が用いられており、該潤滑剤は油性であることから加工後にフロンを用いて洗浄することが一般的であった。但し、地球環境の保護という観点からフロンの使用が規制されており、加工後に水で洗浄することが可能な水溶性潤滑剤が上記油性潤滑剤に代わって用いられる様になっている。この様に、潤滑剤が油性から水溶性のものに代替されることに伴い、特に金型用超硬合金では、その耐食性が重要な要求特性の一つとなっている。
【０００４】
前述の超硬合金を、耐食性という観点から考察した場合、いずれも十分な耐食性を発揮しているとは言えなかった。即ち、上記した超硬合金は、いずれも高強度・高硬度または耐摩耗性等の機械的特性の向上を目指してなされたものであり、耐食性については何ら考慮されておらず、一部の組成範囲で偶然に優れた耐食性を示すことがあっても、耐食性はそれほど良好でないというのが一般的な傾向である。
【０００５】
尚、超硬合金にＣｒ等の金属元素を添加すれば、超硬合金の耐食性が向上することは知られているが、多量の添加は炭化クロム等の析出を招き、却って強度を低下させることも指摘されている（例えば、「粉体および粉末冶金」1984，第３１巻，第５６頁）。
【０００６】
そこで、本発明者らはＶ及びＣｒの添加量を限定して超硬合金中に析出する金属炭化物の大きさおよび量を調整することによって、強度と硬度は勿論のこと、耐食性にも優れた超硬合金を開発し、先に出願を済ませた（特願平５−３５０３０８）。但し、上記超硬合金はドリルやエンドミル等の切削工具としての要求特性は全て満足するが、プレス成形用金型等の様に耐チッピング性が要求される材料に用いると使用条件によっては、チッピングが発生することがあり、改善の余地を残していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に着目してなされたものであって、耐食性と耐チッピング性を同時に満足する金型用超硬合金を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成した本発明の金型用超硬合金とは、金属結合相としてのＣｏおよび／またはＮｉを５〜２５％含むと共に、（Ｃｏ＋Ｎｉ）に対するＶおよびＣｒの重量比を、夫々0.006 〜0.065 および0.026 〜0.20とし、残部が平均粒径：１．３μｍ以上６μｍ以下のＷＣ相と不可避不純物からなり、前記ＷＣ相と金属結合相以外に、Ｖ及びＣｒを含有する炭化物相が析出したものであることを要旨とするものである。
【０００９】
【作用】
本発明者らは、析出炭化物相の大きさや量と超硬合金の特性との関係について研究を重ねた結果、（Ｃｏ＋Ｎｉ）に対するＶおよびＣｒの重量比が所定の範囲内となる様に限られた範囲でＶＣとＣｒ3 Ｃ2 を少量添加し、Ｖ及びＣｒを含有する炭化物相を析出させれば耐食性が飛躍的に向上することを見出し、特願平５−３５０３０８として出願した。
【００１０】
但し、この先願発明では、ＷＣの平均粒径を０．７μｍ以下と規定することにより、耐食性に加えて高強度及び高硬度を得ようとするものであった。今回の本発明では、ＷＣの平均粒径を１．３μｍ以上６μｍ以下と規定することにより、耐食性に加えて、金型用超硬合金に要求される耐チッピング性に優れるという特性を満足させるものである。
【００１１】
尚、水溶性潤滑剤に対する金型用超硬合金の耐食性を考える際には、以下の様な場合を考慮に入れる必要がある。第１に、例えばプレス用金型として用いる場合には、加工中の摩擦により金型の表面に新生面が現われ、該新生面が水溶性潤滑剤と反応することにより、腐食が進行することである。第２に、金型加工は数日または数か月に亘って断続的に実施されることが多く、使用されていない間の金型であっても、水溶性潤滑剤が金型に付着している場合も考えられる。本発明の金型用超硬合金では、Ｖ及びＣｒを複合添加しているので、金型の使用中に新生面が露出しても瞬時に安定した不動態膜が形成され、水溶性潤滑剤との反応を防止できると共に、Ｖ及びＣｒを含有する炭化物相等の作用により混成電位を低下させて、水溶性潤滑剤による腐食速度を大幅に低下することが可能になったものと考えられる。
【００１２】
上記Ｖ及びＣｒを含有する炭化物相とは、（Ｖ，Ｗ，Ｃｒ）Ｃを主体とする相であり、Ｃｒ7 Ｃ3 およびＣｒ23Ｃ6 等を含んでいても良い。この炭化物相は微細であることが望ましいが、焼結や熱間静水圧処理（ＨＩＰ処理）の条件によっては、粗大な炭化物相を生じる場合があるので、５μｍ以下に制御することが好ましく、０．５μｍ以下であればより好ましい。
以下、各成分の添加量を限定した理由について詳述する。
【００１３】
Ｃｏおよび／またはＮｉ：５〜２５％
高強度で耐摩耗性に優れた超硬合金とするには、金属結合相としてのＣｏおよび／またはＮｉの添加量を５％以上２５％以下とする必要がある。上記添加量が５％未満の場合は十分な強度が得られず、一方２５％を超える金型としての耐摩耗性が不十分となる。
【００１４】
Ｖ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）：0.006 以上0.065 以下
添加重量比が0.006 未満では、混成電位の低下による腐食速度低減の効果が得られない。一方、添加重量比が0.065 を超えると、析出するＶ含有炭化物が粗大となり、著しい強度の低下をもたらす。
【００１５】
Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）：0.026 以上0.20以下
添加重量比が0.026 未満では、不動態膜の生成および混成電位の低下による腐食速度低減の効果が得られない。一方、添加重量比が0.20を超えると、析出するＣｒ含有炭化物が粗大となり、著しい強度の低下をもたらす。
【００１６】
ＷＣの平均粒径：１．３μｍ以上６μｍ以下
超硬合金を金型に用いる際に要求される重要な特性に、耐チッピング性がある。この耐チッピング性に対しては、ＷＣの平均粒径が大きい程好ましく、少なくとも１．３μｍであることが必要であるが、大き過ぎでも耐摩耗性に悪影響を与えるので、上限を６μｍに設定した。尚、ＷＣの平均粒径の上限は４μｍであることが好ましい。
【００１７】
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００１８】
【実施例】
平均粒径：0.7 〜7.0 μｍのＷＣ粉末、平均粒径：1.3 μｍのＣｏ粉末、平均粒径：1.0 μｍのＮｉ粉末、平均粒径：0.8 μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末およびＶＣ粉末を用い、下記表１の化学成分組成となる様に配合した。アトライターで湿式混合した後、プレス成形して脱脂し、1593〜1673Ｋで焼結した後、1573Ｋ，100 ＭＰａのＡｒ雰囲気下でＨＩＰ処理してＮｏ．１〜１３の試験片を得た。
上記試験片を用いて以下の方法により、水溶性潤滑剤に対する耐食性，耐チッピング性，耐摩耗性，強度を調べた。
【００１９】
(1) 水溶性潤滑剤に対する耐食性
ベースオイルを主成分とする水溶性潤滑剤（共栄社油脂化学工業製  メタルシンＮ−６５Ｓの８％水溶液）を試験片に塗布し、７日間放置した後の溶出量を測定した。
【００２０】
また上記水溶性潤滑剤中に試験片を浸漬した状態で、ダイヤモンドやすりによりその表面をひっかくことで新生面を露出させ、その際に試験片と水溶性潤滑剤の間に流れる積算電気量を測定した。これは、新生面が生じてから如何に早く不動態膜が形成されたかを調べるものであり、積算電気量が少ない程、不動態膜が早く形成されたことを意味し、従って水溶性潤滑剤に対する耐食性に優れることとなる。
【００２１】
(2) 耐チッピング性および耐摩耗性
プレス加工機の金型に組み込み、板厚0.15mmのりん青銅板を用いて回転数２００ｓｐｍ(shot per minutes)の打ち抜き加工（荷重：３０トン）を行った。
１０万ショット以下でチッピングまたは摩耗により寿命に至った場合には、耐チッピング性または耐摩耗性不足（評価：×）と判定した。
【００２２】
(3) 強度
３点曲げ試験を行い、抗拆強度を測定した。１６０kg/mm2以上の強度があれば、金型として満足できる強度を有するもの（評価：○）と判定した。
結果は表１に併記する。
【００２３】
【表１】
0003718873.tif 000002
【００２４】
表１から明らかな様に、本発明で規定する要件を満足する実施例のもの（Ｎo.１〜５）は、比較例のもの（Ｎo.６〜１５）に比べて水溶性潤滑剤に対する耐食性および耐チッピング性に優れており、しかも十分な耐摩耗性および強度を有していることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されているので、水溶性潤滑剤に対する優れた耐食性と耐チッピング性を同時に発揮する金型用超硬合金が提供できることとなった。