(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末冶金鋼でＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅの高速度工具鋼を製造する製造方法において：
鋼粒子を挽いてすり砕くことにより所定の鋼構造を有する鋼粉末を製造する工程、
上記鋼粉末を所定の粒子径および／または粒子径分布の上記鋼粉末に分級処理する工程、
可塑性を有する変形可能な原材料の塊を形成するため、所定の粒子径および／または粒子径分布の上記鋼粉末に結合剤を混合する工程、
上記鋼粉末に結合剤を混合する工程の前もしくは工程中に、上記鋼粉末の粉末粒子の角が取り除かれることによって上記粉末粒子の形状が実質的に球形となる粉末粒子の形状の均質化処理をする工程、
上記原材料の塊が連続押出し成形を受けて、連続的な棒を成形するため、上記可塑性の原材料の塊がノズル（１０２）を有する押出機によって押出し成形される工程、
上記連続的な棒を切断して形成されたブランクを焼結処理する工程、および
上記ブランクを焼結処理する工程の前、間または後に、上記ブランクをＨＩＰ（高温静水圧プレス）処理する工程
を有することを特徴とする粉末冶金鋼の製造方法。
【請求項２】
上記鋼粉末に結合剤を混合する工程において、上記鋼粉末が、コバルトの結合金属と混合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ブランクを焼結処理する工程中に、上記ブランクに硬化処理の熱処理を行う工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記可塑性の原材料の塊が押出し成形される工程において、少なくとも部分的に、冷媒および／または潤滑剤の、上記連続的な棒の中への案内のための内部経路（１０１）を、形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
上記内部経路（１０１）を、少なくとも部分的に、らせん形状または直線状に構成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
粉末冶金技術による粉末冶金鋼を製造するための方法に関するものである。
【発明の背景】
【０００２】
従来技術では、切削工具を製造するための、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅの高速度工具鋼から成る円筒状の棒は、圧延または延伸によって製造される。
【発明の概要】
【０００３】
これまで、工具を製作するためのブランクをＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅから製造することは、鋼を、繰り返される加工サイクルにおいて、圧延または延伸することによって行われていた。こうした加工工程は、高価な設備と煩雑なプロセスとが必要であるため、時間も費用もかかる。
【０００４】
これに対して、ブランクを超硬合金またはサーメットから製造することは、はるかに安価な設備と煩雑でないプロセスとによって行うことが可能である。ブランクを超硬合金またはサーメットから製造することは、押出し工程の後に焼結処理を行うことによって可能である。関連する製造方法は、例えば、文献US 2,422,994、DE 36 01 385 A1、EP 465 946 A1、EP 1 017 527 B1、EP-A-0 340 495、EP-A-0 458 774、WO-A-92/22390またはUS-A-4 779 440において、公知である。
【０００５】
押出し工程は、連続的な棒を製造可能であることが、有利である。この連続的な棒は、穿孔工具、フライス盤、リーマー、または、座ぐり工具を製作する上で有利である。なぜなら、押出しによって、原材料（圧粉体/生型）をすでに所望の円筒状の形状にすることが可能だからである。この円筒状の形状は、穿孔工具、フライス盤、リーマー、または、座ぐり工具を製造するための理想的な開始点と考えられ得る。
【０００６】
また、押出し工程は、押出しノズルを既に押出し工程の間に簡単に拡張することによって、例えば内部経路を、押出しされた棒の中に配置可能であることが、有利である。これらの内部経路は、完成した工具において、冷媒および／または潤滑剤を工具の内部を通って、工具の、切削動作を行っている部材まで導くことを可能にするために利用される。
【０００７】
従って、課題は、粉末冶金鋼を、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅの高速度工具鋼から容易に得ることを可能にする点にある。
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の粉末冶金鋼の製造方法によって解決される。
【０００９】
本発明に係る粉末冶金鋼（とりわけ、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅなどの高速度工具鋼）の製造方法は、まず、ある所定の構造を持つ鋼粉末を生成する点を特徴としている。上記鋼粉末は、例えばワックスまたはパラフィンなどの結合剤と混ぜ合わせられることにより、可塑性を有する変形可能な原材料の塊が生成される。この原材料の塊は、鋼粉末の粒径、および／または、粒子分布を適切に選択することにより、すぐに、成形工程にかけることができる。このようにして、工程を中断することなく、鋼の構成部材のための、複雑な任意の立体形状を有するブランクを生産することが可能となる。
【００１０】
結合剤を除去するための特別な工程が先に施されたブランクを焼結する時に、本来の構造が形成される。つまり、押出し処理を促進するために、ほぼ球の形状を有している鋼の粒子は、互いに溶け合い、密接に結合する。これにより、高密度かつ高強度の鋼部材を得ることができる。鋼粉末粒子の内部構造は、実質保たれており、このため、予測可能な材料特性となる。押出し加工の際にノズルによって生じる圧力は、鋼／結合剤の原材料の塊から成るブランクを製造するためにすでに十分であることが示されている。このブランクは、焼結処理の後、充分な密度と強度を有している。当然のことながら、焼結処理の前、間または、その後に続くＨＩＰ（高温静水圧プレス）処理の実施によって、さらに構造を改良することが可能となる。
【００１１】
成形工程のための原材料の塊を、さらに良好に準備するために、結合剤との混合処理の間、および／または、その混合処理の前に、鋼粉末に、粉末粒子の形状を均質化するための加工処理を施す。
【００１２】
請求項１の構成によれば、鋼粉末は、混合する前に、分級処理にかけられる。これにより、鋼粉末は、所定の粒径および／または粒径分布で、混合処理に送られ、鋼の構造の強度に、良い影響を与えることができる。
【００１３】
鋼粒子を挽いてすり砕くことにより鋼粉末を得るので、鋼粉末の初期構造を、粉末の製造プロセスとは無関係に、自由に選択することが可能になる。
【００１４】
鋼粉末に、さらに、コバルトなどの金属結合剤を混合するならば、製造された鋼の材料特性は、さらに広範囲において影響を受けることが可能である。
【００１５】
特に、高密度材料を供給するために、ブランクに、焼結処理の前、該処理の間、または、該処理の後に、ＨＩＰ（高温静水圧プレス）を行う。
【００１６】
特に有利であるのは、鋼構造を制御するための焼結処理が行われている間に、ブランクに、熱処理、例えば硬化処理を行うことである。これは、必要に応じて材料技術的基準に合わせて選択可能な適切な温度／時間管理プログラムを実行することにより行われる。
【００１７】
本発明に係る粉末冶金の製造方法によれば、可塑性を有する変形可能な塊に連続的な押出し加工処理を行うことが可能であり、なおかつ、鋼材料の非常に良好な構造密度を保証することが可能である。これにより、可塑性を有する変形可能な塊は、ノズルを有する押出し機によって、連続的な棒に押出し成形される。その後、上記棒は、必要な寸法に切断される。こうして、ブランクを、非常に効率的に生産可能である。
【００１８】
本発明によれば、粉末冶金鋼を容易に得ることが可能である。粉状の鋼鉄は、超硬合金の製造の場合と同様に、結合材を添加しながら、加工される。その後、結合材を含む粉状の鋼は、押出し成形されて、焼結される。
【００１９】
本発明の別の有利な構成は、別の従属請求項の主題となっている。
【００２０】
本発明の典型的な実施形態によれば、追加的に、コバルトを金属結合剤として用いた方法が提供される。
【００２１】
本発明に係るさらなる実施形態において、プレス工程が、ノズルを有する押出機によっておこなわれる方法が提供される。これにより、原材料の塊を、連続的な棒へと押し出すことが可能となる。
【００２２】
本発明の実施形態によれば、押出し成形の間に、部分的に少なくとも１つの内部経路を設ける方法が提供される。上記内部経路は、冷媒および／または潤滑剤を棒の中に導入するためのものである。
【００２３】
本発明の典型的な実施形態によれば、上記内部経路が少なくとも部分的に、らせん形状または直線状に構成される方法が提供される。
【００２４】
本発明の重大な利点として、以下の点が考慮される。すなわち、粉末冶金鋼を、容易にかつ低コストで製造することが可能である。初期材料としては、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅといった高速度工具鋼を用いる。粉末は、鋼鉄を溶かしたものを吹き付けることによって得てもよいし、または、すりつぶさすことによって得てもよい。本発明に係る、粉末冶金鋼の製造方法は、大掛かりな生産設備を必要としない。そのため、従来技術と比較して、生産に係る費用を抑えることが可能となる。また、本発明に係る粉末冶金鋼の製造方法によれば、従来技術の製造方法と比較して、高い生産性を達成することが可能となる。
【００２５】
個々の特徴は、言うまでもなく、それぞれの特徴の間で組み合わせることが可能である。これにより、個々の特徴から得られる効果を合計したものを超える有利な効果を、部分的に奏することが可能となる。
【００２６】
本発明のさらなる詳細および有利な点を、図面に示される実施形態を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】は、本発明に係る方法ステップを説明するための図である。
【図２】は、粉末冶金による連続的な棒を押出し成形するためのノズルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
従来技術において、粉末冶金鋼を製造するために粉末形の鋼を用いることが知られている。この鋼は、典型的には、高度に合金化された鋼であり、例えば０．４６％の炭素と１３％のクロムを含有することができる。この場合に、粉末形の鋼は、反復する何回かの圧延によって圧縮される。このようにして生じた塊から、その後、工具を生成することができる。最初の圧延工程中に、すでに部分的に圧縮された鋼に穴開けを行うことによって、冷媒経路の配置を行うことができる。全体として、この粉末冶金鋼の製造方法は、製造設備に高い費用を要求する。そのうえ、この従来技術に係る製造方法は、長い時間を要する。
【００２９】
図１は、本発明に係る、粉末冶金鋼、特にＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅのような高速度工具鋼を製造するための方法の経過を示す。その際、はじめに、第１の方法工程において、鋼粉末が生成される。鋼粉末は、好ましくは、その前に選択された、例えば、鋳造された高速作動鋼や、しかしすでに大きく変形された高速作動鋼の構造のような、構造を有する。
【００３０】
引き続いて、例えばパラフィンやワックスのような結合剤との混合を行い、その結果、可塑性を有する変形可能な原材料の塊が生じ、これは、成形処理において直接さらに加工できる。破線で、バリエーションを示す。それに従って、鋼粉末は、さらに、例えばコバルトのような金属結合剤とともに混合される。
【００３１】
結合剤との混合中に、および／または、結合剤との混合前に、鋼粉末は、例えばボールミルで、粉末粒子の形状の均質化処理を受ける。粉末粒子の角はこの方法で取り除かれ、粒子は、ほぼ球形となり、その結果、以降の成形処理が容易になる。
【００３２】
さらに、鋼粉末が、結合剤との混合の前に、分級処理を受け、所定の粒子径および／または粒子径分布の上記鋼粉末が、混合処理を受けることが、可能であり、有利である。
【００３３】
そのように生じた原材料の塊は、今度は、押出機ユニットで、所定の立体形状を有するブランクへと成形され、その結果、任意の複雑な立体構造を有するブランクが生成される。
【００３４】
続いての焼結中や、しかしその前に行われる工程において、選択された温度で、結合剤が除去される。それから、実際の焼結処理が行われ、そのときに、最終的に鋼構造が生成される。ブランクは、焼結の前、間または後に、ＨＩＰ（高温静水圧プレス）処理を受ける。この工程は、図１に破線で示している。
【００３５】
同様に、ブランクは、鋼構造の制御のための焼結処理中に、例えば硬化処理のような熱処理を受けるようなバリエーションも選択できる。そのときに、焼結設備が、あらかじめ定められた時間的な制御温度プロフィールを実施し、その結果、鋼は、最後に、望まれる構造品質を備える。
【００３６】
鋼粒子を挽いてすり砕くことによって鋼粉末を得る。
【００３７】
可塑性を有する変形可能な塊が、特に連続押出し成形を受け、そのときに、上記可塑性を有する変形可能な塊が、比較的低圧縮で、ノズル（１０２）を有する押出機によって、連続的な棒となるように押出し成形されるのであれば、確かに、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅから高品質な鋼部分を製造することができることがわかる。
【００３８】
押出しステップにおいて生成された、鋼／結合剤の混合物として構成されたブランク（圧粉体／生型）は、超硬金属またはサーメットの製造と同様に、処理することが可能である。押出機（押出しのためのノズルを備えていてよい）による処理、および、その後の焼結工程は、粉末冶金鋼を容易に、迅速に、かつ、有利に製造することを可能にする。連続的な棒状である、押出し時の押出し形状も、穿孔工具、フライス盤、リーマー、または、座ぐり工具の大まかな形状を既に有しているため、利点となる。すなわち、本発明によれば、（コバルトなどの結合剤を添加して）超硬金属を製造するための初期材料として、粉末状で存在する鋼、例えば炭化タングステンが、処理および加工される。
【００３９】
本発明によれば、押出しプロセスを使用した製造が可能であるため、さらに都合がよいことに、簡単に、押出された棒の中に内部経路を形成することが可能である。この内部経路は、特にその寸法（直径、円形または楕円形の断面）が、さらなる処理工程、例えば、焼結によって大きく変化することはない。これに比べて、従来技術の圧延による処理では、上記寸法の変化が生じ得る。従って、粉末冶金の鋼の内部経路の製造において、高い精度を確保することが可能である。
【００４０】
図１は、連続的な棒を押出すためのノズルを、一例として示す図である。ここでは、流入開口部１０３，１０４を通って、原材料の塊がノズルの中に押し込まれる。流入開口部１０３，１０４は、環状の面を有していてよい。本発明によれば、原材料の塊は、粉末状の鋼を含む。鋼は、高合金であってもよく、少なくとも１つのさらなる金属結合剤（例えばコバルト）を有していてよい。原材料の塊は、領域１０５において合流し、例えば、連続的に回転するバー１０７によって、押出された原材料の塊の中にねじり込まれた複数の内部経路１０１が、形成されることが可能である。その後、ノズル１０２から、内部経路１０１を有する連続的な棒１０６が排出され得る。バー１０７が回転せず、停止しているならば、直線状の内部経路を有する連続的な棒１０６が形成され得る。
【００４１】
このような押出しノズル、または、使用可能な関連するノズルは、公知であり、例えば、以下の文献、US 2,422,994、DE 36 01 385 A1、EP 465 946 A1、EP 1 017 527 B1、EP-A-0 340 495、EP-A-0 458 774、WO-A-92/22390、またはUS-A-4 779 440に記載されている。これらの開示内容は、引用により、明確に本願に援用される。
【００４２】
こうして本発明は、粉末冶金鋼を製造するための方法を実現する。本方法は、所定の構造の鋼粉末を製造するステップと、上記鋼の粉末を結合剤と混合して、可塑性を有する変形可能な原材料の塊を形成するステップと、上記原材料の塊を所定の立体形状を有するブランクに成形するステップと、上記ブランクを焼結するステップ等を含む。
【００４３】
なお、「含む」という用語は、他の構成要素または他の処理ステップを排除しない。同様に、「１つの」という用語は、複数の構成要素および複数のステップを排除しない。
【００４４】
ここで用いられた符号は、理解の容易性を高めるためのみに利用されるものであり、限定的に解釈されるべきではない。本願発明の保護されるべき範囲は、特許請求の範囲において記載される。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  内部経路
１０２  ノズル
１０３  流入開口部
１０４  流入開口部
１０５  混合領域
１０６  押出された棒
１０７  バー
【図１】
0005940058.tif 000002
【図２】
0005940058.tif 000003