(57)【要約】【課題】  Ｖ、Ｃｒを添加してＷＣ粒成長を抑止し、ＣｒとＶの複合炭化物相（ＣｒＶ）２Ｃ相を析出させずに硬さ、靭性の優れたＷＣ基超硬合金を提供することを目的とする。【解決手段】  炭化タングステン基超硬合金において、該炭化タングステン基超硬合金のＣｏ含有量は４〜２０重量％、Ｃｒ含有量は０．２〜３．０重量％、Ｖ含有量は０．１〜３．０重量％、残部が炭化タングステン及び不可避不純物からなる組成を有し、炭化タングステンの平均粒径は０．８μｍ以下であり、該超硬合金の飽和磁化値をＲ、２０２×Ｃｏ％／１００の値をＳ、とした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９であり、Ｘ線回折における（ＣｒＶ）２Ｃ相の主ピークの強度をＰ、Ｃｏ相（１１１面）のピーク強度をＱ、とした時、ピーク強度比Ｐ／Ｑが、０≦Ｐ／Ｑ≦０．２、であることを特徴とする炭化タングステン基超硬合金である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金において、該炭化タングステン基超硬合金のＣｏ含有量は４〜２０重量％、Ｃｒ含有量は０．２〜３．０重量％、Ｖ含有量は０．１〜３．０重量％、残部が炭化タングステン及び不可避不純物からなる組成を有し、炭化タングステンの平均粒径は０．８μｍ以下であり、該超硬合金の飽和磁化値をＲ、２０２×Ｃｏ％／１００の値をＳ、とした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９であり、Ｘ線回折における（ＣｒＶ）２Ｃ相の主ピークの強度をＰ、Ｃｏ相（１１１面）のピーク強度をＱ、とした時、ピーク強度比Ｐ／Ｑが、０≦Ｐ／Ｑ≦０．２、であることを特徴とする炭化タングステン基超硬合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、優れた靭性、硬さを有する炭化タングステン（以下、ＷＣと記す。）基超硬合金に関するものであり、特にプリント基板の穴明け用小径ドリルの素材として用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ＷＣの平均粒径が０．７μｍ以下であり、かつＣｏ及びＮｉのうちの１種又は２種の含有量が５〜４０重量％、Ｖ：０．１〜２．０重量％、Ｃｒ：０．１〜２．０重量％を含有し、残りがＷＣ及び不可避不純物からなる配合組成の混合粉末をプレス成形し焼結して得られたＷＣ基超硬合金は、特にプリント基板の穴明け用小径ドリルの素材として適しており、そしてこのＷＣ基超硬合金は、ＷＣ粒を微細にするほど硬さ及び靭性が向上し、耐摩耗性が向上すること、並びに上記ＷＣ基超硬合金においてＶ、Ｃｒは焼結中のＷＣ粒成長を抑制してＷＣ粒を微粒のまま保持するために添加されるこが開示されている。
特許文献２は、Ｃｏ：４〜２０重量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．３〜３．０重量％、ＶＣ：０．１〜３．０重量％を含有し、残りがＷＣ及び不可避不純物からなる組成を有し、ＷＣの平均粒度が０．８μｍ以下であるＷＣ基超硬合金の合金素地中に（Ｗ、Ｖ）Ｃ、Ｃｒ７Ｃ３、Ｃｒ２３Ｃ７などの炭化物が析出することを抑制し、（ＣｒＶ）２Ｃが分散しているＷＣ基超硬合金が開示されている。しかし、合金素地中に（ＣｒＶ）２Ｃが分散している場合にも、（Ｗ、Ｖ）Ｃ、Ｃｒ７Ｃ３、Ｃｒ２３Ｃ７などの炭化物が析出している場合と同様、ＷＣ基超硬合金の靭性が低下し、この合金を用いて作製した小径ドリルをプリント基板の穴明けに使用した場合に折損などが発生しやすく十分な信頼性が得られないなどの課題がある。
特許文献３は、ＷＣとＣｏからなる超硬合金において、飽和磁化のＣｏ含有量に対する比がＣｏ１重量％あたり１．４４〜１．７４μＴｍ３／ｋｇの範囲とする強靭性微粒超硬合金が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１２８４７号公報
【特許文献２】特開平５−１１７７９９号公報
【特許文献３】特開２００１−１１５２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明のＷＣ基超硬合金は、Ｖ、Ｃｒを添加してＷＣ粒成長を抑止し、ＣｒとＶの複合炭化物相〔以下、（ＣｒＶ）２Ｃ相と記す。〕を析出させずに硬さ、靭性の優れたＷＣ基超硬合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、炭化タングステン基超硬合金において、該炭化タングステン基超硬合金のＣｏ含有量は４〜２０重量％、Ｃｒ含有量は０．２〜３．０重量％、Ｖ含有量は０．１〜３．０重量％、残部が炭化タングステン及び不可避不純物からなる組成を有し、炭化タングステンの平均粒径は０．８μｍ以下であり、該超硬合金の飽和磁化値をＲ、２０２×Ｃｏ％／１００の値をＳ、とした時、飽和磁化比Ｒ／Ｓが、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９であり、Ｘ線回折における（ＣｒＶ）２Ｃ相の主ピークの強度をＰ、Ｃｏ相（１１１面）のピーク強度をＱ、とした時、ピーク強度比Ｐ／Ｑが、０≦Ｐ／Ｑ≦０．２、であることを特徴とする炭化タングステン基超硬合金である。本発明の構成を採用することによって、硬さ、、靭性の優れたＷＣ基超硬合金を得ることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明によって、ＣｒＶを添加してＷＣ粒成長を抑止し、（ＣｒＶ）２Ｃ相を析出させずに、又は析出してもその析出量を極僅かな量に抑えることにより、硬さ、靭性の優れたＷＣ基超硬合金を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願発明は、Ｖ、Ｃｒを添加してＷＣ粒成長を抑止し、ＷＣ基超硬合金の合金素地中に（ＣｒＶ）２Ｃ相が析出することを抑制した、ＷＣ基超硬合金である。合金炭素量の目安である飽和磁化(μＴｍ３／ｋｇ)の値をＲ、２０２×Ｃｏ％／１００の値をＳとした場合に、飽和磁化比をＲ／Ｓとすると、Ｒ／Ｓは０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９の範囲とすることにより、（ＣｒＶ）２Ｃ相が析出することを抑制するか、又は析出しても極僅かな量に抑えることが可能となる。次に、本発明のＷＣ基超硬合金の成分組成を規定した理由について述べる。
Ｃｏ含有量は、結合相形成成分として添加されるが、その含有量が４重量％未満ではＷＣ基超硬合金の緻密化が十分になされず、一方、２０重量％を越えて含有するとＣｏが多くなりすぎて十分な硬さが得られず、耐摩耗性が低下するので好ましくない。従って、Ｃｏの含有量は、４〜２０重量％に規定する。
ＣｒＶは、何れも焼結時のＷＣの粒成長を抑制する作用があるが、その含有量がＣｒ：０．２重量％未満、Ｖ：０．１重量％未満では焼結時のＷＣの粒成長を抑制することができず、一方、ＣｒＶが夫々３．０重量％を越えて含有すると化合物を形成し、靭性の低下をもたらすので好ましくない。従って、これらの成分の含有量は、夫々Ｃｒ：０．２〜３．０重量％、ＶＣ：０．１〜３．０重量％に規定する。
Ｒ／Ｓの値を０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９とするのは、０．６５未満ではＣｏ３Ｗ３Ｃから成るη相などのＣｏ、Ｗを主体とする炭化物が析出し、強度が低下するからである。また、０．９を超えて大きいと、（ＣｒＶ）２Ｃ相の析出を抑制することは困難となるからである。更に好ましくは、Ｒ／Ｓが０．６５〜０．８５の範囲である。ここでＲ／Ｓが０．６５〜０．９の範囲とすることにより（ＣｒＶ）２Ｃ相の析出の抑制が可能となるのは、Ｒ／Ｓが小さい程、低炭素状態となるため、焼結後の冷却過程において、Ｒ／Ｓが０．９を超える場合に比べ、液相Ｃｏ中、固相ＣｏへのＷ、ＣｒＶなどの溶解量、固溶量が増加するため、これらの化合物である（ＣｒＶ）２Ｃ相も晶出、析出しにくくなるからである。
Ｐ／Ｑの値を０≦Ｐ／Ｑ≦０．２とするのは、Ｐ／Ｑが０の場合は、（ＣｒＶ）２Ｃ相の析出がないことから、より好ましい状態である。Ｐ／Ｑが０．２を超えて大きいと、（ＣｒＶ）２Ｃ相の析出が顕著となり、硬さ、靭性に悪影響を及ぼす。そこで本発明は、０≦Ｐ／Ｑ≦０．２と規定する。
本発明のＷＣ基超硬合金素地中に（ＣｒＶ）２Ｃ相が殆ど析出しない超硬合金を製造するには、Ｃｏ：４〜２０重量％、Ｃｒ：０．２〜３．０重量％、Ｖ：０．１〜３．０重量％を含有し、残りが平均粒度：０．８μｍ以下であるＷＣ、不可避不純物からなる配合組成の混合粉末をプレス成形し焼結することにより上記の配合組成とほぼ同一成分組成のＷＣ基超硬合金を作製することができる。しかしこの時、焼結条件等を適正化することによってＣ量を制御することが、Ｒ／Ｓを０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９の範囲に制御するために重要である。本発明のＷＣ基超硬合金を以下の実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【０００８】
（実施例１）
原料粉末として、夫々、平均粒径：０．６μｍのＷＣ粉末、平均粒径：１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径：１．２μｍのＶＮ粉末、平均粒径：１．２μｍのＶＣ粉末、平均粒径：１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末を夫々用意し、これらの粉末を表１に示される組成に配合した。アルコール中で１２時間アトライター混合し、成形用の樹脂を添加して乾燥した。この混合粉末を２５ＭＰａの圧力で押出し成形し、φ４．７ｍｍの丸棒成形体を作製した。また同粉末を用い、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、ＪＩＳ抗折試験片用の成形体とした。この成形体より樹脂を取り除くため脱脂処理を施した。これらの成形体を真空雰囲気中、１３３０〜１４７０℃で、３０分焼結した後、アルゴンガスを用いて４．９ＭＰａで３０分間加圧し、本発明例１〜１４を作製した。本発明の焼結条件は、Ｃ量を適正値に制御するため、温度プロファイル、真空度プロファイル、雰囲気ガス組成等が最適化された条件を用いた。
一方、比較例１５〜２４は、表１に示す配合比で原料粉末を準備し、混合粉末と成形体の作製は本発明例と同様な手段で行った。本発明例との相違点は焼結条件である。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
ＪＩＳ試験片用成形体より得られた、本発明例１〜１４、比較例１５〜２４をダイヤモンド砥石で研削し、４ｍｍ×８ｍｍ×２４ｍｍの寸法を有するＪＩＳ抗折力試験片を作製して抗折力を測定した。また硬さも測定した。本発明例１〜１４、比較例１５〜２４の素地中の（ＣｒＶ）２Ｃ相の有無をＸ線回折により確認し、Ｐ／Ｑ値を求め、その結果を表１に示した。（ＣｒＶ）２Ｃ相のＸ線回折による測定条件は、Ｃｕターゲットを装着した回転対陰極式Ｘ線発生装置を用い、フィルター材はＮｉ、電圧電流は６０ｋＶ−１８０ｍＡ、走査速度は０．０３度／秒とした。（ＣｒＶ）２Ｃの同定については、ＪＣＰＤＳカード番号１８−０４０１（１９８５  ｐｏｗｄｅｒ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｆｉｌｅ）に相当する、２θ＝４１．４６度のメインピークにより判別し、（ＣｒＶ）２Ｃ相のピーク強度のＰを得た。一方、２θ＝４４．２１度のメインピークよりＣｏ相（１１１面）はＪＣＰＤＳカード番号１５−０８０６のピーク強度のＱを得た。測定例として、図１に本発明例４、図２に比較例１９の測定結果を示した。本発明例４では（ＣｒＶ）２Ｃ相のピークは見られなかった。一方、比較例１９では、（ＣｒＶ）２Ｃ相のピークが確認された。
【００１１】
本発明例１〜１４、比較例１５〜２４の丸棒焼結体を夫々研磨し、全長は３８．１ｍｍ、シャンク径は３．１７５ｍｍ、刃先径は０．２５ｍｍ、溝長は５．５ｍｍの小径ドリルを作製し、これら小径ドリルを用いて、板厚が１．６ｍｍのガラスエポキシ銅張り４層積層板を２枚重ねにした被削材を、回転数が毎分１６００００回転、ドリル送りが２１００ｍｍ／ｍｉｎの加工条件にて５０００穴ヒットした。加工後、小径ドリルの刃先径の減少量を測定して耐摩耗性を評価した。更に、夫々の条件について２０本のドリルを用いて、上記の被削材を、ドリル送りが３０００ｍｍ／ｍｉｎの条件で、５０００穴ヒットした時、折損したドリルの本数を測定し、耐折損性を評価した。これらの評価結果も表１に併記する。
【００１２】
表１に示す結果から、０．６５≦Ｒ／Ｓ≦０．９であり、０≦Ｐ／Ｑ≦０．２を満たす本発明例１〜１４は、何れも比較例１８〜２１と比較して硬さ、抗折力が優れ、小径ドリルによる耐摩耗性、耐折損性も優れていた。比較例１５はＣｏ量が本発明範囲より少なく、Ｐ／Ｑ値は満足しているが、結合相量の不足により焼結が不完全なため、小径ドリルの折損本数が極めて多くなった。比較例２４は、Ｃｏ量が本発明範囲より多く、Ｐ／Ｑ値は満足しているが、結合相量が多すぎるため硬さが低く、耐摩耗性が劣る。その結果折損本数も多くなった。比較例１６、１７は、Ｃｒ又はＶ量が本発明範囲より少なく、Ｐ／Ｑ値は満足しているが、粒成長の抑制が不十分であり、本発明例３〜６に比べ硬さが低く、摩耗量が大きくなり、それに伴い折損本数も多かった。比較例２２、２３は、Ｃｒ又はＶ量が本発明の範囲より多く、（ＣｒＶ）２Ｃの析出が多いいため、Ｐ／Ｑ値が本発明範囲より多くなりすぎ、析出物によりチッピングが発生し易い傾向にあった。本発明例１４に比べ硬さは高いものの、チッピングにより摩耗量が多くなり、これに伴い折損本数も多くなった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明例４のＸ線回折パターンを示す。
【図２】図２は、比較例１９のＸ線回折パターンを示す。
【図１】
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【図２】
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