(57)【要約】  粉末冶金鋼の製造方法が記述されている。本方法は、以下の工程：特に所定の構造を有する鋼粉末の製造、上記鋼粉末の、結合剤との混合で、可塑性を有する変形可能な原材料の塊の形成、上記原材料の塊の成形で、所定の立体形状を有するブランクの形成、および、上記ブランクの焼結を含んでいる。【選択図】図２
2013528705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末冶金鋼、特にＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅ−鋼のような工具用鋼の製造方法において：
所定の構造を有する鋼粉末を製造する工程、
可塑性を有する変形可能な原材料の塊を形成するため、上記鋼粉末に結合剤を混合する工程、
所定の立体形状を有するブランクを形成するため前記原材料の塊を成形する工程、および、
上記ブランクを焼結する工程
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】
上記鋼粉末が、結合剤との混合中に、粉末粒子の形状の均質化処理を受けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記鋼粉末が、結合剤との混合の前に、粉末粒子の形状の均質化処理を受けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記鋼粉末が、結合剤との混合の前に、分類処理を受け、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を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
鋼粒子を挽いてすり砕くことによって、上記鋼粉末が得られることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
上記鋼粉末が、例えばコバルトのような結合金属と混合されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
上記ブランクは、焼結の前、間または後に、ＨＩＰ（高温静水圧プレス）処理を受けることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
上記ブランクは、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ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
上記可塑性を有する変形可能な塊は、特に連続押出し成形を受け、上記可塑性を有する変形可能な塊は、ノズル（１０２）を有する押出機によって、連続的な棒に対して押出し成形されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
押出し成形中に、少なくとも部分的に、冷媒および／または潤滑剤の、棒（１０６）の中への案内のための内部経路（１０１）を、構成することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
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１０に記載の方法。
【請求項１２】
粉末冶金鋼、特にＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅ−鋼のような工具用鋼、の製造のための原材料の塊において、
所定の構造を有する鋼粉末、および、
原材料の塊が押出し成形およびその後の焼結に適するように混合された結合剤を含んでいることを特徴とする原材料の塊。
【請求項１３】
工具の製造のための粉末冶金鋼であって、鋼が、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法によって製造可能であることを特徴とする粉末冶金鋼。
【請求項１４】
鋼が、請求項１２に記載の原材料の塊から製造可能であることを特徴とする請求項１３に記載の鋼。
【請求項１５】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法によって、または、請求項１２に記載の原材料の塊または請求項１３または１４に記載の鋼から製造された、部材または半製品。
【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、鋼を生成するための原材料の塊、工具を製作するための粉末冶金鋼、および、鋼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、工具を製作するための棒を、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅから容易に得ることを可能にする点にある。さらなる課題は、上述の工具を効率的に製造可能にする原材料の塊を提供する点にある。
【０００８】
これらの課題は、請求項１に記載の方法、請求項１２に記載の原材料の塊、および、当該原材料の塊によって製造可能な、請求項１３または１４に記載の鋼によって解決される。
【０００９】
本発明によれば、非常に効率的な方法において、工具用鋼から非常に複雑な形状を有する構成部材または半製品を製造することができる。本発明に係る粉末冶金鋼（とりわけ、ＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅ鋼などの工具用鋼）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、好ましくは、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好ましくは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、ほぼ大気圧下で行われる焼結処理の後、充分な密度と強度を有している。当然のことながら、重ね合わせ処理によって、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は、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ことが有利である。
【００１２】
請求項４のさらなる構成によれば、鋼粉末は、混合する前に、分類処理にかけられる。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、さらに、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ならば、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は、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）を行うことが有利である。
【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】
本発明に係る鋼粉末の選別方法によれば、可塑性を有する変形可能な塊に、好ましくは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、好ましくは、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】
本発明のさらなる態様によれば、請求項１２に記載の、鋼を製造するための原材料の塊が供給される。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態によれば、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。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明に係るさらに別の実施形態において、請求項６に記載された原材料の塊より製造可能な鋼が提供される。
【００２６】
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、例えば、ＨＳＳ−Ｅといった工具用鋼に加えて、高合金ステンレスなどを用いてもよい。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
【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】
【００３０】
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。
【００３１】
図１は、本発明に係る、粉末冶金鋼、特にＨＳＳまたはＨＳＳ−Ｅ−鋼のような工具用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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
さらに、鋼粉末が、結合剤との混合の前に、分類処理を受け、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。
【００３５】
そのように生じた原材料の塊は、今度は、好ましく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。
【００３６】
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）処理を受けることができる。このオプションの方法工程は、図１に破線で示している。
【００３７】
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。
【００３８】
鋼粒子を挽いてすり砕くことによって鋼粉末を得ることができる。
【００３９】
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、連続的な棒に対して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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、好ましく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とを含む。
【００４５】
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。
【００４６】
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】
【００４７】
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】
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【図２】
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【国際調査報告】
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