(57)【要約】【課題】微粒超硬合金の主要な用途であるドリル等の細径化に対応するために、更なる抗折力向上が求められている。【解決手段】本発明は、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下である微粒超硬合金において、結合相粒の平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする超硬合金である。本構成を採用することにより、結合相粒界の健全性を向上し、抗折力に影響のないレベルまで改善することを可能とし、抗折力の更なる向上、ばらつきの低減を実現し、細径工具の寿命の向上を可能とした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下である微粒超硬合金において、結合相粒の平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする超硬合金。
【請求項２】
請求項１項記載の超硬合金において、ＷＣ及び重量％で４０％以下のＣｏを成分とし、残りが粒成長抑制成分及び不可避不純物とすることを特徴とする超硬合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、超硬合金に関し、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下の靭性の優れた超硬合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下の超硬合金には、粒成長抑制効果を有する成分を添加する技術が、以下の特許文献１、２、３及び非特許文献４に開示されている。
【特許文献１】特開平０４−４６５３８号公報
【特許文献２】特許３０１０８５９号公報
【特許文献３】特開２０００−７１２号公報
【非特許文献４】鈴木、林、福家：粉体及び粉末冶金、９（１９７３）、１８７頁
【０００３】
特許文献１にはＣｒ、Ｖ、Ｔａの３種の添加が開示されている。また、特許文献２、特許文献３には、Ｃｒ、Ｖ添加の３相合金が開示されている。非特許文献４には、鈴木らの検討結果が開示されている。結合相の中に同一の結晶方位をもつ領域（以下、結合相粒と言う。）が存在し、該結合相粒の粒界部は結合相の最終凝固部であるために、不純物が濃縮され、粒界部は凝固収縮により、Ｃｏ量が少なくなりマイクロポアを生じやすいことを非特許文献４は開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
微粒超硬合金は細径のドリル、エンドミル、ルーターなどの切削工具用の素材、又は打ち抜きパンチ等の工具用材料として用いられるが、近年これらの径がますます小径化する傾向が顕著であり、これら小径工具の耐折損性を向上するためには微粒超硬合金の抗折力を更に高め強靭化することが求められている。微粒超硬合金については抗折力を高めるために、これまで、ＷＣ粒径の微粒化、粒成長抑制成分の選択、量の最適化、結合相量の最適化等がなされてきているが、更なる抗折力向上のためには、これらの適正化だけでは十分とはいえず、なお一層の向上が求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下である微粒超硬合金において、結合相粒の平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする超硬合金である。本構成を採用することにより、靭性の優れた超硬合金を得ることができる。また、ＷＣ及び重量％で４０％以下のＣｏを成分とし、残りが粒成長抑制成分及び不可避不純物を含有することが、靭性の優れた超硬合金を得るのに好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、基礎的な検討結果はあるものの、これまで注目されていなかった、結合相粒の平均粒径に着目し、この結合相粒の平均粒径を一定値以下に規定することにより、抗折力を大幅に向上させることが可能であることを見出し、本発明に至った。結合相粒の平均粒径を２００μｍ以下とすることにより、粒界部の不健全性を抗折力に影響しないレベルに健全化させることが可能である。ここで言う粒界部の健全性とは、粒界部分の不純物や粒成長抑制成分の含有量が、結合相粒内部の含有量と同等である状態の場合、健全であると言い、一方、粒界部分の不純物や粒成長抑制成分の含有量が、結合相粒内部の含有量よりも極めて多量である状態の場合、不健全であると言う。
粒成長抑制成分を含む晶出相は結合相粒界部の中でも特に粒界三重点に生じやすい。結合相粒の平均粒径が２００μｍを超えて大きい場合は、抗折力測定時に破壊の起点となり、抗折力の低下を招き、好ましくないため、結合相粒の平均粒径を２００μｍ以下に限定した。結合相粒の平均粒径が２００μｍ以下であることにより、靭性の優れた超硬合金を得ることができた。
【０００７】
ＷＣ及び重量％で４０％以下のＣｏを主成分とし、粒成長抑制成分及び不可避不純物を含有することが、優れた靭性を得るために好ましい。Ｃｏ量を４０％以下とする理由は、４０％を超えるとＣｏが多すぎることにより、超硬合金として必要な硬さがえられなくなるからである。以下に、本発明の超硬合金を実施例により詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】
（実施例１）
組成が、Ｃｏ：８ｗｔ％、ＶＣ：０．３ｗｔ％、Ｃｒ３Ｃ２：０．７ｗｔ％、ＴａＣ：０．１ｗｔ％、残りＷＣ及び不可避不純物からなる超硬合金において、焼結後の冷却速度を種々変化させることにより、種々の結合相粒の平均粒径を持つ試験片を作製し、それらの抗折力を調査した。結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
2004346370.tif 000002
【００１０】
結合相粒の平均粒径は、試験片を鏡面ラップ加工したのち、熱触刻法により結合相粒を現出させ、それを倍率が５０倍の写真に撮影し、画像処理により視野内の結合相粒の平均粒径を求めた。この結果より、本発明例１から４の結合相粒の平均粒径が２００μｍ以下の場合に抗折力は４３００ＭＰａ以上を示し、ほぼ一定値であるのに対して、比較例５から７の２００μｍを超える場合は、結合相粒が大きいほど、抗折力は低下することが明らかである。
【００１１】
（実施例２）
平均粒径０．６μｍのＷＣ粉末、平均粒径１．２μｍのＶＣ粉末、平均粒径１．４μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、平均粒径１．３μｍのＴａＣ粉末、平均粒径０．８μｍのＣｏ粉末を原料粉末とし、これらの粉末を表２に示す組成に配合し、アトライタにてアルコールを溶媒として６時間混合した。
【００１２】
【表２】
2004346370.tif 000003
【００１３】
混合後乾燥し、この乾燥粉を用いて、焼結後のサイズが４．５×８．５×２５ｍｍとしたＪＩＳ試験片をプレス成形した。得られた成形体を１３５０〜１４５０℃の所定の焼結温度にて、最初に６．６５Ｐａの真空度にて３０分間焼結した後、３０分間、４．９ＭＰａのＡｒ雰囲気下でシンターＨＩＰ処理を行った。シンターＨＩＰ後には強制冷却にて、１０〜１５℃／ｍｉｎの速度で冷却した。得られた焼結体を研磨し、熱触刻法にて結合相粒を現出させ、結合相粒の平均粒径を測定した。また各組成条件の試験片を３０本用いて、研削後抗折力試験を行い、抗折力値及びばらつきの評価を行った。これら抗折力測定を行った試験片につき、破壊の起点の調査を行うために、破面近傍の張力面を研磨、熱触刻法にて結合相粒を現出させ、破壊の起点と結合相粒界とが一致するかどうかにつき評価を行った。また比較例として冷却速度を５℃／ｍｉｎとした以外は実施例１と同一の条件で焼結した試験片を準備して同様な評価をした。評価結果を表２に併記する。
【００１４】
表２より、本発明例８から２０の結合相粒の平均粒径が２００μｍ以下の超硬合金は、比較例２１から２３の超硬合金に比べ、３０本の試験片の平均抗折力が高く、抗折力のばらつきを示す平均抗折力の８０％未満の本数も少ない。また、本発明例８から２０は破壊の起点と結合相粒界の一致するものもなく、結合相粒界部の健全性が大きく改善されていることがわかる。一方、比較例２１から２３の超硬合金はいずれも結合相粒の平均粒径が２００μｍを超えており、平均抗折力が低くばらつきも大きい。また破壊の起点と結合相粒界の一致するものも多く、明らかに結合相粒界の健全性が確保できていない。
【００１５】
（実施例３）
実施例２で用いた乾燥粉に溶剤及びワックスを添加して混練し、焼結後のサイズがφ３．４となるように押出し成形にて丸棒成形体を作製した。脱ワックス処理を行い、実施例２と同じ条件にて焼結を行った。得られた焼結体の結合相粒の平均粒径を実施例２と同様の測定法にて測定し、実施例２の結合相粒の平均粒径と差がないことを確認した。この丸棒素材を加工し、外径がφ０．２ｍｍ〜０．０８ｍｍのプリント基板用ドリルを作製した。
これらのドリルを用いて、表２に示す穴あけ加工条件において、各例とも５本づつ、厚さが１．６ｍｍのガラスエポキシ基板を３枚重ねた基板の穴あけ加工を行い、折損寿命の評価を行ない、平均穴あけ数を求めた。結果を表２に併記する。表２より、本発明例８から２０のドリルは３０００〜４０００穴、加工できたのに対し、比較例２１から２３のドリルは２０００台の穴数であり、折損寿命までの穴あけ数が多いことが明らかである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の超硬合金を適用することによって、結合相粒界部の健全性が向上し、その結果抗折力が高く、抗折力のばらつきも大幅に低減される。本発明の超硬合金を、例えばプリント基板用のドリルとして使用した場合、折損寿命も著しく改善することが明らかであり、本発明は工業上非常に有意義である。