(57)【要約】  炭化タングステン、炭化チタン、ニッケルおよびコバルト、モリブデンおよびクロムを含む超硬合金工具が開示される。前記材料の組成は、良好な耐食性ならびに高い硬度および耐摩耗性を与える。これらの性質は、冷間成形加工用の工具の製造にとって特に興味深い。これらの材料で製造された冷間成形工具は、長期間安定した性能を有するであろう。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、８０〜９０のＷＣ、５〜１５のＴｉＣならびに５〜１０、好ましくは７〜１０のＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和であって、重量％で４０〜６０、好ましくは４５〜５５のＮｉまたは（Ｎｉ＋Ｃｏ）、２０未満、好ましくは１０〜１８のＭｏ、１５〜４０、好ましくは３０〜４０のＣｒの量であるＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和から基本的になる超硬合金工具であって、ＷＣの粒度が好ましくは１〜２μｍであり、１μｍ未満の非常に微細な粒子の５０μｍ未満、好ましくは２５μｍ未満の小さな星として均一に分散している１〜１０、好ましくは５〜７体積％のイータ相を与える不足当量の炭素含有量を持つ超硬合金工具の、アルミニウムまたはスチール飲料缶の製造の深絞りおよびしごき加工への使用。
【請求項２】
（Ｎｉ＋Ｃｏ）の最大で３０重量％がＣｏである請求項１に記載の超硬合金工具の使用。
【請求項３】
重量％で、８０〜９０のＷＣ、５〜１５のＴｉＣならびに５〜１０、好ましくは７〜１０のＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和であって、重量％で４０〜６０、好ましくは４５〜５５のＮｉまたは（Ｎｉ＋Ｃｏ）、２０未満、好ましくは１０〜１８のＭｏ、１５〜４０、好ましくは３０〜４０のＣｒの量であるＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和から基本的になる超硬合金工具であって、ＷＣの粒度が好ましくは１〜２μｍであり、１μｍ未満の非常に微細な粒子の５０μｍ未満、好ましくは２５μｍ未満の小さな星として均一に分散している１〜１０、好ましくは５〜７体積％のイータ相を与える不足当量の炭素含有量を持つ超硬合金工具の、種々の他の成形物品、特に乾電池ケーシングおよびエアロゾル缶などの管状ケーシングの製造の深絞りおよびしごき加工への使用。
【請求項４】
（Ｎｉ＋Ｃｏ）の最大で３０重量％がＣｏである請求項３に記載の超硬合金工具の使用。
【請求項５】
重量％で、８０〜９０のＷＣ、５〜１５のＴｉＣならびに５〜１０、好ましくは７〜１０のＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和であって、重量％で４０〜６０、好ましくは４５〜５５のＮｉまたは（Ｎｉ＋Ｃｏ）、２０未満、好ましくは１０〜１８のＭｏ、１５〜４０、好ましくは３０〜４０のＣｒの量であるＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和から基本的になる超硬合金工具であって、ＷＣの粒度が好ましくは１〜２μｍであり、１μｍ未満の非常に微細な粒子の５０μｍ未満、好ましくは２５μｍ未満の小さな星として均一に分散している１〜１０、好ましくは５〜７体積％のイータ相を与える不足当量の炭素含有量を持つ超硬合金工具の、スチールワイヤ、特にスチールタイヤコードワイヤの絞り加工への使用。
【請求項６】
（Ｎｉ＋Ｃｏ）の最大で３０重量％がＣｏである請求項５に記載の超硬合金工具の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形または他の方法で材料を機械加工するための改善された超硬合金工具を製造する方法に関する。本発明は、金属加工工具、具体的にはツーピース飲料缶などの管状ケーシングおよび類似の物品の製造に使用される工具の製造に特別な用途がある。
【背景技術】
【０００２】
ツーピース缶は、絞り加工及び壁部のしごき加工によりつくられる。一般に、ツーピース缶は、金属板材から金属円板を打ち抜いてつくられる。金属の「カップ」が円板からつくられる。形成されたカップは、絞りリング、再絞りリングおよびしごきリングとして一般的に知られる複数の環状リングを含む缶胴形成ダイスを通り、缶胴形成パンチにより圧縮される。缶胴形成パンチと複数のリングの間のクリアランスは次第に小さくなり、カップ壁の厚さが低減されカップが細長くなる。このプロセスは一般的にしごき加工と呼ばれる。これは、工具に高い摩耗を起こす特に負荷の大きい加工であり、寸法変化及び潤滑条件に敏感である。毎年膨大な量の飲料缶が製造されているので、製造プロセスにおけるわずかな改良でも膨大な節約につながりうる。
【０００３】
ダイス、パンチなど、材料に所望の形状、形態または仕上がりを与える工具は、極めて高い硬度、圧縮強度及び剛性により特徴づけられる。これは、金属または類似材料を成形する際に特に必要とされる。大量生産用の市販の材料加工工具は、反復し連続する応力および摩滅から起こる摩耗、腐食およびチッピングにも耐えなければならない。また、これらの工具は、周囲の液体媒体（冷却液／潤滑剤）により傷つかないために良好な耐食性も示さなければならない。これらの工具は、狭い公差に合わせて設計および加工できる材料からつくられなければならず、幅広い加工条件に渡って寸法安定性を維持しなければならない。
【０００４】
金属、超硬合金および従来のセラミックスを含む種々の材料から、パンチ、ダイス、深絞り工具および類似の材料加工工具を製造することが公知である。これらの公知の材料は全て、ある望ましくない制約を有する。金属物品、特にツーピース飲料缶などの管状ケーシングを成形するための工具を製造する場合、従来の公知の材料の問題が特に顕著になる。
【０００５】
缶製造においてより良い性能を得るための可能な方法はセラミックス材料の使用であり、例えば、ホイスカ強化アルミナまたは窒化ケイ素が、米国特許第５，０９５，７３０号および米国特許第５，３９６，７８８号にそれぞれ開示されているが、今のところ従来の超硬合金が好ましい材料としてのその地位を維持しているようである。
【０００６】
良好な性能を得るための２番目の可能な方法は、超微粒超硬合金の使用である。粒度低下により多くの改善点に達することができ、欧州特許ＥＰ−Ａ−１７２６６７２に記載のとおりより良好な耐摩耗性につながる。
【０００７】
やはりＥＰ−Ａ−１７２６６７３に記載の超微粒材料からわずかにより良好な耐腐食性が期待される。しかし、この改善は、ＷＣ粒度低下により得られるより薄いバインダー膜の結果と考えられる。したがって、わずかな改善に至っても、浸出機構は劇的には変わらず、バインダーの排出とともに結果として超硬合金構造が破壊される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、特にしごき加工のために従来技術工具より良い性質を与える耐食性超硬合金グレードの使用により、特にツーピース飲料アルミニウムまたはスチール缶の製造において冷間成形および絞り加工のための工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、当分野で使用される冷却液／潤滑剤に対する超硬合金の非常に良好な耐食性を得るための特定のバインダーデザインの使用に関する。超硬合金は、高い耐摩耗性に達するため高い硬度を示す。これは、炭化タングステンおよび炭化チタンを含む複合硬質相により得られる。超硬合金は、炭化タングステン、炭化チタン、ニッケル、モリブデンおよびクロムを含む。超硬合金のこの組成は、実施例１により示されるとおり良好な耐食性ならびに高い硬度および耐摩耗性を与える。複合硬質相と耐食性バインダーの組み合わせは、約１９３０  ＨＶ３０の硬度、すなわち典型的には１７７５  ＨＶ３０の硬度を有する通常使用される６％Ｃｏバインダーグレードよりも高い硬度を有する８％バインダーグレードにより示される、望ましいより良好な性質を生み出す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１はＡ＝超硬合金ダイス、Ｂ＝鋼のケーシングであるしごきダイスを示す。
【００１１】
【図２】図２は、光学顕微鏡の倍率１５００倍での、本発明により使用される超硬合金を示す。スケールバーは１０μｍである。村上溶液により微細構造がエッチングされる。イータ相は黒く、大きさが２から３μｍのガンマ相は丸く灰色で、ＷＣは２μｍ未満で微細であり角張った形状で灰色である。
【００１２】
【図３】図３は、倍率１００００倍のＳＥＭによる高分解能の微細構造の写真であり、Ｓ１がＷＣであり、Ｓ２がガンマ相であり、Ｓ３がイータ相である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に使用される超硬合金は、重量％で、８０〜９０のＷＣ、５〜１５のＴｉＣならびに５〜１０、好ましくは７〜１０のＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和であって、やはり重量％で４０〜６０、好ましくは４５〜５５のＮｉまたは（Ｎｉ＋Ｃｏ）、２０未満、好ましくは１０〜１８のＭｏ、１５〜４０、好ましくは３０〜４０のＣｒの量であるＮｉ、Ｍｏ、ＣｒおよびＣｏの和から基本的になる。（Ｎｉ＋Ｃｏ）の３０重量％までがＣｏでもよい。炭素含有量は、好ましくは不足当量である。本発明のある実施形態において、超硬合金の単独の成分は、通常の微量不純物と共に、上に列記したものである。
【００１４】
超硬合金構造は、
２未満、好ましくは１〜２μｍの粒度のＷＣ
１μｍの非常に微細な粒子の５０μｍ未満、好ましくは２５μｍ未満の小さな星として均一に分散している１〜１０、好ましくは５〜７体積％のイータ相および光学顕微鏡写真で丸く灰色に見える、大きさが２から３μｍのガンマ相を含む。
【００１５】
前記材料は１８７０〜２０００  ＨＶ３０の硬度を有する。
【００１６】
本発明に使用される超硬合金は、硬質成分を形成する粉体およびバインダーを形成する粉体を共に湿式粉砕し、乾燥し、所望の形状のボディーに加圧成形し、焼結して調製される。粉体混合物は、好ましくは、上述の焼結ボディーのイータ相含有量を与えるような炭素含有量を持つべきである。
【００１７】
したがって、本発明は、冷間成形および絞り加工、特にアルミニウムおよびスチール飲料缶製造のしごき加工における、高い硬度、向上した耐摩耗性および耐食性を示す、複合硬質相および耐食性バインダーを持つ超硬合金の使用に関する。しかし、本発明は、種々の他の成形物品、特に乾電池ケーシングおよびエアロゾル缶などの管状ケーシングの製造における使用への幅広い適用性を有する。本発明は、特に、線材および特にタイヤコードの絞り加工などの他の冷間成形および絞り加工のための、本発明の超硬合金の使用にも適用される。
【実施例】
【００１８】
実施例１
重量％で以下の表による組成を有する２種の超硬合金ボディーを調製し、特性化した。
【表１】
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【００１９】
本発明による工具、番号Ａの微細構造を図２および３に示す。顕微鏡写真は、炭化物相ＷＣ、ガンマ相（ＴｉＣ−系）および微細なイータ相を示す。従来技術Ｂは、しごき加工のためのＳａｎｄｖｉｋの標準グレードである。
【００２０】
超硬合金の分野に利用される規格、すなわち硬度にはＩＳＯ  ３８７８：１９８３および耐アブレシブ摩耗性にはＡＴＭ  Ｂ６１１−８５を利用して性質を測定した。
【００２１】
耐食性は、脱イオン水で３重量％に希釈した実際の潤滑剤調合物（缶胴製造機のために使用される）の中での浸漬試験を利用して特性化した。浸漬は１５日間５０℃で実施したが、これは絞りプロセスの間の潤滑剤温度に相当する。浸漬前後で超硬合金サンプルの重量を量った。試験の後で表面からバインダーの一部が除去されたかを確認するため、電界放出電子銃を備えた走査型電子顕微鏡（ＦＥＧ−ＳＥＭ）で非常に微細なＳＥＭ観察を実施した。
【００２２】
結果を以下の表に示す。
【表２】
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【００２３】
したがって、従来技術と比較すると、本発明は８．７％高い硬度、４８．５％高い耐摩耗性およびバインダーの浸出が全く観察されなかったのではるかに良好な耐食性を示す。
【００２４】
実施例２
飲料缶の深絞り加工において、しごきリング（図１参照）は、表面破壊を起こす摩耗を受けやすく、しごき加工において摩擦力の変化をもたらす。実施例１の組成ＡおよびＢのしごきリングを作製し、通常の絞り条件下で缶成形加工において試験した。第３のしごきリング上で力を測定した。時間に伴う力の変化を、各試験リングで記録した。力対時間の曲線の勾配を各リングで求める。グレードの平均結果を比較し、性能の尺度として使用する。試験の結果を以下の表に表す。
【表３】
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パーセントで表したグレードＡ（本発明）とグレードＢ（従来技術）の間の勾配の差
平均：        −４２％
最低：        −２３％
最高：        −６９％
【００２５】
したがって、本発明のグレードは、しごき加工において、従来技術グレードよりも良好な性質を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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