(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固有の硬度および靱性の組合せを持つ工具鋼合金であって、質量％にして、
Ｃ            １．８５−２．３０
Ｍｎ          ０．１５−１．０
Ｓｉ          ０．１５−１．０
Ｐ            最大０．０３０
Ｓ            最大０．３０
Ｃｒ          ３．７−５．０
Ｎｉ＋Ｃｕ    最大０．７５
Ｍｏ          最大１．０
Ｃｏ          ６−１２
Ｗ            １２．０−１３．５
Ｖ            ４．５−７．５
を含み、残部が鉄と不可避不純物であり、元素Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶが、以下の関係となるようにバランスされていることを特徴とする工具鋼合金。
−０．０５≧ΔＣ≧−０．４２（ここで、ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃである。）
【請求項２】
少なくとも１．９０％のカ−ボンを含む、請求項１に記載の工具鋼合金。
【請求項３】
少なくとも４．０％のクロムを含む、請求項１に記載の工具鋼合金。
【請求項４】
少なくとも７％のコバルトを含む、請求項１に記載の工具鋼合金。
【請求項５】
少なくとも１２．２５％のタングステンを含む、請求項１に記載の工具鋼合金。
【請求項６】
少なくとも５．０％のバナジウムを含む、請求項１に記載の工具鋼合金。
【請求項７】
少なくとも０．０６％の硫黄を含む、請求項１に記載の工具鋼合金。
【請求項８】
固有の硬度および靱性の組合せを持つ工具鋼合金であって、質量％にして、
Ｃ            １．９０−２．２０
Ｍｎ          ０．１５−０．９０
Ｓｉ          ０．５０−０．８０
Ｐ            最大０．０３０
Ｓ            最大０．３０
Ｃｒ          ４．０−５．０
Ｎｉ＋Ｃｕ    最大０．５０
Ｍｏ          最大１．０
Ｃｏ          ７−１１
Ｗ            １２．２５−１３．５
Ｖ            ５．０−７．０
を含み、残部が鉄と不可避不純物であり、元素Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶが、以下の関係となるようにバランスされていることを特徴とする工具鋼合金。
−０．１０≧ΔＣ≧−０．３５（ここで、ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃである。）
【請求項９】
少なくとも４．２５％のクロムを含む、請求項８に記載の工具鋼合金。
【請求項１０】
少なくとも７．５％のコバルトを含む、請求項８に記載の工具鋼合金。
【請求項１１】
少なくとも１２．５％のタングステンを含む、請求項８に記載の工具鋼合金。
【請求項１２】
−０．１５≧ΔＣ≧−０．２５である、請求項８に記載の工具鋼合金。
【請求項１３】
０．０６％以下の硫黄を含む、請求項８に記載の工具鋼合金。
【請求項１４】
固有の硬度および靱性の組合せを持つ工具鋼合金であって、質量％にして、
Ｃ            １．９０−２．２０
Ｍｎ          ０．１５−０．９０
Ｓｉ          ０．５５−０．７５
Ｐ            最大０．０３０
Ｓ            最大０．３０
Ｃｒ          ４．２５−５．００
Ｎｉ＋Ｃｕ    最大０．５０
Ｍｏ          最大１．０
Ｃｏ          ７．５−１０．５
Ｗ            １２．５−１３．５
Ｖ            ５．０−６．５
を含み、残部が鉄と不可避不純物であり、元素Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶが、以下の関係となるようにバランスされていることを特徴とする工具鋼合金。
−０．１５≧ΔＣ≧−０．２５（ここで、ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃである。）
【請求項１５】
０．０６％以下の硫黄を含む、請求項１４に記載の工具鋼合金。
【請求項１６】
固有の硬度および靱性の組合せを持つ粉末冶金工具鋼鋼材であって、前記鋼材が焼結合金粉末から製造され、当該焼結合金粉末が、質量％にして、
Ｃ            １．８５−２．３０
Ｍｎ          ０．１５−１．０
Ｓｉ          ０．１５−１．０
Ｐ            最大０．０３０
Ｓ            最大０．３０
Ｃｒ          ３．７−５．０
Ｎｉ＋Ｃｕ    最大０．７５
Ｍｏ          最大１．０
Ｃｏ          ６−１２
Ｗ            １２．０−１３．５
Ｖ            ４．５−７．５
を含み、残部が鉄と不可避不純物であり、元素Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶが、
−０．０５≧ΔＣ≧−０．４２（ここで、ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃである。）となるようバランスされ、前記鋼材に対してオーステナイト化，焼入れ及び焼き戻しによって熱処理を施した場合に、前記鋼材が少なくとも６９．５のロックウェルＣ硬度を有することを特徴とする工具鋼鋼材。
【請求項１７】
前記合金粉末が１．９０〜２．２０％のカ−ボンを含む、請求項１６に記載の工具鋼鋼材。
【請求項１８】
前記合金粉末が４．０〜５．０％のクロムを含む、請求項１６に記載の工具鋼鋼材。
【請求項１９】
前記合金粉末が７〜１１％のコバルトを含む、請求項１６に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２０】
前記合金粉末が１２．２５〜１３．５％のタングステンを含む、請求項１６に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２１】
前記合金粉末が５．０〜７．０％のバナジウムを含む、請求項１６に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２２】
前記合金粉末が０．０６％以下の硫黄を含む、請求項１６に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２３】
固有の硬度および靱性の組合せを持つ粉末冶金工具鋼鋼材であって、前記鋼材が焼結合金粉末から製造され、当該焼結合金粉末が、質量％にして、
Ｃ            １．９０−２．２０
Ｍｎ          ０．１５−０．９０
Ｓｉ          ０．５０−０．８０
Ｐ            最大０．０３０
Ｓ            最大０．３０
Ｃｒ          ４．０−５．０
Ｎｉ＋Ｃｕ    最大０．５０
Ｍｏ          最大１．０
Ｃｏ          ７−１１
Ｗ            １２．２５−１３．５
Ｖ            ５．０−７．０
を含み、残部が鉄と不可避不純物であり、元素Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶが、
−０．１０≧ΔＣ≧−０．３５（ここで、ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃである。）となるようバランスされ、前記鋼材に対してオーステナイト化，焼入れ及び焼き戻しによって熱処理を施した場合に、前記鋼材が少なくとも６９．５のロックウェルＣ硬度を有することを特徴とする工具鋼鋼材。
【請求項２４】
前記合金粉末が４．２５〜５．００％のクロムを含む、請求項２３に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２５】
前記合金粉末が７．５〜１０．５％のコバルトを含む、請求項２３に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２６】
前記合金粉末が１２．５〜１３．５％のタングステンを含む、請求項２３に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２７】
前記合金粉末が５．０〜６．５％のバナジウムを含む、請求項２３に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２８】
前記合金粉末が０．０６％以下の硫黄を含む、請求項２３に記載の工具鋼鋼材。
【請求項２９】
固有の硬度および靱性の組合せを持つ粉末冶金工具鋼鋼材であって、前記鋼材が焼結合金粉末から製造され、当該焼結合金粉末が、質量％にして、
Ｃ            １．９０−２．２０
Ｍｎ          ０．１５−０．９０
Ｓｉ          ０．５５−０．７５
Ｐ            最大０．０３０
Ｓ            最大０．３０
Ｃｒ          ４．２５−５．００
Ｎｉ＋Ｃｕ    最大０．５０
Ｍｏ          最大１．０
Ｃｏ          ７．５−１０．５
Ｗ            １２．２５−１３．５
Ｖ            ５．０−６．５
を含み、残部が鉄と不可避不純物であり、元素Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶが、
−０．１５≧ΔＣ≧−０．２５（ここで、ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃである。）となるようバランスされ、前記鋼材に対してオーステナイト化，焼入れ及び焼き戻しによって熱処理を施した場合に、前記鋼材が少なくとも６９．５のロックウェルＣ硬度を有することを特徴とする工具鋼鋼材。
【請求項３０】
前記合金粉末が０．０６％以下の硫黄を含む、請求項２９に記載の工具鋼鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、工具鋼合金に関し、より詳しくは、高速度工具鋼合金およびそれにより製造される、固有の硬度および靱性の組合せを有する粉末冶金鋼材に関する。
【０００２】
【背景技術】
ＡＩＳＩタイプＴ１５合金は、周知のタングステン高速度鋼合金である。タイプＴ１５合金は、タイプＭ２およびＭ４など他の高速度工具鋼合金より固有の硬度および耐摩耗性の組合せを持つため、高速度工具鋼の等級において最上位に属すると見なされている。タイプＴ１５合金は常温で約６６〜６７ＨＲＣの硬度を持つ。これより優れたカ−ボン版のタイプＴ１５合金は、常温で６７〜６８ＨＲＣの硬度を実現可能であり、米国内で販売されている。しかし工具製造業界では、高温硬度と耐摩耗性を含む複合硬度レベルの点でタイプＴ１５など周知の等級の高速度鋼合金よりも優れている高速度工具鋼合金に対する需要が生じている。
【０００３】
現在、金属切削工具やギアホブなど要求レベルの高い工具で利用可能な素材としては、基本的に２種類ある。従来の高速度工具鋼と超硬合金素材である。周知の高速度鋼合金は、粉末冶金工法で生産されたものでも、長時間にわたる工具の運用では何らかの問題を残す。この素材で製造された工具の耐摩耗性、常温硬度および高温硬度が十分でないからである。従来の切削油は環境汚染を引き起こす恐れがあるため、業界では切削油を用いないドライマシニングを選択する傾向がある。金属切削工具は、ドライマシニングに適用されると、非常に高い動作温度に達しがちである。周知の高速度鋼合金のほとんどは、その耐摩耗性と硬度が極端な温度条件の下で急速に劣化するため、乾式切削には不向きである。
【０００４】
周知の高速度工具鋼の限界による問題を避ける方法の１つとして、極めて硬い表面コ−ティングを切削工具に施し、その寿命を延ばすやり方がある。このコ−ティングは、物理気相成長（ＰＶＤ）または化学気相成長（ＣＶＤ）によって施すのが一般的である。このコ−ティングの硬度は通常、ＨＲＣ７０を越え、ベ−スとなる工具鋼の硬度より遙かに大きい。このように非常に硬度の高いコ−ティングと組み合わせるには、工具鋼合金の側でも硬度を高めることが望ましいであろう。
【０００５】
前述したように周知の高速度鋼合金には欠点があるため、超硬合金は切削工具の素材として大いに注目されるようになった。この素材は、常温および高温の両方において非常に高い硬度を持ち、非常に優れた耐摩耗性も有している。ただし、硬度と耐摩耗性の面では優れていても、欠点もある。例えば、カ−バイドブランクの製造コストは高く、そのブランクから切削工具を製造するのにも余計なコストがかかるため、カ−バイド工具の生産費用は相当高い。また、カ−バイド工具の靱性は極めて低いため、使用中に破損を防ぐために特別な注意を払わねばならない。さらに、カ−バイド工具は極度に堅牢なマシンを必要とするため、既存の切削マシンの大部分では安全な運用が不可能である。
【０００６】
【発明の開示】
本発明による合金と、その焼結粉末冶金鋼材は、周知の高速度工具鋼と超硬合金素材にまつわる問題の幾つかをかなりの程度解決するものである。一般に、本発明による硬質の高速度鋼合金は、固有の硬度、高温硬度および靱性の組合せを特長とする。以下の表１に、本発明による合金の一般クラス、中間クラスおよび最上クラスの各組成の質量％を示す。
【０００７】
【表１】
0004517172.tif 000002
【０００８】
本合金の残部は、鉄ならびに本合金と同様の使用目的を持つ汎用品の高速度工具鋼に含まれる通常の不純物である。本発明による合金のカ−ボン含有量は、パラメ−タΔＣが−０．０５〜−０．４２、より好ましくは−０．１０〜−０．３５、好ましくは−０．１５〜−０．２５となるように調整される。ΔＣは以下のように計算される。
ΔＣ＝（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））−％Ｃ
【０００９】
ここで、（（０．０３３×％Ｗ）＋（０．０６３×％Ｍｏ）＋（０．０６×％Ｃｒ）＋（０．２×％Ｖ））は合金のカ−ボンバランスで、Ｃは合金の実際のカ−ボン含有量であり、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＶおよびＣは質量％で表す。
以下、「パ−セント」または符号「％」は特に指定のない限り質量％とする。
【００１０】
【詳細な説明】
本合金は、焼き入れ、焼き戻し後に硬度を高めるために、少なくとも１．８５％のカ−ボンを含有する。カ−ボンは、本合金のカ−バイド生成要素と結合して、本合金の耐摩耗性を高めるカ−バイドを形成する。本合金は、少なくとも１．９０％のカ−ボンを含有するのが望ましい。カ−ボンが多いと本合金の靱性は低下し、非常に多い場合は、本合金で実現できる硬度も低下する可能性がある。したがって、カ−ボンは、２．３０％以下に抑えるが、好ましくは２．２０％以下に抑えるのが望ましい。カ−ボンは本合金におけるカ−バイドの生成時に消費されるため、本合金に所望の硬度を与え、適切な量の硬質カ−バイド粒子により所望の耐摩耗性も与えるに十分なカ−ボンが確保されるようにカ−ボン量を調整する。そのために前記ファクタΔＣを使用し、これによって、カ−ボン量を調整し、本合金に固有の特性の組合せを実現することができる。
【００１１】
本合金は、焼き入れ性を高めるために、少なくとも０．１５％のマンガンを含有する。本発明による合金の再硫化形態では、マンガンは硫黄と結合してマンガンを多く含む硫化物を生成し、これは、本合金の被切削性を高める上で非常に効果的である。ただし、マンガンが多いと、本合金に脆弱性が生じる。したがって、マンガンは１．０％以下に抑えるが、好ましくは０．９０％以下に抑えるのが望ましい。
【００１２】
本合金は、焼き入れ性と硬度応答性を高めるために、少なくとも０．１５％、より好ましくは少なくとも０．５０％、好ましくは少なくとも０．５５％のシリコンを含有する。シリコンは溶解状態の本合金の流動性も高めるため、それによって粉末冶金処理の場合に本合金の霧化が容易となる。シリコンが多いと、本合金の靱性が低下する。したがって、シリコンは１．０％以下に抑え、より好ましい量として０．８０％以下に抑えるが、好ましくは０．７５％以下に抑えるのが望ましい。
【００１３】
本合金は、０．３０％以下の硫黄を含有する場合もある。これは、マンガンを多く含む硫化物を生成することで上記のように本合金の被切削性を高めるためである。そのためには、少なくとも０．０６％の硫黄が効果的であることは判明している。被切削性を向上させるに十分な硫化物を生成するには、本合金でＭｎ対Ｓ比（Ｍｎ：Ｓ）が少なくとも２：１〜４：１、好ましくは２．５：１〜３．５：１となるようにマンガンと硫黄のそれぞれの量を選択する。硫黄は本合金の靱性を低下させるため、被切削性の高められた本合金では硫黄を０．３０％以下に抑える。高い被切削性が不要である場合、硫黄は可能な限り少なくする。したがって、本合金を再硫化しないなら、硫黄は０．０６％以下に抑え、より好ましい量としては０．０３０％以下に抑えるが、好ましくは０．０２０％以下に抑えるのが望ましい。
【００１４】
本合金は、焼き入れ性を高めるために、少なくとも３．７％のクロムを含有する。その目的のために、好ましくはクロムを少なくとも４．０％とし、より好ましい量としては少なくとも４．２５％とする。クロムは、利用可能なカ−ボンと結合してクロムカ−バイドを生成する。その際、カ−ボンの合金を消費する。このようなカ−ボンの消費によってΔＣの値は増加する傾向にあり、その結果、本合金の硬度と靱性が低下する。したがって、本合金ではクロムを５．０％以下に抑える。
【００１５】
本合金は、常温硬度と高温硬度の両方を高めるために、コバルトを含有する。そのため、本合金は少なくとも６％、より好ましくは少なくとも７％、好ましくは少なくとも７．５％のコバルトを含有する。コバルトが多いと、本合金の靱性は低下する恐れがある。したがって、本合金のコバルトは１２％以下、より好ましい量として１１％以下に抑えるが、好ましくは１０．５％以下に抑えるのが望ましい。
【００１６】
本合金は、二次硬度、耐摩耗性および高温硬度を高めるために、少なくとも１２．０％のタングステンを含有する。タングステンが少ないと、ΔＣは負の小さい値となり、そのため本合金の硬度と靱性が低下する。したがって、本合金は好ましくは少なくとも１２．２５％、より好ましくは少なくとも１２．５％のタングステンを含有する。タングステンが多いと、ΔＣは正の大きい値となり、そのため本合金の硬度が低下する。したがって、本合金のタングステンは１３．５％以下に抑える。
【００１７】
バナジウムは、本合金に固有の焼き戻し抵抗と二次硬化応答性を高める。バナジウムは、利用可能なカ−ボンと結合してバナジウムカ−バイドを生成し、これは、本合金の耐摩耗性を高める。また、バナジウムカ−バイドは結晶粒界の固定によるオ−ステナイト化熱処理の過程において本合金の粒度を調整するのにも役立つ。これらの理由により、本合金は少なくとも４．５％のバナジウムを含有する。少なくとも５．０％のバナジウムを含有し、ΔＣが前記範囲内に収まっているとき、本合金に固有の高い硬度レベルにおいて本合金の靱性は予想以上に改善されることが判明した。バナジウムが多いと、本合金の硬度と靱性が低下する。言い換えれば、過度のバナジウムにより脆弱になる恐れがある。また、バナジウムが本合金のカ−ボンと適切に釣り合っていず、バナジウムと結合するカ−ボンが不足すると、本合金の硬度は低下する。したがって、バナジウムは７．５％以下、より好ましくは７．０％以下に抑えるが、好ましくは６．５％以下に抑えるのが望ましい。
【００１８】
本合金は、タングステンの一部の代わりとして少量のモリブデンを含有することもある。好ましくはモリブデンは１．０％以下に抑えられる。これが多いとΔＣは正の大きい値となり、本合金の硬度が低下するからである。
【００１９】
本合金の残部は、鉄ならびに本合金と同様の目的を持った汎用品の高速度工具鋼合金において一般に少量含まれる不純物である。具体的に言うと、本合金におけるニッケルと銅の量は、高温オ−ステナイト化熱処理の後に本合金中にある残留オ−ステナイトの量を最小にするように制限される。本合金は最大０．７５％のニッケルまたは最大０．７５％の銅を含有できるが、両方を含有するとき、総量は０．７５％以下に抑える。好ましくは、合金中のニッケルと銅は０．５０％である。本合金は、最大０．１％のマグネシウムと最大０．１％のチタニウムを含有できる。さらに、本合金が窒素ガスによって霧化されるとき、窒素を含有することもある。ただし、０．１２％以下、好ましくは０．０８％以下の窒素を、窒素により霧化された本合金の金属粉末に含めることが要求される。燐は０．０３０％以下に抑える。
【００２０】
本合金は、高速度工具鋼を製造するための従来のいかなるプロセスによっても製造可能である。好ましくは、粉末冶金技法によって製造するのが望ましい。例えば、金属粉末を得るには、好ましくは窒素ガスによってヒ−トを溶解、霧化するのが望ましい。この金属粉末は所望のメッシュサイズで選別し、ブレンドし、焼結させて十分な密度のビレットやその他の形状とする。焼結処理は、熱間等方加圧、高速等方加圧または同時圧縮・還元など、周知のいかなるプロセスによっても実行可能である。その結果得られた焼結体には、加圧鍛造、回転鍛造、圧延などによる金属加工が施される。
【００２１】
【例】
本発明による合金に固有の特性の組合せを明示するために、１１個の実験用ヒ−トを作成した。各ヒ−トの組成の質量パ−セントを以下の表２に示す。各ケ−スの残部は鉄と通常の不純物である。
【００２２】
【表２】
0004517172.tif 000003
【００２３】
例１〜６は本発明の適用範囲に入る合金であり、ヒ−トＡ〜Ｅは比較対象の合金である。公称３００ｌｂ（１３６ｋｇ）のヒ−トを窒素ガスの分圧で誘導溶解してから、窒素ガスで霧化した。その結果得られた各ヒ−トの金属粉末を４０メッシュで選別、ブレンドしてから、周囲８インチｘ長さ２３インチ（２０．３ｃｍｘ５８．４ｃｍ）の軟鋼カンに充填した。軟鋼カンについては、４００°Ｆ（７０３℃）において真空中でガス抜きを行い、次に２０５０°Ｆ（１１２１℃）の温度において４〜５時間かけて１５ｋｓｉ（１０３．４ＭＰａ）の熱間等方加圧（ＨＩＰ）を実施した。
【００２４】
このようにＨＩＰ処理された軟鋼カンは、２１００°Ｆ（１１４９℃）の鍛造温度によって５  １／２インチ（１４ｃｍ）の二重八角形のビレットに変形した。これらのビレットについては、バ−ミキュライト冷却を行い、１４００°Ｆ（７６０℃）で６時間かけて応力除去を行ってから、空冷を実行した。応力除去をしたビレットは、２１００°Ｆ（１１４９℃）の鍛造温度で回転鍛造によって４インチ（１０．２ｃｍ）の丸棒に変形した。このように鍛造された丸棒については、１４００°Ｆ（７６０℃）で４時間かけて応力除去を行ってから、空冷を実行した。これらの丸棒は、１６１６°Ｆ（８８０℃）で８時間かけて焼きなまし、１８°Ｆ／時（１０℃／時）の冷却速度で１２０２°Ｆ（６５０℃）まで冷却した後、炉冷した。
【００２５】
ロックウェル硬度試験用に、標準サイズの立方形試料を各ヒ−トの焼きなまし済み丸棒から切り出した。立方形試料は、５分間だけ１６００°Ｆ（８７１℃）の塩浴熱処理で予熱し、３分間だけ２２５０°Ｆ（１２３２℃）の塩浴熱処理でオ−ステナイト化し、油で焼入れした。立法形試料の１つのグル−プを１０００°Ｆ（５３８℃）で２時間だけ焼き戻し、もう１つのグル−プは１０２５°Ｆ（５５２℃）で２時間だけ焼き戻した。焼き戻し後、すべての立法形試料を−１００°Ｆ（−７３．３℃）で１時間かけて冷却し、次に常温となるまで空気中で暖めた。最初のグル−プは１０００°Ｆ（５３８℃）で２時間＋２時間だけ焼き戻し、２番目のグル−プは１０２５°Ｆ（５５２℃）で２時間＋２時間だけ焼き戻した。
【００２６】
オ−ステナイト化の温度として２２５０°Ｆ（１２３２℃）を選択したのは、合金が既に量産可能な状態となってはいても、その組成を最適化するためである。冷却処理と３回の焼き戻しを行ったのは、オ−ステナイト化後に合金中にある残留オ−ステナイトの量を最小限度に抑えるためである。１０００°Ｆ（５３８℃）の焼き戻し温度は本合金の硬度を最高にするために選択したのであり、１０２５°Ｆ（５５２℃）の焼き戻し温度は多少低めの硬度レベルで本合金の靱性を高めるために選択したのである。
【００２７】
上記のように焼き戻した各ヒ−トの試料に対する常温硬度試験の結果を以下の表３に示す。これは、ロックウェルＣスケ−ル（ＨＲＣ）単位のデ−タであり、各試料ごとに５回行った記録の平均値である。
【００２８】
【表３】
0004517172.tif 000004
【００２９】
高温硬度試験のために、１インチｘ２インチｘ３インチ（２．５ｃｍｘ５．１ｃｍｘ７．６ｃｍ）の試験用サンプルを各ヒ−トの焼きなまし済み丸棒から切り出した。これらのサンプルについて、常温硬度試験の場合と同じ熱処理によって焼き入れ、焼き戻しを行った。ただし、この高温硬度試験の試料は１０２５°Ｆ（５５２℃）のみで焼き戻している。以下の表４に、各サンプルに対する高温硬度試験の結果を示す。硬度の値は、試料の温度を１０００°Ｆ（５３８℃）に維持しているときに測定した。この場合、高温硬度試験はＢｒｉｎｅｌｌ硬度試験であり、Ｂｒｉｎｅｌｌ硬度の値をＨＲＣに換算している。試験結果は、ロックウェルＣスケ−ル（ＨＲＣ）単位のデ−タであり、各試料ごとに２回行った記録の平均値である。
【００３０】
【表４】
0004517172.tif 000005
【００３１】
高速度工具用素材として機械工具業界のさらに厳しい条件を満たすには、高速度工具鋼合金で少なくとも７０ＨＲＣの硬度を要求される。実際の場合、テストブロックのばらつきや所望の硬度レベルにおける周知の試験用機械の精度を考慮すれば、６９．５ＨＲＣの硬度でも問題はないと見なされる。表３のデ−タを見れば、本発明による合金の例１〜６は各焼き戻し温度で所望の常温硬度レベルを達成しているが、ヒ−トＡ〜Ｅが所望の硬度レベルを達成していないことは明らかである。表４のデ−タを見れば、本発明による合金の例はすべて６０ＨＲＣを越える高温硬度を達成しているが、比較対象のヒ−トのうちにはそうでないものもあることが分かる。
【００３２】
本発明による合金には、もう１つの重要な側面がある。本合金に固有の極めて高い硬度レベルにおいても靱性が受け入れられることである。本合金の優れた靱性を実証するために、各ヒ−トの丸棒から切り出した、標準のノッチなしＩｚｏｄ試験サンプルについてＩｚｏｄ試験を行った。試験サンプルの切断は縦方向である。Ｉｚｏｄ試験サンプルは、上述した常温硬度試験の試料と同じやり方で焼き入れ、焼き戻した。その後で、各試験サンプルの硬度を測定した。
【００３３】
表５Ａと表５Ｂは、常温試験の結果として、各試験試料のロックウェル硬度（ＨＲＣ）とｆｔ−ｌｂｓ（Ｊ）単位のＩｚｏｄ耐衝撃性を示している。表５Ａは１０００°Ｆ（５３８℃）で焼き戻した試料の試験結果であり、表５Ｂは１０２５°Ｆ（５５２℃）で焼き戻した試料の試験結果である。ここでは、各合金の３個の試料について試験を行い、それぞれの耐衝撃性の試験結果をそれらの平均と共に示してある。Ｉｚｏｄ試験では測定値に相当なバラツキが出ることもあるので、試験結果の比較には平均値の方が適している。
【００３４】
【表５Ａ】
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【００３５】
【表５Ｂ】
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【００３６】
本発明による合金のように硬質の高速度工具鋼合金で受け入れられる靱性をＩｚｏｄ耐衝撃性の値で示すと、１０００°Ｆ（５３８℃）で焼き戻した素材の場合は少なくとも６ｆｔ−ｌｂｓ（８．１Ｊ）、または１０２５°Ｆ（５５２℃）で焼き戻した素材の場合は少なくとも７ｆｔ−ｌｂｓ（９．５Ｊ）である。これらの閾値は周知の高速度工具鋼合金の耐衝撃性レベルより多少低いが、周知の合金は本発明による合金ほど高い硬度を備えてはいないことに注意する必要がある。また、これらの閾値は、非常に硬度の高い超硬工具用素材の靱性より格段に優れている。１０２５°Ｆ（５５２℃）による焼き戻し後で高速度工具鋼合金の持つ靱性は極めて重要である。なぜならば、たいていの工具製造業者は商品化のために、焼き戻し温度として少なくとも１０２５°Ｆ（５５２℃）を使って工具の靱性と作業温度を高めようとするからである。
【００３７】
表５Ａと表５Ｂのデ−タ全体について言えば、本発明による合金は他の合金のヒ−トより硬度および靱性の組合せの点で優れていることが分かる。表５Ａでは、例１、２および５がＩｚｏｄ耐衝撃性は最低６ｆｔ−ｌｂ（８．１Ｊ）という条件を比較対象のヒ−トＡ〜Ｄより遙かに高い硬度レベルにおいて満たしている。高い硬度は高速度工具用素材の基本的な特性として要求されるので、例３、４および６は、靱性がそれほど重要視されない工具を製造する場合では受け入れられる合金であろう。ヒ−トＥは硬度と靱性の最低必要条件を満たしていない。表５Ｂ表では、例１、２、３および４がＩｚｏｄ耐衝撃性は最低７ｆｔ−ｌｂ（９．５Ｊ）という条件を比較対象のヒ−トＡとＢより遙かに高い硬度レベルにおいて満たしている。ヒ−トＣ、ＤおよびＥは硬度と靱性の最低必要条件を満たしていない。
【００３８】
本明細書の用語と表現は、制限ではなく説明を目的としている。これらを使用する際は、表示と説明の対象となる要素や特長の全体または一部と等価であるものを除外しようとする意図は一切ない。各種の変更は、本発明の適用範囲内において可能であることが認められている。