(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣを主体とする硬質相がＣｏを含む鉄族金属の結合相中に分散された超硬合金において、
前記Ｃｏの結晶構造が次式を満たし、
更に、Ｃｏの格子定数が３．５７０以上であることを特徴とする超硬合金。
０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１
ここで、Ｉ(Co・hcp)はhcp構造のＣｏの(101)面におけるＸ線回折強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc構造のＣｏの(111)面におけるＸ線回折強度である。
【請求項２】
ＷＣを主体とする硬質相とＣｏを含む鉄族金属の結合相とを焼結して冷却する工程と、
この冷却後に焼結体を液相出現直下の温度まで加熱した後、直ちに液体中に浸漬して急冷する工程とを含むことを特徴とする超硬合金の製造方法。
【請求項３】
液相出現直下の温度が１２００〜１３００℃であることを特徴とする請求項2記載の超硬合金の製造方法。
【請求項４】
急冷速度が１０００℃／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項2記載の超硬合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に衝撃強度を向上できる超硬合金とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金の衝撃強度や靱性と剛性・硬度とは相反関係にあり、両者を両立させることは難しい。この点を改善する技術として、▲１▼特公平5-20492 号公報，▲２▼特開昭58-39764号公報，▲３▼特公昭61-4899 号公報記載のものが知られている。これらは主に焼結温度からの冷却速度を特定することにより靱性と強度の両立を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のいずれの技術でも衝撃強度や靱性と剛性・硬度との両立は十分とはいえず、衝撃強度不足による破損や靱性不足による亀裂の発生、剛性・硬度不足による塑性変形に対応できる材料が要望されていた。また、１４００℃程度の焼結温度からの急冷では熱衝撃が大き過ぎ、超硬合金に割れが発生する可能性が強い。さらに、焼結温度から急冷した場合、その急冷効果を維持するには、後にＨＩＰ処理を行うことができないという問題があった。
【０００４】
従って、本発明の主目的は、靱性と強度、特に衝撃強度とを両立できる超硬合金とその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は超硬合金中のＣｏの結晶構造および固溶量を制御することにより上記の目的を達成する。すなわち、本発明超硬合金は、ＷＣを主体とする硬質相がＣｏを含む鉄族金属の結合相中に分散された超硬合金において、前記Ｃｏの結晶構造が次式を満たすことを特徴とする。
０≦Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)≦０．１
ただし、Ｉ(Co・hcp)はhcp構造のＣｏの(101)面におけるＸ線回折強度で、Ｉ(Co・fcc)はfcc 構造のＣｏの(111)面におけるＸ線回折強度である。
【０００６】
ここで、Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)のより好ましい範囲は０．０１〜０．０５である。さらにＣｏの格子定数が３．５７０以上であることが好ましい。なお、結合相量は１０〜３０ｗｔ％程度が好適である。
【０００７】
「Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)」が０．１を越えると、脆弱なhcp 構造のＣｏが増えて靱性が不足する。そのため、このような超硬合金を鍛造工具に用いた場合、亀裂が発生しやすく、工具寿命が短くなってしまう。さらに、格子定数が３．５７０未満であるとＣｏ中へのＷの固溶量が少ないことを意味し、やはり靱性不足となりやすい。
【０００８】
また、本発明超硬合金の製造方法は、ＷＣを主体とする硬質相とＣｏを含む鉄族金属の結合相とを焼結して冷却する工程と、この冷却後に焼結体を液相出現直下の温度まで加熱し、液体中に浸漬して急冷する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
液相出現直下の温度としては１２００〜１３００℃程度が好適である。また、急冷速度は１０００℃／ｍｉｎ以上とすることが望ましい。急冷する際に焼結体を浸漬する液体は特に限定されない。例えば、水や油が挙げられる。なお、硬質相と結合相とを焼結した後に必要に応じてＨＩＰ処理を行ってもよい。
【００１０】
一般に、超硬合金製品は次の工程により製造される。
原料粉末の混合→プレス→中間焼結→成形→焼結→（ＨＩＰ）→検査
すなわち、混合した原料をプレスして例えばブロック状に成形し、７００℃程度で中間焼結する。そして、中間焼結体を所定の工具形状に成形して１４００℃程度で焼結を行う。さらに焼結体中の空隙を減少させるため、焼結の後にＨＩＰ（例えば１３４０℃程度）を行うこともある。
【００１１】
前述した従来の技術▲１▼〜▲３▼ではおもに焼結温度から冷却する際の速度に着目ししている。本発明では焼結温度からの冷却は特に規定せず、一旦冷却された後に再度加熱してから急冷することを特徴とする。
【００１２】
このような急冷はＣｏの結晶構造の変態温度域（４１３℃前後）をごく短時間で通過することにより、(1) 高温で安定相であるfcc 構造からhcp 構造へ相変態させることなく固化する，(2) 急冷直前にＣｏへ固溶しているＷを冷却中に析出させることなく固化する、ことに有効である。
【００１３】
液相出現温度直下の温度より急冷を開始するのは、Ｃｏ中にＷを多量に固溶でき、かつfcc →hcp の変態温度に最も近い温度条件だからである。１４００℃程度の焼結温度近辺の温度からの急冷では熱衝撃が大きく、割れが発生する場合がある。具体的な再加熱温度は１２００〜１３００℃程度、特に１２２０〜１２８０℃程度が好適である。
【００１４】
また、従来の技術▲１▼〜▲３▼では焼結温度からの冷却を急冷としており、冷却後にＨＩＰを行なうと急冷効果が失われるため、焼結に引き続いてＨＩＰを行うことが難しい。しかし、本発明では後に再加熱してから急冷するため、焼結と再加熱との間にＨＩＰを行ってより緻密な超硬合金を得ることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
市販のＷＣ粉末（平均粒径６．５μｍと３μｍ）とＣｏ粉末（平均粒径１．２μｍ）を表１に示す組成に配合し、アトライターで湿式混合した後、乾燥した粉末を作製した。この粉末を１ｔ／cm2 の圧力でプレスし、１３８０℃〜１４００℃にて６０分間焼結してから除冷した超硬合金試験片を作製した。これらの試験片のうち、いくつかはさらにＨＩＰ処理（１３４０℃，１ｔ／cm2 ，Ａｒガス雰囲気）を施した。焼結またはＨＩＰ処理を施して冷却された試験片は、予め１２５０℃に加熱した電気炉内に１５分間保持した後、炉から取り出して直ちに（３０秒以内）に水中に浸漬して、急冷処理が施された。なお、上記急冷処理を行わなかったものと、従来のガス冷却を施したものとを比較例とした。ガス冷却は窒素ガス導入により冷却を行うもので、冷却速度はせいぜい５００℃／ｍｉｎである。
【００１６】
そして、得られた試験片について、Ｘ線回折によりＣｏの結晶構造（Ｉ(Co・hcp)／Ｉ(Co・fcc)），格子定数，衝撃強度，硬度，抗折力の分析・測定を行った。その結果を表２に示す。
【００１７】
【表１】
0004537501.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004537501.tif 000003
【００１９】
表２に示すように、いずれの実施例も硬度・抗折力に関しては比較例と同等であるが、衝撃強度は著しく向上していることがわかる。これは、結合相のＣｏの結晶構造が延性に富むfcc 構造となり、Ｃｏ中に多量にＷが固溶し、その結果格子定数が向上して強化されたためであると思われる。各実施例の冷却速度は、１２５０℃からほぼ常温まで冷却するのにせいぜい１０秒程度であったため、１２０℃／ｓｅｃ程度と推定される。
【００２０】
これに対し、比較例はいずれも衝撃強度が劣っている。すなわち、急冷処理を行わなかった比較例１〜６は全て衝撃強度，格子定数共に低い。また、窒素ガス導入によるガス冷却を行った比較例７，８は５００℃／ｍｉｎ程度の冷却を行ったにもかかわらず、実施例に匹敵する衝撃強度は得られなかった。
【００２１】
なお、急冷する際の冷却媒体を水ではなく油とした場合でも同様の結果が得られた。
【００２２】
（試験例）
表１の組成Ａの粉末を用いてφ２９−Ｌ１３７mmの温熱間鍛造用のパンチを作製した。作製条件は実施例１と同じように、プレス圧力：１ｔ／cm2 ，焼結温度：１３８０℃〜１４００℃，焼結時間：６０分で、ＨＩＰ処理後に急冷処理を施した。比較として急冷処理を行わないパンチも作製した。これらのパンチを切削加工後、ワーク：ＳＣＭ１５，ワーク温度：１１００℃，サイクルタイム：７５ケ／ｍｉｎ，面圧：６５kg/mm2がかかる条件で鍛造工具として使用し、寿命までのショット数の計測と工具表面の観察とを行った。その結果を表３および図１，２に示す。
【００２３】
【表３】
0004537501.tif 000004
【００２４】
本発明超硬合金によるパンチは寿命までのショット数が１４５０００回と格段に多く、工具の表面も図１に示すように熱亀裂の発生が見られない。すなわち、本発明超硬合金の工具は従来工具に比べて２〜１０倍の寿命を有することがわかる。これに対して急冷を行わなかったパンチは３５０００ショットで図２に示すように多数の熱亀裂が生じて使用不能となった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明超硬合金は衝撃強度と硬度とを両立でき、高い衝撃強度が求められる鍛造工具などへの利用が期待される。また、本発明方法は本発明超硬合金を製造するのに最適な方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明超硬合金を用いたパンチの鍛造加工後における打撃面を示す模式図。
【図２】従来の超硬合金を用いたパンチの鍛造加工後における打撃面を示す模式図。
【図１】
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【図２】
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