(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物よりなる硬質相３５〜９５質量％（以下％は質量％）と、
残部が前記硬質相を結合するＦｅ基の結合相とからなる複硼化物系硬質焼結合金であって、
該複硼化物系硬質焼結合金が、０．３〜８％のＭｎ、３〜７．５％のＢ、２１．３〜７９．９％のＭｏ、残部が２％以上のＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項２】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．１〜３０％のＷで置換してなることを特徴とする、請求項１に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項３】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．１〜１０％のＮｂで置換してなることを特徴とする、請求項１に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項４】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．２〜４０％のＷ及びＮｂで置換してなることを特徴とする、請求項１に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項５】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＦｅ含有量の一部を、Ｎｉおよび／またはＣｒで置換してなり、Ｎｉおよび／またはＣｒの含有量はいずれか一方または両者の合計で、０．５〜３５％であることを特徴とする、請求項１に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項６】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＦｅ含有量の一部を、０．１〜５％のＣｕ、０．０５〜１．０％のＣ、０．０３〜５％のＳｉ、０．０３〜３％のＡｌのいずれか一種または二種以上で置換してなることを特徴とする、請求項１に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項７】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＮｂ含有量の一部または全部を、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの中から選ばれた一種または二種以上で置換することを特徴とする、請求項３または４に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項８】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＣｒ含有量の一部または全部を、Ｖで置換してなることを特徴とする、請求項５に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項９】
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＮｉ含有量の一部または全部を、Ｃｏで置換してなることを特徴とする、請求項５に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の複硼化物系硬質焼結合金を用いてなる樹脂加工機械用スクリュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を硬質相とＦｅ基の結合相からなる複硼化物系硬質焼結合金に関する。特に、極めて優れた耐摩耗性を発揮するばかりでなく、各種薬品、溶融金属、溶融樹脂に対する耐食性にも優れ、さらに高強度および高破壊靭性をも有する硬質焼結合金、及び、その合金を用いた樹脂加工機械用スクリューに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速および高負荷の条件下で使用される、樹脂加工機械用スクリューなどの耐摩耗性材料としては、ＷＣ基超硬合金やＴｉ（ＣＮ）系サーメットの高強度硬質材料が用いられている。しかしながら、これらの材料は異種材料に対して、非常に優れた耐摩耗性を発揮するものの、逆に相手材料を激しく摩耗させる欠点を有している。また、これらの材料は腐食雰囲気や高温域など、非常に厳しい環境下での使用に耐えられるだけの十分な耐食性を有していないために、使用用途が限定されている。近年これらに代わる材料として、硼化物が有する高硬度、高融点、電気伝導性などの優れた特性に着目し、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の金属複硼化物を利用した硬質焼結合金が提案されている。
【０００３】
これらの合金のうち、Ｍｏ２ＦｅＢ２型複硼化物系硬質合金（特公昭６０−５７４９９）は、合金中の組成の調整により、結合相となるＦｅ基合金をマルテンサイト、フェライト、オーステナイトに制御することにより、優れた耐食性と耐熱性を兼備させた高強度硬質材料である。この硬質合金は、異種材料との摩擦摩耗において、自身の摩耗はもとより相手材を摩耗させ難い特徴を有している。また、一般的には焼き付きを生じる同種材同士の摩耗において、非常に優れた耐摩耗特性を発揮する。
【０００４】
さらに、この硬質合金は、容易に鋼材との強固な複合（接合）体が作製可能であり、機械部材の必要箇所のみにこの合金を装着することにより、耐摩耗部材の大幅なコスト低減を達成することができる。しかしながら、この硬質合金の強度や耐摩耗性は、主として複硼化物よりなる硬質相粒子の組織中の分散状態および量に依存する。このため、硬質相の量を増加させた場合、合金硬度の増加に伴って耐摩耗性は向上するものの、硬質相粒子の分散性が悪化（隣接粒子の接触）するため、強度および破壊靭性が低下する傾向を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のＭｏ２ＦｅＢ２型複硼化物系硬質合金の特性、特に高硬度でかつ、優れた強度および破壊靭性を有する合金の開発を目的としたものであり、極めて優れた耐摩耗性に加えて、十分な強度、靭性を合わせ持った、複硼化物系硬質焼結合金を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のように構成される。
（１）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物よりなる硬質相３５〜９５質量％（以下％は質量％）と、
残部が前記硬質相を結合するＦｅ基の結合相とからなる複硼化物系硬質焼結合金であって、
該複硼化物系硬質焼結合金が、０．３〜８％のＭｎ、３〜７．５％のＢ、２１．３〜７９．９％のＭｏ、残部が２％以上のＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする。
（２）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、請求項１において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．１〜３０％のＷで置換してなることを特徴とする。
（３）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、請求項１において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．１〜１０％のＮｂで置換してなることを特徴とする。
（４）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、請求項１において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．２〜４０％のＷ及びＮｂで置換してなることを特徴とする。
（５）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、請求項１において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＦｅ含有量の一部を、Ｎｉおよび／またはＣｒで置換してなり、Ｎｉおよび／またはＣｒの含有量はいずれか一方または両者の合計で、０．５〜３５％であることを特徴とする。
（６）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、請求項１において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＦｅ含有量の一部を、０．１〜５％のＣｕ、０．０５〜１．０％のＣ、０．０３〜５％のＳｉ、０．０３〜３％のＡｌのいずれか一種または二種以上で置換してなることを特徴とする。
（７）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、前記（３）または（４）において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＮｂ含有量の一部または全部を、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの中から選ばれた一種または二種以上で置換することを特徴とする。
（８）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、前記（５）において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＣｒ含有量の一部または全部を、Ｖで置換してなることを特徴とする。
（９）本発明の複硼化物系硬質焼結合金は、前記（５）において、
前記複硼化物系硬質焼結合金に含有されるＮｉ含有量の一部または全部を、Ｃｏで置換してなることを特徴とする。
（１０）本発明の樹脂加工機械用スクリューは、前記（１）〜（５）のいずれかの複硼化物系硬質焼結合金を用いてなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物（該複硼化物のＭｏの一部をＷ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆで置換した形態、Ｆｅの一部をＮｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏで置換した形態を含めて、Ｍｏ２ＦｅＢ２型複硼化物と総称する）を主体とする硬質相と、この硬質相を結合するＦｅ基の結合相からなる硬質焼結合金において、Ｍｎを含有する特に耐摩耗性に優れた硬質焼結合金を提供するものであり、Ｂ含有量とＭｏ含有量を一定範囲内に限定することにより、微細な複硼化物とＦｅ基の結合相の主として２相から成る高強度、高靭性、および高耐摩耗性を有する硬質焼結合金が得られる。また、硬質合金中にＷを添加することにより、耐摩耗性、耐食性および機械的特性が向上する。また、Ｎｉおよび／またはＣｒを添加させて、Ｆｅ基結合相をマルテンサイト、フェライト、オーステナイトに任意に変化させることにより、耐摩耗性、耐食性、耐熱性、および機械的特性がさらに向上する。さらに、Ｃｏの添加により耐酸化性、耐熱性、耐食性および高温特性が改善され、Ｃｕの添加で耐食性が改善される。さらに、Ｃの添加で機械的特性が改善され、Ｓｉ，Ａｌの添加で耐摩耗性、耐食性、および高温特性が改善される。さらにまた、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの添加により耐摩耗性、耐食性、および機械的特性がさらに改善される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。本発明者らは、高強度かつ高靭性を維持したままで、合金を高硬度化することにより、極めて優れた耐摩耗性を有するＭｏ２ＦｅＢ２型複硼化物系硬質合金を得ることを目的として種々検討した結果、硬質合金にＭｎを含有させることにより、破壊靭性を減じることなく、合金の強度および耐摩耗性を改善向上させることが可能となることを見いだした。これは、Ｍｎの添加によって複硼化物の粒成長が著しく抑制され、非常に微細な複硼化物が均一に分散した組織が得られる。この組織の微細化に起因して、合金の強度が大幅に向上する。また、複硼化物の微細化により、結合相の平均自由行程が減少するため、耐食性、耐熱性（高温特性を含む）および耐摩耗性も改善される。
さらに、Ｍｎを添加した合金においては、高強度を示す焼結温度範囲が拡大されるだけでなく、型崩れの少ない良好な形状の焼結体が得られ、ニヤネット化が達成されて生産性が著しく向上する。このように、優れた耐摩耗性と高い機械的特性を兼ね備えたＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物系硬質合金を得るためには、０．１〜８％のＭｎを含有させることが望ましい。Ｍｎ含有量が０．１％未満では、特性改善効果があまり認められず、８％を超えて添加すると逆に複硼化物の粒成長および金属間化合物が形成することに加えて、緻密な焼結体を得るために必要な液相の形成量が減少することにより、合金の強度および耐摩耗性が低下するようになる。よってＭｎ含有量は０．１〜８％とすることが望ましい。
【０００９】
硬質相は、主として本発明の硬質合金の硬度、すなわち耐摩耗性に寄与する。硬質相を構成するＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物の量が３５％未満の場合は、硬質合金の硬さは、ロックウエルＡスケールで７５以下となり、耐摩耗性が低下する。一方、複硼化物の量が９５％を超えると複硼化物の分散性が悪くなり、強度の低下が著しくなる。よって本発明の硬質合金中の複硼化物の含有量は、３５〜９５％にすることが望ましい。
【００１０】
Ｂは本発明の硬質合金中の硬質相となる複硼化物を形成するために必要不可欠な元素であり、硬質合金中に３〜７．５％含有させることが望ましい。Ｂ含有量が３％未満みら場合は複硼化物の形成量が少なく、組織中の硬質相の量が３５％を下回るため、耐摩耗性が低下する。一方、７．５％を超えると、硬質相の量が９５％を越え、強度の低下をもたらす。よって、本発明の硬質合金中のＢ含有量は、３〜７．５％にすることが望ましい。
【００１１】
ＭｏはＢと同様に、硬質相となる複硼化物を形成するために必要不可欠な元素である。また、Ｍｏの一部は結合相に固溶して、合金の機械的特性および耐摩耗性を向上させる他に、溶融金属（Ｚｎ、Ａｌ等）や弗酸などの還元性雰囲気に対する耐食性を著しく向上させる。種々実験の結果、Ｍｏ含有量が２１．３％未満の場合は、耐摩耗性および耐食性が低下することに加え、Ｆｅ２Ｂ等の Ｆｅ硼化物が形成するため、強度が低下する。一方、Ｍｏ含有量が７９．９％を超えると、Ｍ６ＣやＭ２３Ｃ６（Ｍは金属を表す）などの炭化物およびＦｅ―Ｍｏ間の金属間化合物の形成量が増加するために強度の低下を招く。したがって、合金の耐食性、耐摩耗性および強度を維持するために、Ｍｏ含有量は、２１．３〜７９．９％にすることが望ましい。
【００１２】
Ｆｅは、ＢおよびＭｏと同様に、複硼化物を形成するために必要不可欠な元素である。非常に優れた物性を有するＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を主体とした硬質相を形成させるためには、少なくとも２％のＦｅが複硼化物中に含有している必要がある。また、Ｆｅ含有量が２％未満の場合、焼結時に十分な液相が出現しないために緻密な焼結体が得られず、強度の低下が著しくなる。したがって、合金組成の上記の添加成分以外の残部は２％以上のＦｅとすることが望ましい。なお、Ｆｅ以外の添加成分の合計量が９８％を超え、２％以上のＦｅ含有量を確保できない場合には、各成分の許容される重量％の範囲内において、その量を減じて、残部に２％以上のＦｅ含有量を確保することは、いうまでもない。
【００１３】
Ｗは、複硼化物中のＭｏと優先的に置換固溶し、合金の耐摩耗性と溶融金属に対する耐食性を向上させる。さらに、複硼化物の粒成長を抑制する効果を示し、強度の向上をもたらす。しかしながら、Ｗの含有量が０．１％未満では効果が認められない。一方、３０％を超えて添加しても、含有量ほどの特性の向上が認められないだけでなく、比重の増大により、製品重量が増加する。したがって、Ｗ含有量は、０．１〜３０％にすることが望ましい。
【００１４】
ＮｉおよびＣｒは、いずれも本発明の硬質合金の耐食性および耐酸化性を向上させる効果を示す。また、ＮｉとＣｒを組合わせて使用（複合含有）することで、結合相をマルテンサイト、フェライト、オーステナイトおよびこれらの混相組織に任意に制御することにより、機械的特性および耐摩耗性を低減することなく、用途に応じた耐食性、耐熱性および非磁性化の付与が可能である。ＮｉおよびＣｒの含有量は、単体含有あるいは複合含有した場合のいずれも含有加量が０．５％未満では効果が認められず、３５％を超えて添加すると、耐食性および耐熱性は非常に優れるものの、強度の低下を生じる。よって、ＮｉおよびＣｒの含有量は、単体含有あるいは複合含有した場合の合計量で、０．５〜３５％にすることが望ましい。
【００１５】
Ｎｂは、本発明の硬質合金に添加した場合、複硼化物中に固溶するとともに、一部は他の硬質粒子（硼化物、酸化物、炭化物および窒化物）を形成し、硬度の上昇をもたらすばかりでなく、液相焼結時の複硼化物の粒成長を抑制し、強度を向上させる効果を示す。Ｎｂの含有量が０．２％未満では効果が認められず、１０％を超えて添加しても、含有量ほどの特性向上が認められないばかりでなく、コストの上昇を招く。さらに、一部で形成する他の硬質粒子の量が増加するため強度低下を生じる。したがって、Ｎｂの含有量は、０．２〜１０％にすることが望ましい。
さらに、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆを本発明の硬質合金に含有させた場合、Ｎｂと同様な効果を示す。さらに、ＺｒおよびＴｉは、特に溶融金属に対する耐食性の向上、Ｔａは硝酸等の酸化性雰囲気に対する耐食性の向上、Ｈｆは高温特性の向上をもたらす。しかしながら、全般にこれらの元素は高価であるため、使用するとコストの上昇を招くが、これらの元素は、二種以上を複合含有させても単独含有と同様な効果を発揮することが可能である。よって、これらの元素の含有量はＮｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの一種または二種以上の合計で、０．２〜１０％とすることが望ましい。
【００１６】
Ｃｕは、主としてＦｅ基の結合相中に固溶し、本発明の硬質合金の熱伝導性と耐食性を向上させる。含有量が０．１％未満では効果が認められず、５％を超えると硬度および強度が低下する。よって本発明の硬質合金にＣｕを含有させる場合の含有量は、０．１〜５％にすることが望ましい。
【００１７】
Ｃは、粉末表面の酸化物を還元する役割を有しており、本発明の硬質合金の焼結性を向上させる。また一部は結合相中に固溶して硬度の向上をもたらす。含有量が０．０５％未満では効果が少なく、１％を超えると炭化物の形成を促進し、強度が低下する傾向を示す。したがって、Ｃの含有量は、０．０５〜１％にすることが望ましい。
【００１８】
Ｓｉは、本発明の硬質合金の焼結性を向上させ、より緻密化する。また一部は合金中の酸素と反応して微細な酸化物を形成し、溶融金属に対する耐食性、高温強度および耐摩耗性を向上させる効果を示す。含有量が０．０３％未満では効果が認められず、５％を超えるとＦｅ−Ｓｉ、Ｍｏ−Ｓｉ等の金属間化合物が形成し、強度が低下する。よってＳｉの含有量は、０．０３〜５％にすることが望ましい。
【００１９】
Ａｌは、ＢおよびＯと反応し、微細な硼化物および酸化物を形成させ、溶融金属に対する耐食性、高温特性および耐摩耗性を向上させる効果を有する。含有量が０．０３％未満では効果が少なく、３％を超えると形成した硼化物および酸化物の粗大化が起こり、強度が低下する。したがって、Ａｌの含有量は、０．０３〜３％にすることが望ましい。
【００２０】
Ｖは、本発明の硬質合金の複硼化物と結合相の両相に固溶し、硬度および強度を向上させる。本発明の硬質合金において、機械的強度と耐摩耗性を必要とし耐食性、特に耐酸化性を必要としない用途に適用する場合は、Ｖの単独含有でよいが、通常は耐食性も必要とされる場合が多いので、Ｃｒと組み合わせて使用することが望ましい。したがって、本発明の硬質合金にＶを含有させる場合は、Ｖの単独含有で、あるいはＣｒとの複合含有の合計で、０．５〜３５％とすることが望ましい。
【００２１】
Ｃｏは、Ｎｉと同様に本発明の硬質合金の耐熱性を向上さ、また、溶融Ｍｇに対する耐食性を向上させる。しかしながらＣｏは高価であるため、多量に使用するとコストの上昇を招く。したがって、ＣｏはＮｉと複合させる形で使用することが望ましい。よってＣｏの含有量は、０．５〜３５％とすることが望ましい。
【００２２】
本発明の硬質合金は、製造する過程（原料粉末、粉砕行程、焼結行程）において、不可避的不純物として、Ｍｇ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等が混入する。しかしながら、これら不純物元素の総量が本発明の硬質焼結合金の目的、効果を損なわない程度に極く少量含まれても差し支えなく、不純物元素の合計量が１％以下であることが望ましい。
【００２３】
本発明の硬質焼結合金は、複硼化物の形成ならびに硬質焼結合金の目的および効果を得るために必要不可欠なＦｅ，ＭｏおよびＭｎの三元素の単体金属粉末、もしくはこれらの元素の内の二種以上からなる合金粉末と、Ｂの単体粉末、またはＦｅ，Ｍｏ、およびＭｎの元素の内の一種または二種以上の元素とＢからなる合金粉末を、振動ボールミルなどにより有機溶媒中で湿式混合粉砕した後、乾燥、造粒、成形を行い、その後真空、還元ガス、あるいは不活性ガス中などの非酸化性雰囲気中で液相焼結を行うことにより製造される。なお、Ｆｅ，ＭｏおよびＭｎの必須の三元素以外の元素を焼結合金の目的に応じて適宜選択して添加する、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの添加に際しても、上記の必須の三元素と同様な粉末形態を取ることは言うまでもない。本発明の硬質合金の硬質相となる複硼化物は上記原料粉末の焼結中の反応により形成されるが、あらかじめＭｏ，Ｆｅの硼化物、またはＢ単体粉末とＭｏ，Ｆｅの金属粉末を炉中で反応させることにより、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を製造し、さらに結合相組成のＦｅとＭｏの金属粉末と所定量のＭｎ金属粉末を添加しても差し支えない。
なお、上記複硼化物のＭｏの一部と、Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆのいずれか一種または二種以上と、Ｆｅの一部とＮｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏの一種または二種以上で置換した複硼化物を製造し、結合相の組成になるようにＦｅなどの金属粉末を配合した粉末に、所定量のＭｎを添加しても差し支えないことも言うまでもない。本発明の硬質合金の湿式混合粉砕は、振動ボールミルなどを用いて有機溶媒中で行うが、焼結中の複硼化物の形成反応を迅速、かつ十分に行わせるために、振動ボールミルで粉砕した後の粉末の平均粒径は、０．２〜５μｍであることが好ましい。なお、０．２μｍ未満まで粉砕しても、微細化による効果の向上が少ないだけでなく、粉砕に長時間を要する。また、５μｍを超える場合は複硼化物の形成反応が迅速、かつ均一に進行せず、硬質相の粒径が大きくなったり、分散性の悪い組織となるために強度が低下する。本硬質合金の液相焼結は合金組成により異なるが、一般的には１４２３〜１６７３Ｋの温度範囲において、５〜９０分間行われる。１４２３Ｋ未満では焼結による緻密化が十分に進行しない。一方、１６７３Ｋを越えると過剰の液相を生じ、焼結体の形崩れが著しい。したがって、最終焼結温度は１４２３〜１６７３Ｋとする。好ましくは１４４８〜１６４８Ｋである。昇温速度は一般的には０．５〜６０Ｋ／分であることが好ましい。０．５Ｋ／分より小さいと所定の加熱温度に到達するまでに長時間を要する。一方、６０Ｋ／分より大きすぎると焼結炉の温度コントロールが著しく困難になる。したがって、昇温速度は０．５〜６０Ｋ／分、より好ましくは１〜３０Ｋ／分である。なお本発明の硬質焼結合金は、普通焼結法だけでなく、ホットプレス法、熱間静水圧プレス法、通電焼結法など、他の焼結方法によっても製造可能である。
【００２４】
（実施例）
以下、実施例および比較例を示し、表１〜表３２により、本発明を具体的に説明する。
【００２５】
原料粉末として、表１に示す化合物粉末および表２に示す純金属粉末を用い、これらの粉末を表３〜表１５に示す組成になるように、表１６〜表２８に示す配合比で配合した後、振動ボールミルによりアセトン中で３０時間、湿式混合粉砕を行った。ボールミル後の粉末は乾燥・造粒を行い、得られた微粉末を所定の形状にプレス成形後、１４２３〜１６7３Ｋの温度で３０分間真空雰囲気（真空度：≦１０ー2  Torr）の下で焼結を行った。昇温速度は１０℃／分とした。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
【表４】
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【００３０】
【表５】
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【００３１】
【表６】
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【００３２】
【表７】
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【００３３】
【表８】
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【００３４】
【表９】
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【００３５】
【表１０】
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【００３６】
【表１１】
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【００３７】
【表１２】
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【００３８】
【表１３】
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【００３９】
【表１４】
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【００４０】
【表１５】
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【００４１】
【表１６】
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【００４２】
【表１７】
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【００４３】
【表１８】
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【００４４】
【表１９】
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【００４５】
【表２０】
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【００４６】
【表２１】
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【００４７】
【表２２】
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【００４８】
【表２３】
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【００４９】
【表２４】
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【００５０】
【表２５】
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【００５１】
【表２６】
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【００５２】
実施例に示す組成の本発明の硬質焼結合金、および比較例の硬質焼結合金の焼結後の試片において、組織中の硬質相（複硼化物）の重量％、機械的特性として抗折力、硬度、およびＳＥＰＢ法による破壊靱性値の測定結果を表２９〜４１に示す。なお、組織中の硬質相の量は画像解析装置を用いて定量分析した。硬度及び抗折力は、ＪＩＳ  Ｈ  ５５０１に基づいた抗折力（３点曲げ試験）及びロックウエルＡスケールによる硬さ測定の条件で行った。破壊靱性は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０７に準じたＳＥＰＢ法を用いて破壊靱性を評価した。
【００５３】
【表２７】
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【００５４】
【表２８】
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【００５５】
【表２９】
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【００５６】
【表３０】
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【００５７】
【表３１】
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【００５８】
【表３２】
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【００５９】
【表３３】
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【００６０】
【表３４】
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【００６１】
【表３５】
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【００６２】
【表３６】
0004149623.tif 000037
【００６３】
【表３７】
0004149623.tif 000038
【００６４】
【表３８】
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【００６５】
表２７〜表３８より、実施例２〜７１は、比較例１〜３８と比較して、いずれも優れた機械的特性、特に高硬度でも優れた抗折力および破壊靱性を示すことがわかる。実施例２〜１０は、本発明の硬質焼結合金を作製するために必要不可欠な、Ｂ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｆｅの４元素を、種々組み合わせた合金である。なかでも実施例２は、ＢおよびＭｏ含有量がそれぞれ下限であるため、硬度はやや低い値を示すが、切削加工が可能である利点を有しているほか、非常に高い破壊靱性を有しており、耐衝撃性に優れた合金である。また、実施例６、８は、Ｂ含有量が上限の組成であり、特に実施例８は、Ｍｏ含有量も上限であるため、非常に高い硬度を有し、最高の耐摩耗性を示す合金である。
【００６６】
実施例１１〜４８は、５．５％Ｂ−５０％Ｍｏ−４．５％Ｍｎ−残部Ｆｅ（％：重量％）を基本組成とし、Ｍｏと置換する形でＷおよびＮｂを、Ｆｅと置換する形でＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌを、単独および複合含有させた合金である。ＷおよびＮｂは実施例１１〜１３および１４〜１６に示すように、合金の強度、特に硬度が上昇し、耐摩耗性が向上する。ＮｉおよびＣｒ含有合金は、実施例２０〜２５に示すように、機械的特性、特に抗折力が向上する。また、Ｃｕ含有合金は実施例２９〜３１に示すように破壊靱性が向上し、Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ含有合金は、実施例３２〜３９に示すように硬度が上昇し、合金の耐摩耗性が向上する。また実施例１７〜１９，実施例２６〜２８，実施例４０〜４８などに示すように、これらの元素を複合含有させても、各元素が含有した効果は損なわれることはない。なお、実施例に示す常温における機械特性以外に、Ｎｉ，Ｃｒ、およびＣｕを含有させた合金は、各種薬品に対する耐食性の向上効果が認められ、Ｗ，Ｎｂ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌを含有させた合金は、高温特性および溶融金属に対する耐食性の向上効果が認められた。
【００６７】
実施例４９〜５５は、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの中から選ばれた一種または二種以上を請求範囲内で含有させた合金である。いずれの元素とも、合金の硬度を上昇させる効果を示す。また機械的特性以外に、Ｔａは硝酸水溶液に対する耐食性の向上、ＴｉおよびＺｒは溶融アルミニウムに対する耐食性の向上、Ｈｆは高温における抗折力の向上効果がそれぞれ認められた。
【００６８】
実施例５６〜６３は、Ｖを含有させた合金であり、合金の硬度が上昇し、耐摩耗性が向上する。また、ＣｒおよびＮｉと複合含有させることにより、合金の硬度および抗折力が向上する他、高温域での機械的特性の向上効果が認められた。
【００６９】
実施例６４〜７１は、Ｃｏを含有させた合金であり、合金の機械的特性が向上する他、耐酸化性、耐熱衝撃性および溶融Ｍｇに対する耐食性の向上効果が認められた。
【００７０】
これらに対して比較例１は、Ｂ含有量の下限未満の合金であり、硬度が ７３.６ＨＲＡと低く、耐摩耗性が不良である。また、金属結合相の量が多いために焼結体の型崩れが生じ、ニアネットで焼結することが困難である。比較例２は、Ｂ含有量の上限を超えた合金であり、合金の硬度は高いものの、金属結合相の量が少ないために焼結体にポアが残存し、抗折力および破壊靱性とも低い値を示す。
【００７１】
比較例３および４は、Ｍｏ含有量の範囲をはずれた組成の合金であり、比較例３のＭｏ含有量が少ない場合はＦｅ−Ｂ間の硼化物が、比較例４のＭｏ含有量が多い場合はＦｅ−Ｍｏ間の金属間化合物およびＭｏＣ型の炭化物が多量に析出するために、抗折力および破壊靱性値が低下する。
【００７２】
比較例５および６は、Ｍｎ含有量の範囲をはずれた組成の合金であり、比較例５のＭｎ含有量が少ない場合は、硬度および抗折力の向上が認められない。また、比較例６のＭｎ含有量が多い場合は、複硼化物の粗大化およびＦｅ−Ｍｎ間の金属間化合物の生成により、機械的特性が低下する。
【００７３】
比較例７〜１８は、Ｗ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｃｒの含有量が請求範囲外である合金である。比較例７、９、１３、１５のように、各元素の含有量が請求範囲の下限未満である場合は、Ｗ，ＮｂおよびＣｒに期待する硬度および抗折力の向上、Ｎｉに期待する破壊靱性の向上の効果が認められない。また、比較例１１および１７に示すように、元素を二種類複合含有させても請求範囲の下限未満では、機械的特性の向上効果は認められない。比較例８、１０、１４、１６のように、各元素の含有量が請求範囲の上限を超える場合は、Ｎｉは硬度が低下し、Ｗ、ＮｂおよびＣｒは含有量を増加させても特性の向上効果が認められないのみならず、Ｗは合金の比重が大きくなるなどの問題が生じる。
【００７４】
比較例１９〜２６は、Ｃｕ、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌの含有量が請求範囲外である合金である。比較例１９、２１、２３、２５のように、各元素の含有量が請求範囲の下限未満である場合は、機械的特性及び耐食性の向上の効果が認められない。比較例２０、２２、２４、２６のように、各元素の含有量が請求範囲の上限を超える場合は、金属間化合物および炭化物の形成量の増加に伴い、合金が脆化し、強度低下をもたらす。
【００７５】
比較例２７〜３２は、Ｖの含有量が請求範囲外である合金である。比較例２７、２９、３１のように、Ｖの含有量が請求範囲の下限未満である場合は、硬度および抗折力の向上効果は認められない。比較例２８、３０、３２のように、Ｖの含有量が請求範囲の上限を超える場合は、抗折力の低下が認められるようになる。
【００７６】
比較例３３〜３８は、Ｃｏの含有量が請求範囲外である合金である。比較例３３、３５、３７のように、Ｃｏの含有量が請求範囲の下限未満である場合は、抗折力の向上効果は認められない。比較例３４、３６、３８のように、Ｃｏの含有量が請求範囲の上限を超える場合は、含有量を増加させても特性の向上効果が認められないのみならず、原料粉末コストが増加するなどの問題が生じる。
【００７７】
上記の実施例９、１５、２７、５０、６１、６９の合金組成となるように、原料粉末を秤量し配合し、鉄製の振動ボールミル中で２８時間湿式粉砕、混合した。次に、内面をスクリュー形状に成形したシリコンゴム製の型の軸芯に芯金を挿入し、シリコンゴム型と芯金の間に上記の粉砕混合した原料粉を充填した。次いでシリコンゴム型を芯金と充填した粉末とともに密封し、静水圧プレスで圧粉して圧粉成形体を得た。圧粉成形に用いた芯金を取り外し、あらためてJIS SNCM 439鋼の焼結用芯金を挿入した後、真空焼結炉中で１５２３Ｋで２０分間均熱し、圧粉成形体を焼結するとともに焼結用芯金に焼結接合させた。次いで焼結体の外面を研削加工し、スクリューとした。
【００７８】
上記のようにして得られたスクリューを樹脂押出装置に装着し、ガラス繊維を含む樹脂の溶融押出加工に供したところ、いずれの合金組成のスクリューも従来のJIS SKD 11鋼製のスクリューに比べて優れた耐摩耗性を示した。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＭｏ２ＦｅＢ２型複硼化物とＦｅ基結合相よりなる高強度および高耐摩耗性を有する複硼素化物系硬質焼結合金は、優れた耐食性および機械的特性、特に高硬度で非常に高い耐摩耗性を有した合金であり、切削工具、刃物、鍛造型や熱間および温間工具、ロ−ル材、高腐食環境下の射出成形機用部品、Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｇなどの溶融金属のダイカストマシン用部材、メカニカルシ−ルなどのポンプ部品など、広い用途に使用可能な高強度耐摩耗材料として利用可能であり、本発明の複硼素化物系硬質焼結合金を用いて製作した樹脂加工機械用スクリューは、ガラス繊維など、工具を摩耗させる粒子を含む樹脂の溶融押出加工において、極めて優れた耐摩耗性を示す。