| 【発明の名称】 |
非鉄金属材料の塑性加工用超硬合金 |
| 【発明者】 |
【氏名】日隈 正信
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| 【要約】 |
【課題】非鉄金属材料の塑性加工に適した工具材料を提供する。
【解決手段】非鉄金属材料の塑性加工用工具材料を、炭化クロムおよび／または炭化モリブデンを含有する炭化タングステン−ニッケル系の高耐食性超硬合金とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 炭化タングステンを硬質相成分とし、結合相成分をニッケルとした超硬合金において、これに炭化クロムおよび／または炭化モリブデンを含有させた非鉄金属材料の塑性加工用超硬合金。
【請求項２】 合金中のニッケル含有量が５〜２５質量％、炭化クロムおよび／または炭化モリブデンの含有量がニッケルとの合計量に対して５〜１５質量％であり、かつ炭化クロムと炭化モリブデンの合計含有量がニッケルとの合計量に対して５〜２０質量％である、請求項１に記載の超硬合金。
【請求項３】 ニッケルの３０質量％までをコバルトで置換した、請求項１または請求項２に記載の超硬合金。
【請求項４】 チタンまたはチタン合金の塑性加工用の、請求項１、請求項２または請求項３に記載の超硬合金。
【請求項５】 ジルコニウムまたはジルコニウム合金の塑性加工用の、請求項１、請求項２または請求項３に記載の超硬合金。
【請求項６】 マグネシウムまたはマグネシウム合金の塑性加工用の、請求項１、請求項２または請求項３に記載の超硬合金。
【請求項７】 亜鉛合金の塑性加工用の、請求項１、請求項２または請求項３に記載の超硬合金。
【請求項８】 銅または銅合金の塑性加工用の、請求項１、請求項２または請求項３に記載の超硬合金。
【請求項９】 アルミニウムまたはアルミニウム合金の塑性加工用の、請求項１、請求項２または請求項３に記載の超硬合金。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛合金、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの非鉄金属材料の、圧延、曲げ、ロール成形、絞りなどの塑性加工に適した超硬合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の非鉄金属材料の塑性加工用工具材料としては、炭化タングステン−コバルト（ＷＣ−Ｃｏ）系超硬合金、工具鋼または銅−アルミニウム（Ｃｕ−Ａｌ）系合金などが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の非鉄金属材料の塑性加工用工具材料にあっては、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金や工具鋼などの硬質材料を用いる場合は工具表面に被加工材が凝着しやすく、比較的軟質のＣｕ−Ａｌ系合金などを用いる場合には、被加工材の凝着は生じ難いが工具の摩耗が早く、いずれの場合も再研削までの工具寿命が短いという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決するために、従来の非鉄金属材料の塑性加工において、工具が短寿命である理由を検討した結果、まずＷＣ−Ｃｏ系超硬合金や工具鋼などの硬質材料の場合は、硬質ゆえに耐摩耗性には優れるものの加工液に対する耐食性に問題があり、使用中に工具表面が腐食されて微小な凹凸が生じ、そこに被加工材が凝着するため、被加工材の表面に傷が入るようになり工具寿命となることが分かった。またＣｕ−Ａｌ系合金などの銅合金製工具は、耐食性に優れるので工具表面への被加工材の凝着は生じ難いが、比較的軟質なため摩耗しやすく、被加工材の寸法精度が低下してきて、工具寿命となることが分かった。本発明は、これらの知見に基づき、非鉄金属材料の塑性加工に適した工具材料を提供するものである。
【０００５】従来、金属材料の塑性加工用の超硬合金には、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が用いられてきているが、炭化タングステン−ニッケル（ＷＣ−Ｎｉ）系超硬合金は用いられていない。この理由は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が強さ、硬さなどの機械的性質に優れ、結合相量やＷＣ平均粒度が同一の場合、ＷＣ−Ｎｉ系超硬合金はＷＣ−Ｃｏ系超硬合金に比べて強さや硬さが劣るため、金属材料の塑性加工には適さないと考えられてきたからと思われる。
【０００６】しかし、非鉄金属材料は鉄鋼材料に比べて総じて軟質であり加工しやすいことと、前記のようにＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は加工液に対する耐食性に問題があることから、ＷＣ−Ｎｉ系超硬合金の耐食性を炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）や炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）の添加によって向上させれば、本系合金はＷＣ−Ｃｏ系超硬合金に比べて機械的性質に劣るものの、非鉄金属材料の塑性加工に優れた性能を発揮し得ると想到した。
【０００７】本発明において、合金中Ｎｉ量を５〜２５質量％（以下、単に％と略記）としたのは、５％未満では合金強さが不足するからであり、２５％を超えると硬さが低下して耐摩耗性が劣化するからである。
【０００８】Ｃｒ３Ｃ２やＭｏ２ＣをＷＣ−Ｎｉ系超硬合金に添加すると、これら炭化物がＮｉ中に固溶して合金の耐食性を向上させることはよく知られているが、非鉄金属材料の塑性加工用の加工液には種々あり、超硬合金に対する腐食性は一定ではないので、それぞれの加工液に適した組成の合金とする必要がある。
【０００９】ここで合金中Ｃｒ３Ｃ２および／またはＭｏ２Ｃ量をＮｉとの合計量に対して５〜１５％としたのは、５％未満では耐食性の向上効果が不十分であり、１５％を超えるとＣｒやＭｏを含む粗大炭化物が析出するようになって合金強さが低下するからであり、更にＣｒ３Ｃ２とＭｏ２Ｃとの合計含有量をＮｉとの合計量に対して５〜２０％としたのも同様の理由による。
【００１０】上記のような組成範囲内で、それぞれの加工液に適し、かつ非鉄金属材料の塑性加工に必要十分な程度の機械的性質を有する超硬合金を得ることができる。
【００１１】Ｃｒ３Ｃ２やＭｏ２Ｃは、合金炭素量の調整のためにそれらの一部または全部に金属Ｃｒや金属Ｍｏ粉末を用いて添加してもよいが、その場合は炭化物に換算して含有量を求める。
【００１２】また、結合相成分のＮｉの一部をＣｏで置換すると機械的性質が改善されるが、Ｃｏによる置換量が多くなるほど耐食性が低下するので、３０％を超えて置換することは好ましくない。この場合のＣｒ３Ｃ２やＭｏ２Ｃ含有量はＮｉおよびＣｏとの合計量に対するものとすることは言うまでもない。
【００１３】上記の超硬合金は、非鉄金属材料の中でも、特にチタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛合金、銅、銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の塑性加工用工具に適す。
【００１４】
【実施例】種々粒度のＷＣ粉末、平均粒度約２．５μｍのＮｉ粉末、同約１．５μｍのＣｏ粉末、同約１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同約３．５μｍのＭｏ２Ｃ粉末を用いて、通常の超硬合金製造方法の工程を経て、１３６０〜１４５０℃−１時間の真空焼結、１３５０℃での熱間静水圧プレスにより、表１に示すような組成の本発明合金および比較合金試料を作製した。表中には合金中のＷＣ平均粒度と、Ｃｒ３Ｃ２とＭｏ２Ｃの合計含有量のＮｉとＣｏとの合計量に対する質量％も併示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】これら試料の抗折力、硬さの測定結果、および各種加工液に対する耐食性を相対的に比較評価した結果を表２に示した。表中の加工液Ａはチタンまたはチタン合金、Ｂはジルコニウムまたはジルコニウム合金、Ｃはマグネシウムまたはマグネシウム合金、Ｄは亜鉛合金、Ｅは銅または銅合金、Ｆはアルミニウムまたはアルミニウム合金の塑性加工に用いられる代表的な加工液である（但し、液組成は不詳）。本発明合金は比較合金に比べて、機械的性質と耐食性のバランスがよいことが分かる。
【００１７】
【表２】
【００１８】次に、本発明合金Ｎｏ．４の組成の合金を用いてチタンのチューブフォーミングロールを作製し、ベリリウム入りアルミニウム青銅製のロールと工具寿命を比較した。このときの加工液にはＡを用いた。その結果、後者では約１０トンの加工で摩耗により再研削が必要となったが、前者では約５０トンの加工後でもなお寿命に至っていなかった。
【００１９】また、本発明合金Ｎｏ．２と比較合金Ｎｏ．６の組成の合金を用いて、銅の仕上げ圧延用のロールを作製し、加工液Ｅを用いた場合のロール寿命を比較したところ、後者では約２０トンの圧延で圧延材の表面に傷が入るようになり再研磨が必要になったが、前者では約７０トンの圧延が可能であった。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、非鉄金属材料の塑性加工において顕著な効果を発揮するので、産業上極めて有用である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３８０１６
【氏名又は名称】冨士ダイス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月７日（２０００．４．７） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２９４９６８（Ｐ２００１−２９４９６８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月２６日（２００１．１０．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１４４１３４（Ｐ２０００−１４４１３４） |
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