硬质合金、其制造方法及硬质合金工具技术

一种硬质合金，在ＷＣ晶粒（１）的至少一部分晶粒内，存在由选自Ⅳａ、Ⅴａ、Ⅵａ族元素的至少１种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成的至少１种化合物（３）。化合物（３）是由Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成的化合物，其平均粒径不足０．３μｍ。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于切削工具、钻头等耐冲击工具、轧辊和制罐工具等塑性加工用工具的、硬度和韧性平衡优良的碳化钨(以下记作WC)基硬质合金。历来，由以WC作为主体的晶粒和以Co或Ni等铁族金属作为主体的结合相构成的硬质合金，由于具优良的硬度、韧性、刚性系数，所以用于各种切削工具和耐磨工具。但是近年来，随着硬质合金用途的扩大，对具有更加优良的硬度、韧性的WC硬质合金的需求增高了。针对这种需求，在特开平2 47239号公报、特开平2-138434号公报、特开平2-274827号公报、特开平5-339659号公报中，提出了使WC晶粒的形状成为片状，使其比过去的硬质合金硬度和韧性更加优良的方案。在上述特开平5-339659号公报中，揭示了硬质合金中存在的WC晶粒的15％以上，由最大尺寸为1～10μm，即为最小尺寸2倍以上的片状WC晶粒构成。另外，在特开平7-278719号公报、或特开平8-199285号公报中，叙述了含有最大尺寸相对于最小尺寸的比(以下称作纵横尺寸比。即，指的是由以WC作为主体的晶粒和以铁族金属作为主体的结合相构成的硬质合金在含有片状WC晶粒的场合，在用扫描型电子显微镜观察硬质合金的任意断面时，该任意断面中各个片状WC晶粒的最大尺寸对最小尺寸的比例)为3～20的片状WC晶粒的硬质合金。采用上述方案能够使合金的特性有某种程度的提高，但因为采用特殊的原料粉末和制造方法，所以增大了制造成本。而且片状WC晶粒的生成量也不稳定，结果是合金的特性不稳定。而且，虽然因版状WC晶粒的生成达到了使韧性有某种程度改善，但是一部分过于粗大化的片状WC晶粒的强度与未粗大化的WC晶粒比较则不一定高，这成为使硬质合金自身强度波动变大的重要原因。另外，WC晶粒粗大化时合金呈低硬度，因此，希望开发硬度和韧性更加优良的WC硬质合金。本专利技术就是为了解决上述课题。本专利技术的目的在于，提供一种强度波动小、并且硬度及韧性优良的硬质合金及硬质合金工具。本专利技术的硬质合金，由以WC作为主体的晶粒和以铁族金属作为主体的结合相构成。而且在WC晶粒至少一部分的内部，存在由选自Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族元素的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体、即硬质相本来的主体WC以外的物质所构成的化合物(以下在简单称为“上述化合物”的场合，指的就是本化合物)。本申请的专利技术人为达到上述目的进行了各种研究，成功地制造出了强度波动小、硬度及韧性优良的硬质合金。具体说，本申请的专利技术人得知，通过使上述化合物存在于片状WC晶粒的至少一部分内，会在WC晶粒内产生应变，该应变对WC晶粒的强化有用。另外，在特开平5-850中叙述了将Ti的化合物分散在WC晶粒内，对WC晶粒产生压缩应力的复合硬质陶瓷粒子。但是，用此方法制作的粉末虽然适于作为固相烧结用原料，但在本专利技术的液相烧结中却不能充分发挥效果。这被认为是在液相烧结中因原料溶解再析出使效果减半的缘故。在本专利技术中，不是象特开平5-850场合那样预先制作特殊的原料，而是能够在液相烧结中廉价制作上述那样结构的WC晶粒。而且在特开平5-850中，为使WC晶粒的强化，必须使体积率10％以上70％以下的Ti化合物分散，但在本专利技术中即使是面积率10％以下的化合物分散量，也使WC晶粒的强化成为可能。另外，在晶粒内存在上述化合物的WC晶粒的面积率，优选为总的WC晶粒面积的10％以上，特别优选的是超过30％的场合。上述化合物特别是由Ti、Zr、Hf、W的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成为佳。其中，在为Zr的碳化物、氮化物或碳氮化物时，韧性及强度提高的效果大。这是因为由Ti、Zr、Hf、W的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成的化合物，易于引进到WC晶粒内，使本专利技术的效果易于发挥。而且，Ti、Zr、Hf相对硬质合金全体的含量是10％(重量)以下为佳。更佳的是，上述含量为5％(重量)以下。这是因为Ti、Zr、Hf的含量若过多时，烧结性降低，使硬质合金的强度降低。而且，上述化合物不是必须仅存在于WC晶粒内，也可以同时存在于WC晶粒内和结合相内。另外，上述化合物的粒径(多角形的场合以对角线的最大长度表示，三角形的场合规定为最大边长。WC晶粒的粒径也相同)在未满1μm的场合易于进行WC晶粒的强化，使韧性大幅度提高，特别优选的是上述化合物粒径为0.3μm以下。另外，将上述硬质合金中的由Ⅴa、Ⅵa族元素中选择的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体的重量％设为Wa，将由Ⅳa族元素中选择的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体的重量％设为Wb时，在Wa/Wb的值为0～0.2的场合显示出特别优良的韧性和硬度的平衡。这是由于，与由Ti、Zr、Hf等Ⅳa族元素的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成的化合物易于引进WC晶粒内的情况相反，由Ⅴa、Ⅵa族元素中选择的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成的化合物难于引进到WC晶粒内，而且在烧结时有抑制WC晶粒长大的作用。因此，Wa/Wb的值定在0～0.2的情况下，易于发挥本专利技术的效果，故而作这样的限定。而且，由于前述的理由，由Ⅴa、Ⅵa族元素中选择的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的1种固溶体的含量，相对于结合相的重量定为10％(重量)以下时，由Ⅴa、Ⅵa族元素中选择的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体构成的化合物向WC晶粒内的引进变得易于进行。其次，在硬质合金的断面组织中，粒径1μm以下的WC晶粒的面积率为全部WC晶粒面积的10～40％、粒径超过1μm的WC晶粒的面积率为60～90％的场合，若上述化合物超过1μm的粒径主要存在于WC晶粒内，则可得到具有特别优良的硬度和韧性的硬质合金。其中，之所以将粒径1μm以下的WC晶粒的面积率限定为全部WC晶粒面积的10～40％，是因为比10％更少时硬度降低，，比40％更多时使韧性降低。另外，之所以将粒径超过1μm的WC晶粒的面积率规定为60～90％，是因为比60％更少时韧性降低。而比90％更多时则硬度降低。而且，断面组织上的形状是上述化合物存在于纵横尺寸比2以上的WC晶粒内的场合，显示出特别优良的硬度和韧性。这据认为是以下原因引起的在WC晶粒以片状粗粒化时，通常产生的硬度降低因上述化合物存在于WC晶粒内而使之缓和、因粗粒化造成的韧性提高的效果、WC晶粒的强化变得显著，等等。另外，在上述粒径超过1μm的WC晶粒中，断面组织上的形状是纵横尺寸比2以上的含30％以上时特别使韧性提高。通常，纵横尺寸比变大到2以上时使硬度降低，但是在上述化合物存在于晶粒内的场合，硬度的降低被抑制。因此，能够制造韧性和硬度特别优良的硬质合金。而且，即使是纵横尺寸比为1～2的场合，也可期待上述化合物存在于WC晶粒内的效果。本专利技术的硬质合金的制造方法具备下述的工序。即，将平均粒径0.6～1μm的WC粉末(原料A)，和平均粒径为原料A的2倍以上的WC粉末(原料B)，和由Co、Ni、Cr、Fe、Mo中选择的至少1种金属粉末(原料C)，和由Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族元素中选择的至少1种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体即平均粒径0.01～0.5μm的物质(原料D)各自作为原料粉末使用，优选在1500℃以上的温度下进行烧结。借此能够稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
硬质合金，由以碳化钨（ＷＣ）作为主体的晶粒和以铁族金属作为主体的结合相构成，其特征在于，在碳化钨晶粒的至少一部分的内部，存在由选自Ⅳａ、Ⅴａ、Ⅵａ族元素的至少１种的碳化物、氮化物、碳氮化物或它们的固溶体这样的上述碳化钨以外的物质构成的化合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：森口秀树，池谷明彦，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]