パート2：超硬合金の製造プロセス
第4章 原料の選択と粉末調製
タングステンセメントカーバイドは、硬質相として炭化タングステン（WC）を、結合相としてコバルト（Co）またはニッケル（Ni）を用いて粉末冶金法で製造されます。その特性（硬度HV 1500～2500±30、靭性K₁c 820 MPa·m ¹ / ² ± 0.5、圧縮強度>4000 MPa±100 MPa）は、原材料の品質と粉末製造プロセスに直接依存します。原材料の選択と粉末製造はセメントカーバイド製造の基本であり、微細構造（WC粒子径0.110μm±0.01μm、Co分布均一性>95%±1%）と最終性能（熱伝導率80～120 W/m·K±5 W/ m· K 、耐食性pH 212）を決定します。
この章では、プロセスパラメータ、科学的原理、影響要因、最適化戦略、エンジニアリングアプリケーションを網羅し、タングステンカーバイド粉末の合成、結合相と添加剤の選択、粉末前処理技術、粉末特性評価方法を詳細に分析します。
粉末調製においては、WC粒子径（0.110μm±0.01μm）、純度（遊離炭素<0.1%±0.01%）、結合相特性（Co/Ni純度>99.8%±0.01%）、粉末流動性（1316秒/50g±0.5秒）を精密に制御することで、焼結密度（>99%±0.1%）と性能の安定性（硬度偏差<±30 HV）を確保する必要があります。例えば、サブミクロンWC粉末（<0.5μm±0.01μm）は、工具の硬度をHV 2300±30まで高め、航空機切削寿命を15時間±1時間に延長することができます。高純度Co粉末（> 99.9％±0.01％）はドリルビットの靭性を高め（K ₁ c > 18 MPa·m ¹ / ² ± 0.5）、採掘寿命は1200 m±100 mを超えます。
第3章の性能は、WC硬度（HV 2000 – 3000±50）の起源とCo靭性（ K ₁c 1520 MPa·m¹ / ² ± 0.5）の寄与を通じて、その後の成形と焼結（第5章）の理論的およびプロセス的基礎を提供した。
4.0 超硬合金の種類と原材料および補助材料の概要
超硬合金は、炭化タングステン（WC）を硬質相とし、コバルト（Co）またはニッケル（Ni）を結合相とする高性能複合材料です。切削工具、金型、耐摩耗部品などの分野で広く使用されています。用途や性能特性の違いにより、超硬合金は一般型（YGシリーズ）、耐熱・耐摩耗型（YTシリーズ）、高靭性・耐衝撃型（YWシリーズ）、ニッケル基超硬合金（YNシリーズ）、高エントロピー合金型、積層造形用特殊型などに分けられます。原料と補助材料の種類と配合比率は、超硬合金の種類と製造プロセスによって異なります。一般的には、主原料、補助原料、補助材料の3つに分けられます。これらの材料の選択と使用は、製品の品質とプロセスの一貫性を確保するために、関連規格に厳密に従う必要があります。
4.0.0 主な超硬合金の種類
次の表には、さまざまな適用シナリオとプロセス要件を反映して、主なセメント炭化物の種類とその特性、プロセス要件、適用分野、および準拠する標準が詳細に示されています。
| タイプ | 主な成分と特徴 | プロセス要件 | 応用分野 | 標準要件 |
| YGシリーズ | WCとCoを主成分とし、カーボンブラックを添加、高硬度、高靭性 | 不純物の混入を防ぐため、焼結雰囲気と温度を厳密に制御する | 切削工具（旋削工具、フライスカッターなど） | GB/T 5314-2011のサンプリング要件に準拠し、GB/T 26048-2010の焼結プロセスに従います。 |
| YTシリーズ | TiCを添加すると、成形性、耐高温性、耐摩耗性を向上させるためにパラフィン潤滑が必要になります。 | 不純物を避けるために焼結雰囲気と温度を制御する | 高速切断（鋼材加工など） | GB/T 5314-2011のサンプリング要件に準拠し、GB/T 26048-2010の焼結プロセスに従います。 |
| YWシリーズ | TaCおよび/またはNbCを含み、アルゴン保護が必要であり、靭性と高温性能の両方を備えています。 | アルゴン雰囲気の純度を確保し、温度を正確に制御します | 大型金型（スタンピング金型など） | GB/T 5314-2011のサンプリング要件に準拠し、GB/T 26048-2010の焼結プロセスに従います。 |
| YNシリーズ | CoをNiに置き換え、 TiNを添加することで優れた耐食性を実現 | 酸化を防ぐために焼結雰囲気と温度を制御する | 耐腐食環境（化学装置など） | GB/T 5314-2011のサンプリング要件に準拠し、GB/T 26048-2010の焼結プロセスに従います。 |
| 高エントロピー合金 | 複数の元素の組み合わせ（Cr、V、Mo、W、Taなど）は、均一性を確保するために正確な混合とHIPプロセスが必要です。 | 正確な比率、HIP焼結には制御された高圧（50～100 MPa）が必要 | 極端な環境（高温、高圧条件など） | GB/T 5314-2011のサンプリング要件に準拠し、GB/T 26048-2010の焼結プロセスに従います。 |
| 積層造形 | ガスアトマイズ法で製造された球状粉末で、性能向上のため表面処理剤が添加されている。 | ガスアトマイゼーションプロセス、雰囲気と温度の厳格な管理 | 積層造形部品（例：航空宇宙部品） | GB/T 5314-2011のサンプリング要件に準拠し、GB/T 26048-2010の焼結プロセスに従います。 |
| 説明する | すべてのタイプは、バッチの一貫性を確保するために GB/T 5314-2011 のサンプリング標準に従う必要があり、焼結プロセスは GB/T 26048-2010 に従って実行され、不純物の混入を避けるために雰囲気と温度の正確な制御が重視されます。 | |||
4.0.1 超硬合金の主原料
主原料は超硬合金の中核となる成分であり、その機械的特性と耐用年数に直接影響を及ぼします。以下は主原料の概要です。
タングステンカーバイド（WC、タングステンカーバイド）：
機能: 硬質相として、非常に高い硬度 (> 2000 HV) と耐摩耗性を提供し、総組成の70% ～ 94% ( wt %) を占めます。
:純度≥99.8%、粒径0.2-5μm (細粒0.2-0.5μm 、粗粒> 2μm ) 。
適用範囲：全超硬合金種。
コバルト粉末（Co、コバルト粉末）：
機能：伝統的な結合相として、靭性と曲げ強度を向上させます。含有量は通常6%～25% （重量%）です。
仕様：純度≥99.9％、粒子サイズ1〜5μm 。
適用範囲: YG、YT、YW シリーズおよび高エントロピー合金。
ニッケル粉末
機能: 耐腐食性結合相としてのコバルトの代替として、耐酸化性を高めます。含有量は 5% ～ 20% (重量%)。
仕様：純度≥99.9％、粒子サイズ1〜5μm 。
適用範囲：YNシリーズおよび積層造形タイプ。
その他の炭化物:
炭化物（ TiC ）
耐高温性と耐クレーター摩耗性を向上させます。含有量は5%〜20% （重量％）、純度は99.5%以上、粒子サイズは0.5〜2μmで、 YTおよびYNシリーズに適しています。
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