パート2：超硬合金の製造プロセス
第5章 超硬合金の成形・焼結技術
超硬合金は、その優れた硬度（ISO 3738-1:1982 超硬合金ビッカース硬度試験パート 1: 試験方法によると、超硬合金の硬度範囲は通常 HV 1500-2500 であり、具体的な値は WC-Co 比と粒径によって異なります。たとえば、WC 88% および Co 12% の超硬合金の硬度は約 HV 1800-2000 ±30 です）、靭性（破壊靭性 K₁ c は ISO 28079:2009 超硬合金破壊靭性測定に基づいています。WC-Co システムの典型的な値は 8-20 MPa·m ¹ / ² であり、業界データによると、10% Co を含む超硬合金の K₁ c は約 12-15 MPa·m ¹ / ²です）で知られています。 ± 0.5、靭性は亀裂伝播に抵抗する材料の能力を指し、バインダー相Coの塑性寄与に依存します）、圧縮強度（GB / T 3851-2015セメントカーバイド圧縮強度試験方法によると、圧縮強度は通常> 4000 MPa ±100 MPaであり、焼結プロセスとCo含有量に依存します、圧縮強度は圧縮荷重下での変形または破損に抵抗する材料の能力です）、耐摩耗性（摩耗データはASTM G65-04耐摩耗性試験標準を参照、WC-Co材料の摩耗< 0.1 mm ± 0.02 mm、高負荷条件下で優れた性能、耐摩耗性とは、主にWCハード相によって提供される、表面摩耗に抵抗する材料の能力を指します）、航空宇宙（タービンブレードなど）、鉱業（ドリルビットなど）、金型製造（冷間圧造金型など）、深海工学（耐食バルブなど）で広く使用されています。これらの特性は、WC が高い硬度を提供し、結合相としての Co が靭性を高めるという、セメント炭化物のユニークな微細構造によるものです。
超硬合金成形および焼結技術第4章で調製した混合粉末（WC粒子径0.1〜10μm ± 0.01μm 、 「GB / T 19077.1-2008粒度分布レーザー回折法」に準拠、一般的に使用される工業用粒子径は0.5〜2μmです。粒子径は粉末粒子の平均サイズを指し、焼結密度と性能に直接影響します。Co純度> 99.9％±0.01％、「GB / T 4325-2018金属化学分析方法」に準拠。タップ密度4.0〜6.2 g / cm³±0.1 g / cm³、GB / T 5162-2014金属粉末のタップ密度の測定を参照。タップ密度は、振動条件下で自然に積み重ねられた粉末の密度であり、充填性能を反映しています。流動性13〜16秒/ 50 g±0.5 ISO 4490:2018 金属粉末流動性の測定によれば、流動性とは粉末が標準漏斗を通過するのに必要な時間を指し、高性能製品を成形する際の均一性に影響を及ぼします。このプロセスにより、幾何学的精度（寸法偏差 <0.01 mm ±0.002 mm、GB/T 4505-2008 超硬合金のサンプリングおよび試験片準備方法に準拠、幾何学的精度はブランクサイズと設計値の一致度を指します）、微細構造の均一性（WC 粒子の偏差 <5% ±1%、Co 相の分布 >95% ±1%、ASTM B657-16 超硬合金の微細構造分析に準拠、微細構造の均一性とは粒子と相の分布の一貫性を指し、機械的特性の安定性に影響します）、および密度（>99.5% ±0.1%、ISO 3369-2006 超硬合金の密度測定を参照、密度は材料の多孔度の減少度であり、強度と硬度を直接決定します）が保証されます。
本章では、超硬合金のプレス成形、焼結プロセス、焼結メカニズム、後処理技術について、詳細なパラメータ分析（冷間静水圧プレスCIP 100～300MPa±5MPa、「GB/T 1479.1-2011金属粉末の嵩密度の測定」関連プロセスデータ、冷間静水圧プレスは液体媒体を使用して均一な圧力を加える成形方法である。真空焼結1350～1500℃±10℃、「ISO 4489:2009超硬合金焼結プロセスガイド」、真空焼結は低圧環境下で高温によって粉末粒子を結合させる）、メカニズムの説明（液相焼結拡散速度論、「Journal of Materials Science、Vol. 45、2010、pp. 234-245」を参照、オストワルド成長速度論、「Acta Materialia 、Vol. 58、2010、pp. 123-135」では、オストワルド成長とは、溶解-沈殿機構によって大きな粒子が成長し、小さな粒子が消滅して粒度分布に影響を与えるプロセスである）、最適化戦略と実際のケースを紹介し、プロセスが性能に与える影響を体系的に明らかにしています。 超硬合金の成形プロセスは、粒子の再配置と塑性変形によってブランクを形成します（プレスブランクの強度は> 10 MPa ± 1 MPaで、「GB / T 3850-2015超硬合金の理論密度の測定」の関連データから導き出されました。粒子の再配置は、粉末粒子が圧力下で再配置されて隙間を埋めるプロセスであり、塑性変形は、圧力下で粒子が永久的に変形して結合を強化することです）。プレスブランクの強度は、成形後のブランクの初期圧縮強度を指します。焼結プロセスでは、高温高圧を使用して緻密化（密度14.0〜15.0 g / cm³）。± 0.1 g / cm³、ISO 3369-2006を参照）、緻密化は焼結中に気孔を減らし密度を高めるプロセスであり、WC-Co界面の結合を最適化します（結合力> 50 MPa ±5 MPa、界面結合強度テストデータによると、界面結合はWC相とCo相間の化学的および機械的接続の強度です）。後処理技術により、表面品質（粗さ Ra <0.05 μm ±0.01 μm 、GB/T 1031-2009 表面粗さ測定、表面品質とは表面の平坦性と欠陥度合いを指し、粗さは表面の微細粗さの定量的な指標である）および機械的特性（残留応力 <20 MPa ±5 MPa、ASTM E837-13 残留応力測定、残留応力は加工後に材料内部に残る応力であり、疲労寿命に影響を与える）がさらに向上します。
たとえば、セメント炭化物の CIP (250 MPa ±5 MPa) と熱間静水圧プレス (HIP) (1400°C ±10°C、150 MPa ±5 MPa、ISO 13703:2000 熱間静水圧プレス プロセス、熱間静水圧プレスにより高温高圧下でさらに気孔が除去される) プロセスを最適化すると、航空工具の硬度は HV 2300 ±30 に達し、切削寿命は 18 時間 ±1 時間を超えます (参照:「International Journal of Refractory Metals and Hard Materials、Vol. 28、2010、pp. 456-465」)。超硬合金の真空焼結（1450°C ±10°C）と研磨（Ra <0.05 μm ±0.01 μm ）を組み合わせることで、鉱山ドリルの靭性はK ₁ c 18 MPa·m ¹ / ² ±0.5に達し、寿命は> 1500 m ±100 mになります（鉱業の標準データによると、研磨は表面粗さを除去して仕上げを向上させる機械的または化学的方法です）。この章は、 WC硬度（HV 2000-3000 ±50、ISO 3738-1：1982を参照）とCo靭性寄与（K ₁ c 15-20 MPa·m ¹ / ² ±0.5、ISO 28079：2009）の源を通じて第4章と関連しており、第6章の性能試験と応用の基礎を築きます。
5.1 超硬合金プレス
超硬合金プレス加工は、超硬合金の製造における重要な工程です。粉末を高圧（100～300MPa±5MPa、「GB/T 1479.1-2011」関連工程パラメータ参照。プレス加工とは、粉末を機械的圧力で特定の形状に圧縮する工程です。 ± 0.1g /cm³ 、理論密度は約45%～60%です。GB/T 3850-2015参照。理論密度とは、材料の非多孔質状態における密度です。強度＞10MPa±1MPa 、プレス加工されたビレットの機械的性質試験データ参照。強度とは、ビレットが外力による損傷に抵抗する能力を指します。）成形プロセスでは、ビレットの幾何学的精度（寸法偏差 <0.01 mm ±0.002 mm、GB/T 4505-2008）、密度の均一性（偏差 <1% ±0.2%、密度勾配分析によると、密度の均一性とはビレット内部の密度の空間的一貫性を指します）、微細構造の一貫性（多孔度 <40% ±2%、ASTM B657-16を参照、多孔度はビレット内の気孔が総体積に占める割合であり、その後の焼結効果に影響します）を確保し、その後の焼結に信頼できる基礎を提供する必要があります。
超硬合金プレス技術の核心は、粒子の再配置、圧縮および初期結合（粒子の再配置とは、粉末粒子が圧力下で再配置されて隙間が減少するプロセス、圧縮とは、外力を加えて粒子を変形させて隙間を埋めるプロセス、初期結合とは、機械的な連結またはマイクロ結合によって粒子間に初期強度を形成するプロセス）にあり、粒子動力学（ハーゲン・ポアズイユ流動モデルに基づく、粘性抵抗 ~10 ⁻ ³ Pa·s ±10 ⁻⁴ Pa·s 、Journal of the American Ceramic Society、Vol. 92、2009、pp. 678-685）および塑性変形（Co 粒子ひずみ> 10% ± 1%、塑性流動実験データに基づく、塑性変形とは、応力下で材料が不可逆的に変形するプロセスであり、粒子間の接触を強化する）を伴う。このセクションでは、セメントカーバイドの一方向プレス、セメントカーバイドの冷間等方圧プレス（CIP）、および金型設計を詳細に分析し、理論と実践を組み合わせて、プロセスの最適化とエンジニアリングの応用を検討します。
プレス品質は焼結効果に直接影響します。例えば、均一なビレット（密度偏差<0.5% ±0.1%）は、焼結収縮偏差（<0.1% ±0.02%、Materials Science and Engineering A, Vol. 527, 2010, pp. 1234-1241による。焼結収縮とは、焼結中にビレットの体積が減少する現象）を低減し、製品硬度の均一性を向上させます（偏差<±30 HV、ISO 3738-1:1982による）。最適化された金型（摩擦係数<0.1±0.02、潤滑剤研究データ参照、摩擦係数は金型と粉末間の滑り抵抗の定量的指標）は、脱型欠陥（割れ率<0.5%±0.1%、金型故障分析によると、脱型欠陥とは、成形後のビレットの応力解放によって引き起こされる割れまたは変形）を低減し、金型寿命を延ばします（>10⁵倍±10⁴倍、Wear、Vol.267、2009、pp.345-352）。このセクションでは、プレスパラメータ、金型材料、粉末特性を分析することにより、高性能超硬合金（航空工具や鉱山用ドリルビットなど）の製造に技術サポートを提供します。
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