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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023175721
(43)【公開日】2023-12-12
(54)【発明の名称】超高圧発生装置用金型
(51)【国際特許分類】
C22C 29/08 20060101AFI20231205BHJP
C04B 35/56 20060101ALI20231205BHJP
C22C 1/051 20230101ALN20231205BHJP
【ＦＩ】
C22C29/08
C04B35/56 260
C22C1/051 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023140801
(22)【出願日】2023-08-31
(62)【分割の表示】P 2022540560の分割
【原出願日】2022-01-17
(71)【出願人】
【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山中 俊佑
(72)【発明者】
【氏名】山本 英司
(72)【発明者】
【氏名】広瀬 和弘
(57)【要約】 （修正有）
【課題】超高圧下での使用においても長い寿命を有する超高圧発生装置用金型を提供する。
【解決手段】超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面２を有し、前記トランケーション面２の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
【選択図】図１
【解決手段】超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面２を有し、前記トランケーション面２の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、
前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
前記トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型。
前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
前記トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型。
【請求項2】
前記超硬合金のコバルト含有率は、３．０質量％以上８．０質量％以下である、請求項１に記載の超高圧発生装置用金型。
【請求項3】
前記炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の超高圧発生装置用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超高圧発生装置用金型に関する。
【背景技術】
【0002】
超高圧発生装置用金型には、機械特性に優れる炭化タングステン－コバルト（ＷＣ－Ｃｏ）超硬合金が用いられている（例えば、特許文献１～２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００１－１８１７７７号公報
【特許文献2】特開２００８－３８２４２号公報
【発明の概要】
【0004】
本開示は、超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、
前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
前記トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
前記トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
［本開示が解決しようとする課題］
超高圧発生装置用金型には、超高圧発生装置の使用時に最大約２０ＧＰａの非常に高い圧力が加わる。このような超高圧下では、超高圧発生装置用金型の破損が生じやすく、超高圧発生装置用金型の寿命が低下する傾向がある。よって、超高圧下での使用においても、長い寿命を有する超高圧発生装置用金型が求められている。
超高圧発生装置用金型には、超高圧発生装置の使用時に最大約２０ＧＰａの非常に高い圧力が加わる。このような超高圧下では、超高圧発生装置用金型の破損が生じやすく、超高圧発生装置用金型の寿命が低下する傾向がある。よって、超高圧下での使用においても、長い寿命を有する超高圧発生装置用金型が求められている。
【0007】
［本開示の効果］
本開示の超高圧発生装置用金型は、超高圧下での使用においても、長い寿命を有することができる。
本開示の超高圧発生装置用金型は、超高圧下での使用においても、長い寿命を有することができる。
【0008】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示は、超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、
前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
前記トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示は、超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、
前記超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
前記超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
前記超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
前記超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
前記トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
【0009】
本開示の超高圧発生装置用金型は、超高圧下での使用においても、長い寿命を有することができる。
【0010】
（２）前記超硬合金のコバルト含有率は、３．０質量％以上８．０質量％以下が好ましい。これによると、超高圧発生装置用金型の寿命が更に長くなる。
【0011】
（３）前記炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましい。これによると、超高圧発生装置用金型の寿命が更に長くなる。
【0012】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の超高圧発生装置用金型の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本開示の超高圧発生装置用金型の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
【0013】
本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
【0014】
本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。たとえば「ＷＣ」と記載されている場合、ＷＣを構成する原子数の比はＷ：Ｃ＝１：１に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「ＷＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
【0015】
［実施形態１：超高圧発生装置用金型］
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、
該超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
該超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
該超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
該超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
該トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、超硬合金からなる超高圧発生装置用金型であって、
該超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備え、
該超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上であり、
該超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上であり、
該超高圧発生装置用金型はトランケーション面を有し、
該トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である、超高圧発生装置用金型である。
【0016】
＜超高圧発生装置用金型＞
本実施形態の超高圧発生装置用金型としては、例えば、マルチアンビル型高圧発生装置装置に用いられるアンビル、及び、ベルト型高圧装置に用いられるアンビルが挙げられる。
本実施形態の超高圧発生装置用金型としては、例えば、マルチアンビル型高圧発生装置装置に用いられるアンビル、及び、ベルト型高圧装置に用いられるアンビルが挙げられる。
【0017】
【0018】
図１は、８個の立方体アンビルを用いる高圧発生装置に用いられるアンビルの一例を示す模式図である。図１のアンビル１は立方体の頂点の１つが削り落された形状を有し、削り落とされた面は、正三角形のトランケーション面２を形成している。
【0019】
【0020】
ベルト型高圧発生装置は、試料体をシリンダの中に配置し、対向したアンビルで加圧する構造を有する。該アンビルの一例を図３に示す。図３に示されるように、該アンビル１は円錐台形である。該円錐台の上面がトランケーション面２に該当する。
【0021】
本明細書において、トランケーション面とは、金型の面のうち、被加工物に対して圧力を付与する面を意味する。本実施形態の超高圧発生装置用金型の形状及びトランケーション面の形状は、図１～図３に示される形状に限定されず、従来公知のいずれの形状でもよい。
【0022】
＜超硬合金＞
本実施形態の超高圧発生装置用金型を形成する超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備える。
本実施形態の超高圧発生装置用金型を形成する超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子からなる第１相と、コバルトを含む第２相と、を備える。
【0023】
≪第１相≫
本実施形態において、超硬合金の第１相は、複数の炭化タングステン粒子（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）からなる。本実施形態において、第１相は硬質相に相当する。第１相の炭化タングステン粒子は、炭化タングステン以外にも、本開示の効果を示す限りにおいて、ＷＣ粒子の製造過程で混入する不可避不純物元素及び微量の不純物元素等を含むことができる。上記の不可避不純物元素及び不純物元素（以下、不可避不純物元素及び不純物元素をまとめて「第１不純物元素」とも記す。）としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）及びクロム（Ｃｒ）が挙げられる。第１相の第１不純物元素の含有率（不純物元素が２種類以上の場合は、合計含有率）は、０．１質量％未満であることが好ましい。第１相の第１不純物元素の含有率は、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分析（測定装置：島津製作所製「ＩＣＰＳ－８１００」（商標））により測定される。
本実施形態において、超硬合金の第１相は、複数の炭化タングステン粒子（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）からなる。本実施形態において、第１相は硬質相に相当する。第１相の炭化タングステン粒子は、炭化タングステン以外にも、本開示の効果を示す限りにおいて、ＷＣ粒子の製造過程で混入する不可避不純物元素及び微量の不純物元素等を含むことができる。上記の不可避不純物元素及び不純物元素（以下、不可避不純物元素及び不純物元素をまとめて「第１不純物元素」とも記す。）としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）及びクロム（Ｃｒ）が挙げられる。第１相の第１不純物元素の含有率（不純物元素が２種類以上の場合は、合計含有率）は、０．１質量％未満であることが好ましい。第１相の第１不純物元素の含有率は、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分析（測定装置：島津製作所製「ＩＣＰＳ－８１００」（商標））により測定される。
【0024】
第１相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、第１相の第１不純物元素の含有率は０．１質量％未満であることが好ましい。第１相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、第１相の炭化タングステンの含有率は９９．９質量％超であり、第１相の第１不純物元素の含有率は０．１質量％未満であることが好ましい。第１相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、第１相の炭化タングステンの含有率は９９．９質量％超１００質量％以下であり、第１相の第１不純物元素の含有率は０質量％以上０．１質量％未満であることが好ましい。
【0025】
≪炭化タングステン粒子の平均粒径≫
本実施形態において、炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましい。これによると、超硬合金の硬度が向上し、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。本明細書において、炭化タングステン粒子の平均粒径とは、超硬合金の断面で観察される炭化タングステン粒子の円相当径の個数基準の算術平均径を意味する。
本実施形態において、炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましい。これによると、超硬合金の硬度が向上し、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。本明細書において、炭化タングステン粒子の平均粒径とは、超硬合金の断面で観察される炭化タングステン粒子の円相当径の個数基準の算術平均径を意味する。
【0026】
炭化タングステン粒子の平均粒径の下限は、製造上の実現可能性の観点から、０．０５μｍ以上が好ましく、０．１０μｍ以上がより好ましい。炭化タングステン粒子の平均粒径の上限は、ビッカース硬度向上の観点から、０．５０μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下がより好ましく、０．３μｍ以下が更に好ましい。炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上０．４０μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下が好ましく、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましく、０．１０μｍ以上０．４０μｍ以下が好ましく、０．１１０μｍ以上０．３０μｍ以下が好ましい。
【0027】
上記ＷＣ粒子の平均粒径は、下記の手順で測定される。アルゴンのイオンビーム等を用いて超硬合金をＣＰ（Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）加工することにより、平滑な断面を有する試料を得る。上記断面に対し、電界放出型走査電子顕微鏡（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＦＥ－ＳＥＭ、商品名：「ＪＳＭ－７８００Ｆ」、日本電子株式会社製）を用いて撮像することにより、上記断面の反射電子像（ＳＥＭ－ＢＳＥ像）を得る。撮像条件は、撮影倍率５０００倍、加速電圧５ｋＶ、ワークディスタンス１０．０ｍｍとする。
【0028】
上記反射電子像中に１ｍｍ２（１ｍｍ×１ｍｍの矩形）の測定視野を任意に設定する。画像解析ソフト（ＩｍａｇｅＪ ｖｅｒ．１．５１ｊ８（ｈｔｔｐｓ：／／ｉｍａｇｅｊ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｉｊ／））で該測定視野中の各ＷＣ粒子の外縁を特定し、各ＷＣ粒子の円相当径を算出する。測定視野中の全てのＷＣ粒子の円相当径の個数基準の算術平均径を、該測定視野におけるＷＣ粒子の平均粒径とする。上記の測定を異なる５箇所の測定視野で行う。該５箇所の測定視野におけるＷＣ粒子の平均粒径の平均値を算出する。該平均値が、本実施形態におけるＷＣ粒子の平均粒径に該当する。
【0029】
出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、これらの測定を、測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
【0030】
≪第２相≫
本実施形態において、超硬合金の第２相はコバルト（Ｃｏ）を含む。本実施形態において、第２相は結合相に相当する。第２相はコバルトの他、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、不可避不純物元素などを含むことができる。該不可避不純物元素（以下、「第２不純物元素」とも記す。）としては、たとえば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、モリブデン（Ｍｏ）、硫黄（Ｓ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。第２相のコバルト含有率は、９９質量％超１００質量％以下が好ましい。第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は、０質量％以上１質量％未満であることが好ましい。第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分析（測定装置：島津製作所製「ＩＣＰＳ－８１００」（商標））により測定される。
本実施形態において、超硬合金の第２相はコバルト（Ｃｏ）を含む。本実施形態において、第２相は結合相に相当する。第２相はコバルトの他、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、不可避不純物元素などを含むことができる。該不可避不純物元素（以下、「第２不純物元素」とも記す。）としては、たとえば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、モリブデン（Ｍｏ）、硫黄（Ｓ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。第２相のコバルト含有率は、９９質量％超１００質量％以下が好ましい。第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は、０質量％以上１質量％未満であることが好ましい。第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分析（測定装置：島津製作所製「ＩＣＰＳ－８１００」（商標））により測定される。
【0031】
第２相は、コバルトと、クロム、バナジウム及び第２不純物元素からなる群より選ばれる少なくともいずれかと、からなり、第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は１質量％未満であることが好ましい。第２相は、コバルトと、クロム、バナジウム及び第２不純物元素からなる群より選ばれる少なくともいずれかと、からなり、第２相のコバルト含有率は９９質量％超であり、第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は１質量％未満であることが好ましい。第２相は、コバルトを含み、第２相のコバルト含有率は９９質量％超１００質量％以下であり、第２相のクロム、バナジウム及び第２不純物元素の合計含有率は０質量％以上１質量％未満であることが好ましい。
【0032】
≪第３相≫
本実施形態において、超硬合金は、本開示の効果を示す限り、第１相及び第２相に加えて、その他の相（本明細書において「第３相」とも記す。）を含んでいてもよい。第３相を構成する成分としては、例えば、超硬合金の製造工程において、粒成長抑制剤として添加されるＣｒ３Ｃ２やＶＣに由来するクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、炭素（Ｃ）の濃化相が挙げられる。
本実施形態において、超硬合金は、本開示の効果を示す限り、第１相及び第２相に加えて、その他の相（本明細書において「第３相」とも記す。）を含んでいてもよい。第３相を構成する成分としては、例えば、超硬合金の製造工程において、粒成長抑制剤として添加されるＣｒ３Ｃ２やＶＣに由来するクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、炭素（Ｃ）の濃化相が挙げられる。
【0033】
≪超硬合金の組成≫
本実施形態において、超硬合金の第１相の含有率は、８０．０体積％以上９８．０体積％以下であることが好ましい。これによると、超硬合金は高い硬度及び高い抗折強度を有することができる。超硬合金の第１相の含有率の下限は、超硬合金の硬度向上の観点から、８１．０体積％以上が好ましく、８２．０体積％以上がより好ましく、８３．０体積％以上が更に好ましい。超硬合金の第１相の含有率の上限は、超硬合金の抗折強度向上の観点から、９７．０体積％以下が好ましく、９６．０体積％以下がより好ましく、９５．０体積％以下が更に好ましい。超硬合金の第１相の含有率は、８１．０体積％以上９７．０体積％以下が好ましく、８２．０体積％以上９６．０体積％以下がより好ましく、８３．０体積％以上９５．０体積％以下が更に好ましい。
本実施形態において、超硬合金の第１相の含有率は、８０．０体積％以上９８．０体積％以下であることが好ましい。これによると、超硬合金は高い硬度及び高い抗折強度を有することができる。超硬合金の第１相の含有率の下限は、超硬合金の硬度向上の観点から、８１．０体積％以上が好ましく、８２．０体積％以上がより好ましく、８３．０体積％以上が更に好ましい。超硬合金の第１相の含有率の上限は、超硬合金の抗折強度向上の観点から、９７．０体積％以下が好ましく、９６．０体積％以下がより好ましく、９５．０体積％以下が更に好ましい。超硬合金の第１相の含有率は、８１．０体積％以上９７．０体積％以下が好ましく、８２．０体積％以上９６．０体積％以下がより好ましく、８３．０体積％以上９５．０体積％以下が更に好ましい。
【0034】
本実施形態において、超硬合金の第２相の含有率は、２．０体積％以上２０．０体積％以下であることが好ましい。これによると、超硬合金は高い硬度及び高い抗折強度を有することができる。超硬合金の第２相の含有率の下限は、超硬合金の抗折強度向上の観点から、３．０体積％以上が好ましく、４．０体積％以上がより好ましく、５．０体積％以上が更に好ましい。超硬合金の第２相の含有率の上限は、超硬合金の硬度向上の観点から、１９．０体積％以下が好ましく、１８．０体積％以下がより好ましく、１７．０体積％以下が更に好ましい。超硬合金の第２相の含有率は、３．０体積％以上１９．０体積％以下が好ましく、４．０体積％以上１８．０体積％以下がより好ましく、５．０体積％以上１７．０体積％以下が更に好ましい。
【0035】
本実施形態において、超硬合金は第１相及び第２相を含み、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％以下であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％以下であることが好ましく、第１相の含有率は８１．０体積％以上９７．０体積％以下であり、第２相の含有率は３．０体積％以上１９．０体積％以下であることがより好ましく、第１相の含有率は８２．０体積％以上９６．０体積％以下であり、第２相の含有率は４．０体積％以上１８．０体積％以下であることが更に好ましい。
【0036】
本実施形態において、超硬合金は第１相と第２相とからなり、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％以下であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％以下であることが好ましく、第１相の含有率は８１．０体積％以上９７．０体積％以下であり、第２相の含有率は３．０体積％以上１９．０体積％以下であることがより好ましく、第１相の含有率は８２．０体積％以上９６．０体積％以下であり、第２相の含有率は４．０体積％以上１８．０体積％以下であることが更に好ましい。
【0037】
本実施形態において、超硬合金は第１相と第２相と不可避不純物とからなり、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％以下であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％以下であることが好ましく、第１相の含有率は８１．０体積％以上９７．０体積％以下であり、第２相の含有率は３．０体積％以上１９．０体積％以下であることがより好ましく、第１相の含有率は８２．０体積％以上９６．０体積％以下であり、第２相の含有率は４．０体積％以上１８．０体積％以下であることが更に好ましい。
【0038】
本実施形態において、超硬合金の第３相の含有率は、第３相を起点とする破壊の発生を抑制し、超硬合金の抗折力を向上する観点から、０体積％以上０．５体積％以下が好ましく、０体積％以上０．３体積％以下がより好ましく、０体積％が最も好ましい。すなわち、超硬合金は第３相を含まず、第１相及び第２相からなることが好ましい。
【0039】
本実施形態において、超硬合金は第１相、第２相及び第３相を含み、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．５体積％以下であることが好ましく、第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．３体積％以下であることがより好ましく、第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．１体積％以下であることが更に好ましい。
【0040】
本実施形態において、超硬合金は第１相、第２相及び第３相からなり超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．５体積％以下であることが好ましく、第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．３体積％以下であることがより好ましく、第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．１体積％以下であることが更に好ましい。
【0041】
本実施形態において、超硬合金は第１相、第２相、第３相及び不可避不純物からなり、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．５体積％以下であることが好ましく、第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．３体積％以下であることがより好ましく、第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．１体積％以下であることが更に好ましい。
【0042】
本明細書において、超硬合金の第１相の含有率、第２相の含有率及び第３相の含有率の測定方法は以下の通りである。
【0043】
アルゴンのイオンビーム等を用いて超硬合金をＣＰ（Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）加工することにより、平滑な断面を有する試料を得る。上記断面に対し、電界放出型走査電子顕微鏡（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＦＥ－ＳＥＭ、商品名：「ＪＳＭ－７８００Ｆ」、日本電子株式会社製）を用いて撮像することにより、上記断面の反射電子像（ＳＥＭ－ＢＳＥ像）を得る。撮像条件は、撮影倍率１００００倍、加速電圧５ｋＶ、ワークディスタンス１０．０ｍｍとする。該反射電子像において、第１相は薄い灰色で示され、第２相は濃い灰色で示される。該反射電子像において、第３相は、第２相とほぼ同色であるため区別がつかない。よって、超硬合金が第３相を含む場合は、第２相及び第３相は、いずれも濃い灰色で示される。
【0044】
上記反射電子像中に１０１μｍ２（１１．８８μｍ×８．５μｍの矩形）の測定視野を設定する。
【0045】
次に、画像解析ソフト（ＩｍａｇｅＪ ｖｅｒ．１．５１ｊ８（ｈｔｔｐｓ：／／ｉｍａｇｅｊ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｉｊ／））を用いて２値化処理を行う。２値化処理は、画像解析ソフトの初期設定の状態で、以下（ａ）～（ｄ）の手順で行う。
（ａ）Ｅｄｉｔ→Ｉｎｖｅｒｔ
（ｂ）上記（ａ）の後に、Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｂｉｎａｒｙ→ＭａｋｅＢｉｎａｒｙ
（ｃ）上記（ｂ）の後に、Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｎｏｉｓｅ→Ｄｅｓｐｅｃｋｌｅ。（ｃ）を３回繰り返す。
（ｄ）上記（ｃ）の後に、Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｂｉｎａｒｙ→Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ
（ａ）Ｅｄｉｔ→Ｉｎｖｅｒｔ
（ｂ）上記（ａ）の後に、Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｂｉｎａｒｙ→ＭａｋｅＢｉｎａｒｙ
（ｃ）上記（ｂ）の後に、Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｎｏｉｓｅ→Ｄｅｓｐｅｃｋｌｅ。（ｃ）を３回繰り返す。
（ｄ）上記（ｃ）の後に、Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｂｉｎａｒｙ→Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ
【0046】
二値化処理後の画像において、第１相は薄い灰色で示され、第２相は濃い灰色で示される。超硬合金が第３相を含む場合は、第３相は第２相と同様に濃い灰色で示される。薄い灰色領域が炭化タングステン粒子を含む第１相であり、濃い灰色領域がコバルトを含む第２相又は、第２相及び第３相であることは、ＳＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）により確認することができる。
【0047】
二値化処理後の画像に対して、上記画像解析ソフトを用いて、上記測定視野中の全ての第１相（薄い灰色領域）の面積の和（総面積）を算出する。測定視野中の第１相の総面積の百分率を算出し、測定視野中の第１相の面積比率を得る。
【0048】
上記反射電子像中に、重複する部分のないように５箇所の測定視野を任意に設定し、各測定視野において、第１相の面積比率を測定する。５箇所の測定視野における第１相の面積比率の平均値を算出する。該平均値が、本実施形態における超硬合金の第１相の含有率（体積％）に該当する。
【0049】
二値化処理後の画像に対して、上記画像解析ソフトを用いて、上記測定視野中の全ての第２相（濃い灰色領域）の面積の和（総面積）を算出する。測定視野中の第２相の総面積の百分率を算出し、測定視野中の第２相の面積比率を得る。
【0050】
上記反射電子像中に、重複する部分のないように５箇所の測定視野を任意に設定し、各測定視野において、第２相の面積比率を測定する。５箇所の測定視野における第２相の面積比率の平均値を算出する。該平均値が、本実施形態における超硬合金の第２相の含有率（体積％）に該当する。
【0051】
超硬合金が第３相を含む場合は、以下の手順で第２相及び第３相の含有率を測定及び計算する。
【0052】
上記二値化処理後の画像に対して、上記画像解析ソフトを用いて、上記測定視野中の全ての第２相及び第３相（濃い灰色領域）の面積の和（総面積）を算出する。測定視野中の第２相及び第３相の総面積の百分率を算出し、測定視野中の第２相及び第３相の合計の面積比率を得る。
【0053】
上記反射電子像中に、重複する部分のないように５箇所の測定視野を任意に設定し、各測定視野において、第２相及び第３相の面積比率を測定する。５箇所の測定視野における第２相及び第３相の面積比率の平均値を算出する。該平均値が、本実施形態における超硬合金の第２相及び第３相の合計含有率（体積％）に該当する。
【0054】
超硬合金の第３相の含有率（体積％）は、第３相を構成する原子の第２相を構成するコバルトへの固溶量を測定し、該原子の析出量を計算することにより得られる。例えば、コバルトへの固溶量は、クロム（Ｃｒ）は５％、バナジウム（Ｖ）は０．２％である。上記の計算においては、第２相中のコバルトの含有率は１００質量％と見做す。第３相を構成する原子のコバルトへの固溶量は以下の方法で測定する。超硬合金を粉砕して、超硬合金粉末（以下、「測定用試料」と記す）を得る。該測定用試料０．２ｇを、３５％塩酸と水とを１：１の体積比で混合した溶液２０ｍｌに溶解（２２０℃×１ｈ）して、溶液を得る。該溶液をろ過した後、ＩＣＰでＣｒおよびＶの濃度を分析する。該Ｃｒの濃度が、Ｃｒのコバルトへの固溶量に相当する。該Ｖの濃度が、Ｖのコバルトへの固溶量に相当する。
【0055】
上記第２相及び第３相の合計含有率（体積％）から、上記第３相の含有率（体積％）を減ずることにより、超硬合金の第２相の含有率（体積％）が得られる。
【0056】
出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、これらの測定を、測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
【0057】
≪コバルト含有率≫
本実施形態において、超硬合金のコバルト含有率は、３．０質量％以上８．０質量％以下が好ましい。これによると、超硬合金は優れた靱性を有することができる。超硬合金のコバルト含有率の下限は、靱性向上の観点から、３．０質量％以上が好ましく、４．０質量％以上がより好ましく、５．０質量％以上が更に好ましい。超硬合金のコバルト含有率の上限は、耐摩耗性向上の観点から、８．０質量％以下が好ましく、７．５質量％以下がより好ましく、７．０質量％以下が更に好ましい。超硬合金のコバルト含有率は、靱性向上及び耐摩耗性向上の観点から、３．０質量％以上８．０質量％以下が好ましく、４．０質量％以上７．５質量％以下がより好ましく、５．０量％以上７．０質量％以下が更に好ましい。
本実施形態において、超硬合金のコバルト含有率は、３．０質量％以上８．０質量％以下が好ましい。これによると、超硬合金は優れた靱性を有することができる。超硬合金のコバルト含有率の下限は、靱性向上の観点から、３．０質量％以上が好ましく、４．０質量％以上がより好ましく、５．０質量％以上が更に好ましい。超硬合金のコバルト含有率の上限は、耐摩耗性向上の観点から、８．０質量％以下が好ましく、７．５質量％以下がより好ましく、７．０質量％以下が更に好ましい。超硬合金のコバルト含有率は、靱性向上及び耐摩耗性向上の観点から、３．０質量％以上８．０質量％以下が好ましく、４．０質量％以上７．５質量％以下がより好ましく、５．０量％以上７．０質量％以下が更に好ましい。
【0058】
上記超硬合金のコバルト含有率はＴＡＳ ００５４：２０１７ 超硬質合金のコバルト電位差滴定定量法にて分析することで求められる。
【0059】
≪ビッカース硬度≫
本実施形態において、超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上である。これによると、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。ビッカース硬度の下限は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２０００Ｈｖ以上であり、２０５０Ｈｖ以上がより好ましく、２１００Ｈｖ以上が更に好ましい。ビッカース硬度の上限は、特に制限されないが、製造上の観点から、３０００Ｈｖ以下とすることができる。超硬合金のビッカース硬度は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２０００Ｈｖ以上３０００Ｈｖ以下が好ましく、２０５０Ｈｖ以上３０００Ｈｖ以下が好ましく、２１００Ｈｖ以上３０００Ｈｖ以下が更に好ましい。
本実施形態において、超硬合金のビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上である。これによると、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。ビッカース硬度の下限は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２０００Ｈｖ以上であり、２０５０Ｈｖ以上がより好ましく、２１００Ｈｖ以上が更に好ましい。ビッカース硬度の上限は、特に制限されないが、製造上の観点から、３０００Ｈｖ以下とすることができる。超硬合金のビッカース硬度は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２０００Ｈｖ以上３０００Ｈｖ以下が好ましく、２０５０Ｈｖ以上３０００Ｈｖ以下が好ましく、２１００Ｈｖ以上３０００Ｈｖ以下が更に好ましい。
【0060】
上記ビッカース硬度の測定方法は以下の通りである。アルゴンのイオンビーム等を用いて超硬合金からなる超高圧発生装置用金型をＣＰ（Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）加工することにより、超高圧発生装置用金型を略２分割して、超硬合金からなる平滑な断面を露出させる。該断面の中央部を測定箇所とする。該断面の中央部とは、断面の重心からの距離が５ｍｍ以内の領域を意味する。該測定箇所のビッカース硬度をＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９ ビッカース硬さ試験－試験方法に準拠して測定する。測定条件は、室温（２３℃±５℃）にて、試験荷重２９４．２Ｎ（３０ｋｇｆ、Ｈｖ３０）、保持時間２０秒である。
【0061】
≪抗折強度≫
本実施形態において、超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上である。これによると、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。抗折強度の下限は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２．３ＧＰａ以上であり、２．７ＧＰａ以上がより好ましく、３．０ＧＰａ上が更に好ましい。抗折強度の上限は、特に限定されないが、製造上の観点から、６．０ＧＰａ以下とすることができる。超硬合金の抗折強度は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２．３ＧＰａ以上６．０ＧＰａ以下が好ましく、２．７ＧＰａ以上６．０ＧＰａ以下がより好ましく、３．０ＧＰａ以上６．０ＧＰａ以下が更に好ましい。
本実施形態において、超硬合金の抗折強度は、２．３ＧＰａ以上である。これによると、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。抗折強度の下限は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２．３ＧＰａ以上であり、２．７ＧＰａ以上がより好ましく、３．０ＧＰａ上が更に好ましい。抗折強度の上限は、特に限定されないが、製造上の観点から、６．０ＧＰａ以下とすることができる。超硬合金の抗折強度は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、２．３ＧＰａ以上６．０ＧＰａ以下が好ましく、２．７ＧＰａ以上６．０ＧＰａ以下がより好ましく、３．０ＧＰａ以上６．０ＧＰａ以下が更に好ましい。
【0062】
上記抗折強度は、ＣＩＳ０２６Ｂ－２００７ 超硬質合金の曲げ強さ（抗折力）試験方法に準拠して測定される。試験片サイズは４ｍｍ×８ｍｍ×２５ｍｍ、荷重点・支点サイズはＲ２．０ｍｍ、支点スパンは２０ｍｍである。
【0063】
≪トランケーション面の圧縮残留応力≫
図１～図３に示されるように、超高圧発生装置用金型１はトランケーション面２を有し、該トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である。これによると、トランケーション面が高強度化し、亀裂発生が抑制されるため、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。圧縮残留応力の下限は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、１．５０ＧＰａ以上であり、１．８０ＧＰａ以上がより好ましく、２．００ＧＰａ以上が更に好ましい。圧縮残留応力の上限は、特に限定されないが、製造上の観点から、３．００ＧＰａ以下とすることができる。超高圧発生装置用金型のトランケーション面の圧縮残留応力は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、１．５０ＧＰａ以上３．００ＧＰａ以下が好ましく、１．８０ＧＰａ以上３．００ＧＰａ以下がより好ましく、２．００ＧＰａ以上３．００ＧＰａ以下が更に好ましい。
図１～図３に示されるように、超高圧発生装置用金型１はトランケーション面２を有し、該トランケーション面の圧縮残留応力は、１．５０ＧＰａ以上である。これによると、トランケーション面が高強度化し、亀裂発生が抑制されるため、超高圧発生装置用金型の寿命が向上する。圧縮残留応力の下限は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、１．５０ＧＰａ以上であり、１．８０ＧＰａ以上がより好ましく、２．００ＧＰａ以上が更に好ましい。圧縮残留応力の上限は、特に限定されないが、製造上の観点から、３．００ＧＰａ以下とすることができる。超高圧発生装置用金型のトランケーション面の圧縮残留応力は、超高圧発生装置用金型の寿命向上の観点から、１．５０ＧＰａ以上３．００ＧＰａ以下が好ましく、１．８０ＧＰａ以上３．００ＧＰａ以下がより好ましく、２．００ＧＰａ以上３．００ＧＰａ以下が更に好ましい。
【0064】
上記超高圧発生装置用金型のトランケーション面の圧縮残留応力は、ｃｏｓα法を用いて測定される。ｃｏｓα法では、超高圧発生装置用金型のトランケーション面に対してＸ線を照射し、回折現象を利用して結晶格子の歪を測定することにより、トランケーション面の圧縮残留応力を測定する。測定装置としては、パルステック工業株式会社製の「ポータブル型Ｘ線残留応力測定装置 μ－Ｘ３６０ｓ」を用いることができる。測定条件は、以下の通りである。
Ｘ線管ターゲット：Ｖ
使用ピーク：ＷＣ（１１１）
上記測定装置内のパラメータはヤング率５３４．４ＧＰａ、ポアソン比０．２２０である。
Ｘ線管ターゲット：Ｖ
使用ピーク：ＷＣ（１１１）
上記測定装置内のパラメータはヤング率５３４．４ＧＰａ、ポアソン比０．２２０である。
【0065】
［実施形態２：超高圧発生装置用金型の製造方法］
本実施形態の超高圧発生装置用金型は、例えば、下記の方法で製造することができる。なお、本実施形態の超高圧発生装置用金型は、下記以外の方法で製造されてもよい。
本実施形態の超高圧発生装置用金型は、例えば、下記の方法で製造することができる。なお、本実施形態の超高圧発生装置用金型は、下記以外の方法で製造されてもよい。
【0066】
本実施形態の超高圧発生装置用金型は、原料粉末の準備工程、混合工程、成形工程、焼結工程、冷却工程、圧縮残留応力付与工程を前記の順で行うことにより製造することができる。以下、各工程について説明する。
【0067】
≪準備工程≫
準備工程は、超硬合金の原料粉末を準備する工程である。原料粉末としては、第１相の原料である炭化タングステン粉末、第２相の原料であるコバルト（Ｃｏ）粉末、粒成長抑制剤として、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末及び炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を準備する。炭化タングステン粉末、コバルト粉末、炭化クロム粉末、炭化バナジウム粉末は、市販のものを用いることができる。
準備工程は、超硬合金の原料粉末を準備する工程である。原料粉末としては、第１相の原料である炭化タングステン粉末、第２相の原料であるコバルト（Ｃｏ）粉末、粒成長抑制剤として、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末及び炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を準備する。炭化タングステン粉末、コバルト粉末、炭化クロム粉末、炭化バナジウム粉末は、市販のものを用いることができる。
【0068】
炭化タングステン粉末としては、１４００℃以上１６００℃以下の温度で炭化された炭化タングステン粉末を用いることが好ましい。該炭化タングステン粉末の粒径は、０．１～０．３μｍ程度が好ましい。これによると、焼結時の液相出現段階においてＷＣ粒子の安定性が高まり、炭化タングステンの溶解と再析出が抑制され、超硬合金組織が微細となり、硬度及び強度が向上する。本明細書において、特に規定のない限り、原料粉末の平均粒径とは、ＦＳＳＳ（ＦｉｓｈｅｒＳｕｂ－ＳｉｅｖｅＳｉｚｅｒ）法（測定装置：ＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製の「ＦｉｓｈｅｒＳｕｂ－ＳｉｅｖｅＳｉｚｅｒＭｏｄｅｌ９５」（商標））により測定される平均粒径を意味する。
【0069】
コバルト粉末の平均粒径は、０．４μｍ以上１．０μｍ以下（ＦＳＳＳ法）とすることができる。炭化クロム粉末の平均粒径は、０．５μｍ以上３μｍ以下（ＦＳＳＳ法）とすることができる。炭化バナジウム粉末の平均粒径は、０．５μｍ以上３μｍ以下（ＦＳＳＳ法）とすることができる。
【0070】
≪混合工程≫
混合工程は、準備工程で準備した各原料粉末を混合する工程である。混合工程により、各原料粉末が混合された混合粉末が得られる。
混合工程は、準備工程で準備した各原料粉末を混合する工程である。混合工程により、各原料粉末が混合された混合粉末が得られる。
【0071】
混合粉末中の炭化タングステン粉末の含有率は、例えば、８９．０質量％以上９６．９量％以下とすることができる。
【0072】
混合粉末中のコバルト粉末の含有率は、例えば、３．０質量％以上８．０質量％以下とすることができる。
【0073】
混合粉末中の炭化クロム粉末の含有率は、例えば、０．１質量％以上２．０量％以下とすることができる。
【0074】
混合粉末中の炭化バナジウム粉末の含有率は、例えば、０．０２質量％以上１．０質量％以下とすることができる。
【0075】
混合粉末をボールミルを用いて混合する。メディア径は１ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。回転数は１０～１２０ｒｐｍとすることができる。混合時間は２０時間以上４８時間以下とすることができる。
【0076】
混合工程の後、必要に応じて混合粉末を造粒してもよい。混合粉末を造粒することで、後述する成形工程の際にダイ又は金型へ混合粉末を充填し易い。造粒には、公知の造粒方法が適用でき、例えば、スプレードライヤー等の市販の造粒機を用いることができる。
【0077】
≪成形工程≫
成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を所定の形状に成形して、成形体を得る工程である。成形工程における成形方法及び成形条件は、一般的な方法及び条件を採用すればよく、特に問わない。所定の形状としては、アンビルの形状である立方体や円錐台等が挙げられる。
成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を所定の形状に成形して、成形体を得る工程である。成形工程における成形方法及び成形条件は、一般的な方法及び条件を採用すればよく、特に問わない。所定の形状としては、アンビルの形状である立方体や円錐台等が挙げられる。
【0078】
≪焼結工程≫
焼結工程は、成形工程で得られた成形体を焼結して、超硬合金を得る工程である。焼結条件は、真空中、焼結温度１３４０～１４５０℃、焼結時間３０～１８０分とすることができる。これによると、粗大炭化タングステン粒子の発生が抑制される。焼結工程の後に、ＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧法）を行っても良い。
焼結工程は、成形工程で得られた成形体を焼結して、超硬合金を得る工程である。焼結条件は、真空中、焼結温度１３４０～１４５０℃、焼結時間３０～１８０分とすることができる。これによると、粗大炭化タングステン粒子の発生が抑制される。焼結工程の後に、ＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧法）を行っても良い。
【0079】
≪冷却工程≫
冷却工程は、焼結完了後の超硬合金を冷却する工程である。冷却速度は２℃／分～４℃／分とすることが好ましい。これによると、異常粒成長が抑制される。
冷却工程は、焼結完了後の超硬合金を冷却する工程である。冷却速度は２℃／分～４℃／分とすることが好ましい。これによると、異常粒成長が抑制される。
【0080】
≪圧縮残留応力付与工程≫
圧縮残留応力付与工程は、超硬合金からなる高圧発生装置用金型のトランケーション面に圧縮残留応力を付与する工程である。冷却工程終了後の超硬合金の形状が立方体等であり、トランケーション面を有していない場合は、頂点の１つを放電加工機を用いて切り落とし、トランケーション面を形成する。上記超硬合金の形状が円錐台の場合は、上面がトランケーション面に該当する。
圧縮残留応力付与工程は、超硬合金からなる高圧発生装置用金型のトランケーション面に圧縮残留応力を付与する工程である。冷却工程終了後の超硬合金の形状が立方体等であり、トランケーション面を有していない場合は、頂点の１つを放電加工機を用いて切り落とし、トランケーション面を形成する。上記超硬合金の形状が円錐台の場合は、上面がトランケーション面に該当する。
【0081】
トランケーション面に対して圧縮残留応力を付与する方法としては、トランケーション面に対する研削加工、ショットブラスト及びショットピーニングが挙げられる。
【0082】
上記研削加工では、ダイヤモンド砥石（例えば＃２００番手）を使用して、切り込み量６μｍ以上、送り速度４００ｍｍ／分以上の条件でトランケーション面を超高速研削加工する。これにより、トランケーション面に１．５０ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができる。
【0083】
従来の研削加工では、被加工物（高圧発生装置用金型）の形状及び研削装置の形状の制約から、切り込み量２μｍ～３μｍ、送り速度５０ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の条件でトランケーション面の研削加工が行われていた。前記の条件によると、トランケーション面に付与される圧縮残留応力は１．５０ＧＰａ未満となる。
【0084】
本発明者らは、鋭意検討の結果、上記の超高速研削加工が可能となる研削盤を使用することで周速６０ｍ／ｓ以上の研削条件を実現した。一方、周速を大きくすることにより、被加工物の温度が上昇し、圧縮残留応力の低下、引張残留応力の発生原因となり破損に繋がる。本発明者らは、被加工物の温度上昇を抑えるため、冷却水流量を従来の５倍以上に増やした１００Ｌ／分とした。これにより、被加工物の温度上昇を伴うことなく、トランケーション面に切り込み量６μｍ以上、送り速度４００ｍｍ／分以上の条件で超高速研削加工を行うことができる。該超高速研削加工により、高圧発生装置用金型のトランケーション面に１．５０ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができる。上記のトランケーション面の加工方法は、本発明者らが新たに見出したものである。これにより、トランケーション面に１．５０ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができ、本開示を完成させた。
【0085】
上記ショットブラスト又は上記ショットピーニングでは、ショットブラスト装置またはショットピーニング装置を用いて、硬質粉末をトランケーション面に噴射して、トランケーション面に圧縮残留応力を付与する。上記硬質粉末としては、平均粒度０．０５ｍｍ～１ｍｍの微細な超硬合金製またはアモルファス合金製粒子を用いる。噴射圧力０．６ＭＰａ以上、処理時間３０秒以上とする。超硬合金製ではビッカース硬度１３Ｈｖ以上、アモルファス合金粒子ではビッカース硬度１８Ｈｖ以上のショット粒子を使用する。これにより、トランケーション面に１．５０ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができる。噴射圧力０．６ＭＰａ未満では１．５ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができない。硬質粉末の平均粒度が１ｍｍ超では１．５ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができない。
【0086】
従来のショットブラスト又はショットピーニングでは、経済性の観点から、鉄鋼製やムライト、アルミナ、シリカなどの酸化物セラミックス製のショット粒子を使用していた。これらの粒子はビッカース硬度が１０Ｈｖ以下、あるいは材料比重が５ｇ／ｃｍ３以下であり、投射時の粒子の運動エネルギーが小さいため、トランケーション面に１．５０ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができなかった。本発明者等は鋭意検討の結果、平均粒度０．０５ｍｍ～１ｍｍの微細な超硬合金製またはアモルファス合金製粒子を用いることにより、ショットブラスト又はショットピーニングで、トランケーション面に高い圧縮残留応力を付与する方法を新たに見出した。これにより、トランケーション面に１．５０ＧＰａ以上の圧縮残留応力を付与することができ、本開示を完成させた。
【0087】
［付記１］
本開示の超高圧発生装置用金型において、超硬合金は第１相及び第２相を含み、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％以下であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％以下であることが好ましい。
本開示の超高圧発生装置用金型において、超硬合金は第１相及び第２相を含み、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％以下であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％以下であることが好ましい。
【0088】
［付記２］
本開示の超高圧発生装置用金型において、超硬合金は第１相、第２相及び第３相を含み、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．５体積％以下であることが好ましい。
本開示の超高圧発生装置用金型において、超硬合金は第１相、第２相及び第３相を含み、超硬合金の第１相の含有率は８０．０体積％以上９８．０体積％未満であり、第２相の含有率は２．０体積％以上２０．０体積％未満であり、第３相の含有率は０体積％超０．５体積％以下であることが好ましい。
【実施例0089】
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
【0090】
＜超高圧発生装置用金型の作製＞
炭化タングステン粉末（平均粒径（ＦＳＳＳ法）０．１～０．２μｍ、炭化温度１４００℃）、コバルト（Ｃｏ）粉末（平均粒径０．８μｍ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末（平均粒径１．０μｍ）及び炭化バナジウム（ＶＣ）粉末（平均粒径０．９μｍ）をボールミルで混合して混合粉末を得る。混合条件は、メディア径６ｍｍ、回転数６０ｒｐｍ、混合時間２０時間、湿式混合である。混合粉末中の各粉末の含有率は、焼結後の超硬合金中の第１相、第２相、第３相及びＣｏ含有率が、表１の「第１相（体積％）」、「第２相（体積％）」、「第３相（体積％）」、「Ｃｏ（質量％）」となるように調整した。炭化タングステン粉末の平均粒径は、焼結後の超硬合金中の炭化タングステン粒子の平均粒径が表１の「超硬合金」の「ＷＣ粒子平均粒径（μｍ）」となるように選択した。
炭化タングステン粉末（平均粒径（ＦＳＳＳ法）０．１～０．２μｍ、炭化温度１４００℃）、コバルト（Ｃｏ）粉末（平均粒径０．８μｍ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末（平均粒径１．０μｍ）及び炭化バナジウム（ＶＣ）粉末（平均粒径０．９μｍ）をボールミルで混合して混合粉末を得る。混合条件は、メディア径６ｍｍ、回転数６０ｒｐｍ、混合時間２０時間、湿式混合である。混合粉末中の各粉末の含有率は、焼結後の超硬合金中の第１相、第２相、第３相及びＣｏ含有率が、表１の「第１相（体積％）」、「第２相（体積％）」、「第３相（体積％）」、「Ｃｏ（質量％）」となるように調整した。炭化タングステン粉末の平均粒径は、焼結後の超硬合金中の炭化タングステン粒子の平均粒径が表１の「超硬合金」の「ＷＣ粒子平均粒径（μｍ）」となるように選択した。
【0091】
上記の混合粉末を、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にてプレス成形して成形体を得た。該成形体を、真空中で１３５０℃まで加熱して１時間焼結を行った。その後、１３５０℃、１００ＭＰａ、１時間の条件でＨＩＰ処理を施したのちに冷却して、超硬合金を得た。該超硬合金は、図１に示される形状を有する。具体的には、幅１５ｍｍ×長さ１５ｍｍ×厚さ１５ｍｍの立方体の頂点の１つが削り落とされた形状であり、トランケーション面を有する。
【0092】
得られた超硬合金のトランケーション面に対して、研削加工またはショットブラストを行い、各試料の超高圧発生装置用金型を得た。各試料において、超高圧発生装置用金型は複数準備した。
【0093】
試料１、試料２、試料４～試料１４では、研削加工を行った。試料１、試料２、試料４～試料７、試料１０～試料１４では、ダイヤモンド砥石（例えば＃２００番手）を使用して、切り込み量６μｍ～１５μｍ、送り速度４００ｍｍ／分～８００ｍｍ／分とした。試料８、試料９では、ダイヤモンド砥石（例えば＃２００番手）を使用して、切り込み量１μｍ、送り速度７０ｍｍ／分とした。
【0094】
試料３では、ショットブラストを行った。該ショットブラストの条件は、硬質粉末として平均粒度０．１ｍｍの超硬合金製粒子を用い、噴射圧力１ＭＰａ、処理時間５分間とした。
【0095】
【表1】
【0096】
［評価］
＜第１相の含有率、第２相の含有率、第３相の含有率及びコバルト含有率＞
各試料において、超硬合金の断面の反射電子像に対して画像処理を行うことにより、超硬合金の第１相の含有率、第２相及び第３相の合計含有率を測定した。結果を表１の「超硬合金」の「第１相（体積％）」、「第２相＋第３相（体積％）」欄に示す。
＜第１相の含有率、第２相の含有率、第３相の含有率及びコバルト含有率＞
各試料において、超硬合金の断面の反射電子像に対して画像処理を行うことにより、超硬合金の第１相の含有率、第２相及び第３相の合計含有率を測定した。結果を表１の「超硬合金」の「第１相（体積％）」、「第２相＋第３相（体積％）」欄に示す。
【0097】
各試料において、超硬合金の第３相の含有率は、第３相を構成する原子の第２相を構成するコバルトへの固溶量から、該原子の析出量を計算することにより得た。結果を表１の「超硬合金」の「第３相（体積％）」欄に示す。
【0098】
各試料において、超硬合金の第２相の含有率は、上記「第２相＋第３相（体積％）」から、上記「第３相（体積％）」を減ずることにより得た。結果を表１の「超硬合金」の「第２相（体積％）」欄に示す。
【0099】
各試料において、超硬合金のコバルト含有率をＴＡＳ ００５４：２０１７ 超硬質合金のコバルト電位差滴定定量法にて分析して求めた。結果を表１の「超硬合金」の「Ｃｏ（質量％）」欄に示す。
【0100】
＜炭化タングステン粒子の平均粒径＞
各試料において、炭化タングステン粒子の平均粒径を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「ＷＣ粒子平均粒径（μｍ）」欄に示す。
各試料において、炭化タングステン粒子の平均粒径を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「ＷＣ粒子平均粒径（μｍ）」欄に示す。
【0101】
＜ビッカース硬度＞
各試料において、超硬合金のビッカース硬度を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「ビッカース硬度（Ｈｖ）」欄に示す。
各試料において、超硬合金のビッカース硬度を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「ビッカース硬度（Ｈｖ）」欄に示す。
【0102】
＜抗折強度＞
各試料において、超硬合金の抗折強度を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「抗折強度（ＧＰａ）」欄に示す。
各試料において、超硬合金の抗折強度を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「抗折強度（ＧＰａ）」欄に示す。
【0103】
＜トランケーション面の圧縮残留応力＞
各試料において、トランケーション面の圧縮残留応力を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「トランケーション面圧縮残留応力（ＧＰａ）」欄に示す。
各試料において、トランケーション面の圧縮残留応力を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「トランケーション面圧縮残留応力（ＧＰａ）」欄に示す。
【0104】
＜寿命＞
各試料において、８個の超高圧発生装置用金型を用いてマルチアンビルを作製した。該マルチアンビルを用いて、マルチアンビル型高圧発生装置により、グラファイト粉末に対して１６ＧＰａ及び２２００℃の条件下で高温高圧処理を行い、ダイヤモンドを作製した。各試料において、同一のマルチアンビルを用いて上記のダイヤモンドの作製を複数回行い、１個以上の超高圧発生装置用金型に破損が生じた時の作製回数を寿命として評価した。例えば、５回目のダイヤモンドの作製時に１個以上の超高圧発生装置用金型に破損が生じた場合は、マルチアンビルの寿命は５回となる。試料８の寿命を１．０とした場合の、各試料の寿命の割合を表１の「寿命」欄に示す。例えば、試料１は寿命が「１．８」である。これは、試料１の寿命が、試料８の寿命の１．８倍であることを意味する。寿命欄の数値が大きいほど、寿命が長いことを示す。
各試料において、８個の超高圧発生装置用金型を用いてマルチアンビルを作製した。該マルチアンビルを用いて、マルチアンビル型高圧発生装置により、グラファイト粉末に対して１６ＧＰａ及び２２００℃の条件下で高温高圧処理を行い、ダイヤモンドを作製した。各試料において、同一のマルチアンビルを用いて上記のダイヤモンドの作製を複数回行い、１個以上の超高圧発生装置用金型に破損が生じた時の作製回数を寿命として評価した。例えば、５回目のダイヤモンドの作製時に１個以上の超高圧発生装置用金型に破損が生じた場合は、マルチアンビルの寿命は５回となる。試料８の寿命を１．０とした場合の、各試料の寿命の割合を表１の「寿命」欄に示す。例えば、試料１は寿命が「１．８」である。これは、試料１の寿命が、試料８の寿命の１．８倍であることを意味する。寿命欄の数値が大きいほど、寿命が長いことを示す。
【0105】
＜考察＞
試料１～試料３、試料６、試料１０～試料１４は、実施例に該当する。試料４、試料５、試料７～試料９は、比較例に該当する。試料１～試料３、試料６、試料１０～試料１４（実施例）は、試料４、試料５、試料７～試料９（比較例）に比べて、寿命が長いことが確認された。
試料１～試料３、試料６、試料１０～試料１４は、実施例に該当する。試料４、試料５、試料７～試料９は、比較例に該当する。試料１～試料３、試料６、試料１０～試料１４（実施例）は、試料４、試料５、試料７～試料９（比較例）に比べて、寿命が長いことが確認された。
【0106】
以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0107】
１ アンビル、２ トランケーション面。
【図1】
【図2】
【図3】