CN101605919B - 超硬尖端及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供刀尖侧(edge side)具有耐磨性，接合侧(bonding side)具有韧性的超硬尖端(tip)。构成超硬尖端的超硬合金的组成是WC与Co的配比从刀尖侧到接合侧实质上相同，同时不与WC形成共晶组织，或具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且有具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属的含量从刀尖侧到接合侧越来越增加，形成梯度分布的组成。

Description

超硬尖端及其制造方法
技术领域
本发明涉及适于作为在例如钻头主体的前端上用钎焊或焊接等方法接合的超硬合金制切削刃尖端，或作为切片锯、割草机、钢锯等各种切削工具和各种切断工具的刀尖的材料的超硬尖端。
背景技术
例如为了对混凝土、石材等进行穿孔(开孔)，在旋转冲击钻上安装专用的钻头尖端进行钻孔，对钻头同时赋予轴心方向的振动性打击力和转矩两种作用，进行穿孔。而且为了能够适应穿孔工作的高效率化要求，这种穿孔中使用的钻头大量使用在钢制的钻头主体上用钎焊或焊接等方法固定耐磨性能优异的超硬焊接制造的切削刃尖端。例如日本专利特开平7-180463号公报公开了这样的技术，即切削刃尖端形成为矩形断面的形状，沿其一对角线形成主刀具(cutter)，沿另一对角线形成辅助刀具，背靠背配置的两主刀具在其顶点形成横刃连结的结构。
但是，钻头的切削刃尖端为了有其切削功能，刀尖侧(edge side)的材料主要使用硬度和强度比较高的具有耐磨性的技术的碳化物等硬质金属，把切削刃尖端接合于钻头主体一侧的切削刃尖端接合侧(bonding side)的材料主要使用硬度比较低、具有韧性的Co等粘结金属。也就是说，切削刃尖端的刀尖一侧的材料必须具备耐磨性，切削刃刀尖的接合侧的材料大量包含容易与接合对象接合的材料，而且必须是热膨胀率接近。这样，接合侧与接合于钻头前端的切削刃尖端的刀尖侧具有不同的特性是必要的。
作为涉及这种在先技术的技术，在例如专利文献1中公开了这样的记载，即“由形成与岩盘或岩面的整个接触面的钻头头部以及作为在设备上安装的安装部、即轴部构成，所述钻头头部由头顶构件以及成一整体焊接于该头顶构件的基端同时嵌于所述轴部的嵌合构件构成，所述头顶构件由比所述嵌合构件硬度大而且与所述基端侧部分相比前端侧部分的硬度更大的具有硬度梯度(gradient)的超硬合金构成的挖掘用的钻头。”。
又，专利文献2公开了这样的技术内容，即“由作为对岩盘或岩面进行挖掘的主体的头顶构件以及作为在设备上安装的安装部即杆状构件构成，所述钻头顶构件成一整体焊接于所述杆状构件，同时从该杆状构件侧的基端到前端硬度逐步变大形成硬度梯度的超硬合金构成的挖掘用的钻头。”。
还有，专利文献3公开了利用脉冲通电烧结制造具有梯度的组成的烧结体的方法。
而专利文献4和专利文献5公开了由第1区域和第2区域构成，第1区域配置有粒径大的耐磨耗的金属颗粒，第2区域配置有粒径小的耐磨耗金属颗粒，第1区域的粘结金属含量小，第2区域的粘结金属含量大的金属制品。
专利文献1：特开平8-100589号公报
专利文献2：特开平8-170482号公报
专利文献3：特开2006-118033号公报
专利文献4：特公表平10-511740号公报
专利文献5：特开昭61-231104号公报
发明内容
但是，上述专利文献1～5公开的发明具有如下所述的缺点。
即如果采用专利文献1所述的挖掘用钻头的制造方法，则如图23(a)所示，“具有与头顶构件的形状的形成面的放电等离子体烧结机的烧结模21内，充填所要求的数量的Co配比为10％的WC-Co粉末材料22，接着，如图23(b)所示，在所述粉末材料22上充填所需要的厚度的Co配比为25％的WC-Co粉末材料23，再如图23(c)所示，使从碳素钢棒材切下形成的嵌合构件24的前端法兰25与所述粉末材料23上表面接触，在这样的状态下一边进行加压一边将其夹在上述放电等离子体烧结机的电极之间施加脉冲电压。利用这种放电等离子体烧结法进行烧结时，施加脉冲电压时的粉末材料的各颗粒的相互接触的部位生产温度极高的放电等离子体，同时由于放电，各颗粒在瞬间得到加热，在相互熔融粘结的状态下被烧结。”。又，专利文献2的第0012段和0013段也记录利用放电等离子体烧结制造挖掘用的钻头的技术。但是，专利文献1和2公开的放电等离子体烧结法虽然烧结时间短但设备结构复杂，成本非常高，需要复杂的设备操作技术，是不适合大量生产的方法。
又，专利文献3公开的脉冲通电烧结通常是通过短时间加热(急速升温)进行，在这种情况下，相对于脉冲通电方向的垂直平面上不能够得到均匀的烧结温度，与中央部相比，外周侧的温度比较低，存在外周侧烧结不足，或中央部烧结过度，成分熔出的问题。
而且通常存在金属颗粒的粒径变细时硬度上升，金属颗粒粒径变粗时硬度下降的倾向。又有粘结金属的含量多则硬度下降，粘结金属的含量小则硬度上升的倾向。根据这一点，如果采用专利文献4和5公开的金属制品，则理应是由于第1区域的金属颗粒的粒径粗，其硬度低，第2区域的金属颗粒的粒径细，因此其硬度比较高，但是由于第2区域中倾向于使硬度下降的粘结金属含量多，所以其结果是第2区域的硬度不那么高。从而，第1、第2区域不管哪一个区域都不能够作为钻头的切削刃尖端的刀尖侧的材料使用。
而且在将超硬合金构成的切削刃尖端钎焊或焊接于特殊钢构成的钻头主体上时，成分不同的切削刃尖端与钻头主体之间的热膨胀系数的差异造成的复杂的残余应力产生于切削刃尖端与钻头主体之间，因此在切削刃尖端的接合侧没有韧性的情况下，有时候会发生破损。又，即使是在接合时不发生破损，在实际进行穿孔工作中，成分不同的切削刃尖端与钻头主体之间的热膨胀系数之差引起的复杂的残留应力在切削刃尖端与钻头主体之间产生，因此在切削刃尖端的接合侧没有韧性的情况下，有时候切削刃尖端会从钻头主体上脱离。
上面所述作为一个例子对将本发明的超硬尖端使用于钻头前端的切削刃尖端的情况进行了说明，但是除了钻头以外，作为对切片锯、割草机、钢锯等各种切削工具和各种切断工具的刀尖的材料的共同要求，要求刀尖材料的刀尖侧具有耐磨耗性，要求刀尖材料接合于主体的接合侧大量包含容易与接合对象的材料接合的材料，而且要求热膨胀系数相近。这样的刀尖侧与接合侧特性不同的超硬尖端被要求在工业上大量生产。
本发明是鉴于现有的技术存在这样的问题而作出的。本发明的目的在于提供刀尖侧具有耐磨耗性能，接合侧具有韧性的超硬尖端以及将该尖端接合于切削工具或切断工具主体时、以及在该工具的使用中能够使作为工具刀尖的材料的超硬尖端不会发生损坏或脱落的低成本、简单的超硬尖端的制造方法。
为了实现上述目的，本发明人进行了锐意研究，结果如下所述，发现能够利用简单的操作提供刀尖侧具有耐磨性，接合侧具有韧性的，组成有梯度变化的超硬尖端。也就是说，比较低成本的真空烧结(低压气氛下的烧结)用于大量生产中，保持于烧结温度(约1350℃～1450℃)的时间也要30～60分钟，为了完成烧结需要比较长的时间，因此，即使是想要提供刀尖侧具有优异的耐磨耗性，接合侧具有优异的韧性的形成梯度组成的超硬尖端，也由于长时间的烧结工序中形成梯度组成的元素相互扩散，因此组成均匀化，不能够维持组成的梯度分布。
但是，如图22所示，WC-Co系超硬合金有可能形成共晶组织，在Co的熔点(1490℃)以下的温度进行液相烧结。因此，如果添加与WC不形成共晶组织，或具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的金属，则可以期待该添加金属在固体或半熔融状态下保持添加时的组成。
因此，本发明的WC-Co系超硬合金块构成的超硬尖端中，其特征在于，构成超硬尖端的超硬合金的组成，WC对Co的配比从刀尖侧到接合侧实质上相同，同时与WC不形成共晶组织，或具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属的含量从刀尖侧到接合侧逐步增加，形成具有梯度分布的组成。
这样，本发明的超硬尖端，WC对Co的配比从刀尖侧到接合侧实质上相同，与WC不形成共晶组织，或具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属的含量从刀尖侧到接合侧逐步增加，形成具有梯度分布的组成，因此，相对于产生耐磨耗性功能的WC，作为粘接剂起作用的Co和粘结金属的量在刀尖侧少而在接合侧多。结果，能够提供在刀尖侧硬度高而且具备耐磨耗性，在接合侧硬度低，但具备韧性的具有理想特性的超硬尖端。
在WC为75重量％以上95重量％以下，Co为5重量％以上，25重量％以下，WC与Co合计为100重量％的情况下，在这样的范围内最好是WC对Co的配比从刀尖侧到接合侧实质上相同。又，最好是从刀尖侧到接合侧，WC与Co的合计量为75重量％以上，其余(25重量％以下)是具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属，25重量％以下范围内的粘结金属从刀尖侧到接合侧逐步增加，形成具有梯度分布的组成。具有这样组成的超硬尖端，可以作为例如接合于混凝土用的钻头的前端的切削刃尖端使用，使用结果良好。
作为具有与WC-Co系超硬合金的共晶点(1280℃)以上的WC的共晶点，而且具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度(1400℃)以上的熔点的粘结金属，可以使用有比较好的延性的Ni(熔点＝1450℃、杨氏模量＝207×109N/m2)或Cr(熔点＝1860℃、杨氏模量＝249×109N/m2)。
又，本发明是从刀尖侧的刀尖层经1层或2层以上的中间层到接合侧的接合层的各层的WC对Co的配比实质上相同，而且不与WC形成共晶组织，或具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且有具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属的含量从刀尖侧(edge side)到接合侧(bonding side)越来越增加的形成梯度(gradient)组成的超硬尖端的制造方法，其特征在于，将规定配比的WC对Co以及含量最小的粘结金属构成的配合的形成刀尖层用的超硬合金粉末放入超硬尖端成型模，接着将规定配比的WC对Co以及与刀尖层相比含量依序增加的粘结金属构成的配合的1层或2层以上的中间层形成用的超硬合金粉末叠层于超硬尖端用的成型模内的刀尖层上，再将规定配比的WC对Co以及含量最多的粘结金属构成的配合的形成粘接层用的超硬合金粉末叠层于超硬尖端用的成型模内的中间层上，通过加压得到压坯，将该压坯插入加热炉中在减压气氛中以粘结金属的熔点以下的温度进行烧结，以此制造超硬尖端。
如果采用这样巧妙地利用规定配比的WC与Co形成共晶组织，而具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且有具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属不容易与WC形成共晶组织的作用的本发明的超硬尖端的制造方法，则能够制造WC对Co的配比从刀尖侧到接合层实质上相同，与WC不形成共晶组织，或具有与WC-Co系超硬合金的共晶点以上的WC的共晶点，而且具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点的粘结金属的含量从刀尖侧到接合侧逐步增加，形成具有梯度分布的组成的超硬尖端。由此，能提供在刀尖侧硬度高，而且具有耐磨耗性，接合侧硬度低而且具有韧性的超硬尖端。其结果是，在将超硬尖端钎焊或焊接于切削工具或切断工具主体上时，还有使用该工具时，成分不同的超硬尖端与工具主体之间的热膨胀系数的差异造成的残余应力产生于超硬尖端与切削工具或切断工具主体之间的情况下，该残余应力也会被具备韧性的接合层所吸收，因此在接合时和使用时超硬尖端不会破损或脱落。
本发明由于具有如上所述的结构，能够以低成本提供如下所述的简单的超硬尖端的制造方法，该超硬尖端，其刀尖侧具有耐磨耗性，接合侧具备韧性，这样的超硬尖端以及将该超硬尖端接合于切削工具或切断工具主体时和使用该工具时，作为该工具刀尖的材料的超硬尖端不会发生破损或脱落。
附图说明
图1是将本发明的超硬尖端的一实施形态作为切削刃尖端接合于前端的钻头的部分省略的要部正视图。
图2是超硬尖端的成型模以及压制的叠层压坯的一个例子的概略剖面图。
图3是作为本发明的超硬尖端的一实施形态的钻头用的切削刃尖端的立体图。
图4是表示作为本发明的一个实施形态的切削刃尖端的各层的厚度的概略图。
图5表示本发明一实施形态的切削刃尖端的刀尖侧到接合侧的组成元素成分的浓度分布图。
图6(a)～(f)本发明的一实施形态的切削刃尖端的主刃的底面到刀尖的外周各部的显微镜照片。
图7表示本发明一实施形态的切削刃尖端的主刃的底面到刀尖的外周各部的Co浓度(重量％)、Ni浓度(重量％)、洛氏硬度(HRA)。
图8是表示本发明另一实施形态的切削刃尖端的各层的厚度的概略图。
图9是表示本发明另一实施形态的切削刃尖端的刀尖侧到接合侧的组成元素的浓度分布图。
图10表示本发明另一实施形态的切削刃尖端的主刃的底面到刀尖的外围各部分的Co浓度(重量％)和Ni浓度(重量％)。
图11是表示本发明又一实施形态的切削刃尖端的各层的厚度的概略图。
图12是表示本发明另一实施形态的切削刃尖端的刀尖侧到接合侧的组成元素的浓度分布图。
图13表示本发明又一实施形态的切削刃尖端的主刃的底面到刀尖的外围各部分的Co浓度(重量％)和Ni浓度(重量％)。
图14是超硬尖端的成型模以及压制的叠层压坯的另一例子的概略剖面图。
图15是表示本发明的又一个实施形态的切削刃尖端的各层的厚度的概略图。
图16表示本发明又一实施形态的切削刃尖端的主刃外围的底面附近部分和刀尖附近部分的Co浓度(重量％)和Cr浓度(重量％)。
图17是表示本发明又一实施形态的切削刃尖端的刀尖侧到接合侧的组成元素的浓度分布图。
图18是本发明的又一实施形态的切削刃尖端的刀尖侧的显微镜照片。
图19是本发明的又一实施形态的切削刃尖端的接合侧的显微镜照片。
图20(a)是将本发明的超硬尖端的一实施形态作为切削刃尖端接合于前端的钻头使用10小时后的状态的照片，图20(b)是将比较例的超硬尖端作为切削刃尖端接合于前端的钻头使用10小时后的状态的照片。
图21是本发说明书中的平均颗粒的说明图。
图22是W-C-Co三元系的状态图。
图23(a)～(c)表示已有的挖掘用钻头的制造方法中钻头头部的烧结工序。
符号说明
1  成型模
2  上冲头
3  下冲头
4  模
5  刀尖层
6  第1中间层
7  第2中间层
8  接合层
9  切削刃尖端
10 刀尖侧
11 接合侧
12 主刃
13 副刃
14 钻头主体
具体实施方式
下面对实施本发明的最佳实施形态进行说明，本发明不限于下述实施形态，在不超越本发明的技术范围的范围内可以适当变更或修改。
(1)第1实施形态
形成刀尖层用的方法是，将平均粒径为0.2微米的WC粉末85重量％与平均粒径为1.25微米的Co粉末15重量％均匀混合，如图2所示，将该混合的粉末放入上冲头2、下冲头3和模4构成的成型模1，得到刀尖层5。接着在该刀尖层5上叠层与上面所述相同的WC粉末85重量％和与上面所述相同的Co粉末15重量％组成的WC-Co粉末98重量％与平均粒径为5.0微米的Ni粉末2重量％经均匀混合的粉末，得到第1中间层6。然后在该第1中间层6上，叠层与上面所述相同的WC粉末85重量％和与上面所述相同的Co粉末15重量％组成的WC-Co粉末95重量％和与上面所述相同的Ni粉末5重量％经均匀混合的粉末，得到第2中间层7。再在该第2中间层7上，叠层与上面所述相同的WC粉末85重量％和与上面所述相同的Co粉末15重量％组成的WC-Co粉末92重量％和与上面所述相同的Ni粉末8重量％经均匀混合的粉末，得到接合层8，通过用上述上冲头2加压，制造在高度方向上组成具有梯度分布的压制的叠层压坯。在本发第1实施形态以及下述各实施形态中，如图21所示，图中横轴表示各粉末的最大粒径，纵轴表示数量的情况下，所谓粉末的平均粒径是指数量最多的粉末的粒径。在该第1实施形态中，在刀尖层上面叠层第1中间层、第2中间层、以及接合层，制造在高度方向上组成形成梯度分布的压制的叠层压坯，但是也可以用其相反的顺序，即在接合层上叠层第2中间层、第1中间层、以及刀尖层，制造在高度方向上组成形成梯度分布的压制的叠层压坯。
接着，将上述压制的叠层压坯放入未图示的真空加热炉，将该真空加热炉内压的压力减压到200Pa，同时将其加热到1400℃，在1400℃进行40分钟的真空烧结。还有，在这种情况下加热时，为了防止材料氧化，在氮气气氛下进行加热。
如上所述真空烧结，结果得到图3所示的切削刃尖端9。图9是表示如上所述得到的切削刃尖端9各层的厚度的概略图。
图5表示用扫描电子显微镜测定图3所示的切削刃尖端9的尖锐的顶点(刀尖侧)10到底面(接合侧)11的部分的组成元素的浓度分布得到的测定结果。WC从接合侧到刀尖侧逐步很慢地增加，而WC对Co的比例从刀尖侧到接合侧大致相同，Ni从刀尖侧到接合侧逐步增加，表示出组成的梯度分布。
图6(a)是图3所示的切削刃尖端9的主刃12的刀尖(参照图7(f))的4000倍的显微镜照片。图6(b)是主刃12的底面向上8mm的上方(参照图7(e))的4000倍的显微镜照片，图6(c)是主刃12的底面向上6mm的上方(参照图7(d))的4000倍的显微镜照片，图6(d)是主刃12的底面向上4mm的上方(参照图7(c))的4000倍的显微镜照片，图6(e)是主刃12的底面向上2mm的上方(参照图7(b))的4000倍的显微镜照片，图6(f)是主刃12的底面(参照图7(a))的4000倍的显微镜照片。如图6(a)～(f)的显微镜照片所示，显示出微细的良好的烧结结构，没有粗大的夹杂物存在。
图7表示图3所示的切削刃尖端9的主刃12的底面到刀尖的外周各部a～f的Co浓度(重量％)、Ni浓度(重量％)、洛氏硬度(HRA)。如图7所示，粘结金属(Co以及Ni)量少的刀尖侧硬，粘结金属(Co和Ni)量大的底面(接合侧)软，显示出适合切削刃尖端所要求的切削功能的硬度分布。
(2)第2实施形态
用与第1实施形态相同的配合，与第1实施形态相同的条件，制造从刀尖层经过第1中间层和第2中间层到接合层4层形成的压制的叠层压坯。接着将该压制的叠层压坯放入未图示的真空加热炉，将该真空加热炉内的压力减压到200Pa，同时将其加热到1470℃，在1470℃温度下进行40分钟的所谓真空烧结。还有，在这种情况下加热时，为了防止材料氧化，在氮气气氛下加热。
上述真空烧结结果得到图3所示的切削刃尖端9。图8是这样得到的切削刃尖端9各层的厚度的概略图。
图9表示如上所述得到的切削刃尖端的锐利的顶点(刀尖侧)到底面(接合侧)的部分的组成元素的浓度分布的扫描电子显微镜测定结果。显示出Ni从刀尖侧到接合侧逐步增加的组成的梯度分布情况，如表示从切削刃尖端的主刃的底面到刀尖的外周各部n～r的Co的浓度(重量％)和Ni浓度(重量％)的图10所示，刀尖的Ni浓度(重量％)也达有到0.5重量％以上。
已知通过这样用超过Ni熔点的温度烧结，Ni向刀尖侧逐步扩散，有使刀尖侧的硬度降低的倾向。
(3)第3实施形态
作为形成刀尖层用的方法，将平均粒径为0.9微米的WC粉末90重量％与平均粒径为1.25微米的Co粉末10重量％均匀混合，如图2所示，将该混合的粉末放入上冲头2、下冲头3和模4构成的成型模1，得到刀尖层5。接着在该刀尖层5上叠层与上面所述相同的WC粉末90重量％和与上面所述相同的Co粉末10重量％组成的WC-Co粉末95重量％与平均粒径为5.0微米的Ni粉末5重量％经均匀混合的粉末，得到第1中间层6。然后在该第1中间层6上，叠层与上面所述相同的WC粉末90重量％和与上面所述相同的Co粉末10重量％组成的WC-Co粉末90重量％和与上面所述相同的Ni粉末10重量％经均匀混合的粉末，得到第2中间层7。再在该第2中间层7上，叠层与上面所述相同的WC粉末90重量％和与上面所述相同的Co粉末10重量％组成的WC-Co粉末85重量％和与上面所述相同的Ni粉末15重量％经均匀混合的粉末，得到接合层8，通过用上述上冲头2加压，制造在高度方向上组成具有梯度分布的压制的叠层压坯。
接着将上述压制的叠层压坯放入未图示的真空加热炉，将该真空加热炉内减压到200Pa，同时将其加热到1550℃，在1550℃温度下进行40分钟的所谓真空烧结。还有，在这种情况下加热时，为了防止材料氧化，在氮气气氛下加热。
上述真空烧结结果得到图3所示的切削刃尖端9。图11是这样得到的切削刃尖端9各层的厚度的概略图。
图12表示如上所述得到的切削刃尖端的锐利的顶点(刀尖侧)到底面(接合侧)的部分的组成元素的浓度分布的扫描电子显微镜测定结果。又下面的表1表示切削刃尖端9的主刃外周各部的底面起的距离与该各部分的Co浓度(重量％)、Ni浓度(重量％)、洛氏硬度(HRA)，图13将表1中的Co浓度(重量％)与Ni浓度(重量％)抽出表示。
如图12所示，Ni显示出从刀尖侧到接合侧逐步增加的梯度分布组成，如表1所示，即使是与底部的距离为11mm的地方(离刀尖极近的部分，参照图13)，Ni也在1.5重量％以上，可知Ni逐步向刀尖侧扩散。
表1
Figure G2006800564205D00091
由于这样在超过Ni熔点的温度下进行烧结，Ni向刀尖侧逐步扩散，刀尖侧的硬度有下降的倾向。
(4)第4实施形态
作为形成刀尖层用的方法，将平均粒径为0.9微米的WC粉末92重量％与平均粒径为1.25微米的Co粉末8重量％均匀混合，如图14所示，将该混合的粉末放入上冲头2、下冲头3和模4构成的成型模1，得到刀尖层5。接着在该刀尖层5上叠层与上面所述相同的WC粉末92重量％和与上面所述相同的Co粉末8重量％组成的WC-Co粉末95重量％与平均粒径为10.0微米的Cr粉末5重量％经均匀混合的粉末，得到接合层8，通过用上述上冲头2加压，制造在高度方向上组成具有梯度分布的压制的叠层压坯。
接着将上述压制的叠层压坯放入未图示的真空加热炉，将该真空加热炉内减压到200Pa，同时将其加热到1400℃，在1400℃温度下进行40分钟的所谓真空烧结。还有，在这种情况下加热时，为了防止材料氧化，在氮气气氛下加热。
上述真空烧结结果得到图3所示的切削刃尖端9。图15是这样得到的切削刃尖端9各层的厚度的概略图。图16表示如上所述得到的切削刃尖端的主刃外周各部的底面附近的部分与刀尖附近的部分的Co浓度(重量％)和Cr浓度(重量％)。
图17是表示如上所述得到的切削刃尖端的锐利的顶点(刀尖侧)到底面(接合侧)的部分的组成元素的浓度分布的扫描显微镜的测定结果的图。WC从接合侧到刀尖侧不大变化，Cr显示出从刀尖侧到接合侧形成组成逐步增加的梯度分布，Co的比例从刀尖侧到接合侧有很大的变化。
图18是如上所述得到的切削刃尖端的刀尖侧的4000倍的显微镜照片。图19是切削刃尖端的接合侧4000倍的显微镜照片。可知图19所示的接合侧的组织与图18所示的刀尖侧的组织相比更加细化。尽管接合侧的Co+Cr的合计量(参照图16，11.338重量％)比与这些显微镜照片对应的刀尖侧的Co+Cr的合计量(参照图16，8.527重量％)多，刀尖侧的洛氏硬度(HRA)为90.6，而接合侧的洛氏硬度(HRA)显示出硬度测定器的上限92.0，因此认为实际上接合侧的洛氏硬度(HRA)为92.0以上。可知即使是这样将Cr作为粘结金属添加，虽然组成形成梯度分布，但是由于烧结组织细化，硬度也有上升的趋势。
(5)第5实施形态
图1是将如上所述得到的切削刃尖端9利用电阻焊接方法焊接于钻头主体14的钻头的一部分省略的要部正视图。
(6)第6实施形态
图20(a)是将第1实施形态得到的切削刃尖端9利用电阻焊接方法接合于Cr-Mo钢构成的钻头主体14，进行10小时的对混凝土的打孔工作后的接合部的状态的放大图，接合时当然没有损坏，在使用10小时后接合部也没有损坏。
图20(b)表示将比较例的切削刃尖端接合于钻头主体使用于混凝土穿孔的情况下的例子。也就是说，该比较例的切削刃尖端是将平均粒径0.2微米的WC粉末85重量％与平均粒径1.25微米的Co粉末15重量％均匀混合得到的粉末放入图2所示的断面形状的成型模1中，利用与上面所述相同的方法得到压制的压坯，将该压坯放入未图示的真空加热炉中，将该真空加热炉(氮气保护气氛)内，减压到200Pa，同时加热到1400℃，在1400℃温度下真空烧结40分钟得到的切削刃尖端。
然后，将该比较例的切削刃尖端9a用电阻焊接方法接合于Cr-Mo钢构成的钻头主体14a上，使用于混凝土钻孔，接合时虽然没有损坏，但是穿孔开始3小时后，如图20(b)所示，切削刃尖端9a从钻头主体14a上脱落。该比较例的切削刃尖端的组成成分没有形成梯度分布，从刀尖侧到接合侧几乎是均匀的单层结构，接合侧不具备韧性，因此成分不同的切削刃尖端与钻头主体之间的热膨胀系数差造成的复杂的残余应力导致切削刃尖端脱落。
工业应用性
本发明的超硬尖端很适合作为钻头、切片锯、割草机、钢锯等各种切削工具和各种切断工具的刀尖的材料。

Claims (2)

1.一种由WC-Co系超硬合金块构成的超硬尖端，其特征在于，构成超硬尖端的超硬合金的组成是WC对Co的配比从刀尖侧到接合侧实质上相同，同时具有的粘结金属Ni的含量从刀尖侧到接合侧越来越增加形成具有梯度的组成，且所述粘结金属Ni与WC的共晶点在WC-Co系超硬合金的共晶点以上，而且所述粘结金属Ni具有WC-Co系超硬合金的液相烧结温度以上的熔点。
2.一种如权利要求1所述的由WC-Co系超硬合金块构成的超硬尖端的制造方法，其特征在于，将规定配比的WC对Co以及含量最小的粘结金属Ni构成的配合的形成刀尖层用的超硬合金粉末放入超硬尖端成型模，接着将规定配比的WC对Co以及与刀尖层相比含量依序增加的粘结金属Ni构成的配合的1层或2层以上的中间层形成用的超硬合金粉末叠层于超硬尖端用的成型模内的刀尖层上，再将规定配比的WC对Co以及含量最多的粘结金属Ni构成的配合的形成粘接层用的超硬合金粉末叠层于超硬尖端用的成型模内的中间层上，通过加压得到压坯，将该压坯插入加热炉中在减压气氛中以粘结金属Ni的熔点以下的温度进行烧结，以此制造超硬尖端。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011081948B4 (de) * 2011-09-01 2013-05-23 Hilti Aktiengesellschaft Bohrer und Herstellungsverfahren für einen Bohrer
JP6339436B2 (ja) * 2014-07-29 2018-06-06 京セラ株式会社 ドリル用ブランク、ドリル用ブランクの製造方法、およびドリル
JP2016108668A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 株式会社日立製作所 複合部材および複合部材の製造方法
JP2016177385A (ja) * 2015-03-18 2016-10-06 株式会社リコー 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム
EP3117939A1 (de) * 2015-07-14 2017-01-18 HILTI Aktiengesellschaft Werkzeug
CN106424740B (zh) * 2016-09-30 2019-04-12 昆明理工大学 一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合材料及其制备方法
EP3342516A1 (de) 2017-01-02 2018-07-04 HILTI Aktiengesellschaft Werkzeug
JP6209300B1 (ja) 2017-04-27 2017-10-04 日本タングステン株式会社 アンビルロール、ロータリーカッタ、及びワークの切断方法
US20200299814A1 (en) * 2017-10-02 2020-09-24 Hitachi Metals, Ltd. Cemented carbide composite material, method for producing same, and cemented carbide tool
CN108620595B (zh) * 2018-04-03 2019-06-04 鑫京瑞钨钢（厦门）有限公司 具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具及其制造方法
CN111390183A (zh) * 2020-04-22 2020-07-10 重庆辰罡科技有限公司 一种硬质合金的制造工艺及金属切削刀具和模具
CN114147227B (zh) * 2021-12-10 2022-10-11 哈尔滨理工大学 基于竹纤维细胞壁环形多壁层结构仿生刀具及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4595062A (en) * 1980-07-17 1986-06-17 Varco International, Inc. Well casing jack mechanism
US4398952A (en) * 1980-09-10 1983-08-16 Reed Rock Bit Company Methods of manufacturing gradient composite metallic structures
EP0194018A1 (en) 1985-01-31 1986-09-10 Boart International Limited Forming components made of hard metal
JPS6263005A (ja) 1985-09-11 1987-03-19 Nachi Fujikoshi Corp ドリル
US5305840A (en) * 1992-09-14 1994-04-26 Smith International, Inc. Rock bit with cobalt alloy cemented tungsten carbide inserts
JPH06263005A (ja) * 1993-03-12 1994-09-20 Suzuki Motor Corp シートベルト装置
DE4339245A1 (de) 1993-11-18 1995-05-24 Hilti Ag Spiralbohrer
JPH08100589A (ja) 1994-09-30 1996-04-16 Eagle Ind Co Ltd 掘削用ビット及びその製造方法
JP2896749B2 (ja) 1994-12-16 1999-05-31 イーグル工業株式会社 掘削用ビット及びその製造方法
US5679445A (en) 1994-12-23 1997-10-21 Kennametal Inc. Composite cermet articles and method of making
JPH09315873A (ja) 1996-05-28 1997-12-09 Sumitomo Coal Mining Co Ltd 超硬合金系耐摩耗材及びその製造方法
JP2004292905A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Tungaloy Corp 傾斜組成燒結合金及びその製造方法
US20050211475A1 (en) * 2004-04-28 2005-09-29 Mirchandani Prakash K Earth-boring bits
US7699904B2 (en) * 2004-06-14 2010-04-20 University Of Utah Research Foundation Functionally graded cemented tungsten carbide
JP2006118033A (ja) 2004-10-25 2006-05-11 Hokkaido 組成傾斜超硬合金の作製方法
US7887747B2 (en) * 2005-09-12 2011-02-15 Sanalloy Industry Co., Ltd. High strength hard alloy and method of preparing the same
EP2184122A1 (en) * 2008-11-11 2010-05-12 Sandvik Intellectual Property AB Cemented carbide body and method
US8440314B2 (en) * 2009-08-25 2013-05-14 TDY Industries, LLC Coated cutting tools having a platinum group metal concentration gradient and related processes

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP昭61-231104A 1986.10.15
JP特开平9-315873A 1997.12.09

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