CN115666933A - 包层及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供一种包层，其是接合至少2层合金而成的包层，所述包层具有高耐磨损性和高加工性，并且合金的接合界面强度优异。包层是包含第一合金和接合于上述第一合金的第二合金的2层以上的包层。上述包层中，上述第二合金的硬度高于上述第一合金，上述第一合金与上述第二合金的硬度差为HRC44以上，并且上述包层在实施JIS G 0601的剪切试验时在上述第一合金侧断裂。

Description

包层及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种接合有第一和第二合金的包层及其制造方法。
背景技术
在树脂或橡胶制品等的制造装置中，由于添加各种添加剂而使原材料均匀地混合并混炼，因此原材料或设备的部件彼此处于始终接触的状态。此外，在废木材、废塑料及轮胎的再循环利用等领域中使用的破碎机，也处于破碎对象物和设备彼此始终接触的环境。在这些制造装置和破碎机等中，为了提高这些设备的寿命，需要耐磨损性优异的合金。
在制造装置或粉碎机中，为了提高耐磨损性，提高合金的表面硬度是有效的，通常，通过对在碳钢中添加特定的化学成分或合金等而得到的钢材进行淬火等热处理，将得到的高硬度钢作为耐磨损钢而被广泛使用。
另一方面，如果为了提高耐磨损性而使合金的硬度变硬，则产生用于向装置主体安装的螺纹孔加工、切削加工等需要工时、尺寸精度变差的问题。此外，在安装于装置主体并进行螺纹紧固时，存在应力集中于螺纹紧固部、硬度高的合金产生裂纹的问题。另外，在将实施了淬火等热处理的合金彼此不是螺纹紧固而是焊接进行冶金紧固时，在因焊接热的影响而在局部变为高温的部分，合金成为再淬火的状态，有可能硬度显著上升而导致产生裂纹。另一方面，在因焊接热的影响而受淬火温度以下的热传导的部分中，合金成为被退火的状态，产生硬度降低的问题，难以作为产品应用。
例如，在混炼机或破碎机这样的制造装置中，如图1所示，挤压原材料或废料的内侧的部件(2)与挤出机(3)的装置壁面剧烈接触，暴露于显著的磨损与滑动环境中，因此，要求即使经过一定程度的磨损也能长期使用的厚实的高硬度钢。另一方面，在将它们紧固的外侧的部件(1)中不需要耐磨损性和耐滑动性，而需要用于机械紧固或冶金紧固的软质且加工性良好的合金。即，在上述的制造装置中，需要使硬度极其不同的合金彼此牢固地接合的包层。
因此，为了解决上述问题，已有几项现有技术将具有高硬度和耐磨损性的合金接合到具有高加工性的软合金的一个表面上。例如，在非专利文献1和2中，在通用的软质碳钢的一面堆焊具有耐磨损性的合金等。因此，可认为这些合金的加工容易，但在堆焊时产生裂纹或缺陷，在制造装置或破碎机等中使用时，由于被赋予强烈的冲击、滑动而使裂纹发展，有可能存在碎裂的堆焊部件作为杂质混入到制造装置内。此外，有可能以焊接缺陷为起点从接合界面发生剥离。
专利文献1和2中公开的包层是具有高硬度的耐磨损性的钢材和相对硬度较低的钢材的包层，涉及赋予耐冲击性。然而，没有关于接合面强度的记载，钢材彼此的硬度差小，因此加工性差。此外，专利文献3中记载了具有耐磨损性的不锈钢与碳钢的包层。然而，不锈钢的硬度低，可认为对于设备彼此有剧烈接触的严酷环境下的用途，磨损性不足而不耐使用。
另外，专利文献1中公开的包层的实施例通过在金属成型体上配置具有耐磨损性的金属粉，并在热加压使其一体化。然而，认为受到形状或大小的限制、难以对机械性质存在差异的金属彼此进行热加压而使其牢固地接合。另一方面，专利文献2和3中公开的包层的实施例通过热轧或冷轧来制作包层。然而，认为由于热轧时的热输入会达到对钢材进行淬火热处理的状态，在该热轧时产生温度梯度而使硬度变得不足够的情况下，在一次退火而使硬度恢复后，需要再次淬火热处理等，导致需要制造工时且成本变高。此外，即使在冷轧时在接合面也被赋予高温，但由于钢材整体未被均匀地加热，因此有可能需要如上所述的再热处理工序。而且，由于冷轧限定于薄板的制造，因此不能进行混炼和破碎设备那样的比较厚的板的制造。
现有技術文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-108246号公报
专利文献2：日本特开2003-301237号公报
专利文献3：日本特开平4-182081号公报
非专利文献
非专利文献1：特殊电极株式会社产品目录《TOKUDEN TOP PLATE(トクデンTOPPLATE)》，[在线版]，[2020年7月22日检索]，网址〈http://www.tokuden.co.jp/product/top_plate/index.html〉
非专利文献2：Nikko熔材工业株式会社产品目录《日亚焊接棒耐磨损堆焊包层SUPER PLATE(日亜溶接棒耐摩耗肉盛クラッドSUPER PLATE)》，[在线版]，2019年12月5日，[2020年7月22日检索]，网址〈https://www.nikko-yozai.co.jp/pamhlet/〉
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种包层，其是接合有至少2层合金的包层，所述包层具有高耐磨损性和高加工性，并且合金的接合界面强度优异。
解决问题的技术方案
本发明人等为了解决上述问题进行了深入研究，结果新发现：如图2示意性示出的那样，通过在硬度低且加工性优异的合金(1)上接合硬度高的合金(2)而成的包层，能够以高水平兼顾耐磨损性和加工性。
[1]一种包层，其是包含第一合金和接合于上述第一合金的第二合金的2层以上的包层，上述第二合金的硬度高于上述第一合金，并且使上述第一合金与上述第二合金的硬度差为HRC44以上，上述包层在实施JIS G 0601的剪切试验时在上述第一合金侧断裂。
[2]根据项目1所述的包层，其中，上述包层在以JIS G 0601的超声波探伤试验的底面回波方式进行探伤时，在上述第一合金与上述第二合金的接合界面处无缺陷。
[3]根据项目1或2所述的包层，其中，上述包层在实施ASME BPVC-VIII的渗透探伤试验时，在上述包层的表面上无指示图案，在上述包层的截面上无长度大于宽度3倍的指示图案，并且无大于5mm的圆形或椭圆的指示图案，并且无从端部至端部以1.5mm以下的间隔大致排列成一条直线状的4个以上的指示图案。
[4]根据项目1～3中任一项所述的包层，其中，上述第一合金的硬度为HRC5以下。
[5]根据项目1～4中任一项所述的包层，其中，上述第一合金与上述第二合金直接接合。
[6]根据项目1～5中任一项所述的包层，其中，上述第一合金与上述第二合金的接合界面中的波高为30μm以上且100μm以下。
[7]一种包层的制造方法，其包括：将第一合金与第二合金利用爆炸压接法进行接合；
对接合后的上述第二合金进行淬火和回火的热处理，使上述使第二合金硬化，使上述第二合金的硬度高于上述第一合金，并且使上述第一合金与上述第二合金的硬度差为HRC44以上。
[8]一种包层的制造方法，其包括：
将第一合金与第二合金利用爆炸压接法进行接合；
对接合后的上述第二合金进行固溶化处理和时效处理的热处理，使第二合金硬化，使第二合金硬度高于上述第一合金，并且使上述第一合金与上述第二合金的硬度差为HRC44以上。
[9]一种包层的使用方法，其将项目1～6中任一项所述的包层的上述第一合金以机械或冶金方式紧固在设备上，将上述第二合金暴露在承受磨损负荷的环境中。
发明效果
根据本发明，能够提供一种具有高耐磨损性和高加工性且合金的接合界面强度优异的包层。因此，发明的耐磨损包层也可以用于同时要求高耐磨损性和加工性的重型设备等车辆、建设设备和结构体等，例如可以用于需要以下的用途：如图1所示制造装置或粉碎机的壁面等的一侧要求具有高耐磨损性，另一侧具有用于紧固设备的高加工性和焊接性。
附图说明
图1是表示本发明的包层在挤压/混炼设备等的制造装置中利用的例子的示意图。
图2是表示本发明的包层外观的示意图。
图3是说明接合界面中的波高定义的照片。
附图标记说明
1：软质钢材；2：高硬度钢材；3：挤压器
具体实施方式
《包层》
〈硬度差〉
以下，对本发明的实施方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。本实施方式的包层包含第一合金和接合于第一合金的第二合金，第二合金的硬度高于第一合金，即，第二合金是具有耐磨损性的合金，第一合金是加工性和焊接性优异的合金。而且，关键在于第一合金与第二合金的硬度差为HRC(洛氏硬度)44以上。在通常的混炼机或粉碎机的承受磨损和滑动负荷的构件中，使用具有耐磨损性的硬度高的合金。为了防止由磨损导致的劣化和损耗及由此导致的杂质的混入，在承受磨损和滑动负荷的合金(第二合金)中使用HRC44以上的合金，即使在严苛的耐磨损环境下也能够耐受长期使用，因此优选。另一方面，在小于HRC44时，虽然能够耐受作为装置构件在一定期间的使用，但在要求高耐磨损性的严苛的环境下寿命显著降低。此外，对于包层的另一个合金(第一合金)，为了提高加工性和焊接性，重要的是硬度足够低于第二合金。因此，为了兼顾高耐磨损性和加工性，第一合金与第二合金的硬度差为HRC44以上。
为了高加工性，第一合金的硬度优选为HRC0以上5以下，更优选为HRC0以上4以下，进一步优选为HRC0以上3以下。为了提高耐磨损性和防止裂纹，第二合金的硬度优选为HRC44以上且75以下，更优选为HRC48以上且70以下，进一步优选为HRC50以上且65以下。
为了兼顾高耐磨损性和加工性，第一合金与第二合金的硬度差的下限可优选为HRC45以上、HRC46以上、HRC47以上、HRC48以上、HRC49以上、HRC50以上、HRC51以上、HRC52以上、HRC53以上或HRC54以上。
本说明书中，术语“磨损”是指定义为固体表面部分因摩擦导致而逐渐减少现象，是通过摩擦去除表面材料的现象。机械性地相对运动的金属面的机械性接触、金属粘附等为综合损耗，将耐受这些损耗的合金定义为“耐磨损性合金”。作为一般情况，已知淬火/回火、固溶化/时效处理后的合金的耐磨损性与其硬度成比例。作为第二合金(耐磨损性合金)所使用的合金优选使用JIS G 4401中规定的碳素工具钢钢材、JIS G 4403中规定的高速工具钢材、JIS G 4404中规定的合金工具钢钢材、JIS G 4902中规定的耐腐蚀耐热超合金、镍和镍合金的轧制材料、JIS G 4304中规定的热轧不锈钢板，例如SKD61等。作为通过固溶化和时效处理而具有耐磨损性的合金，例如可举出：镍合金，优选为以镍作为主体含铬、铁和碳的镍合金。“作为主体”是指合金组成中占50质量％以上。此外，作为具有耐磨损性的合金，已知在金属间化合物从组织析出并进行硬化的时效硬化(析出硬化)的合金等，也可以将它们用作耐磨损性合金。
作为第一合金使用的合金优选为碳钢或低硬度合金，更优选为低碳钢。术语“低碳钢”是指碳钢中含碳量少的合金，通常碳含量(重量％浓度)为0.25重量％以下。已知低碳钢由于含碳量少，因此性质不会因热处理而发生很大变化。例如，为了对包层的第二合金赋予耐磨损性，在对包层整体实施淬火/回火、固溶化/时效处理等的热处理并进行硬化时，当在第一合金中使用含碳量多的钢材时，则有可能通过热处理导致第一合金也硬化、加工性降低。作为第一合金，在使用含碳量少的低碳钢时，即使进行热处理也难以硬化，因此能够保持高加工性。予以说明，作为低碳钢的一例，优选使用JIS G 3101中规定的一般结构用轧制钢材(例如SS400)、JIS G 3106中规定的焊接结构用轧制钢板、JIS G 4051中规定的机械结构用碳钢材中碳量少的钢，只要是碳量少且加工性和焊接性优异的合金，则也可以使用上述以外的钢。
作为第一合金与第二合金的组合，为了制作以更高水平兼顾耐磨损性与加工性的包层，作为第二合金，使用通过进行淬火使硬度提高的淬火钢，优选从奥氏体单相区进行淬火而得到马氏体组织的淬火钢，作为第一合金，使用难以通过热处理改性、即硬度提高少的低碳钢作为第一合金是有效的。予以说明，与以耐磨损性合金的单一材料来构成装置相比，在第一合金中使用低碳钢来制造包层可以说在降低成本和加工工时方面优点明显。
在本实施方式中，第二合金与第一合金仅被“接合”时，包含第二合金直接接合于第一合金的表面而成的结构，以及经由第一合金和第二合金以外的一个或多个中间材料间接地接合而成的结构这两者。作为中间材料的材料，并不限于钢铁材料，作为一例，可举出：钛或其合金、镍或其合金、它们以外的金属材料或其合金，以及非铁金属材料。在使用低碳钢作为第一合金、使用通过进行淬火使硬度提高的淬火钢作为第二合金时，可以使用高温下强度高的材料，例如镍或镍合金，从接合界面的机械强度的角度出发，更优选第二合金直接接合于第一合金的表面。在该包层的技术领域中，在被接合的合金中，有时将相对较厚的合金称为“母材”，将相对较薄的合金称为“覆层材料”。本发明中，可以将第一合金作为母材，将第二合金作为覆层材料，或者也可以将第二合金作为母材，将第一合金作为覆层材料。
〈接合界面〉
本实施方式的包层在实施JIS G 0601的剪切试验时在第一合金侧断裂。即，优选通过该剪切试验，在第一合金与第二合金的接合界面产生剥离之前，从相对硬度较低的第一合金被破坏。在第一合金与第二合金之间夹有中间材料时，“在第一合金侧断裂”是指优选在第二合金与中间材料的接合界面、或中间材料与第一合金的接合界面产生剥离之前，相对硬度较低的第一合金或中间材料被破坏。换言之，JIS G 0601的剪切试验中的接合界面的机械强度高于中间材料和第一合金的机械强度。由该特征，第一合金与第二合金的接合变得更牢固，即使在严苛的耐磨损环境下也能够耐受长期使用。“剪切强度”是根据JISG0601的包层的试验方法中规定的剪切强度试验进行实施的结果而得到的值。本实施方式的包层的剪切强度例如使用SS400等低碳钢作为第一合金时高于230MPa，优选高于400MPa，更优选为410MPa以上，进一步优选为420MPa以上。
在剪切试验中，作为将包层构成为比起接合界面的剥离，而在第一合金侧发生破坏的方法，可举出优选将第一合金与第二合金的接合界面中的波高调整为30μm以上且1000μm(1mm)以下，更优选为40μm以上且800μm以下，进一步优选为50μm以上且600μm以下。通过使波高大于30μm，接合面积变大，从而得到牢固的接合界面。此外，通过使波高为1000μm以下，能够抑制由于接合时的塑性变形或热的影响而在接合界面生成合金层使接合部变硬变脆而产生微裂纹。予以说明，在第一合金与第二合金之间夹有中间材料时也同样，优选将第一合金与中间材料的接合界面和中间材料与第二合金的接合界面中的波高调整为30μm以上且1000μm(1mm)以下，更优选为40μm以上且800μm以下，进一步优选为50μm以上且600μm以下。本说明书中，接合界面中的“波高”是指如图3所示表示接合界面中的波形的波峰到波谷的高度差。接合界面的波形可以通过以爆炸压接将第一合金和第二合金接合而形成。在本实施方式中，波高是将经爆炸压接的包层加工成所需的形状，使用电子显微镜测定含接合部的截面。测定是测量接合界面的任意10个左右，求出其平均值。
〈缺陷与指示图案〉
本实施方式的包层在以JIS G 0601的超声波探伤试验的底面回波方式进行探伤时，优选在第一合金与第二合金的接合界面无缺陷。通过在第一合金与第二合金的接合界面无缺陷，使第一合金与第二合金的接合变得更牢固，即使在严苛的耐磨损环境下也能够耐受长期使用。
本实施方式的包层在实施ASME BPVC-VIII的渗透探伤试验时，优选在包层的表面上无指示图案。此外，优选在包层的截面无长度大于宽度3倍的指示图案，并且无大于5mm的圆形或椭圆的指示图案，并且无从端部至端部以1.5mm以下的间隔大致排列成一条直线状的4个以上的指示图案。指示图案是指渗透探伤试验中使用的渗透液渗透到存在于观察表面的伤痕中并以目测观察到的图案。渗透液代表性地为红色。无指示图案是指以目测未观察到这些伤痕。圆形或椭圆的指示图案大小是指将指示图案假设为圆形或椭圆时的最大尺寸(即，圆的直径或椭圆的长径)。包层优选无连续存在的指示图案，但在存在时，优选在大致一条直线上以1.5mm以下的间隔不连续存在4个以上。由此，包层即使在严苛的耐磨损环境下也能够耐受长期使用。
《包层的制造方法》
〈爆炸压接〉
在本实施方式的包层的制造方法中，重要的是使第二合金与第一合金接合后进行热处理，使第二合金硬化。由于在接合后进行硬化热处理，因此接合方法优选为无热负荷的冷接合，进一步优选为通过爆炸压接进行接合。在对第二合金进行硬化热处理后并在冷作下与第一合金接合时，第二合金的耐磨损性合金有可能会产生裂纹，与此相对，在对第二合金进行硬化热处理前，通过在冷作下与第一合金接合后进行硬化热处理，能够对第二合金赋予高硬度，且能够得到不会产生裂纹的牢固接合。对于使用爆炸压接制造的包层，例如可以在爆炸压接后进行非加热的冷轧，制作具有规定厚度的包层，然后实施热处理。对于在进行难以直接接合的合金彼此的接合时或作为产品使用时承受热负荷大的包层，可以在合金之间使用中间材料，并不限于钢铁材料，作为一例，也可以使用钛或其合金、镍或其合金、它们以外的金属材料或其合金，以及非铁金属材料。
在第一合金与第二合金之间存在一个或多个中间材料时，既可以通过一次爆炸压接将各材料同时接合，也可以通过爆炸压接将中间材料与第一合金接合后，进行爆炸压接将第二合金接合于中间材料上。或者，也可以在将中间材料爆炸压接于第二合金之后，将其爆炸压接于第一合金。或者，也可以将第一合金、中间材料、第二合金同时爆炸压接。
爆炸压接是利用炸药高压的金属接合方法之一，特别是能够将异种金属彼此牢固地接合的技术。该技术的主要特征是几乎不使金属原材料负荷热，此外即使是超过10mm的比较厚的材料彼此也能够接合，因此用通常方法不能接合的金属彼此的组合、厚度也能够牢固地接合。作为牢固地接合的机理，据称是因为已知通过爆炸压接而接合的金属的接合界面呈现特有的波状，接合面积大于直线的接合界面。关于波的高度(波高)，如上所述。
用于爆炸压接的炸药是产生爆轰波的火药类。为了使金属板牢固地接合，优选使用爆速在1000m/秒以上的炸药，为了更佳的接合力，进一步优选使用达到金属声速的1/3～1/2的1,500m～3,000m/秒的炸药。作为炸药，具体地可举出：硝酸铵或硝酸酯类的PETN(季戊四醇四硝酸酯)或硝酸甘油、硝基化合物的TNT(三硝基甲苯)、硝胺的环三亚甲基三硝胺或环四亚甲基四硝胺等，也可以将它们单独或其他炸药成分或其他炸药以外的成分混合来使用。
〈热处理〉
本实施方式中的热处理是指在爆炸压接后实施的第二合金的硬化热处理。热处理可以通过对接合的第二合金侧进行，主要仅使第二合金硬化，将硬度差调整为HRC44以上。优选的是，通过使用难以通过热处理硬化的低碳钢等材料作为第一合金，在对第一合金和第二合金的整体进行热处理的同时主要使第二合金硬化，将硬度差调整为HRC44以上。作为热处理的方法，一般可举出：在奥氏体化后，通过在相变为马氏体或贝氏体的条件下的冷却而获得的淬火硬化处理的方法；为了获得上述淬火硬化后或所需的性质，在热处理后以特定的温度均热1次以上的次数后，以适当的速度进行冷却的回火处理的方法；以及，在急冷、冷加工等之后，合金的性质(例如硬度等)随时间经过而变化的时效硬化处理等方法。热处理的实施方法及其温度、时间等由JIS标准等规定，例如，在JIS G 4404中规定的合金工具钢钢材的SKD61的情况下，通过淬火温度1030℃空冷和550℃的空冷回火热处理，得到HRC50以上的钢材。予以说明，在本实施方式中，在爆炸压接后采用进行热处理，但只要在热处理后第二合金的硬度高于第一合金，并且第一合金与第二合金的硬度差为HRC44以上，则也可以是SKD61以外的合金。在对第二合金进一步赋予高硬度时，例如可以组合JIS G 0201中规定的渗碳淬火、火焰淬火、高频淬火、氮化、盐浴软氮化处理等表面处理。予以说明，在一实施方式中，与如上所述的渗碳淬火、火焰淬火、高频淬火、氮化处理相比，硬化层能够得到从表面起数mm以上的硬化层，因此能够实现制造装置的长寿命。考虑到使用时的寿命，硬化层的厚度优选为从表面起3mm以上，更优选为从表面起5mm以上，进一步优选为遍及第二合金整体而硬化。
实施例
以下示出本公开的实施例和比较例，但本发明并不限定于这些实施例和比较例。
《测定和评价方法》
〈硬度和硬度差〉
HRC(洛氏硬度)根据JIS Z 2245的洛氏硬度试验进行测定。
〈剪切试验〉
根据JIS G 0601的包层的试验方法进行测定。观察剪切试验后的试验片，当第二合金上有第一合金附着时，判断为在第一合金侧断裂。当第二合金上没有第一合金附着且接合面露出时，则判断为接合界面的剥离。予以说明，具有中间材料的包层中，当第二合金有中间材料附着时，或中间材料有第一合金附着时，则可以判断为在第一合金侧的断裂。此外，当第二合金上没有中间材料附着且两者的接合面露出时，或在中间材料上没有第一合金附着且在两者的接合面露出时，则可以判断为接合界面的剥离。
〈波高〉
将经爆炸压接的包层加工成含接合界面的20×20×20的块状，使用电子显微镜测定含接合部的截面。测定是测量接合界面的任意10个左右，求出其平均值。
〈超声波探伤试验〉
超声波探伤试验按照JIS G 0601的包层钢的试验方法中规定的超声波探伤试验来实施。横轴表示传播时间、纵轴表示声压时，在将底面回波高度设定为80％时，未检测到界面回波高度为40％以上的缺陷回波时，则判断为无缺陷。
〈渗透探伤试验〉
对于包层的表面和截面，根据ASME BPVC-VIII-1或同等标准进行渗透探伤试验。包层的截面进行铣削加工或研磨加工并在清扫观察面后实施。使用游标卡尺等测量仪器测定检测到的红色指示图案的大小和数量。
《实施例1》
作为富有加工性和焊接性的第一合金，使用作为JIS G 3101中规定的一般结构用轧制钢材的厚度100mm的SS400，作为第二合金，耐磨损性合金使用作为JIS G 4404中规定的合金工具钢材的厚度8mm的SKD61。在第二合金与第一合金之间设置规定的间隙，以规定的厚度配置主要成分为硝酸铵的粉末状炸药，通过6mm直径的雷管使炸药爆炸来进行爆炸压接。其结果是能够将第二合金与第一合金接合，超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果判定为无缺陷的整面接合。
接着，将爆炸压接而制作的包层在1,030℃下淬火后，在550℃下实施2次回火热处理时，结果第二合金(SKD61)的表面硬度为HRC50以上，第一合金(SS400)保持初始硬度的HRC0～1。
接着，对上述热处理后的包层实施超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果，判定为无缺陷的整面接合。此外，对热处理后的包层的接合面截面实施渗透探伤试验(ASME BPVC-VIII-1)的结果是在包层的表面和截面未检测出指示图案，没有产生缺陷和剥离，在整个面保持接合。此外，接合界面中的波高为450μm。
接着，从该包层切出共计4个剪切试验的试验样品，进行剪切试验(JIS G 0601)。其结果是如表1所示的剪切强度的平均值为420MPa左右，均在SS400的第一合金侧发生断裂，具有足够的接合界面强度。
为了将该包层设置于制造装置，实施了包层的外周或板厚方向的切削加工、向SS400侧的螺纹孔加工和焊接加工时，结果可容易地切削或焊接等加工成规定的形状，显示作为产品使用没有问题。根据以上的结果，确认到实施例1的包层具有耐磨损性，并且具有高加工性。
《实施例2》
作为富有加工性和焊接性的第一合金，使用作为JIS G 3106中规定的焊接结构用轧制钢板的厚度20mm的SM490A，作为第二合金，耐磨损性合金使用作为JIS G 4404中规定的合金工具钢材的厚度6mm的SKD1。在第二合金与第一合金之间设置规定的间隙，以规定的厚度配置主要成分为硝酸铵的粉末状炸药，通过6mm直径的雷管使炸药爆炸来进行爆炸压接。其结果是能够将第二合金与第一合金接合，超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果判定为无缺陷的整面接合。
接着，将爆炸压接而制作的包层在970℃下淬火后，在180℃下实施1次回火热处理时，结果第二合金(SKD1)的表面硬度为HRC63以上，第一合金(SM490A)保持初始硬度的HRC0～1。
接着，对上述热处理后的包层实施超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果，判定为无缺陷的整面接合。此外，对热处理后的包层的接合面截面实施渗透探伤试验(ASME BPVC-VIII-1)的结果是在包层的表面和截面未检测出指示图案，没有产生缺陷和剥离，在整个面保持接合。此外，接合界面中的波高为620μm。
接着，从该包层切出共计4个剪切试验的试验样品，进行剪切试验(JIS G 0601)。其结果是如表1所示的剪切强度的平均值为455MPa左右，均在SM490A的第一合金侧发生断裂，具有足够的接合界面强度。
为了将该包层设置于制造装置，实施了包层的外周或板厚方向的切削加工、向SM490A侧的螺纹孔加工和焊接加工时，结果可容易地切削或焊接等加工成规定的形状，显示作为产品使用没有问题。根据以上的结果，确认到实施例2的包层具有耐磨损性，并且具有高加工性。
《实施例3》
作为富有加工性和焊接性的第一合金，使用作为JIS G 3101中规定的一般结构用轧制钢的厚度55mm的SS400，作为第二合金，耐磨损性合金使用作为JIS G 4304中规定的热轧不锈钢板的厚度10mm的SUS420J2。在第二合金与第一合金之间设置规定的间隙，以规定的厚度配置主要成分为硝酸铵的粉末状炸药，通过6mm直径的雷管使炸药爆炸来进行爆炸压接。其结果是能够将第二合金与第一合金接合，超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果判定为无缺陷的整面接合。
接着，将爆炸压接而制作的包层在1030℃下淬火后，在300℃下实施1次的回火热处理时，结果第二合金(SUS420J2)的表面硬度为HRC44以上，第一合金(SS400)保持初始硬度的HRC0～1。
接着，对上述热处理后的包层实施超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果，判定为无缺陷的整面接合。此外，对热处理后的包层的接合面截面实施渗透探伤试验(ASME BPVC-VIII-1)的结果是在包层的表面和截面未检测出指示图案，没有产生缺陷和剥离，在整个面保持接合。此外，接合界面中的波高为250μm。
接着，从该包层切出共计4个剪切试验的试验样品，进行剪切试验(JIS G 0601)。其结果是如表1所示的剪切强度的平均值为445MPa左右，均在SS400的第一合金侧发生断裂，具有足够的接合界面强度。
为了将该包层设置于制造装置，实施了包层的外周或板厚方向的切削加工、向SS400侧的螺纹孔加工和焊接加工时，结果可容易地切削或焊接等加工成规定的形状，显示作为产品使用没有问题。根据以上的结果，确认到实施例3的包层具有耐磨损性，并且具有高加工性。
《实施例4》
作为富有加工性和焊接性的第一合金，使用作为JIS G 3106中规定的焊接结构用轧制钢板的厚度30mm的SM490A，作为第二合金，耐磨损性合金使用作为JIS G 4902中规定的耐腐蚀耐热超合金、镍和镍合金的轧制材料的厚度10mm的NCF718。在第二合金与第一合金之间设置规定的间隙，以规定的厚度配置主要成分为硝酸铵的粉末状炸药，通过6mm直径的雷管使炸药爆炸来进行爆炸压接。其结果是能够将第二合金与第一合金接合，超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果判定为无缺陷的整面接合。
接着，将爆炸压接而制作的包层在1000℃下固溶化后，在718℃和620℃下实施时效处理的热处理时，结果第二合金(NCF718)的表面硬度为HRC47以上，第一合金(SM490A)保持初始硬度的HRC0～1。
接着，对上述热处理后的包层实施超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果，判定为无缺陷的整面接合。此外，对热处理后的包层的接合面截面实施渗透探伤试验(ASME BPVC-VIII-1)的结果是在包层的表面和截面未检测出指示图案，没有产生缺陷和剥离，在整个面保持接合。此外，接合界面中的波高为130μm。
接着，从该包层切出共计4个剪切试验的试验样品，进行剪切试验(JIS G 0601)。其结果是如表1所示的剪切强度的平均值为510MPa左右，均在SA490A的第一合金材侧发生断裂，具有足够的接合界面强度。
为了将该包层设置于制造装置，实施了覆层材料的外周或板厚方向的切削加工、向SM490A侧的螺纹孔加工和焊接加工时，结果可容易地切削或焊接等加工成规定的形状，显示作为产品使用没有问题。根据以上的结果，确认到实施例4的包层具有耐磨损性，并且具有高加工性。
《比较例1》
基本条件和爆炸压接条件及热处理条件与实施例1相同，更换实施例1的制造工序。即，在淬火/回火热处理后实施爆炸压接时，结果虽然可实现第二合金与第一合金的接合，但在作为第二合金的耐磨损性合金的表面出现了很多裂纹，不能得到可使用的产品。
《比较例2》
作为第一合金，使用作为JIS G 4304中规定的热轧不锈钢板的厚度10mm的SUS304，作为第二合金，耐磨损性合金使用作为JIS G 4404中规定的合金工具钢材的厚度5mm的SKD11。在第二合金与第一合金之间设置规定的间隙，以规定的厚度配置主要成分为硝酸铵的粉末状炸药，通过6mm直径的雷管使炸药爆炸来进行爆炸压接。其结果是能够将第二合金与第一合金接合，超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果判定为无缺陷的整面接合。
接着，将爆炸压接而制作的包层在1030℃下淬火后，在180℃下实施1次的回火热处理时，结果第二合金(SKD11)的表面硬度为HRC59以上，第一合金(SUS304)从初始硬度提高至HRC26。
接着，对上述热处理后的包层实施超声波探伤试验(JIS G 0601，底面回波方式)的结果，判定为无缺陷的整面接合。此外，对热处理后的包层的接合面截面实施渗透探伤试验(ASME BPVC-VIII-1)的结果是在包层的表面和截面未检测出指示图案，没有产生缺陷和剥离，在整个面保持接合。此外，接合界面中的波高为100μm。
接着，从该包层切出共计4个剪切试验的试验样品，进行剪切试验(JIS G 0601)。其结果是如表1所示的剪切强度的平均值为550MPa左右，均在SUS304的第一合金侧发生断裂，具有足够的接合界面强度。
为了将该包层设置于制造装置，实施了包层的外周或板厚方向的切削加工、向SUS304侧的螺纹孔加工和焊接加工时，结果是由于SUS304自身为高硬度而增加加工工时或发生焊接裂纹等，难以加工成规定的形状，不能得到可使用的产品。
[表1]
Figure BDA0003955221180000161
工业上的可利用性
本发明的包层能够作为制造装置用的混炼机、粉碎机等挤压构件、具有设备间接触的构件、用活塞进行往复运动的构件、其他高硬度构件、将材料进行粉碎与输送的重型设备、工业设备的构件来利用。

Claims (9)

1.一种包层，其是包含第一合金和接合于所述第一合金的第二合金的2层以上的包层，其中，所述第二合金的硬度高于所述第一合金，并且所述第一合金与所述第二合金的硬度差为HRC44以上，所述包层在实施JIS G 0601的剪切试验时在所述第一合金侧断裂。
2.根据权利要求1所述的包层，其中，所述包层在以JIS G 0601的超声波探伤试验的底面回波方式进行探伤时，在所述第一合金与所述第二合金的接合界面处无缺陷。
3.根据权利要求1或2所述的包层，其中，所述包层在实施ASME BPVC-VIII的渗透探伤试验时，在所述包层的表面上无指示图案，在所述包层的截面上无长度大于宽度3倍的指示图案，并且无大于5mm的圆形或椭圆的指示图案，并且无从端部至端部以1.5mm以下的间隔大致排列成一条直线状的4个以上的指示图案。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的包层，其中，所述第一合金的硬度为HRC5以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的包层，其中，所述第一合金与所述第二合金直接接合。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的包层，其中，所述第一合金与所述第二合金的接合界面中的波高为30μm以上且1000μm以下。
7.一种包层的制造方法，其包括：
将第一合金与第二合金利用爆炸压接法进行接合；
对接合后的所述第二合金进行淬火和回火的热处理，使所述第二合金硬化，使所述第二合金的硬度高于所述第一合金，并且使所述第一合金与所述第二合金的硬度差为HRC44以上。
8.一种包层的制造方法，其包括：
将第一合金与第二合金利用爆炸压接法进行接合；
对接合后的第二合金进行固溶化和时效处理的热处理，使第二合金硬化，使第二合金硬度高于所述第一合金，并且使所述第一合金与所述第二合金的硬度差为HRC44以上。
9.一种包层的使用方法，其将权利要求1～6中任一项所述的包层的所述第一合金以机械或冶金方式紧固在设备上，并将所述第二合金暴露在承受磨损负荷的环境中。
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