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Description
本発明の一の形態において、本発明は、硬質複合部材と、該硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定される。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、個別硬質成分の各々が約0.001〜約16平方インチの表面領域を有するようなサイズを有する。硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、略全ての粒子が硬質成分のサイズより小さいサイズを有する。硬質複合部材が約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、該溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成する。
別の形態において、本願は、表面領域を有する支持体と、該支持体の表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される硬質複合部材と、を備える靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、個別硬質成分の各々が約0.001〜約16平方インチの表面領域を有するようなサイズを有する。個別硬質成分が、次のうちの一以上を含む。すなわち、バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、焼結浸炭炭化タングステン;バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含み、被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆焼結浸炭炭化タングステン;チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムのうち一以上のホウ化物、カーバイドおよび窒化物のうち一以上;炭化タングステン;被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムのうち一以上の被覆ホウ化物、被覆カーバイドおよび被覆窒化物のうち一以上;被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆炭化タングステン;被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆炭化珪素;被覆はニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆窒化珪素;および被覆炭化ホウ素;のうちの一種類以上を含む。硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての硬質粒子が硬質成分のサイズより小さいサイズを有する。硬質複合部材が約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成する。
更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、個別硬質成分の各々が約0.001〜約16平方インチの表面領域を有するようなサイズを有する。硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、略全ての硬質粒子が硬質成分のサイズより小さいサイズを有し、硬質複合部材が約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接触面で接合を形成する。
更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材が粒径約−325〜約+80メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子を含み、粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子のニッケルの含有量が約3〜25重量パーセントである。硬質複合部材は約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。溶浸合金が硬質複合材料の約60〜約80重量パーセントを構成し、ニッケル浸炭炭化クロム粒子が硬質複合材料の約20〜約40重量パーセントを構成する。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接触面で接合を形成する。
更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材は超硬バイトコンパクトを含み、超硬バイトコンパクトが硬質複合材料の表面領域の約40パーセント〜約85パーセントを覆う。硬質複合材料が硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含む。硬質複合部材が約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接触面で接合を形成する。
更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含む。硬質成分が粒径−325+80メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子および粒径−325メッシュの二ホウ化チタン粒子のうち一以上を含む。硬質複合部材は、約65〜約69重量パーセントの粒径−80+325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約12〜約17重量パーセントの−325メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約12〜約17重量パーセントの−325メッシュの粒径を有する粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約1.5〜約2.5重量パーセントの粒径−325メッシュのニッケル粒子とを含むマトリックス粉末とを更に含む。硬質複合部材が約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成する。
更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定され、硬質複合部材が粒径−325+80メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と粒径−325メッシュの二ホウ化チタン粒子とを含む。粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と二ホウ化チタン粒子との組み合わせの約45〜約70重量パーセントを構成する。二ホウ化チタン粒子が粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と二ホウ化チタン粒子との組み合わせの約30〜約55重量パーセントを構成する。硬質複合部材が約500〜約1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により粒子が実質的に劣化しないよう、熱により粒子の混合物に溶浸され、それにより、粒子および溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成する。
支持体22は、(支持体と同様に)靱性耐摩耗部材20に強靭性を付与するための性質を有する多くの材料のいずれか一つから作られることができる。これらの材料は、耐磨耗性表面を必要とする他の支持体と同様に、鉄合金および非鉄合金を(限定せずに)含む。支持体の特定の例示的な材料は、例えばAISI 4140鋼およびAISI 316ステンレス鋼等の様々な鋼を含む。AISI 4140鋼の名目上の組成物(重量パーセントで)は、0.38〜0.43%の炭素、0.75〜1.00%のマンガン、0.035%の燐、0.040%の硫黄、0.15〜0.35%の珪素、0.80〜1.10%のクロム、0.15〜0.25%のモリブデンおよびそのバランスを構成する鉄(balance iron)である。316ステンレス鋼の名目上の組成物は(重量パーセントで)、最大で0.08%の炭素、最大で2.00%のマンガン、最大で0.030%の燐、最大で0.030%の珪素、10.00〜16.00%のニッケル、16.00〜18.00%のクロム、2.00〜3.00%のモリブデンおよびそのバランスを構成する鉄である。支持体は、また、硬質粒子を有する鋳造物をその中に含むことができた。支持体は、また、白鋳鉄を含むことができた。この態様が以下でさらに説明されるが、支持体はまた、溶浸合金に接合可能な性質を所有し、それにより、支持体22と硬質複合材料24との間が堅固に接合する。
図1〜3の特定の実施形態において、硬質複合材料24は複数の個別硬質成分(以下に記載)を含み、これらの硬質成分は、括弧30で示すマトリックス内に保持される。マトリックスは、異なる種類の硬質粒子および/または粉末を含むマトリックス粉末の集合体と、熱と、時々、圧力または真空等の更なる環境の影響下でマトリックス粉末の集合体および硬質成分に溶浸した溶浸合金31(図3)とを含む。さらに、溶浸合金は、様々な大気(例えば、アルゴン、ヘリウム、水素および窒素)の下で硬質成分およびマトリックス粉末の集合体に溶浸することができる。
図1〜3の特定の実施形態は、焼結超硬バイトコンパクト34のそれぞれは、硬質複合材料24のマトリックス内で、選択的に配置されることを示す。図3に概略的に示すように、通常、溶浸前の型で焼結超硬バイトコンパクト34を選択的に配置することにより、このような配向が達成される。出願人は、コンパクト34が約0.5〜約90パーセントの耐磨耗硬質部材の表面領域を覆うことが可能であることを意図する。
出願人は、上記の特定の硬質成分を説明することにより、この特定の硬質成分に対する発明の範囲を限定することを意図しない。出願人は、その他の材料が硬質複合材料の硬質成分としての使用に適していることを意図する。この点に関して、バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの一以上を含む焼結浸炭炭化タングステン;バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含み、被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆焼結浸炭炭化タングステン;チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムのうち一以上のホウ化物、カーバイド、および窒化物のうち一以上;被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムの内一以上の被覆カーバイド、被覆窒化物および被覆ホウ化物のうちの一以上;炭化クロム;被覆炭化クロム;被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆炭化珪素;被覆がニッケル、コバルト、鉄、銅、モリブデンまたは他のあらゆる適切な金属の内一以上を含む被覆窒化珪素;および、被覆がニッケル、コバルト、鉄、銅、モリブデンまたは他のあらゆる適切な金属の内一以上を含む被覆炭化ホウ素は、硬質複合材料の硬質成分としての使用に適していると思われる。
図1に沿って全体的に長方形の靱性耐摩耗部材を参照すると、硬質複合材料の硬質粒子は、100パーセントの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子を含むことができる。ニッケルは、超硬バイトの約3〜約25重量パーセントを構成することができ、炭化クロムはバランスを構成する。超硬バイトの好適な組成物は、約15重量パーセントのニッケルおよびバランスが炭化クロムである。粉砕浸炭(ニッケル)炭化クロム粒子の粒径は約−325〜約+80メッシュである。溶浸合金は、硬質複合材料の約60〜約80重量パーセントを構成することができ、粉砕ニッケル浸炭炭化クロムは、硬質複合材料の約20〜約40重量パーセントを構成することができる。
図1の実施形態はまた、下記の表1Aに記載される組成物からも作られる。マトリックス粉末は、表2から採用できる混合物No.2である。硬質成分は、15重量パーセントの量のニッケルが存在する粉砕ニッケル浸炭炭化クロムである。粉砕浸炭(ニッケル)炭化クロム粒子の粒径は、約−325〜約+80メッシュである。二ホウ化チタン(TiB2)粒子は−325メッシュと同等の粒径を有する。溶浸合金は表1に記載される銅基合
金A−1であった。溶浸合金は硬質複合材料の約60〜約70重量パーセントを構成した。
金A−1であった。溶浸合金は硬質複合材料の約60〜約70重量パーセントを構成した。
図4を参照すると、支持体54に固定される硬質複合材料52を有する靱性耐摩耗部材50が示される。硬質複合材料52は、その1つの表面から突出する複数の焼結超硬バイトコンパクト56を含む。この実施形態において、支持体は通常は4140鋼から成る。通常、硬質複合材料本体52は通常、10重量パーセントのコバルトとバランスを構成する炭化タングステンとの組成物を有する焼結超硬バイトコンパクト56を含む。マトリックス粉末は、典型的には、カーバイドおよび/またはカーバイド上の被覆のためのバインダー合金の形のコバルトおよびニッケルとともに、炭化タングステン、炭化クロムを含む。一つの典型的な溶浸合金は、銅(53重量パーセント)−ニッケル(15重量パーセント)−マンガン(24重量パーセント)−亜鉛(8重量パーセント)の組成を有し、約1150℃と同等の融点を有する。
超硬バイトコンパクト56は、通常、硬質複合材料52の表面領域の約40〜約60パーセントを覆う。超硬バイトコンパクト56は、通常、硬質複合材料52の約90重量パーセントを構成する。図示される特定の実施形態において、超硬バイトコンパクト56は表面から突出し、滴のような形状を有する。超硬バイトコンパクトが正方形または長方形である場合、コンパクトは、硬質複合材料の表面領域の約80〜約85パーセントを覆うことができる。
部材60の一の具体例において、硬質複合材料62は、−80+120メッシュと同等の粒径を有する粉砕浸炭炭化タングステンを含む硬質成分を含有する。超硬バイトは、10重量パーセントの量のコバルトが存在するコバルト浸炭炭化タングステンである。硬質複合材料は、さらにこの表2〜6に記載されるマトリックス粉末のいずれか一つであり得るマトリックス粉末を含むが、好ましいマトリックス粉末は、この表2に記載したマトリックス粉末No.1〜No.3のいずれか一つであってもよい。溶浸合金に対するマトリックス粉末の重量比は、約40:60である。いくつかの用途において、硬質成分粉砕浸炭炭化タングステン粒子(−80+120メッシュ)は、硬質複合材料の約2.5〜約40体積パーセントを構成し、バランスはマトリックス粉末と溶浸合金とを含む。しかし、粉砕浸炭炭化タングステン粒子が硬質複合材料の約2〜約4体積パーセントを構成するものにもいくつかの用途がある。また、粉砕浸炭炭化タングステン粒子が硬質複合材料の約30〜約40体積パーセントを構成するものにもいくつかの用途がある。
図5の実施例のように、硬質複合材料72は、−80+120メッシュと同等の粒径を有する粉砕浸炭炭化タングステンを含む硬質成分を含有する。超硬バイトは、10重量パーセントの量のコバルトが存在するコバルト浸炭炭化タングステンである。硬質複合材料は、さらにこの表2〜6に記載されるマトリックス粉末のいずれか一つであり得るマトリックス粉末を含むが、好ましいマトリックス粉末は、この表2に記載したマトリックス粉末No.1〜No.3のいずれか一つであってもよい。溶浸合金に対するマトリックス粉末の重量比は、約40:60である。いくつかの用途において、硬質成分粉砕浸炭炭化タングステン粒子(−80+120メッシュ)は、硬質複合材料の約2.5〜約40体積パーセントを構成し、バランスはマトリックス粉末と溶浸合金とを含む。しかし、粉砕浸炭炭化タングステン粒子が硬質複合材料の約2〜約4体積パーセントを構成するものにもいくつかの用途がある。粉砕浸炭炭化タングステン粒子が硬質複合材料の約30〜約40体積パーセントを構成するものにもいくつかの用途がある。
図10は、120として通常示される中心送りディスクの特定の他の実施形態を示す。ディスク120は支持体122を含む。支持体122は、支持体84の例に従って多くの異なる材料から作られる。ディスク120は、括弧124が示す硬質複合材料を更に含む。硬質複合材料124は、外輪126を含む。外輪126は、ケンキャストマトリックス(Kencast Matrix)で鋳造された硬質粒子を含む。硬質複合材料124も、約90体積パーセントのコバルト浸炭炭化タングステンコンパクトを含む中心部128を含む。コバルトは、典型的には浸炭炭化タングステンコンパクトの約10重量パーセントを構成する。溶浸合金は、図7および7Aの実施形態にて使用される溶浸合金と同様である。
いくつかの具体例に関して、靱性耐摩耗部材が作られ、そこには、支持体および硬質複合材料が存在する。硬質複合材料は、焼結コバルト(10重量パーセントのコバルト)浸炭炭化タングステンコンパクトを含む硬質成分を含み、マトリックス粉末は、表1の混合物No.1を含み、溶浸合金は、上記の銅(53重量パーセント)−ニッケル(15重量パーセント)−亜鉛(8重量パーセント)−マンガン(24重量パーセント)合金を含んだ。マトリックス粉末は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの40重量パーセントを構成し、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの60重量パーセントを構成した。特定の用途によって、浸炭炭化タングステンコンパクトは、約1〜約95重量パーセントの所定量で存在し、硬質複合材料のバランスはマトリックス粉末および溶浸合金を含んだ。変形例において、および、特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、硬質複合材料の表面領域の約1重量パーセント〜約90パーセントの所定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約1〜約5パーセントの範囲に存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約70〜約90パーセントの範囲に存在してもよい。
支持体および硬質複合材料が存在する他の靱性耐摩耗部材が作られた。硬質複合材料は、硬質成分を含んだ。硬質成分は、焼結コバルト(6重量パーセントのコバルト)浸炭炭化タングステンコンパクトを含んだ。マトリックス粉末は、混合物No.2を含んだ。溶浸合金は、銅(53重量パーセント)−ニッケル(15重量パーセント)−亜鉛(8重量パーセント)−マンガン(24重量パーセント)を含んだ。マトリックス粉末は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの45重量パーセントを構成し、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの55重量パーセントを構成した。特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、約1〜約95重量パーセントの一定量で存在し、硬質複合材料のバランスは、マトリックス粉末および溶浸合金を含む。変形例においておよび特定の用途に応じて、硬質複合材料の表面領域の約1〜約90パーセントの浸炭炭化タングステンコンパクトは一定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約1〜約5パーセントの範囲で存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約70〜約90パーセントの範囲に存在してもよい。
更に別の靱性耐摩耗部材が作られ、そこには、支持体および硬質複合材料が存在する。硬質複合材料は、焼結コバルト(6重量パーセントのコバルト)浸炭炭化タングステン円筒形コンパクトを含む硬質成分を含み、マトリックス粉末は、表1の混合物No.3を含み、溶浸合金は、上記の銅(53重量パーセント)−ニッケル(15重量パーセント)−亜鉛(8重量パーセント)−マンガン(24重量パーセント)合金を含んだ。マトリックス粉末は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの40重量パーセントを構成し、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの60重量パーセントを構成した。特定の用途によって、浸炭炭化タングステンコンパクトは、約1〜約95重量パーセントの所定量で存在し、硬質複合材料のバランスは、マトリックス粉末および溶浸合金を含んだ。変形例において、および、特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、硬質複合材料の表面領域の約1重量パーセント〜約90パーセントの所定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約1〜約5パーセントの範囲に存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約70〜約90パーセントの範囲に存在してもよい。
支持体および硬質複合材料が存在する他の靱性耐摩耗部材が作られた。硬質複合材料は、硬質成分を含んだ。硬質成分は、焼結コバルト(10重量パーセントのコバルト)浸炭炭化タングステンコンパクトを含んだ。マトリックス粉末は、表1から混合物No.4を含んだ。溶浸合金は、銅(53重量パーセント)−ニッケル(15重量パーセント)−亜鉛(8重量パーセント)−マンガン(24重量パーセント)を含む。マトリックス粉末は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの45重量パーセントを構成し、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との組み合わせの55重量パーセントを構成した。特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、約1〜約95重量パーセントの一定量で存在し、硬質複合材料のバランスはマトリックス粉末および溶浸合金を含んだ。変形例においておよび特定の用途に応じて、硬質複合材料の表面領域の約1〜約90パーセントの浸炭炭化タングステンコンパクトは一定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約1〜約5パーセントの範囲で存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約70〜約90パーセントの範囲に存在してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
以下は、本願の一部を成す図面の簡単な説明である:
【図1】 耐摩耗性を付与し、溶浸マトリクスに保持される硬質成分を含む硬質複合材料と、強靭性を付与する支持体(例えば、鋼)と、を含む、板状の靱性耐摩耗部材の等角図である。
【図2】 マトリックスが、硬質成分を保持して、硬質複合材料を形成し、硬質複合材料と支持体との間に結合が存在する、硬質複合材料および支持体を含む硬質部材の概略図である。
【図3】溶浸マトリックス材料は硬質成分の集合体上にあり、硬質成分の集合体は支持体に配置される、硬質成分の集合体を介したマトリックス材料の溶浸前の型の図2の硬質部材の構成要素の概略図である。
【図4】硬質複合材料の一部を構成する複数の焼結超硬バイトコンパクトの少なくとも一部が、硬質複合材料の表面から突出する、硬質複合材料および支持体を含む硬質部材の特定の実施形態の等角図である。
【図5】外部表面が耐磨耗性を有するよう、管の内層が支持体を構成し、管の外層が硬質複合材料を構成する、耐磨耗性管の横断面図である。
【図6】内層が耐磨耗性を有するよう、管の外層が支持体を構成し、管の内層が硬質複合材料を構成する、耐磨耗性管の横断面図である。
【図7】ディスクが、円形の磨耗表面と共に硬質複合材料が存在する内部を有し、円筒状磨耗表面および外側部が円形又ドーナツ状の磨耗表面を有し、支持部材は、硬質複合材料との接触面のための非平坦接触面(又は、表面)を示す、羽根車砕石機用の中心送りディスクの等角図である。
【図7A】硬質複合材料と支持体との間の非平面接触面を図示する、図7の中心送りディスクの横断面図である。
【図8】硬質複合材料と支持体との接触面が粗面である、靱性耐摩耗部材の横断面図である。
【図9】支持体が、孔内に含まれる一部の硬質複合材料と共に孔を含む、靱性耐摩耗部材の横断面図である。
【図10】硬質複合材料が、マトリックス内に硬質カーバイド粒子鋳造物の外輪および、マトリックス粉末に保持される超硬バイトコンパクトおよび溶浸合金を含む内部を含み、硬質複合材料は支持体上にある、中心送りディスクの他の実施形態の横断面図である。
【0065】
以下は、本願の一部を成す図面の簡単な説明である:
【図1】 耐摩耗性を付与し、溶浸マトリクスに保持される硬質成分を含む硬質複合材料と、強靭性を付与する支持体(例えば、鋼)と、を含む、板状の靱性耐摩耗部材の等角図である。
【図2】 マトリックスが、硬質成分を保持して、硬質複合材料を形成し、硬質複合材料と支持体との間に結合が存在する、硬質複合材料および支持体を含む硬質部材の概略図である。
【図3】溶浸マトリックス材料は硬質成分の集合体上にあり、硬質成分の集合体は支持体に配置される、硬質成分の集合体を介したマトリックス材料の溶浸前の型の図2の硬質部材の構成要素の概略図である。
【図4】硬質複合材料の一部を構成する複数の焼結超硬バイトコンパクトの少なくとも一部が、硬質複合材料の表面から突出する、硬質複合材料および支持体を含む硬質部材の特定の実施形態の等角図である。
【図5】外部表面が耐磨耗性を有するよう、管の内層が支持体を構成し、管の外層が硬質複合材料を構成する、耐磨耗性管の横断面図である。
【図6】内層が耐磨耗性を有するよう、管の外層が支持体を構成し、管の内層が硬質複合材料を構成する、耐磨耗性管の横断面図である。
【図7】ディスクが、円形の磨耗表面と共に硬質複合材料が存在する内部を有し、円筒状磨耗表面および外側部が円形又ドーナツ状の磨耗表面を有し、支持部材は、硬質複合材料との接触面のための非平坦接触面(又は、表面)を示す、羽根車砕石機用の中心送りディスクの等角図である。
【図7A】硬質複合材料と支持体との間の非平面接触面を図示する、図7の中心送りディスクの横断面図である。
【図8】硬質複合材料と支持体との接触面が粗面である、靱性耐摩耗部材の横断面図である。
【図9】支持体が、孔内に含まれる一部の硬質複合材料と共に孔を含む、靱性耐摩耗部材の横断面図である。
【図10】硬質複合材料が、マトリックス内に硬質カーバイド粒子鋳造物の外輪および、マトリックス粉末に保持される超硬バイトコンパクトおよび溶浸合金を含む内部を含み、硬質複合材料は支持体上にある、中心送りディスクの他の実施形態の横断面図である。
Claims (30)
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が0.006cm2〜103cm2(0.001〜16平方インチ)の表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての前記粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成し、
前記マトリックス粉末が、50〜70重量パーセントの、粒径−80+325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、24〜32重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、0.8〜1.2重量パーセントの、粒径−325メッシュの鋼粒子と、0.8〜1.2重量パーセントの、粒径−325メッシュのカルボニル鉄粒子と、0〜7重量パーセントの、粒径−45メッシュの炭化クロム粒子と、0〜25重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、0〜15重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記マトリックス粉末が、65〜69重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、29〜32重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、0.9〜1.1重量パーセントの、粒径−325メッシュの鋼粒子と、0.9〜1.1重量パーセントの、粒径−325メッシュのカルボニル鉄粒子と、を含む請求項1記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、61〜66重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、27〜31重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、0.8〜1.0重量パーセントの、粒径−325メッシュの鋼粒子と、0.8〜1.0重量パーセントの、粒径−325メッシュのカルボニル鉄粒子と、を含む請求項1記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、51〜56重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、24重量パーセンと32重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、0.8〜0.9重量パーセントの、粒径−325メッシュの鋼粒子と、0.8〜0.9重量パーセントの、粒径−325メッシュのカルボニル鉄粒子と、15〜25重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む請求項1記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、58〜63重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、25〜29重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、0.8〜1.0重量パーセントの、粒径−325メッシュの鋼粒子と、0.8〜1.0重量パーセントの、粒径−325メッシュのカルボニル鉄粒子と、8〜12重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む請求項1記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、65〜69重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、29〜33重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、0.9〜1.1重量パーセントの、粒径−325メッシュの鋼粒子と、0.9〜1.1重量パーセントの、粒径−325メッシュのカルボニル鉄粒子と、4〜6重量パーセントの、粒径−45メッシュの炭化クロム粒子と、を含む請求項1記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が0.006cm2〜103cm2(0.001〜16平方インチ)の表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての前記粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成し、
前記マトリックス粉末が、65〜69重量パーセントの、−80+325メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、12〜17重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、12〜17重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、1.5〜2.5重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル粒子と、を含む、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記マトリックス粉末が、65〜66重量パーセントの、−80+325メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、12〜16重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、12〜16重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、1.5〜2.5重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル粒子と、4〜6重量パーセントの、−45メッシュの粒径を有する炭化クロム粒子と、を含む請求項7記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が0.006cm2〜103cm2(0.001〜16平方インチ)の表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての前記粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成し、
前記マトリックス粉末が、51〜56重量パーセントの、−80+325メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、10〜15重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、10〜15重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳物炭化タングステン粒子と、1.3〜1.9重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル粒子と、15〜25重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記マトリックス粉末が、65〜69重量パーセントの、−80+325メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、12〜17重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、12〜17重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、1.5〜2.5重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル粒子と、7〜13重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む請求項7記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が0.006cm2〜103cm2(0.001〜16平方インチ)の表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリック粉末の略全ての前記粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成し、
前記マトリックス粉末が、80〜100重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、0重量パーセンと10重量パーセントの、粒径−45メッシュの炭化クロム粒子と、0重量パーセンと25重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、0〜15重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕焼結炭化ニッケル粒子と、を含む、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記マトリックス粉末が、100重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子を含む、請求項11記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、95重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、5重量パーセントの、−45メッシュの粒径を有する炭化クロム粒子と、を含む、請求項11記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、80重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、20重量パーセントの、−325メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項11記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、90重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、10重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む、請求項11記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が0.006cm2〜103cm2(0.001〜16平方インチ)の表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての前記粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成し、
前記マトリックス粉末が、80〜100重量パーセントの、−325メッシュの粒径を有するニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、0〜10重量パーセントの、粒径−45メッシュの炭化クロム粒子と、0〜25重量パーセントの、粒径−325メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、0〜15重量パーセントの、−140+325メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記マトリックス粉末が、100重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子を含む、請求項16記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、95重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、5重量パーセントの、粒径−45メッシュの炭化クロム粒子と、を含む、請求項16記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、80〜90重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、10〜20重量パーセントの、−325メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項16記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、90重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、10重量パーセントの、−325メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項16記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記マトリックス粉末が、85重量パーセントの、粒径−325メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、15重量パーセントの、−325メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項16記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記硬質成分が粒径−325+80メッシュの一種類以上の粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子および粒径−325メッシュの二ホウ化チタン粒子の1以上を含み、
前記硬質複合部材は、65〜69重量パーセントの粒径−80+325メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、12〜17重量パーセントの−325メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、12〜17重量パーセントの−325メッシュの粒径を有する粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、1.5〜2.5重量パーセントの粒径−325メッシュのニッケル粒子とを含むマトリックス粉末とを更に含み、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記マトリックス粉末が、該マトリックス粉末と前記硬質成分との組み合わせの35〜45重量パーセントであり、粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記マトリックス粉末と前記硬質成分との組み合わせの35〜45重量パーセントであり、前記二ホウ化チタン粒子は、前記マトリックス粉末と前記硬質成分との組み合わせの15〜25重量パーセントである、請求項22記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記硬質成分は二ホウ化チタンを含み、前記マトリックス粉末が、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせの75〜85重量パーセントであり、前記二ホウ化チタン粒子は、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせの15〜25重量パーセントである、請求項22記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記硬質成分は二ホウ化チタンを含み、前記マトリックス粉末が、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせの60〜75重量パーセントであり、前記二ホウ化チタン粒子は、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせの25〜40重量パーセントである、請求項22記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記溶浸合金が、53重量パーセントの銅と、15重量パーセントのニッケルと、8重量パーセントの亜鉛と、24重量パーセントのマンガンとを含む請求項22記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記溶浸合金が前記硬質複合部材の60〜70重量パーセントである請求項22記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材が粒径−325+80メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と粒径−325メッシュの二ホウ化チタン粒子とを含み、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせの45〜70重量パーセントであり、前記二ホウ化チタン粒子が前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせの30〜55重量パーセントであり、
前記硬質複合部材が500〜1400℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記粒子が実質的に劣化しないよう、熱により前記粒子の混合物に溶浸され、それにより、前記粒子および前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、接合を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。 - 前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせの66重量パーセントであり、前記二ホウ化チタン粒子が前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせの34重量パーセントである、請求項28記載の靱性耐摩耗硬質部材。
- 前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせの50重量であり、前記二ホウ化チタン粒子が前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせの50重量パーセントである、請求項28記載の靱性耐摩耗硬質部材。
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