JP2022512933A - Binder redistribution within cemented carbide inserts for mining - Google Patents

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Abstract

1種または複数の硬質相成分および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサートの結合相を再分配させる方法であって、a)未処理の採鉱用超硬合金インサートを準備する工程と、b)金属酸化物または金属炭酸塩から選択される少なくとも1種の結合剤プラーを、未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布する工程と、c)未処理の採鉱用超硬合金インサートを焼結する工程と、を含み、金属酸化物または金属炭酸塩が未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの局所的領域のみに塗布されることを特徴とする、方法、また硬度勾配を有する超硬合金ならびにその使用。【選択図】図10A method of redistributing the bonded phase of a mining cemented carbide insert containing one or more hard phase components and binders, a) preparing an untreated cemented carbide insert for mining, and b). A step of applying at least one binder puller selected from metal oxides or metal carbonates to the surface of untreated cemented carbide inserts for mining and c) firing untreated cemented carbide inserts for mining. A method and a hardness gradient comprising a sintering step, wherein the metal oxide or metal carbonate is applied to only at least one local region of the surface of the untreated cemented carbide insert for mining. Carbide with and its use. [Selection diagram] FIG. 10

Description

本開示は、採鉱用超硬合金インサート内に結合剤を再分配させる方法、硬度勾配を有する採鉱用超硬合金インサートおよびその使用に関する。 The present disclosure relates to a method of redistributing a binder within a mining cemented carbide insert, a mining cemented carbide insert having a hardness gradient and its use.

超硬合金は、良好なレベルの強靱性と共に、高い弾性率、高い硬度、高い圧縮強度、高い耐摩耗性および耐摩擦性の独特な組合せを有する。したがって、超硬合金は採鉱用ツールなどの製品に共通して使用されている。一般的に、超硬合金の硬度および強靱性は、結合剤含有量および硬質相の粒子サイズを変化させることにより変更することができる。通常、より高い結合剤含有量は、超硬合金の強靱性を増加させるが、その硬度および耐摩耗性は低減する。より微細な硬質相粒子サイズは、より高い耐摩耗性を有する、より高い硬度の超硬合金をもたらすのに対して、粒子サイズの粗い硬質相はそれ程硬質ではないが、より高い耐衝撃性を有する。 Cemented carbide has a unique combination of high modulus of elasticity, high hardness, high compressive strength, high wear resistance and abrasion resistance, as well as a good level of toughness. Therefore, cemented carbide is commonly used in products such as mining tools. In general, the hardness and toughness of cemented carbide can be changed by varying the binder content and the particle size of the hard phase. Higher binder content usually increases the toughness of cemented carbide, but reduces its hardness and wear resistance. Finer hard phase particle size results in higher hardness cemented carbide with higher wear resistance, whereas coarser grain size hard phase is less rigid but more impact resistant. Have.

採鉱用超硬合金インサートの効率を最大限にするため、これら特性の組合せが所望され、製品の異なる部分の材料に対して異なる需要が存在する。例えば、削岩および鉱物切削用のインサートにおいて、不具合の危険性を最小化するより強靭な内部および耐摩耗性を最適化するより硬質な外部を有することが望ましい。 In order to maximize the efficiency of cemented carbide inserts for mining, a combination of these properties is desired and there is a different demand for materials in different parts of the product. For example, in inserts for rock drilling and mineral cutting, it is desirable to have a tougher interior that minimizes the risk of failure and a stiffer exterior that optimizes wear resistance.

WO2010/056191は、硬質相および結合相を含む超硬合金体を形成する方法であって、中間表面ゾーンの少なくとも1つの部分が本体の内部より低い平均結合剤含有量を有する方法を開示している。 WO2010 / 056191 discloses a method of forming a cemented carbide body containing a hard phase and a bonded phase, wherein at least one portion of the intermediate surface zone has a lower average binder content than the interior of the body. There is.

しかし、さらにより大きな硬度勾配を作り出すことができ、特定の用途に対して勾配を調整することができ、非対称の採鉱用超硬合金インサートにさえ適用することができる方法に対する必要性が依然として存在する。炭素含有量に関して化学量論的にバランスの取れた標準的カーバイド粉末から開始して、結合相を再分配することができる方法に対する必要性もまた存在する。 However, there is still a need for methods that can create even larger hardness gradients, adjust the gradient for specific applications, and even apply to asymmetric cemented carbide inserts for mining. .. There is also a need for a method that can redistribute the bound phase, starting with a standard carbide powder that is stoichiometrically balanced with respect to carbon content.

これにより、本開示は、したがって、1種または複数の硬質相成分および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサート内に結合相を再分配させる方法であって、
a)未処理の採鉱用超硬合金インサートを準備する工程と、
b)金属酸化物または金属炭酸塩から選択される少なくとも1種の結合剤プラーを、未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布する工程と、
c)未処理の採鉱用超硬合金インサートを焼結する工程と、
を含み、金属酸化物または金属炭酸塩が未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの局所的領域のみに塗布されることを特徴とする、方法を提供する。
Thereby, the present disclosure is thus a method of redistributing the bound phase into a mining cemented carbide insert containing one or more hard phase components and a binder.
a) The process of preparing untreated cemented carbide inserts for mining,
b) A step of applying at least one binder puller selected from metal oxides or metal carbonates to the surface of untreated cemented carbide inserts for mining.
c) The process of sintering untreated cemented carbide inserts for mining,
Provided is a method comprising, wherein a metal oxide or a metal carbonate is applied only to at least one local region on the surface of an untreated cemented carbide insert for mining.

本方法は、結合剤を、調整された、最も良好な方式で再分配して、採鉱用超硬合金インサートに最適な機能性を得ることを可能にする。例えば、異なる用途に対して特定の硬度プロファイルを作り出すことができる。 The method makes it possible to redistribute the binder in a tuned and best manner to obtain optimum functionality for mining cemented carbide inserts. For example, a particular hardness profile can be created for different applications.

さらに、本開示は、1種または複数の硬質相成分および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサートであって、採鉱用超硬合金インサートの表面の第1の部分から表面の第2の部分まで硬度勾配が存在し、表面の第1の部分が表面の第2の部分に実質的に対向していることによって、
-表面の第1の部分が、表面の第2の部分より30HV3だけ柔軟~80HV3だけ硬質であり、
-表面の第1の部分がバルクより5~120HV3だけ硬質であり、
-表面の第2の部分がバルクより20HV3~70HV3だけ硬質である
ことを特徴とする、採鉱用超硬合金インサートに関する。
Further, the present disclosure is a cemented carbide insert for mining containing one or more hard phase components and binders, from a first portion of the surface to a second portion of the surface of the cemented carbide insert for mining. By the presence of a hardness gradient, the first portion of the surface is substantially opposed to the second portion of the surface.
-The first part of the surface is 30HV3 more flexible to 80HV3 harder than the second part of the surface.
-The first part of the surface is 5 to 120 HV3 harder than the bulk,
-Regarding a cemented carbide insert for mining, characterized in that the second portion of the surface is 20HV3 to 70HV3 harder than the bulk.

対向する側に対称的に塗布された結合剤プラーおよび結合剤プッシャーを示すインサートの略図である。FIG. 3 is a schematic representation of an insert showing a binder puller and a binder pusher symmetrically applied to opposite sides. 対向する側に非対称的に塗布された結合剤プラーおよび結合剤プッシャーを示すインサートの略図である。FIG. 3 is a schematic representation of an insert showing a binder puller and a binder pusher asymmetrically applied to opposite sides. 実施例1で開示された試料Aに対するHV3恒硬度プロットである。3 is an HV3 constant hardness plot for Sample A disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Bに対するHV3恒硬度プロットである。3 is an HV3 constant hardness plot for Sample B disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Cに対するHV3恒硬度プロットである。3 is an HV3 constant hardness plot for Sample C disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Dに対するHV3恒硬度プロットである。3 is an HV3 constant hardness plot for Sample D disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Eに対するHV3恒硬度プロットである。3 is an HV3 constant hardness plot for Sample E disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Fに対するHV3恒硬度プロットである。8 is an HV3 constant hardness plot for Sample F disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Gに対するHV3恒硬度プロットである。6 is an HV3 constant hardness plot for Sample G disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Hに対するHV3恒硬度プロットである。8 is an HV3 constant hardness plot for Sample H disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Iに対するHV3恒硬度プロットである。8 is an HV3 constant hardness plot for Sample I disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Jに対するHV3恒硬度プロットである。6 is an HV3 constant hardness plot for Sample J disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料Kに対するHV3恒硬度プロットである。6 is an HV3 constant hardness plot for Sample K disclosed in Example 1. 実施例1において結合剤プラーがどこに塗布されたか示すインサートの略図である。FIG. 3 is a schematic representation of an insert showing where the binder puller was applied in Example 1. 実施例1で開示された試料A、BおよびCに対するHV3中心線硬度プロファイルである。HV3 centerline hardness profile for Samples A, B and C disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料D、EおよびFに対するHV3中心線硬度プロファイルである。HV3 centerline hardness profile for Samples D, E and F disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料G、HおよびIに対するHV3中心線硬度プロファイルである。HV3 centerline hardness profile for Samples G, H and I disclosed in Example 1. 実施例1で開示された試料JおよびKに対するHV3中心線硬度プロファイルである。HV3 centerline hardness profile for samples J and K disclosed in Example 1. 結合剤プラーおよび結合剤プッシャーが非対称的に塗布された実施例2に対するHV5恒硬度プロットである。HV5 constant hardness plot for Example 2 where the binder puller and the binder pusher were asymmetrically applied. 振り子ハンマー試験に対する設定の略図である。It is a schematic of the setting for a pendulum hammer test. 試料DおよびGに対して実施例5で考察されたコバルト濃度プロファイルである。The cobalt concentration profile discussed in Example 5 for Samples D and G. 試料DおよびGに対して実施例5で考察されたクロム濃度プロファイルである。The chromium concentration profile discussed in Example 5 for Samples D and G. 実施例5試料DおよびGに対して実施例5で考察されたCr/Co濃度プロファイル。Example 5 Cr / Co concentration profile discussed in Example 5 for Samples D and G. 試料Kに対して実施例5で考察されたコバルト濃度プロファイルである。9 is the cobalt concentration profile discussed in Example 5 for Sample K. 試料Kに対して実施例5で考察されたクロム濃度プロファイルである。9 is the chromium concentration profile discussed in Example 5 for Sample K. フィールド試験の間測定された試料C、FおよびIに対する掘削深さの関数として、インサート直径の変化を示すプロットである。It is a plot showing the change of the insert diameter as a function of the drilling depth with respect to the samples C, F and I measured during the field test.

1つの態様によると、本開示は、WC硬質相、場合によって1種または複数のさらなる硬質相成分および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサートの結合相を再分配させる方法であって、
a)未処理の採鉱用超硬合金インサートを準備する工程と、
b)金属酸化物または金属炭酸塩から選択される少なくとも1種の結合剤プラーを、未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布する工程と、
c)未処理の採鉱用超硬合金インサートを焼結する工程と、
を含み、金属酸化物または金属炭酸塩が未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの局所的領域のみに塗布されることを特徴とする、方法に関する。
According to one aspect, the present disclosure is a method of redistributing the bonded phase of a WC hard phase, optionally one or more additional hard phase components and binders of a cemented carbide insert for mining.
a) The process of preparing untreated cemented carbide inserts for mining,
b) A step of applying at least one binder puller selected from metal oxides or metal carbonates to the surface of untreated cemented carbide inserts for mining.
c) The process of sintering untreated cemented carbide inserts for mining,
The present invention relates to a method comprising, wherein a metal oxide or metal carbonate is applied only to at least one local region on the surface of an untreated cemented carbide insert for mining.

1種または複数のさらなる硬質相成分は、TaC、TiC、TiN、TiCN、NbC、CrCから選択することができる。結合相はCo、Ni、Feまたはこれらの混合物から選択することができ、好ましくはCoおよび/またはNiであり、最も好ましくはCoであってよい。採鉱用カーバイドインサートは約4~約30重量%、好ましくは約5~約15重量%の適切な結合剤含有量を有する。採鉱用カーバイドインサートはまた、結晶微細化化合物を結合剤含有量の≦20重量%の量で場合によって含んでもよい。結晶微細化化合物は、カーバイド、混合カーバイド、バナジウム、クロム、タンタルおよびニオブの炭窒化物または窒化物の群から適切に選択される。採鉱用カーバイドインサートの残りは、1種または複数の硬質相成分からできている。 One or more additional hard phase components can be selected from TaC, TiC, TiN, TiCN, NbC, CrC. The bound phase can be selected from Co, Ni, Fe or a mixture thereof, preferably Co and / or Ni, most preferably Co. Carbide inserts for mining have a suitable binder content of about 4 to about 30% by weight, preferably about 5 to about 15% by weight. Carbide inserts for mining may also optionally contain a crystallizing compound in an amount of ≤20% by weight of the binder content. The crystallizing compound is appropriately selected from the group of carbides or nitrides of carbide, mixed carbide, vanadium, chromium, tantalum and niobium. The rest of the mining carbide inserts are made up of one or more hard phase components.

本方法の一実施形態では、採鉱用超硬合金インサートは、少なくとも80重量%のWC、好ましくは少なくとも90重量%のWCを含む硬質相を含有する。 In one embodiment of the method, the mining cemented carbide insert contains a hard phase containing at least 80% by weight WC, preferably at least 90% by weight WC.

本開示において、「未処理の(green)」という用語は、硬質相成分および結合剤を一緒に粉砕し、次いで破砕紛体を加圧して、小型の採鉱用超硬合金インサートを形成することにより生成される採鉱用超硬合金インサートを指し、未だ焼結されていないものである。「結合剤プラー」という用語は、採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布された場合、焼結工程中、結合剤をその表面に向かって移動させる、すなわち、「結合剤プラー」が塗布された表面の方向に結合剤を引き寄せる物質を指す。結合剤プラーは炭素を局在的に消費し、これにより、結合剤を、正常な炭素レベルを有する領域から、炭素レベルが枯渇した局所的領域へと流動させることにより作用する。 In the present disclosure, the term "green" is produced by grinding the hard phase component and binder together and then pressurizing the crushed powder to form a small cemented carbide insert for mining. Refers to cemented carbide inserts for mining that have not yet been sintered. The term "binder puller", when applied to the surface of a cemented carbide insert for mining, moves the binder towards the surface during the sintering process, i.e., "binder puller" was applied. A substance that attracts a binder toward the surface. Binder pullers locally consume carbon, thereby acting by allowing the binder to flow from regions with normal carbon levels to regions depleted of carbon levels.

発明者らは、金属酸化物または金属炭酸塩から選択される結合剤プラーを、未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの局所的領域に塗布することにより、その炭素が、焼結中この領域で局在的に消費されて、炭素電位を形成することを見出した。これは、結合相を、正常またはより高いレベルの炭素を有する領域から、炭素レベルが枯渇した局所的領域へと移動させることを促進する。したがって、これによって採鉱用超硬合金インサートの表面の局所的領域上に結合剤が豊富な領域が形成される。結合剤プラーが塗布された未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面は、「酸化物/炭酸塩ドープした」表面と呼ばれる。結合剤が豊富な領域および結合剤が枯渇した領域は、焼結後、それぞれ引張応力および圧縮応力がかかることは周知である。引張応力を導入することは通常好ましいことではない。しかし、発明者らは、遠心転動などの処理後、高レベルの圧縮応力が、転動した表面下少なくとも1mm未満の深さまで導入されて、存在する引張応力に反作用することができることを見出した。したがって、結合剤プラーを塗布する利点が、引張応力を導入するという有害な影響を受けることなく得られる。 The inventors apply a binder puller, selected from metal oxides or metal carbonates, to at least one local region of the surface of an untreated cemented carbide insert for mining to burn its carbon. It was found that during the sinter, it is locally consumed in this region to form a carbon potential. This facilitates the transfer of the bound phase from regions with normal or higher levels of carbon to regions depleted of carbon levels. Therefore, this forms a binder-rich region on the local region of the surface of the mining cemented carbide insert. The surface of the untreated cemented carbide insert for mining coated with the binder puller is referred to as the "oxide / carbonate doped" surface. It is well known that the binder-rich region and the binder-depleted region are subject to tensile and compressive stresses after sintering, respectively. Introducing tensile stress is usually not preferable. However, the inventors have found that after treatments such as centrifugal rolling, high levels of compressive stress can be introduced to a depth of at least less than 1 mm below the rolled surface and can react to the existing tensile stress. .. Therefore, the advantage of applying the binder puller is obtained without the harmful effects of introducing tensile stress.

「未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面上の少なくとも1つの局所的領域」とは、結合剤含有量を増加させる必要条件がどこにあるかに応じて、表面上の任意の位置、例えば、先端、底部または側面であってよい。結合剤プラーは、所望の作用が、強靱性または耐摩耗性の局所的増加を作り出すことであるかどうかに応じて、採鉱用超硬合金インサートの表面の1つまたは複数の局所的領域に塗布することができる。各「局所的領域」は、採鉱用超硬合金インサートの総表面積の0.5~85%、好ましくは3~75%であってよい。 "At least one local region on the surface of an untreated cemented carbide insert for mining" is any location on the surface, eg, depending on where the requirements for increasing the binder content are. It may be a tip, a bottom or a side surface. The binder puller is applied to one or more local areas of the surface of the mining cemented carbide insert, depending on whether the desired action is to create a local increase in toughness or wear resistance. can do. Each "local region" may be 0.5-85%, preferably 3-75% of the total surface area of the mining cemented carbide insert.

焼結温度は、適切には約1000℃~約1700℃、好ましくは約1200℃~約1600℃、最も好ましくは約1300℃~約1550℃である。焼結時間は適切には約15分間~約5時間、好ましくは約30分間~約2時間である。 The sintering temperature is appropriately about 1000 ° C. to about 1700 ° C., preferably about 1200 ° C. to about 1600 ° C., and most preferably about 1300 ° C. to about 1550 ° C. The sintering time is appropriately about 15 minutes to about 5 hours, preferably about 30 minutes to about 2 hours.

本方法の一実施形態では、金属酸化物または金属炭酸塩である結合剤プラーは、Cr、MnO、MnO、MoO、Fe酸化物、NiO、NbO、V、MnCO、FeCO、CoCO、NiCO、CuCOまたはAgCOから選択される。代わりに金属を未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布することもまた可能であり、この場合、焼結工程中、加熱により酸化物を形成する。金属酸化物または金属炭酸塩の選択は、焼結後の超硬合金の特性、例えば、変形硬化、耐熱性および/または耐食性に影響を与え、必要とされる用途に最も適した選択を行うことができる。金属炭酸塩は、同等の金属酸化物が有毒であり、金属炭酸塩が有毒でない場合に選択される。本方法では、結合剤プラーが塗布される部分についての選択の自由度は高く、例えば、結合剤プラーは、酸化物または炭酸塩中の金属が超硬合金の耐摩耗性を改善するかしないかに応じて、カーバイドツールの摩耗ゾーンの中に塗布することも、または離れた所に塗布することもできる。 In one embodiment of the method, the binder puller, which is a metal oxide or metal carbonate, is Cr 2O 3 , MnO, MnO 2 , MoO 2 , Fe oxide, NiO, NbO 2 , V 2 O 3 , MnCO. 3 , FeCO 3 , CoCO 3 , NiCO 3 , CuCO 3 or Ag 2 CO 3 are selected. Alternatively, a metal can be applied to the surface of the untreated cemented carbide insert for mining, in which case the oxide is formed by heating during the sintering process. The choice of metal oxide or metal carbonate affects the properties of the cemented carbide after sintering, such as deformation hardening, heat resistance and / or corrosion resistance, making the selection most suitable for the required application. Can be done. Metal carbonates are selected when the equivalent metal oxide is toxic and the metal carbonate is not toxic. In this method, there is a high degree of freedom in the choice of the part to which the binder puller is applied. For example, in the binder puller, whether or not the metal in the oxide or carbonate improves the wear resistance of the cemented carbide. Depending on the situation, it can be applied into the wear zone of the carbide tool or at a remote location.

本方法の一実施形態では、結合剤プラーはCrである。Crを結合剤プラーとして使用することは、クロム合金の豊富な表面層が形成され、この表面は転動処理に対する応答を増強するという利点を有する。したがって、より高い圧縮応力が導入され、採鉱用超硬合金インサートの摩耗特性は改善される。Crは、粒子精密化に貢献し、したがって、Crが塗布されたインサートの側面には減少した粒子サイズが測定される。 In one embodiment of the method, the binder puller is Cr 2 O 3 . The use of Cr 2 O 3 as a binder puller has the advantage that a surface layer rich in chromium alloy is formed, which surface enhances the response to rolling treatment. Therefore, higher compressive stresses are introduced and the wear properties of the mining cemented carbide inserts are improved. Cr 3 O 2 contributes to particle refinement and therefore a reduced particle size is measured on the sides of the insert coated with Cr 3 O 2 .

金属酸化物または金属炭酸塩は、表面に約0.1~約100mg/cmの量で、好ましくは約1~約50mg/cmの量で適切に提供される。開始する超硬合金粉末ブレンドは、0.95<Com/%Co<1と同等の炭素収支を適切に有するか、または酸化物もしくは炭酸塩の適用による炭素の減少を埋め合わせる過剰の炭素を有する。Comは、100*S、インサート/σS、コバルト[式中、σはTm/kgで測定される重量特異的な飽和磁化であり、σS、コバルト=2.01E-4Tm/kgである]。Comは、Foerster Koerzimat CS.1097単位で測定される。 The metal oxide or metal carbonate is appropriately provided on the surface in an amount of about 0.1 to about 100 mg / cm 2 , preferably in an amount of about 1 to about 50 mg / cm 2 . The cemented carbide powder blend to be initiated has a suitable carbon balance equivalent to 0.95 <Com /% Co <1 or has excess carbon to compensate for the carbon loss due to the application of oxides or carbonates. Com is 100 * S , insert / σ S, cobalt [in the formula, σ S is a weight-specific saturation magnetization measured at Tm 3 / kg, σ S, cobalt = 2.01E-4Tm 3 / kg. Is]. Com is a Forester Koerzimat CS. It is measured in units of 1097.

本方法の一実施形態では、結合剤プラーは採鉱用超硬合金インサートの最上部に塗布される。本方法の別の実施形態では、結合剤プラーは、採鉱用超硬合金インサートの側面に塗布される。したがって、採鉱用超硬合金インサートの特性は、用途に適合するよう調整できる。結合剤プラーはおそらく、最も高い摩耗に曝露される採鉱用超硬合金インサートの表面上の位置に塗布されるように選択される。 In one embodiment of the method, the binder puller is applied to the top of the mining cemented carbide insert. In another embodiment of the method, the binder puller is applied to the sides of the mining cemented carbide insert. Therefore, the properties of cemented carbide inserts for mining can be adjusted to suit the application. The binder puller is probably selected to be applied to a location on the surface of the mining cemented carbide insert that is exposed to the highest wear.

一実施形態では、本方法は、工程a)とb)の間に、少なくとも1種の結合剤プッシャーを未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの異なる局所的領域に塗布する工程をさらに含む。本開示では、「結合剤プッシャー」という用語は、採鉱用カーバイドインサートの表面に塗布された場合、焼結工程中、結合剤をその表面から離れるように移動させる、すなわち結合剤を、「結合剤プッシャー」が塗布された表面から離れる方向に押し出す物質を指す。表面の少なくとも1つの局所的領域に塗布された結合剤プラーと、採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの異なる局所的領域に塗布された結合剤プッシャーとを組み合わせた用途とは、標準的に使用されている範囲内の、例えば、0.95<Com/%Co<1の範囲内の炭素含有量を有する未処理の採鉱用超硬合金インサートが、標準的プロセスを使用して、したがって生産における効率を許容するように作製され得ることを意味する。好ましくは、移動は、インサートの表面に沿うというよりむしろインサートの深さに向けられる。 In one embodiment, the method applies at least one binder pusher to at least one different local region of the surface of an untreated cemented carbide insert for mining between steps a) and b). Including further. In the present disclosure, the term "binder pusher", when applied to the surface of a mining carbide insert, moves the binder away from the surface during the sintering process, i.e. the binder, "binder". A "pusher" refers to a substance that is pushed away from the coated surface. Binder pullers applied to at least one local area of the surface and binder pushers applied to at least one different local area of the surface of the cemented carbide insert for mining are standard applications. Untreated cemented carbide inserts with a carbon content within the range used in, for example, within the range 0.95 <Com /% Co <1, are therefore used using standard processes. It means that it can be made to tolerate efficiency in production. Preferably, the movement is directed to the depth of the insert rather than along the surface of the insert.

本方法の一実施形態では、結合剤プッシャーは、金属カーバイド、炭素粉末、例えば、グラファイト、またはこれらの混合物から選択される。金属カーバイド、炭素粉末またはこれらの混合物の塗布は炭素勾配を作り出し、この炭素勾配は、それが塗布された表面から離れるようにコバルトを移動させ得る、すなわち結合剤は、この局所的領域の内部バルクに向かってカーバイドの表面から離れるように押し出される。金属カーバイドの選択は、塗布された局所的領域内での粒子の微粒化という追加の作用を有するのに対して、炭素粉末の選択は塗布された局所的領域内で粒子の成長を推進する作用を有する。作り出された粒子成長勾配において生じる差異は、結合剤勾配が硬度勾配にもたらす作用ほど有意なものではない。 In one embodiment of the method, the binder pusher is selected from metal carbides, carbon powders such as graphite, or mixtures thereof. The application of metal carbide, carbon powder or mixtures thereof creates a carbon gradient, which can move the cobalt away from the surface on which it is applied, i.e. the binder is the internal bulk of this local region. Pushed away from the surface of the carbide towards. The choice of metal carbide has the additional effect of atomizing the particles in the applied local area, whereas the selection of carbon powder has the effect of promoting the growth of particles in the applied local area. Have. The differences that occur in the produced particle growth gradients are not as significant as the effect of the binder gradient on the hardness gradient.

一実施形態では、結合剤プッシャーは金属カーバイドと炭素粉末の組合せである。金属カーバイドの炭素粉末に対する重量比は、約0.05~約50、好ましくは約0.1~約25、より好ましくは約0.2~約15、さらにより好ましくは約0.3~約12、最も好ましくは約0.5~8が適切である。金属カーバイドは、約0.1~約100mg/cmの量で、好ましくは約1~約50mg/cmの量で表面上に適切に提供される。炭素粉末は、約0.1~約100mg/cmの量で、好ましくは約0.5~約50mg/cmの量で表面上に適切に提供される。 In one embodiment, the binder pusher is a combination of metal carbide and carbon powder. The weight ratio of the metal carbide to the carbon powder is about 0.05 to about 50, preferably about 0.1 to about 25, more preferably about 0.2 to about 15, even more preferably about 0.3 to about 12. , Most preferably about 0.5-8. The metal carbide is adequately provided on the surface in an amount of about 0.1 to about 100 mg / cm 2 , preferably in an amount of about 1 to about 50 mg / cm 2 . The carbon powder is adequately provided on the surface in an amount of about 0.1 to about 100 mg / cm 2 , preferably in an amount of about 0.5 to about 50 mg / cm 2 .

グラファイトなどの炭素粉末のみが結合剤プッシャーとして選択された場合、これは、それが塗布された領域内の硬質相粒子の粗雑化をもたらす。これにより、作業している岩に曝露された採鉱用ボタン上のゾーン内の高い耐摩耗性と改善された熱伝導率との組合せ、およびこれらのゾーン後方の高い強靱性を達成することが可能となる。 If only carbon powder, such as graphite, is selected as the binder pusher, this results in coarsening of the hard phase particles in the area to which it is applied. This makes it possible to achieve a combination of high wear resistance and improved thermal conductivity within zones on mining buttons exposed to working rocks, as well as high toughness behind these zones. It becomes.

本方法の一実施形態では、金属カーバイドは、クロム、バナジウム、マグネシウム、鉄またはニッケルのカーバイド、好ましくはクロムのカーバイド、例えば、Cr、Cr23、Crから選択される。 In one embodiment of the method, the metal carbide is selected from chromium, vanadium, magnesium, iron or nickel carbide, preferably chromium carbide, such as Cr 3 C 2 , Cr 23 C 6 , Cr 7 C 3 . ..

炭素粉末と組み合わせたCrなどの金属カーバイドを選択することは有利である。これは、この組合せが、結合剤をドープした表面から移動させ、炭素の添加はCrの粒子微細化作用を阻止するからである。 It is advantageous to choose a metal carbide such as Cr 3 C 2 in combination with carbon powder. This is because this combination moves off the binder-doped surface and the addition of carbon blocks the particle miniaturization of Cr 3 C 2 .

焼結中、未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布された任意の金属カーバイドは実質的に溶解するはずである。 During sintering, any metal carbide applied to the surface of the untreated mining cemented carbide insert should be substantially dissolved.

本方法の一実施形態では、結合剤プラーおよび結合剤プッシャーは、採鉱用超硬合金インサートの表面の異なる局所的領域に塗布される。結合剤プラーおよび結合剤プッシャーを異なる局所的領域に塗布することにより、2つの表面の間に結合剤勾配が作り出される。この結合剤の勾配は、結合剤プッシャーが塗布された部分により硬質な、結合剤が枯渇した表面が形成され、結合剤プラーが塗布された部分により強靭な、結合剤が豊富な表面が形成されて、硬度勾配が作り出されたことを意味する。結合剤プラーおよび結合剤プッシャーを採鉱用超硬合金インサートの表面の異なる局所的領域に組み合わせて塗布することは、以前から公知の方法では十分に深い勾配を作り出せないような、より大きなカーバイド体において硬度勾配を作り出すために特に有用である。結合剤プラーは未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面上の選択された領域に塗布することができ、結合剤プッシャーは未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面上の異なる選択された領域に塗布することができる。結合剤プッシャーを摩耗ゾーンに配置して結合剤含有量を減少させ、したがってその領域の耐摩耗性を改善することができ、またはより高い熱伝導率を有することが好ましい場合にもその領域の耐摩耗性を改善することができる。結合剤プラーおよび結合剤プッシャーの局所的な塗布は、必要に応じた特性を有するカーバイド体を作り出すための独特な可能性を提示する。 In one embodiment of the method, the binder puller and binder pusher are applied to different localized areas of the surface of the mining cemented carbide insert. Applying the binder puller and binder pusher to different local areas creates a binder gradient between the two surfaces. The gradient of this binder forms a hard, binder-depleted surface in the area where the binder pusher is applied, and a tough, binder-rich surface in the area where the binder puller is applied. This means that a hardness gradient has been created. Binder pullers and binder pushers combined and applied to different local areas of the surface of mining cemented carbide inserts in larger carbide bodies where previously known methods cannot produce sufficiently deep gradients. Especially useful for creating hardness gradients. Binder pullers can be applied to selected areas on the surface of untreated mining carbide inserts and binder pushers can be applied to different selected areas on the surface of untreated mining carbide inserts. Can be applied to. A binder pusher can be placed in the wear zone to reduce the binder content and thus improve the wear resistance of the region, or even if it is preferred to have higher thermal conductivity. Abrasion resistance can be improved. Topical application of the binder puller and binder pusher presents a unique possibility for creating a carbide body with the required properties.

本方法を使用する別の利点は、表面の異なる領域の摩耗率が一様でない場合、セルフシャープニングゾーンを作り出すことができることである。すり減ったインサートと岩との間の接触圧は、接触領域が減少するので、先端がより鋭いほど増加する。均一な材料を用いると、摩耗により、摩耗した平坦面が形成され、この平坦面は多くの場合ダイヤモンド研削ツールを使用したリシャープニング(re-sharping)が必要となる。研削によるリシャープニングはコストがかかり、ドリルビットを取り外されなければならない。不均一な材料特性を有することにより、より速く摩耗するゾーンと、より遅く摩耗するゾーンとを有することが可能である。摩耗率が異なる領域を有する摩耗表面を有するように採鉱用インサートの材料特性を調整した場合、摩耗による平坦面の形成は回避され、結果的に、均一な材料を使用した場合と比較してより鋭い摩耗表面が作り出される。 Another advantage of using this method is that self-sharpening zones can be created if the wear rates of different areas of the surface are not uniform. The contact pressure between the worn insert and the rock increases as the tip becomes sharper as the contact area decreases. With uniform materials, wear results in a worn flat surface that often requires re-sharping with a diamond grinding tool. Grinding re-sharpening is costly and the drill bit must be removed. By having non-uniform material properties, it is possible to have zones that wear faster and zones that wear slower. When the material properties of the mining inserts are adjusted to have a wear surface with areas of different wear rates, the formation of flat surfaces due to wear is avoided and, as a result, more than when a uniform material is used. A sharp wear surface is created.

本方法の一実施形態では、結合剤プラーおよび結合剤プッシャーは、採鉱用超硬合金インサートの表面の実質的に対向する局所的領域に塗布される。 In one embodiment of the method, the binder puller and binder pusher are applied to substantially opposite local regions of the surface of the mining cemented carbide insert.

一実施形態では、結合剤プラーおよび結合剤プッシャーを塗布する方法は、加圧、ディッピング、ペインティング、スプレー(空気ブラッシング)、スタンピングまたは3Dプリンティングから選択される。ディッピングはマスキングを用いて、または用いないで行うことができる。結合剤プラーおよび結合剤プッシャーは、液体分散体またはスラリーの形態で未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布することができる。そのような場合、液相は、適切には、水、アルコールまたはポリマー、例えば、ポリエチレングリコールである。スラリーの濃度は、適切には液相中の粉末の5~50重量%、例えば、15~40重量%である。この範囲は結合剤プラーまたはプッシャーの十分な作用が認識されるような有利なものである。粉末含有量が高すぎる場合、液体分散体またはスラリー内の目詰まりおよびランピングによる問題が存在し得る。代わりに、結合剤プラーおよび結合剤プッシャーは、例えば、適切な位置で、加圧型に粉末を加えることにより、固体物質として導入することができる。粉末は、硬質相粉末、例えばWCベースの粉末と混合することができる。結合剤プラーおよび結合剤プッシャーはまた、任意の他の適切な方式で、採鉱用超硬合金インサートに塗布することもできる。スラリーの組成および濃度ならびにそれを塗布する方式は、結合剤の再分配の制御に影響を及ぼし、したがって採鉱用超硬合金インサートの硬度プロファイルの制御を可能にする。 In one embodiment, the method of applying the binder puller and binder pusher is selected from pressurization, dipping, painting, spraying (air brushing), stamping or 3D printing. Dipping can be done with or without masking. Binder pullers and binder pushers can be applied to the surface of untreated cemented carbide inserts for mining in the form of liquid dispersions or slurries. In such cases, the liquid phase is preferably water, alcohol or polymer, eg polyethylene glycol. The concentration of the slurry is appropriately 5 to 50% by weight, for example, 15 to 40% by weight of the powder in the liquid phase. This range is advantageous so that the full action of the binder puller or pusher is recognized. If the powder content is too high, there may be problems due to clogging and ramping in the liquid dispersion or slurry. Alternatively, the binder puller and binder pusher can be introduced as a solid material, for example, by adding the powder to the pressurized mold at the appropriate location. The powder can be mixed with a hard phase powder, such as a WC-based powder. Binder pullers and binder pushers can also be applied to mining cemented carbide inserts in any other suitable manner. The composition and concentration of the slurry and the method by which it is applied affect the control of the redistribution of the binder and thus allow the control of the hardness profile of the cemented carbide inserts for mining.

本方法の一実施形態では、図1に示されている通り回転対称的に、結合剤プラーが表面の第1の部分(10)に塗布され、結合剤プッシャーが表面の第2の部分(20)に塗布される。 In one embodiment of the method, the binder puller is applied rotationally symmetrically to the first portion (10) of the surface and the binder pusher is applied to the second portion (20) of the surface, as shown in FIG. ) Is applied.

本方法の一実施形態では、図2に示されている通り回転非対称的に、結合剤プラーが表面の第1の部分(10)に塗布され、結合剤プッシャーが表面の第2の部分(20)に塗布される。 In one embodiment of the method, the binder puller is applied asymmetrically to the first portion (10) of the surface and the binder pusher is applied to the second portion (20) of the surface as shown in FIG. ) Is applied.

結合剤プラーおよび結合剤プッシャーが塗布された部分には可撓性が存在するので、これにより「摩耗ゾーン」の位置、すなわち最も増強された摩耗特性を有する表面上の位置を調整することが可能となる。例えば、摩耗ゾーンは、採鉱用超硬合金インサートと掘削されている岩との間の相互作用が最も高い場所に応じて、インサートの最上部または側面のいずれかであってよい。これは、それが使用される用途および岩ドリルビット上の採鉱用超硬合金インサートの位置に応じて変動する。 Flexibility is present in the area where the binder puller and binder pusher are applied, which allows for the location of the "wear zone", i.e., the location on the surface with the most enhanced wear properties. Will be. For example, the wear zone may be either the top or the sides of the insert, depending on where the interaction between the mining cemented carbide insert and the excavated rock is highest. This will vary depending on the application in which it is used and the location of the mining carbide insert on the rock drill bit.

採鉱用超硬合金インサートは高い圧縮荷重下に置かれる。結果的に、小さな亀裂により生じる表面クラッキングが、繰り返される断続的な高い荷重を介して危機的サイズまで成長することが、インサートの不具合の共通の原因である。圧縮応力の存在は亀裂の成長および材料の摩耗を阻止することができるので、圧縮応力をインサートの表面に導入することにより、この問題を減少させることができることは公知である。圧縮応力を採鉱用超硬合金インサートの表面に導入する公知の方法は、ショットピーニング、振動転動および遠心転動を含む。これらの方法はすべて本体の外面の機械的衝撃または変形に基づき、採鉱用超硬合金インサートの寿命を増加させる。 Cemented carbide inserts for mining are placed under high compressive loads. As a result, surface cracking caused by small cracks grows to critical size through repeated intermittent high loads, which is a common cause of insert failure. It is known that the presence of compressive stress can prevent crack growth and material wear, so introducing compressive stress to the surface of the insert can reduce this problem. Known methods of introducing compressive stresses into the surface of mining cemented carbide inserts include shot peening, vibration rolling and centrifugal rolling. All of these methods increase the life of the mining cemented carbide inserts based on the mechanical impact or deformation of the outer surface of the body.

本方法の一実施形態では、焼結後、採鉱用超硬合金インサートを転動プロセスで処理する。高レベルの圧縮応力をインサートに導入する後処理表面硬化に、採鉱用超硬合金インサートを供する。採鉱用インサートに対して、これは通常転動処理であり、遠心または振動であってよい。しかし、他の後処理表面硬化方法、例えばショットピーニングを使用することもできる。転動後、通常磁気保磁力(kA/m)の増加を測定する。 In one embodiment of the method, after sintering, the cemented carbide insert for mining is treated by a rolling process. Cemented carbide inserts for mining are provided for post-treatment surface hardening that introduces high levels of compressive stress into the inserts. For mining inserts, this is usually a rolling process and may be centrifugal or vibration. However, other post-treatment surface hardening methods, such as shot peening, can also be used. After rolling, the increase in magnetic coercive force (kA / m) is usually measured.

「標準的な」転動プロセスは通常、振動タンブラー、例えば、Reni Cirillo RC 650を使用して行い、この振動タンブラーで、約30kgインサートを50Hzで約40分間転動させる。代替の典型的な「標準的」転動プロセスであれば、遠心タンブラー、例えば、最上部に密閉した蓋を有し、底部に回転ディスクを有するERBA-120を使用する。ディスク(Φ600mm)が回転している間、抗酸化剤を有する冷却水が毎分5リットル連続的に送り込まれる。タングステンカーバイド媒体を加えて、タンブラーの荷重を増加させることもできる。回転により、インサートは他のインサートと、または加えた任意の媒体と衝突する。衝突およびスライディングは鋭い縁を除去し、歪み硬化を引き起こす。「標準的な」転動に対して、遠心タンブラーを使用した転動作業は通常、120RPMから、少なくとも20分間作動させる。 The "standard" rolling process is typically performed using a vibrating tumbler, such as the ReniCirillo RC 650, which rolls an approximately 30 kg insert at 50 Hz for approximately 40 minutes. An alternative typical "standard" rolling process would be a centrifugal tumbler, such as the ERBA-120, which has a closed lid at the top and a rotating disk at the bottom. While the disc (Φ600 mm) is rotating, cooling water containing an antioxidant is continuously delivered at 5 liters per minute. Tungsten carbide medium can also be added to increase the load on the tumbler. Due to the rotation, the insert collides with other inserts or with any medium added. Collisions and sliding remove sharp edges and cause strain hardening. For "standard" rolling, rolling motions using centrifugal tumblers are typically run from 120 RPM for at least 20 minutes.

本方法の一実施形態では、転動プロセスは「高エネルギー転動」(HET)法である。より高いレベルの圧縮応力を採鉱用超硬合金インサートに導入するために、高エネルギー転動プロセスを使用することができる。タンブラーの種類、加える媒体の容量(もしある場合には)、処理時間およびプロセスの設定、例えば、遠心タンブラーに対するRPMなどを含めて、HETを導入するために使用することができる多くの可能な異なるプロセスの設定が存在する。したがって、HETを定義する最も適当な方式は、「約20gの質量を有する、WC-COからなる均一な採鉱用超硬合金インサートにおいて、特定の程度の変形硬化を導入する任意のプロセスの設定」という点からである。本開示では、HETは、少なくとも以下の転動(ΔHV3%)後、HV3を使用して測定される、硬度の変化を導入する転動処理と定義される:
ΔHV3%=9.72-0.00543*HV3バルク(方程式1)
ΔHV3%=100*(HV30.3mm-HV3バルク)/HV3バルク(方程式2)
[式中、HV3バルクは採鉱用超硬合金インサートの最内側(中心)で測定した少なくとも30個の圧痕点の平均であり、HV30.3mmは、採鉱用超硬合金インサートの転動した表面から0.3mm下の少なくとも30個の圧痕点の平均である]。これは、均一な特性を有する採鉱用超硬合金インサートに対して行った測定に基づく。「均一な特性」とは、焼結後、表面ゾーンからバルクゾーンまでの硬度の差異が1%以下であることを意味する。均一な採鉱用超硬合金インサートに対して方程式(1)および(2)に記載された変形硬化を達成するために使用した転動パラメーターは、勾配特性を有する超硬合金体に適用される。
In one embodiment of the method, the rolling process is a "high energy rolling" (HET) method. High energy rolling processes can be used to introduce higher levels of compressive stress into the mining cemented carbide inserts. Many possible differences that can be used to introduce HET, including the type of tumbler, the capacity of the medium to be added (if any), the processing time and process settings, eg RPM for centrifugal tumblers, etc. There is a process setting. Therefore, the most suitable method for defining HET is "setting up any process that introduces a certain degree of deformation hardening in a uniform mining cemented carbide insert of WC-CO with a mass of about 20 g". From that point. In the present disclosure, HET is defined as a rolling process that introduces a change in hardness as measured using HV3 after at least the following rolling (ΔHV 3%):
ΔHV3% = 9.72-0.00543 * HV3 bulk (Equation 1)
ΔHV3% = 100 * (HV3 0.3mm -HV3 bulk ) / HV3 bulk (Equation 2)
[In the formula, HV3 bulk is the average of at least 30 indentation points measured at the innermost (center) of the mining cemented carbide insert, and HV3 0.3 mm is the rolled surface of the mining cemented carbide insert. It is the average of at least 30 indentation points 0.3 mm below.] This is based on measurements made for mining cemented carbide inserts with uniform properties. The "uniform property" means that the difference in hardness from the surface zone to the bulk zone after sintering is 1% or less. The rolling parameters used to achieve the deformation hardening described in equations (1) and (2) for uniform cemented carbide inserts for mining apply to cemented carbide bodies with gradient properties.

HET転動は、転動作業が、媒体を用いずに、もしくは転動しているインサートより大きなサイズの媒体を用いて実施された場合には約150RPMで作動する、または転動しているインサートより小さなサイズの媒体が使用された場合には約200RPMで作動する、約600mmのディスクサイズを有するERBA120を使用して通常実施することができる。転動作業が、媒体を用いずに、もしくは転動しているインサートより大きなサイズの媒体を用いて実施された場合には約200RPMで作動する、または転動しているインサートより小さなサイズの媒体が使用された場合には約280RPMで作動する、約350mmのディスクサイズを有するRoslerタンブラーを使用して通常実施することができる。通常、パーツは少なくとも40~60分間転動させる。HETから導入された圧縮応力は、結合剤が枯渇したゾーンに隣接する結合剤を豊富に含むゾーンのより高い熱膨張係数により形成された引張応力と反作用するので、HETは、結合剤を豊富に含む表面ゾーンの使用を可能にする。 HET rolling is an insert that operates or rolls at about 150 RPM if the rolling motion is performed without the medium or with a medium of a size larger than the rolling insert. It can usually be carried out using the ERBA 120 with a disc size of about 600 mm, which operates at about 200 RPM when smaller size media are used. A medium that operates at about 200 RPM or is smaller in size than the rolling insert if the rolling operation is performed without the medium or with a medium larger than the rolling insert. Can usually be performed using a Rosler tumbler with a disc size of about 350 mm, which operates at about 280 RPM when used. Normally, the parts are rolled for at least 40-60 minutes. HET is rich in binder because the compressive stress introduced from HET reacts with the tensile stress formed by the higher coefficient of thermal expansion of the binder-rich zone adjacent to the binder-depleted zone. Allows the use of included surface zones.

本発明の別の態様は、1種または複数の硬質相成分および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサートであって、採鉱用超硬合金インサートの表面の第1の部分から表面の第2の部分まで硬度勾配が存在し、表面の第1の部分が表面の第2の部分に実質的に対向していることによって、焼結後、
-表面の第1の部分が、表面の第2の部分より30HV3だけ柔軟~80HV3だけ硬質であり、
-表面の第1の部分がバルクより5~120HV3だけ硬質であり、
-表面の第2の部分がバルクより20HV3~70HV3だけ硬質である、
採鉱用超硬合金インサートに関する。
Another aspect of the present invention is a cemented carbide insert for mining, which comprises one or more hard phase components and binders, from a first portion to a second surface of the cemented carbide insert for mining. After sintering, the hardness gradient is present up to the part and the first part of the surface is substantially opposed to the second part of the surface.
-The first part of the surface is 30HV3 more flexible to 80HV3 harder than the second part of the surface.
-The first part of the surface is 5 to 120 HV3 harder than the bulk,
-The second part of the surface is 20HV3 to 70HV3 harder than the bulk,
Regarding cemented carbide inserts for mining.

硬度測定は、焼結後および任意の焼結後処理、例えば、転動の前に行う。 Hardness measurements are taken after sintering and before any post-sintering treatment, eg rolling.

一実施形態では、硬度勾配は、
-表面の第1の部分が表面の第2の部分より2%柔軟~+6%硬質であり、
-表面の第1の部分がバルクより+0.5~+10%だけ硬質であり、
-表面の第2の部分がバルクより+0.3%~6%だけ硬質である
とする。
In one embodiment, the hardness gradient is
-The first part of the surface is 2% more flexible to + 6% harder than the second part of the surface.
-The first part of the surface is +0.5 to + 10% harder than the bulk,
-Suppose that the second part of the surface is + 0.3% to 6% harder than the bulk.

表面の第1の部分は、結合剤プラーが塗布されて、酸化物/炭酸塩ドープした表面を形成する表面である。表面の第2の部分は、結合剤プラーが塗布された部分に対向する表面(酸化物/炭酸塩ドープした表面に対向する側面)である。場合によっては、表面の第2の部分は、結合剤プッシャーが塗布されて、カーバイドドープした表面を形成する表面になってもよい。 The first portion of the surface is the surface to which the binder puller is applied to form an oxide / carbonate doped surface. The second portion of the surface is the surface facing the portion coated with the binder puller (the side facing the oxide / carbonate doped surface). In some cases, the second portion of the surface may be coated with a binder pusher to form a carbide-doped surface.

これは以下の表1にも示されている:

Figure 2022512933000002
This is also shown in Table 1 below:
Figure 2022512933000002

「バルク」という用語は本明細書では、岩ドリルインサートの最内側の部分(中心)の超硬合金を意味し、本開示に対しては、最も低い硬度を有するゾーンである。 The term "bulk" as used herein means the cemented carbide in the innermost part (center) of a rock drill insert, the zone with the lowest hardness for the present disclosure.

Vickers硬度マッピングを使用して、超硬合金インサートの硬度を測定する。超硬合金体を縦軸に沿って切断し、標準的な手順を使用して研磨する。次いで、3kg荷重でのVickers押込みを研磨された区域にわたり対称的に分配する。図3~13および16のひし形はHV3の押込みの場所を示している。硬度測定は、Euro Products Calibration Laboratory、UKから発行されているHV3テストブロックに対して較正したKB Pruftechnik GmbH製のプログラミング可能な硬度テスター、KB30Sを使用して実施する。硬度はISO EN6507に従い測定する。 Vickers hardness mapping is used to measure the hardness of cemented carbide inserts. The cemented carbide is cut along the vertical axis and polished using standard procedures. The Vickers indentation with a 3 kg load is then symmetrically distributed over the polished area. The diamonds in FIGS. 3-13 and 16 indicate the location of the HV3 indentation. Hardness measurements are performed using a programmable hardness tester, KB30S, manufactured by KB Pruftechnik GmbH, calibrated for the HV3 test block published by Euro Products Calibration Laboratory, UK. Hardness is measured according to ISO EN6507.

HV3測定を以下の方式で行った:
-試料の縁をスキャニングする。
-試料の縁から特定された距離において圧痕を生成するよう硬度テスターをプログラミングする。
-すべてのプログラミングした座標において3kg荷重で圧痕を作る。
-コンピュータは、圧痕を有する各座標にステージを移動し、自動調節ライト、自動フォーカスを作動し、各圧痕のサイズを自動的に測定する。
-ユーザーは、フォーカスおよび結果を撹乱する他の物質について圧痕のすべての写真を検査する。
HV3 measurement was performed by the following method:
-Scan the edges of the sample.
-Program a hardness tester to generate indentations at a specified distance from the edge of the sample.
-Make indentations with a 3 kg load at all programmed coordinates.
-The computer moves the stage to each coordinate with the indentation, activates the auto-adjustment light, autofocus, and automatically measures the size of each indentation.
-The user inspects all photographs of indentations for focus and other substances that disturb the result.

10~40個の圧痕を作り、酸化物/炭酸塩ドープした表面および酸化物/炭酸塩ドープした表面に対向する側面に対するHV3測定を、表面から下の0.3~0.8mmの距離において行い、次いで平均HV3測定値を計算した。バルクに対するHV3測定は、研磨された区域の中心付近の最も低い硬度を有する位置において、約1.5~2mmの領域にわたり行い、約15~20個の圧痕からの平均を取る。 Make 10-40 indentations and perform HV3 measurements on the oxide / carbonate-doped surface and the side facing the oxide / carbonate-doped surface at a distance of 0.3-0.8 mm below the surface. Then, the average HV3 measurement value was calculated. HV3 measurements on the bulk are made over a region of about 1.5-2 mm 2 at the lowest hardness location near the center of the polished area and averaged from about 15-20 indentations.

一実施形態では、採鉱用超硬合金インサート内で、最大濃度(%結合剤-max)が最小濃度(%結合剤-min)より20%未満高い。 In one embodiment, the maximum concentration (% binder-max) is less than 20% higher than the minimum concentration (% binder-min) in the mining cemented carbide insert.

一実施形態では、%結合剤-min(例えば、最小Co濃度/%Co-min)は、焼結した採鉱用超硬合金インサートの全高に対するパーセンテージで、表面の第1の部分から1~50%、好ましくは5~40%の深さにある。%結合剤-minは通常、表面の第1の部分から0.5~10mmの深さ、好ましくは0.8~7mmの深さにある。 In one embodiment,% binder-min (eg, minimum Co concentration /% Co-min) is a percentage of the total height of the sintered cemented carbide inserts for mining, 1-50% from the first portion of the surface. , Preferably at a depth of 5-40%. % Binder-min is typically at a depth of 0.5-10 mm, preferably 0.8-7 mm from the first portion of the surface.

一実施形態では、結合剤濃度に2つのピークが存在する。1つは表面付近にあり、1つは採鉱用超硬合金インサートのバルクにある。第1の最大結合剤濃度(%結合剤-max1)(例えば%Co-max1)は、表面の第1の部分(例えば、酸化物/炭酸塩ドープした表面)に存在し、第2の最大結合剤濃度(%結合剤-max2)(例えば%Co-max2)は、採鉱用超硬合金インサートの全高のパーセンテージで、表面の第1の部分(例えば、酸化物/炭酸塩ドープした表面)から15~75%、好ましくは20~65%の深さに存在する。一実施形態では、%結合剤-max1≧%結合剤-max2である。代替の実施形態では、%結合剤-max1≦%結合剤-max2である。%結合剤-max2は通常、表面の第1の部分から2~15mm、好ましくは4~2mmにある。%結合剤-minと%結合剤-max2の高さの差異は通常1.5~12mm、好ましくは2.5~10mmである。 In one embodiment, there are two peaks in the binder concentration. One is near the surface and one is in the bulk of the mining cemented carbide insert. The first maximum binder concentration (% binder-max1) (eg% Co-max1) is present in the first portion of the surface (eg, oxide / carbonate doped surface) and the second maximum bond. Agent concentration (% binder-max2) (eg% Co-max2) is a percentage of the total height of the cemented carbide insert for mining, 15 from the first portion of the surface (eg, oxide / carbonate doped surface). It is present at a depth of ~ 75%, preferably 20 ~ 65%. In one embodiment,% binder-max1 ≥% binder-max2. In an alternative embodiment,% binder-max1 ≤% binder-max2. % Binder-max2 is usually 2-15 mm, preferably 4-2 mm from the first portion of the surface. The difference in height between% binder-min and% binder-max2 is usually 1.5-12 mm, preferably 2.5-10 mm.

一実施形態では、第1のクロム濃度最大(%Cr-max1)は、表面の第1の部分(例えば、酸化物/炭酸塩ドープした表面)に存在する。一実施形態では、さらに第2のクロム濃度最大(%Cr-max2)は、表面の第2の部分(例えば、酸化物/炭酸塩ドープした表面に対向する表面)に存在し、%Cr-max1>%Cr-max2である。クロム最小濃度(%Cr-min)は、採鉱用超硬合金インサートのバルク内、%Cr-max1~%Cr-max2の間に位置する。%Cr-minは好ましくは、焼結した採鉱用超硬合金インサートの全高のパーセンテージで、表面の第1の部分から40~99%の深さ、より好ましくは50~98%の深さにある。「表面において」とは表面から0.3mmまでと定義される。 In one embodiment, the first maximum chromium concentration (% Cr-max1) is present in the first portion of the surface (eg, oxide / carbonate doped surface). In one embodiment, the second maximum chromium concentration (% Cr-max2) is further present in the second portion of the surface (eg, the surface facing the oxide / carbonate doped surface) and% Cr-max1. >% Cr-max2. The minimum chromium concentration (% Cr-min) is located between% Cr-max1 and% Cr-max2 in the bulk of the cemented carbide insert for mining. % Cr-min is preferably a percentage of the total height of the sintered cemented carbide inserts for mining, at a depth of 40-99%, more preferably 50-98% from the first portion of the surface. .. "On the surface" is defined as up to 0.3 mm from the surface.

採鉱用超硬合金インサート内の化学物質濃度は、波長分散型分光器(WDS)を使用して、採鉱用超硬合金インサート断面の中心線に沿って測定する。 The chemical concentration in the cemented carbide insert for mining is measured along the center line of the cross section of the cemented carbide insert for mining using a wavelength dispersive spectroscope (WDS).

本開示の別の態様は、本明細書でこれより以前またはこれより以降に記載されている採鉱用超硬合金インサートの、削岩またはオイルおよびガス掘削への使用に関する。 Another aspect of the disclosure relates to the use of cemented carbide inserts for mining described earlier or later herein for rock drilling or oil and gas drilling.

以下の実施例は例示的、非限定的例である。 The following examples are exemplary and non-limiting examples.

実施例1
結合剤プラーのみの塗布
表2は分析した試料の概要を示す:

Figure 2022512933000003
Example 1
Binder puller only application Table 2 outlines the analyzed samples:
Figure 2022512933000003

表2の試料A~Iに対して、超硬合金インサートは、94重量%のWCおよび6重量%のCoの組成物を有する粉末ブレンドを使用して生成した。FSSSとして測定したWC粉末粒子サイズは、粉砕前5~7μmであった。ボールミル内湿式条件下で、エタノールを使用して、2重量%のポリエチレングリコール(PEG8000)を有機結合剤(加圧剤)として、および超硬合金粉砕体を添加して、WCおよびCo粉末を粉砕した。粉砕後、スラリーをN雰囲気内でスプレー乾燥し、次いでこれに一軸性圧縮をかけて、外径(OD)約12mmおよび高さ約17~20mmのサイズ(試料B=高さ18.7mm;試料C=高さ17.4mm;試料D=高さ18.7mm;試料EおよびF=高さ17.4mm;試料G、HおよびI=高さ20.2mm)、重量およそ14~17g、それぞれ最上部に球状ドーム(「切断縁」)を有する採鉱用インサートにした。インサートは負の部分の上を研削したが、ドームおよび底部の部分は焼結したままの状態で置いた。 For Samples A-I in Table 2, cemented carbide inserts were produced using a powder blend with a composition of 94% by weight WC and 6% by weight Co. The WC powder particle size measured as FSSS was 5-7 μm before pulverization. Under wet conditions in a ball mill, WC and Co powders are ground using ethanol with 2 wt% polyethylene glycol (PEG8000) as an organic binder (pressurizer) and a cemented carbide grind. did. After pulverization, the slurry is spray-dried in an N2 atmosphere and then uniaxially compressed to a size of about 12 mm outer diameter (OD) and about 17-20 mm high (Sample B = 18.7 mm high; Sample C = height 17.4 mm; sample D = height 18.7 mm; samples E and F = height 17.4 mm; samples G, H and I = height 20.2 mm), weight approximately 14-17 g, respectively. A mining insert with a spherical dome (“cutting edge”) at the top. The insert was ground over the negative part, but the dome and bottom part were left in the sintered state.

試料A、BおよびCはスラリー塗布しなかった。試料D、EおよびFは、ディッピング技術を使用して結合剤プッシャーのみが「炭素ドープしたスラリー」の形態で、最上部、すなわち採鉱用超硬合金インサートのドーム型表面に塗布された比較例である。炭素ドープしたスラリーは、25重量%のCrおよび水中に分散した5重量%のグラファイトからなり、インサート全長の約60%がカーバイドドープしたスラリーに曝露されるように超硬合金インサートに塗布した。試料F、GおよびHは、結合剤プラーのみが塗布された本発明の実施例であり、試料は、30重量%のCrおよび70重量%のPEG300を含む「酸化物ドープしたスラリー」を、超硬合金インサートのドーム型表面に0.25~0.28mg/mmの量で、インサート全長の約60%を酸化物スラリーに曝露させて塗布することにより処理した。Sinter-HIPを使用して、55バールのAr-圧力で、1410℃で1時間すべての試料を焼結した。これらの実施例に対して、スラリーは対称的に塗布した、すなわち、ドーム型表面に、インサートの側面のそれぞれから下方に広がる等しい距離だけ塗布した。 Samples A, B and C were not slurry coated. Samples D, E and F are comparative examples in which only the binder pusher is applied to the top, i.e., the dome-shaped surface of the cemented carbide insert for mining, in the form of a "carbon-doped slurry" using dipping techniques. be. The carbon-doped slurry consists of 25% by weight Cr 3C 2 and 5% by weight graphite dispersed in water and is applied to the cemented carbide insert so that approximately 60% of the total length of the insert is exposed to the carbide-doped slurry. did. Samples F, G and H are embodiments of the invention coated with only the binder puller, the sample being an "oxide-doped slurry" containing 30% by weight Cr 3O 2 and 70% by weight PEG300. Was applied to the dome-shaped surface of the cemented carbide insert at an amount of 0.25 to 0.28 mg / mm 2 by exposing about 60% of the total length of the insert to the oxide slurry. All samples were sintered using Sinter-HIP at an Ar-pressure of 55 bar at 1410 ° C. for 1 hour. For these examples, the slurry was applied symmetrically, i.e., to the dome-shaped surface for equal distances extending downward from each of the sides of the insert.

試料B、EおよびHは、「標準的な転動」を使用し、ERBA-120遠心タンブラーを120RPMで30分間使用して転動した。試料C、FおよびIは、「高エネルギー転動(HET)」を使用し、ERBA-120遠心タンブラー170RPMをまたは40分間使用して転動した。 Samples B, E and H were rolled using a "standard roll" using an ERBA-120 centrifugal tumbler at 120 RPM for 30 minutes. Samples C, F and I were tumbled using "High Energy Rolling (HET)" and using the ERBA-120 centrifugal tumbler 170RPM or for 40 minutes.

試料JおよびKは、超硬合金インサートがより高い結合剤含有量を有する本発明の実施例である。超硬合金インサートは、89重量%のWCおよび11重量%のCoの組成物を有する粉末ブレンドを使用して生成した。FSSSとして測定したWC粉末粒子サイズは、粉砕前8~12μmであった。ボールミル内湿式条件下で、エタノールを使用して、2重量%のポリエチレングリコール(PEG8000)を有機結合剤(加圧剤)として、および超硬合金粉砕体を添加して、WCおよびCo粉末を粉砕した。粉砕後、スラリーをN雰囲気内でスプレー乾燥し、次いでこれに一軸性圧縮をかけて、外径(OD)約17mmおよび高さ約22mmのサイズ、およそ31g重量、それぞれ最上部に円錐状の先端(「切断縁」)を有する採鉱用インサートにした。インサートは円柱状の部分の上を研削したが、円錐体の先端および底部の部分は焼結したままの状態で置いた。 Samples J and K are embodiments of the invention in which the cemented carbide insert has a higher binder content. Cemented carbide inserts were produced using a powder blend with a composition of 89% by weight WC and 11% by weight Co. The WC powder particle size measured as FSSS was 8-12 μm before pulverization. Under wet conditions in a ball mill, WC and Co powders are ground using ethanol with 2 wt% polyethylene glycol (PEG8000) as an organic binder (pressurizer) and a cemented carbide grind. did. After grinding, the slurry is spray dried in an N2 atmosphere and then uniaxially compressed to a size of about 17 mm outer diameter (OD) and about 22 mm height, about 31 g weight, each top conical. A mining insert with a tip (“cut edge”). The insert was ground over the columnar portion, but the tip and bottom portions of the cone were left in the sintered state.

試料JおよびKは、結合剤プラーのみが塗布された本発明の実施例であり、試料は、ディッピング技術を使用して、30重量%のCrおよび70重量%のPEG300を含む「酸化物ドープしたスラリー」を、円錐体先端および円柱状の区域の部分にわたり、0.25~0.35mg/mmの量で、インサート全長のおよそ75%が酸化物ドープしたスラリーに曝露されるように塗布することにより処理した。Sinter-HIPを使用して、55バールのAR-圧力で、1410℃で1時間試料を焼結した。これらの実施例に対して、スラリーは対称的に塗布した、すなわち、ドーム型表面に、インサートの側面のそれぞれから下方に広がる等しい距離だけ塗布した。 Samples J and K are embodiments of the invention coated with only the binder slurry, where the sample is "oxidized" containing 30% by weight Cr 3O 2 and 70% by weight PEG 300 using dipping techniques. Approximately 75% of the total length of the insert is exposed to the oxide-doped slurry in an amount of 0.25 to 0.35 mg / mm 2 over the tip of the cone and the portion of the columnar area. Was treated by applying to. Samples were sintered using Sinter-HIP at an AR-pressure of 55 bar at 1410 ° C. for 1 hour. For these examples, the slurry was applied symmetrically, i.e., to the dome-shaped surface for equal distances extending downward from each of the sides of the insert.

試料Kは、「高エネルギー転動(HET)」を使用して、RoslerモデルFKS 04.1 E-SA遠心タンブラー内で、250RPMで60分間、直径7mmのカーバイドボールの形態の50kgの媒体を用いて転動した。 Sample K uses a 50 kg medium in the form of a 7 mm diameter carbide ball at 250 RPM for 60 minutes in a Rosler model FKS 04.1 E-SA centrifugal tumbler using "High Energy Rolling (HET)". And rolled.

図3~13は、試料A~Iに対するHV3恒硬度マップをそれぞれ示し、図15~18は表2からの試料A~Kに対する中心線プロットを示している。超硬合金インサートの硬度プロファイルは表1に記載されている通りである。図14に示されている通り、結合剤プラーは採鉱用超硬合金インサートの先端(30)に塗布した。 3 to 13 show HV3 constant hardness maps for Samples A to I, respectively, and FIGS. 15 to 18 show centerline plots for Samples A to K from Table 2. The hardness profile of the cemented carbide insert is as shown in Table 1. As shown in FIG. 14, the binder puller was applied to the tip (30) of the mining cemented carbide insert.

本発明の硬度プロファイルは先行技術とは非常に異なり、バルク内により柔軟なコアゾーンが存在し、採鉱用超硬合金インサートの最上部と底部との両方により高い硬度が存在することを示すことが見て取れる。 It can be seen that the hardness profile of the present invention is very different from the prior art, showing that there is a more flexible core zone in the bulk and higher hardness is present at both the top and bottom of the mining cemented carbide insert. ..

実施例2
結合剤プラーおよび結合剤プッシャーの塗布
超硬合金インサートは、試料JおよびK(89重量%のWC+11重量%のCo)と同じ出発物質ならびに表2/実施例1に記載されている方法を使用して形成した。長さ24mmならびに直径19mmの円柱状底部および球状(半ドーム)先端を有する採鉱用インサートを一軸性加圧により形成した。2種のPEGスラリーを作った。第1の「結合剤プラー」は30%Cr+PEGからなり、第2の「結合剤プッシャー」は25%Cr+5%C+PEGからなった。次いで、インサートをスラリーにディッピングすることにより、スラリーをインサートの表面に塗布した。次いで、インサートを、1410℃、50バール圧力で、アルゴン雰囲気内で焼結した。この実施例では、2種のスラリーを対向する側面に非対称的に塗布した。すなわち、図2に示されている通り、結合剤プラーをインサート(10)の側面に塗布し、結合剤プッシャーをこの反対側(20)に塗布した。HV5恒硬度マップが図19に示されている。この方法を使用してより柔軟なコアが生成され、この硬度プロファイルにより効率的な掘削挙動が得られることが示されていることが見て取れる。2種のスラリーは、図1に示されている通り、代わりに対称的に塗布することもできた。2種のスラリーの塗布の濃度および位置決めを制御することにより、用途の必要性を満たすための結合相の再分配を調整できる能力が促進される。
Example 2
Binder Puller and Binder Pusher Application Cemented Carbide Inserts use the same starting materials as Samples J and K (89 wt% WC + 11 wt% Co) and the methods described in Table 2 / Example 1. Formed. A mining insert with a columnar bottom 24 mm long and 19 mm in diameter and a spherical (semi-dome) tip was formed by uniaxial pressurization. Two types of PEG slurries were made. The first "binder puller" consisted of 30% Cr 2 O 3 + PEG and the second "binder pusher" consisted of 25% Cr 3 C 2 + 5% C + PEG. The slurry was then applied to the surface of the insert by dipping the insert into the slurry. The insert was then sintered at 1410 ° C. and a pressure of 50 bar in an argon atmosphere. In this example, the two slurries were asymmetrically applied to the opposite sides. That is, as shown in FIG. 2, the binder puller was applied to the side surface of the insert (10) and the binder pusher was applied to the opposite side (20). The HV5 constant hardness map is shown in FIG. It can be seen that this method is used to produce more flexible cores and this hardness profile has been shown to provide efficient drilling behavior. The two slurries could instead be applied symmetrically, as shown in FIG. Controlling the concentration and positioning of the coatings of the two slurries enhances the ability to adjust the redistribution of the bound phase to meet the application needs.

実施例3
インサート圧縮試験
表2/実施例1に記載されている試料B、C、E、F、HおよびIのドリルビットインサートの強靱性を、インサート圧縮(IC)試験を使用して特徴付けた。IC試験方法は、ドリルビットインサートを、インサートに不具合が生じるまで、2つの並行面の硬質カウンター表面の間で、一定の変位速度で圧縮することを含む。ISO 4506:2017(E)規格「硬質金属-圧縮試験」に基づき、2000HVを上回る硬度の超硬合金アンビルを有する試験固定具を使用した一方、試験方法それ自体は岩ドリルインサートの強靱性を試験するように適応させた。固定具をInstron5989試験枠にフィットさせた。
Example 3
Insert compression test The toughness of the drill bit inserts of Samples B, C, E, F, H and I shown in Table 2 / Example 1 was characterized using the insert compression (IC) test. The IC test method comprises compressing the drill bit insert at a constant displacement rate between the hard counter surfaces of the two parallel planes until the insert fails. Based on ISO 4506: 2017 (E) standard "Hard Metal-Compression Test", a test fixture with a cemented carbide anvil with a hardness higher than 2000 HV was used, while the test method itself tested the toughness of the rock drill insert. Adapted to do. Fixture was fitted to the Instron 5899 test frame.

荷重軸は、インサートの回転対称の軸と同一であった。固定具のカウンター表面は、ISO 4506:2017(E)規格で必要とされる並行の程度、すなわち最大偏差0.5μm/mmを満たした。試験したインサートは、不具合が生じるまで、荷重変位曲線を記録しながら、0.6mm/分と等しい一定速度のクロスヘッド変位で荷重をかけた。試験評価前に試験装置および試験固定具の整合性を、測定した荷重変位曲線から差し引いた。試料の種類ごとに3つのインサートを試験した。各試験前、カウンター表面を損傷について検査した。測定した荷重が突然少なくとも1000N低下した場合、インサート不具合が生じたと定義した。試験したインサートのその後の検査で、すべての場合において、これは巨視的に可視の亀裂の発生と一致することを確認した。破断までに吸収された全変形エネルギーの点から材料強靱性を特徴付けた。インサート圧縮試験の結果が表3に示されている:

Figure 2022512933000004
The load axis was the same as the axis of rotational symmetry of the insert. The counter surface of the fixture met the degree of parallelism required by the ISO 4506: 2017 (E) standard, ie, a maximum deviation of 0.5 μm / mm. The tested inserts were loaded with a constant velocity crosshead displacement equal to 0.6 mm / min, recording the load displacement curve until failure occurred. Prior to test evaluation, the integrity of the test equipment and test fixtures was subtracted from the measured load displacement curves. Three inserts were tested for each sample type. Prior to each test, the counter surface was inspected for damage. When the measured load suddenly dropped by at least 1000 N, it was defined as an insert failure. Subsequent inspection of the inserted inserted confirmed that in all cases this was consistent with the occurrence of macroscopically visible cracks. Material toughness was characterized in terms of total deformation energy absorbed by fracture. The results of the insert compression test are shown in Table 3:
Figure 2022512933000004

IC試験結果によると、本発明の方法に従い処理した試料の強靱性は、同じように転動した試料を比較した場合、先行技術において公知の試料より高い。 According to the IC test results, the toughness of the sample treated according to the method of the present invention is higher than that of the sample known in the prior art when comparing the similarly rolled samples.

実施例4
振り子ハンマー
振り子ハンマー試験に対して、半径5.0mmおよび直径10.0mmのドーム型先端を有する採鉱用超硬合金インサートを生成し、実施例1に記載されている方法のように試料B、C、E、F、HおよびIを処理した。振り子ハンマー試験の設定の略図が図20に示されている。ドーム区域がのみ突出するように、インサートをホルダー(30)にしっかりと固定した。振り子(40)には、硬質なカウンター表面が振り子ハンマーヘッドに固定されている(50)。使用したカウンター表面は、およそ1900HV30のVickers硬度を有する硬質な、微粒子の硬質金属等級の研磨したプレート(h=5.00mm、l=19.40mm、w=19.40mm)であった。振り子が放たれると、カウンター表面は試料先端をヒットする。試料が不具合を生じた場合には、試料により吸収された、ジュール(J)で測定される衝撃エネルギー(E)は記録しない。付与された最初の振り子角度に対して、衝撃エネルギーを方程式3[式中、mは振り子ハンマー4.22kgの全質量であり、gは重力定数9.81m/s2であり、Lは振り子ハンマーの長さ0.231であり、mおよびαはラジアンでの角度である]を使用して計算する。
E=(mtot×g×L×(1-cos(α))(方程式3)
Example 4
Pendulum Hammer For a pendulum hammer test, a cemented carbide insert for mining having a dome-shaped tip with a radius of 5.0 mm and a diameter of 10.0 mm was produced, and Samples B and C were produced as in the method described in Example 1. , E, F, H and I were processed. A schematic of the pendulum hammer test settings is shown in FIG. The insert was firmly secured to the holder (30) so that only the dome area protruded. On the pendulum (40), a rigid counter surface is fixed to the pendulum hammer head (50). The counter surface used was a hard, fine-grained, hard metal grade polished plate (h = 5.00 mm, l = 19.40 mm, w = 19.40 mm) with a Vickers hardness of approximately 1900 HV30. When the pendulum is released, the counter surface hits the tip of the sample. If the sample fails, the impact energy (E) absorbed by the sample and measured in joules (J) is not recorded. For the first pendulum angle given, the impact energy is given in Equation 3 [in the equation, m is the total mass of the pendulum hammer 4.22 kg, g is the gravitational constant 9.81 m / s2, and L is the pendulum hammer. It has a length of 0.231 and m and α are angles in the radian].
E = (mtot × g × L × (1-cos (α)) (Equation 3)

試料を破断するのに必要とされるエネルギーを決定するため、最初は適切な低い角度から放たれた振り子を試料に衝突させる。次いで、試料が不具合を起こすまで、角度を5度のぺースで段階的に増加させる。その後、同じ試料でできたインサートを、不具合を引き起こした衝突角度より3度低い角度で衝突させ、衝突する角度の増加分をより小さくして試験を繰り返す。インサートが破損しない角度を記録し、対応する衝突エネルギーを計算する。これらの試験において、カウンター表面は5~10回の衝突ごとに交換する。結果は以下の表4に示されている:

Figure 2022512933000005
To determine the energy required to break the sample, a pendulum initially released from a suitable low angle is made to collide with the sample. The angle is then gradually increased at 5 degree paces until the sample fails. Then, the insert made of the same sample is collided at an angle 3 degrees lower than the collision angle that caused the defect, the increase in the collision angle is made smaller, and the test is repeated. Record the angle at which the insert will not break and calculate the corresponding collision energy. In these tests, the counter surface is replaced every 5-10 collisions. The results are shown in Table 4 below:
Figure 2022512933000005

結果は、同等の方式で転動した試料を比較した場合、本発明の方法を使用して生成した試料に対して耐衝撃性の有意な増加が存在することを示している。 The results show that there is a significant increase in impact resistance compared to the samples produced using the method of the invention when comparing the samples rolled in an equivalent manner.

実施例5
化学分析
Jeol JXA-8530F ミクロプローブを使用して波長分散型分光器(WDS)分析手段により試料の化学勾配を調査した。表2/実施例1に記載されている試料D(比較)およびG(本発明)に対して、転動前に、焼結した材料の断面について、中心線に沿ってラインスキャンを行った。精密カッターで試料を調製し、これに続いて機械的研削および研磨を行った。1μmダイヤモンドペースト剤を付けた軟質の布を用いて研磨することにより、試料調製の最終工程を行った。加速電圧15kVを使用して、ステップサイズ100μmおよびプローブ直径100μmで、ラインスキャンを実施した。試料1つ当たり3回のラインスキャンを行って、平均を報告する。コバルト濃度プロファイルは図21で比較され、クロム濃度プロファイルは図22で比較され、Cr/Co濃度プロファイルは図23で比較されている。
Example 5
Chemical Analysis The chemical gradient of the sample was investigated by wavelength dispersive spectroscope (WDS) analytical means using the Jeol JXA-8530F microprobe. For the samples D (comparison) and G (invention) shown in Table 2 / Example 1, a line scan was performed along the center line on the cross section of the sintered material before rolling. Samples were prepared with a precision cutter, followed by mechanical grinding and polishing. The final step of sample preparation was performed by polishing with a soft cloth with a 1 μm diamond paste. A line scan was performed using an acceleration voltage of 15 kV with a step size of 100 μm and a probe diameter of 100 μm. Perform 3 line scans per sample and report the average. The cobalt concentration profile is compared in FIG. 21, the chromium concentration profile is compared in FIG. 22, and the Cr / Co concentration profile is compared in FIG. 23.

より高い結合剤濃度を有する採鉱用超硬合金インサートとの比較のため、転動後の試料Kの断面について中心線に沿ってラインスキャンを行った。転動は化学組成にもWDS分析にも影響を与えないと想定している。Co濃度およびCr濃度に対するラインスキャンがそれぞれ図24および25に示されている。 A line scan was performed along the centerline of the cross section of sample K after rolling for comparison with the cemented carbide inserts for mining, which have higher binder concentrations. It is assumed that the rolling does not affect the chemical composition or WDS analysis. Line scans for Co and Cr concentrations are shown in FIGS. 24 and 25, respectively.

本発明の方法に従い生成した試料に対して、最も高いCo濃度が超硬合金インサートの先端およびバルクに見出すことができ、最も低いCr濃度および最も低いCr/Co濃度が超硬合金インサートのバルクに見出されることが見て取れる。 For samples produced according to the method of the invention, the highest Co concentration can be found at the tip and bulk of the cemented carbide insert, the lowest Cr concentration and the lowest Cr / Co concentration in the bulk of the cemented carbide insert. It can be seen that it is found.

実施例6
フィールド試験
花崗閃緑岩(珪岩(quartsite)を有する花崗岩)を掘削するTampere、FinlandのSandvik試験鉱山のフィールドトレイルで、超硬合金インサートC(比較)、F(比較)およびI(本発明)を試験した。
Example 6
Field Test Cemented Carbide Inserts C (Comparison), F (Comparison) and I (Comparison) on the field trails of the Sandvik test mine in Tampere, Findand, where excavation of granodiorite (granite with quartzite). Tested.

ビット1つ当たり6つのゲージインサートおよび3つのフロントインサートを使用してドリルビットを作製した。ゲージインサートは焼結直径10mmおよび高さ16.6mmを有した。フロントインサートは、焼結直径9mmおよび高さ13.8を有した。すべてのインサートは球状のドーム先端を有した。この試験では、ゲージインサート上の摩耗を比較した。ビット寿命という点からこれがビットの最も重要な部分だからである。したがって、すべてのビットに対するフロントインサートは、標準的超硬合金を使用して、実施例1、試料Cに従い作製し、摩耗に対する組成物の作用を評価するため、ゲージインサートはそれらの組成を変えた。 Drill bits were made using 6 gauge inserts and 3 front inserts per bit. The gauge insert had a sintered diameter of 10 mm and a height of 16.6 mm. The front insert had a sintered diameter of 9 mm and a height of 13.8. All inserts had a spherical dome tip. In this test, the wear on the gauge insert was compared. This is the most important part of the bit in terms of bit life. Therefore, front inserts for all bits were made according to Example 1, Sample C using standard cemented carbide, and gauge inserts were modified to assess the effect of the composition on wear. ..

作動圧力210バール、供給圧力90バール、回転圧70バールでの回転230rpmで、水圧式HFX5トップハンマードリル装置(Sandvik Tamrock製)を使用して試験を実施した。 The test was carried out using a hydraulic HFX5 top hammer drill device (manufactured by Sandvik Tamrock) at an operating pressure of 210 bar, a supply pressure of 90 bar and a rotation pressure of 70 bar at 230 rpm.

スライドノギスを使用して、およそ50mごとに測定した掘削の深さの関数としてゲージインサートの直径を測定した。Cインサートを有する2つのビット、Fインサートを有する1つのビットおよびIインサートを有する3つのビットを回収した。直径のより大きな変化はより大きな摩耗の徴候である。掘削深さの関数としての直径の変化が図26に示されており、掘削したメートルの概要が直径損失の関数として以下の表5に示されている:

Figure 2022512933000006
A slide caliper was used to measure the diameter of the gauge insert as a function of the drilling depth measured approximately every 50 m. Two bits with a C insert, one bit with an F insert and three bits with an I insert were recovered. Larger changes in diameter are a sign of greater wear. The change in diameter as a function of drilling depth is shown in FIG. 26, and an overview of the drilled meters is shown in Table 5 below as a function of diameter loss:
Figure 2022512933000006

直径の変化1mm当たりの掘削メートルは、比較用インサート(CおよびF)と比較して、本発明のインサート(I)がより大きく、本発明のインサート(I)は比較用インサート(C)と比較して耐摩耗性の55%の増加および比較用インサート(F)と比較して耐摩耗性の32%の増加を有することが明確に見て取れる。 The excavation meter per 1 mm of change in diameter is larger for the insert (I) of the present invention compared to the comparative inserts (C and F), and the insert (I) of the present invention is compared with the comparative insert (C). It can be clearly seen that there is a 55% increase in wear resistance and a 32% increase in wear resistance compared to the comparative insert (F).

Claims (15)

WC硬質相成分、場合によって1種または複数のさらなる硬質相成分、および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサートの結合相を再分配させる方法であって、
a)未処理の採鉱用超硬合金インサートを準備する工程と、
b)金属酸化物または金属炭酸塩から選択される少なくとも1種の結合剤プラーを、採鉱用超硬合金インサートの表面に塗布する工程と、
c)未処理の採鉱用カーバイドインサートを焼結する工程と、
を含み、金属酸化物または金属炭酸塩が未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の少なくとも1つの局所的領域のみに塗布されることを特徴とする、方法。
A method of redistributing the bonded phase of a cemented carbide insert for mining, which comprises a WC hard phase component, optionally one or more additional hard phase components, and a binder.
a) The process of preparing untreated cemented carbide inserts for mining,
b) A step of applying at least one binder puller selected from metal oxides or metal carbonates to the surface of a cemented carbide insert for mining.
c) The process of sintering the untreated carbide insert for mining,
A method comprising, wherein a metal oxide or metal carbonate is applied only to at least one local area on the surface of an untreated cemented carbide insert for mining.
結合剤プラーがCrである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the binder puller is Cr 2 O 3 . 工程b)とc)との間に、
金属カーバイド、炭素粉末またはこれらの混合物から選択される少なくとも1種の結合剤プッシャーを、採鉱用超硬合金インサートの表面上の少なくとも1つの異なる局所的領域に塗布する工程
をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
Between steps b) and c)
Claim 1 further comprises the step of applying at least one binder pusher selected from metal carbide, carbon powder or mixtures thereof to at least one different local region on the surface of the cemented carbide insert for mining. Or the method according to claim 2.
結合剤プラーおよび結合剤プッシャーが未処理の採鉱用超硬合金インサートの表面の実質的に対向する局所的領域に塗布される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 3, wherein the binder puller and binder pusher are applied to substantially opposite local regions of the surface of the untreated cemented carbide insert for mining. 結合剤プラーおよび結合剤プッシャーが対称的に塗布される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the binder puller and the binder pusher are applied symmetrically. 結合剤プラーおよび結合剤プッシャーが非対称的に塗布される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the binder puller and the binder pusher are applied asymmetrically. 焼結後、採鉱用超硬合金インサートが転動プロセスで処理される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the cemented carbide insert for mining is processed by a rolling process after sintering. 転動プロセスが「高エネルギー転動」プロセスであり、転動後、均一な採鉱用超硬合金インサートが、ΔHV3%≧9.72-0.00543*HV3バルクとなるように変形硬化する、請求項7に記載の方法。 The rolling process is a "high energy rolling" process, after which the uniform cemented carbide insert for mining is deformed and hardened to a ΔHV3% ≧ 9.72-0.00543 * HV3 bulk . Item 7. The method according to Item 7. 1種または複数の硬質相成分および結合剤を含む採鉱用超硬合金インサートであって、採鉱用超硬合金インサートの表面の第1の部分から表面の第2の部分まで硬度勾配が存在し、表面の第1の部分が表面の第2の部分に実質的に対向していることによって、焼結後、
-表面の第1の部分が、表面の第2の部分より30HV3だけ柔軟~80HV3だけ硬質であり、
-表面の第1の部分がバルクより5~120HV3だけ硬質であり、
-表面の第2の部分がバルクより20HV3~70HV3だけ硬質である
ことを特徴とする、採鉱用超硬合金インサート。
A cemented carbide insert for mining that contains one or more hard phase components and binders, with a hardness gradient from the first portion of the surface to the second portion of the surface of the cemented carbide insert for mining. After sintering, the first portion of the surface is substantially opposed to the second portion of the surface.
-The first part of the surface is 30HV3 more flexible to 80HV3 harder than the second part of the surface.
-The first part of the surface is 5 to 120 HV3 harder than the bulk,
-A cemented carbide insert for mining, characterized in that the second portion of the surface is 20HV3 to 70HV3 harder than the bulk.
採鉱用超硬合金インサート内で、最大結合剤濃度(%結合剤-max)が最小濃度(%結合剤-min)より20%未満高い、請求項9に記載の採鉱用超硬合金インサート。 The cemented carbide insert for mining according to claim 9, wherein the maximum binder concentration (% binder-max) is less than 20% higher than the minimum concentration (% binder-min) in the cemented carbide insert for mining. %結合剤-minが、焼結した採鉱用超硬合金インサートの全高のパーセンテージで、表面の第1の部分から1~50%の深さにある、請求項9または請求項10に記載の採鉱用超硬合金インサート。 30. The mining according to claim 9 or 10, wherein the% binder-min is a percentage of the total height of the sintered cemented carbide inserts for mining, at a depth of 1-50% from the first portion of the surface. For cemented carbide inserts. -第1の結合剤最大濃度(%結合剤-max1)が、表面の第1の部分に存在し、
-第2の結合剤最大濃度(%結合剤-max2)が、焼結した採鉱用超硬合金インサートの全高のパーセンテージで、表面の第1の部分の15~75%の深さに存在する、
請求項9から11のいずれか一項に記載の採鉱用超硬合金インサート。
-The maximum concentration of the first binder (% binder-max1) is present in the first portion of the surface.
-The maximum second binder concentration (% binder-max2) is present at a depth of 15-75% of the first portion of the surface, as a percentage of the total height of the sintered cemented carbide inserts for mining.
The cemented carbide insert for mining according to any one of claims 9 to 11.
第1のクロム最大濃度(%Cr-max1)が、表面の第1の部分に存在する、請求項9から12のいずれか一項に記載の採鉱用超硬合金インサート。 The cemented carbide insert for mining according to any one of claims 9 to 12, wherein the first chromium maximum concentration (% Cr-max1) is present in the first portion of the surface. さらなる第2のクロム濃度最大(%Cr-max2)が、表面の第2の部分に存在し、
-%Cr-max1>%Cr-max2であり、
-クロム最小濃度(%Cr-min)が、%Cr-max1~%Cr-max2の間に位置する、
請求項13に記載の採鉱用超硬合金インサート。
An additional second maximum chromium concentration (% Cr-max2) is present in the second portion of the surface.
-% Cr-max1>% Cr-max2,
-The minimum chromium concentration (% Cr-min) is located between% Cr-max1 and% Cr-max2.
The cemented carbide insert for mining according to claim 13.
%Cr-minが、焼結した採鉱用超硬合金インサートの全高のパーセンテージで、表面の第1の部分から40~99%の深さにある、請求項14に記載の採鉱用超硬合金インサート。 22. The cemented carbide insert for mining according to claim 14, wherein% Cr-min is a percentage of the total height of the sintered cemented carbide insert for mining and is at a depth of 40 to 99% from the first portion of the surface. ..
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