JP4327029B2 - 炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法に関する。さらに詳しくは、機械的強度を低下させることなく、接合面に生ずる引張、及び圧縮応力を軽減することが可能な炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法の関する。
耐摩耗性が要求される機械部品、例えば、タペット等には、超硬合金やセラミック等の耐摩耗性の高い材料が用いられている。また、押出成形等に用いられる口金（ダイ）のように、特に、その一部分にのみ優れた耐摩耗性が求められるものについては、例えば、異なる材料の二つの板状部材を積層して接合した接合体が用いられている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、アルミニウム（Ａｌ）又はＡｌを主成分とする金属からなるＡｌ金属部材と、該Ａｌ金属部材とは異なる材料からなる異種部材とを接合したＡｌ金属接合体において、前記Ａｌ金属部材と前記異種部材との接合界面に、Ｈｖ硬さ２０〜８０（マイクロビッカース；荷重１００ｇｆ）で且つ厚さ０．１〜３ｍｍの軟質金属層を備えたＡｌ金属接合体が開示されている。
また、特許文献２には、ろう材層を介して金属体とセラミック体とが接合された構造を有する金属−セラミック接合体において、前記金属体としてオーステナイト状態から所定の冷却速度にて冷却することにより硬化する性質を有する鋼材を使用するとともに、前記鋼材及び前記ろう材は、前記ろう材層の固相線温度をＭＰｓ、前記鋼材をオーステナイト状態から冷却したときの硬化相への変態開始温度をＴｓとして、０．１〜２００℃／分の範囲内にて前記冷却速度を選択することにより０．４ＭＰｓ＜Ｔｓ＜０．７５ＭＰｓとすることができる材質が選定された金属−セラミック接合体が開示されている。
特開平１０−５９９２号公報
特開２００２−１７９４７３号公報
しかしながら、特許文献１に示すＡｌ金属接合体においては、軟質金属層を設けることにより接合面の残留応力を緩衝することができるとしているが、残留応力は、あくまでもＡｌ金属接合体に分散して緩衝しているのであって、実際に消失したわけではなく、依然としてＡｌ金属接合体は大きな残留応力を有しているという問題があった。また、一般的には、このＡｌ金属接合体の接合強度は軟質金属層に依存することとなり、Ａｌ金属部材の特性を有効に生かすことができないという問題があった。
また、特許文献２に示す金属−セラミック接合体においては、ろう材層が残留することにより、耐食性が低下するとともに、金属−セラミック接合体の強度がろう材層の強度に依存するという問題があった。また、接合面の応力のコントロールが不可能であるため、金属−セラミック接合体に対する後加工、例えば、切削加工、特に、穴加工や溝加工等の加工が困難であるという問題があった。さらに、接合体の一方の材料がセラミックに限定されたものであり、その用途がセラミックに適していないものの場合には使用が困難であるという問題があった。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、少なくとも炭化タングステンを含む炭化タングステン基超硬合金から構成された板状部材と、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体から構成された板状部材とを接合する際に、機械的強度を低下させることなく、接合面に生ずる引張、及び圧縮応力を軽減することが可能な炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法を提供する。
本発明は、以下の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法を提供するものである。
［１］少なくとも炭化タングステンを含む炭化タングステン基超硬合金から構成された第一の板状部材と、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体から構成された第二の板状部材とを、互いの表面を重ね合わせて積層して接合することにより、一枚の板状の炭化タングステン基超硬合金接合体を製造する炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法であって、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、その間に箔状の、銅、銀、金、ニッケル、及びアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含み、且つ、前記第一の板状部材と第二の板状部材との少なくとも一方の組織の内部に浸透する材料からなるろう材を配設した状態で積層し、前記第二の板状部材がオーステナイト変態を起こす温度以上且つ前記ろう材の融点以上の温度に加熱して、前記ろう材を前記第一の板状部材と前記第二の板状部材との少なくとも一方の組織の内部に浸透させて前記第一の板状部材と前記第二の板状部材が積層した状態で接合し、接合した前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、所定の降温速度で、前記第二の板状部材が起こし得る前記三つの相変態のうちの前記少なくとも一つの相変態を開始する温度まで降温することにより、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材との接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が１５００ＭＰａ以下となるように前記第二の板状部材を構成する前記金属体に前記三つの相変態のうちの前記少なくとも一つの相変態を起こさせて、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とが積層して接合した炭化タングステン基超硬合金接合体を得る炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［２］得られた前記炭化タングステン基超硬合金接合体に、前記接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が５００ＭＰａ以下となるように、オーステナイト変態を起こす温度以下の温度領域で、０．１〜１００℃／ｍｉｎの速度で昇温又は冷却する再熱処理を、さらに行う前記［１］に記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［３］前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを積層して接合する際に、接合面に対して垂直に０．０１〜１００ＭＰａの圧力で加圧しながら接合する前記［１］又は［２］に記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［４］前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを少なくとも一つの前記相変態を開始する温度まで降温する際の降温速度が、０．１〜１００℃／ｍｉｎである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［５］前記第一の板状部材を構成する前記炭化タングステン基超硬合金が、炭化タングステンを、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属で焼結したものである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［６］前記第二の板状部材を構成する前記金属体が、鉄、チタン、ニッケル、銅、及びアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含むものである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［７］前記ろう材の厚さが、０．１〜２００μｍである前記［１］〜［６］のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
［８］前記ろう材の厚さが、１〜５０μｍである前記［７］に記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
本発明の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法は、少なくとも炭化タングステンを含む炭化タングステン基超硬合金から構成された板状部材と、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体から構成された板状部材とを接合する際に、機械的強度を低下させることなく、その接合面に生ずる引張、及び圧縮応力を軽減することができる。このため、得られる炭化タングステン基超硬合金接合体は、例えば、その表面に対して切削加工等の後加工を行ったとしても、加工部分に作用する応力が軽減され、加工部分の変形等を有効に防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法を工程順に説明する説明図である。図２は、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法における、温度変化による第一の板状部材と第二の板状部材との、それぞれの寸法変化（％）を示すグラフである。なお、図２における（ａ）〜（ｄ）については、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すそれぞれの状態を示すものである。
図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法は、少なくとも炭化タングステンを含む炭化タングステン基超硬合金から構成された第一の板状部材２と、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体から構成された第二の板状部材３とを、互いの表面を重ね合わせて積層して接合することにより、一枚の板状の炭化タングステン基超硬合金接合体１（以下、単に「接合体１」ということがある）を製造する炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法であって、図１（ａ）に示すように、第一の板状部材２と第二の板状部材３とを、第二の板状部材３がオーステナイト変態を起こす温度以上に加熱した状態で積層して接合し、図１（ｂ）〜図１（ｄ）に示すように、接合した第一の板状部材２と第二の板状部材３とを、所定の降温速度で、上述した第二の板状部材３が起こし得る三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を開始する温度まで降温することにより、第一の板状部材２と第二の板状部材３との接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力が１５００ＭＰａ以下となるように第二の板状部材３を構成する金属体に三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こさせて、第一の板状部材２と第二の板状部材３とが積層して接合した炭化タングステン基超硬合金接合体１を得る炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法である。
このように構成することによって、炭化タングステン基超硬合金接合体１の接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力を軽減することができる。このため、得られる炭化タングステン基超硬合金接合体は、例えば、その表面５、特に、第一の板状部材２側の表面５ａに対して切削加工等の後加工を行ったとしても、加工部分に作用する応力が軽減され、加工部分の変形や破損等を有効に防止することができる。
本実施の形態においては、第二の板状部材３を構成する金属体をマルテンサイト変態させることにより、その接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力をより小さくすることが好ましく、具体的には、引張、及び圧縮応力が１０００ＭＰａ以下となるようにすることが好ましく、５００ＭＰａ以下となるようにすることがさらに好ましい。なお、得られた炭化タングステン基超硬合金接合体の接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が１５００ＭＰａを超えると、引張、及び圧縮応力の増大により破損し易くなり、得られた接合体１を使用することが困難になる。
なお、接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力は、Ｘ線応力測定装置等を使用して測定することができる。具体的な方法として、例えば、まず、特性Ｘ線を被検査対象（炭化タングステン基超硬合金接合体１）の表面に照射し、その反射回折線を測定する。次に、被検査対象（炭化タングステン基超硬合金接合体１）の表面の応力を、その表面に平行な成分から構成された二次元応力とし、得られた反射回折線の測定結果をもとに、弾性力学における諸公式を用いることにより算出することができる。なお、反射回折線を測定する方法としては、フィルム法や計数管法等を好適例として挙げることができる。このような方法としては、例えば、日本材料学会（編）、「Ｘ線応力測定法」、養賢社、１９８１年、に記載されている。また、接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力は、Ｘ線応力測定装置を用いずとも、例えば、得られた接合体１にスリットを加工し、その際の反りの変化量を測定することによっても測定可能である。
また、接合した第一の板状部材２と第二の板状部材３とを、降温する際には、なるべくゆっくりと降温することにより、図１（ｂ）〜図１（ｃ）における工程において第一の板状部材２が塑性変形し、伸び量の差により発生する引張、及び圧縮応力を小さくすることができる。このため、特に限定されることはないが、少なくとも一つの相変態を開始する温度まで降温する際の降温速度が、０．１〜１００℃／ｍｉｎであることが好ましく、１〜１０℃／ｍｉｎであることがさらに好ましい。
接合した第一の板状部材２と第二の板状部材３とを降温する際における降温終了温度としては、上述した三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を開始する温度であればよいが、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、その温度よりさらに低い温度、例えば、室温等まで降温してもよい。
また、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、図示は省略するが、このようにして得られた炭化タングステン基超硬合金接合体に、接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が５００ＭＰａ以下となるように、０．１〜１００℃／ｍｉｎの速度で、オーステナイト変態を起こす温度以下の温度領域で昇温又は冷却する再熱処理を、さらに行うことが好ましい。加熱した状態の炭化タングステン基超硬合金接合体を降温する際に第二の板状部材に生ずるマルテンサイト変態により、接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力を、ある程度までは小さくすることが可能であるが、図２に示すように、マルテンサイト変態により第一の板状部材と第二の板状部材との伸び率（％）の違いは小さくなるものの、必ずしも同一になるわけではなく、塑性変形等も伴うため、ある大きさの応力は残留してしまう。このようなことから、一旦、所定の温度（少なくとも一つの相変態を開始する温度）まで降温して得られた接合体１に対して、さらに再熱処理を行い、第一の板状部材と第二の板状部材との伸び率（％）をさらに近づけて、引張、及び圧縮応力をさらに小さく、具体的には、５００ＭＰａ以下にすることが好ましい。また、この再熱処理により、第二の板状部材が熱処理されることとなり、第二の板状部材の機械的強度を向上させることもできる。なお、図２に示す、温度変化による第一の板状部材と第二の板状部材とのそれぞれの寸法変化を示すグラフは、あくまでも、それぞれの寸法変化の一例を示すものであり、温度変化による第一の板状部材と第二の板状部材とのそれぞれの寸法変化はこれに限定されることはなく、例えば、図３や図４に示すような寸法変化を起こすものであってもよい。
また、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、図１（ａ）に示す、第一の板状部材２と第二の板状部材３とを積層して接合する際に、接合面４に対して垂直に０．０１〜１００ＭＰａの圧力で加圧しながら接合することが好ましい。このように構成することによって、炭化タングステン基超硬合金接合体１の接合不良を低減するとともに、接合強度を向上させることができる。また、接合体１の表面５の反りを軽減することもできる。さらに、相変態の抑制や促進が可能となり、接合体１の強度低下を有効に防止することができる。この場合には、従来公知のホットプレス法やＨＩＰ法等を好適に用いることができる。なお、特に限定されることはないが、第一の板状部材２と第二の板状部材３との接合強度向上及び反りの軽減の観点から、加圧する際は、０．１〜１０ＭＰａであることがさらに好ましい。
また、特に限定されることはないが、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、第一の板状部材２と第二の板状部材３を加熱した状態で積層して接合し、これを昇温するまでの間の少なくとも一部において、減圧下での操作を行うことが好ましい。このように構成することによって、フラックス（溶剤）を使わずに接合不良を低減させ、接合強度を向上させることができる。なお、具体的な圧力としては、１Ｐａ以下であることが好ましく、０．１Ｐａ以下であることがさらに好ましく、０．０１Ｐａ以下であることが特に好ましい。
第一の板状部材２を構成する炭化タングステン基超硬合金（以下、単に「超硬合金」ということがある）は、少なくとも炭化タングステンを含む合金であるが、炭化タングステンを、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びクロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属で焼結した合金であることが好ましい。このように、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を結合材として使用した炭化タングステン基超硬合金は、耐摩耗性や機械的強度に特に優れている。具体的なものとしては、例えば、Ｃｏを結合材として使用した超硬合金、ＷＣ−Ｃｏ０.１〜５０質量％等を挙げることができる。
第二の板状部材３を構成する金属体は、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体であれば特に制限はないが、この金属体が、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含む、金属又は合金であることが好ましい。このような金属体としては、ステンレスが好適であり、例えば、ＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部）を好適例として挙げることができる。この金属体は、機械加工が比較的に容易であるとともに安価であり、第二の板状部材３として好適に用いることができる。さらに、このような金属体においては、上述した金属又は合金が、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の添加剤を含んだものであるものであることが好ましい。
本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、第一の板状部材２、及び第二の板状部材３の厚さについては特に制限はないが、例えば、一般的な板状の接合体１を製造する場合には、第一の板状部材２は、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１〜３ｍｍであることがさらに好ましく、０．１〜１ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、第二の板状部材３は、１〜１００ｍｍであることが好ましい。なお、本実施の形態において製造される接合体１は、耐摩耗性等の機械的特性に優れた第一の板状部材２の表面において、その使用目的に応じた必要十分な機械的特性を満たしていればよく、第一の板状部材２の厚さは必要以上に厚くする必要はない。逆に、第二の板状部材３は、穴加工や溝加工等の機械加工が容易であるとともに、安価であることから、特別な機械的特性を必要としない部分に関しては第二の板状部材３を用いることが好ましい。
また、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、図５（ａ）に示すように、第一の板状部材２と第二の板状部材３とを積層する際に、その間に箔状のろう材６を配設する。ろう材６を配設して接合することにより、第一の板状部材２及び第二の板状部材３の接合が容易になるが、接合が終了した状態で、得られた接合体１にろう材６が層として残っていると、接合体１の機械的強度が低下することがある。このため、ろう材６としては、なるべく薄く、さらに、図５（ｂ）に示すように、接合することにより、第一の板状部材２と第二の板状部材３との少なくとも一方の組織の内部に浸透する材料を用いる。具体的には、第一の板状部材２や第二の板状部材３に良好に浸透することから、ろう材６が、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、金属又は合金であることが好ましい。特に、ろう材６が、銅（Ｃｕ）を含んだ合金である場合には、第二の板状部材３の好適例として挙げたステンレス等の合金に対しての浸透性が高く、良好に用いることができる。また、ろう材６が合金である場合には、パラジウム（Ｐｄ）、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、リン（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ホウ素（Ｂ）等の添加剤をさらに含んだものであることが好ましい。
このろう材６の厚さについては特に制限はないが、第一の板状部材２と第二の板状部材３との少なくとも一方に良好に浸透するように、０．１〜２００μｍであることが好ましく、１〜５０μｍであることがさらに好ましい。
なお、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法においては、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、第一の板状部材２と第二の板状部材３とを積層する際の加熱温度としては、両者が良好に接合するように、オーステナイト変態温度以上の温度である必要があるが、例えば、第二の板状部材３が鉄合金の場合には、８００〜１２００℃であることが好ましい。このように構成することによって、第一の板状部材２と第二の板状部材３の接合強度を良好なものとすることができる。なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、第一の板状部材２と第二の板状部材３との間にろう材６を配設する場合には、そのろう材６を溶解する必要があることから、上記の加熱温度としては、オーステナイト変態が起こる温度以上の温度であるとともに、ろう材６の融点以上の温度とする。
以上、説明したように、本実施の形態の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法によれば、少なくとも炭化タングステンを含む炭化タングステン基超硬合金から構成された第一の板状部材２と、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体から構成された第二の板状部材３とを接合する際に、機械的強度を低下させることなく、その接合面４に生ずる引張、及び圧縮応力を軽減するように製造することができる。このため、得られる炭化タングステン基超硬合金接合体１は、例えば、その表面５に対して溝加工等の後加工を行ったとしても、加工部分に作用する応力が軽減され、加工部分の変形等を有効に防止することができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ＷＣ−１６質量％Ｃｏの超硬合金から構成された第一の板状部材と、マルテンサイト変態を起し得る金属体であるＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部）から構成された第二の板状部材を、１１２０℃〜１１５０℃で積層して接合し、接合した第一の板状部材と第二の板状部材とを、１〜５℃／ｍｉｎの降温速度で少なくとも１００℃まで降温することにより、第一の板状部材と第二の板状部材との接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が５００Ｍｐａ以下となるように第二の板状部材を構成する合金をマルテンサイト変態させて、第一の板状部材と第二の板状部材とが積層して接合した炭化タングステン基超硬合金接合体を製造した。なお、第一の板状部材と第二の板状部材とを積層して接合する際には、圧力が０．０１Ｐａ台の減圧下で、且つ、接合面に対して垂直に約１０ＭＰａの圧力で加圧しながら接合した。なお、ＳＵＳ６３０のオーステナイト変態が起こる温度は、約７２０〜９００℃であり、マルテンサイト変態が起こる温度は、約２００℃以下である。
ＷＣ−１６質量％Ｃｏの超硬合金から構成された第一の板状部材と、マルテンサイト変態を起し得る金属体であるＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部）から構成された第二の板状部材を、１１２０℃〜１１５０℃で積層して接合し、接合した第一の板状部材と第二の板状部材とを、１〜５℃／ｍｉｎの降温速度で少なくとも１００℃まで降温することにより、第一の板状部材と第二の板状部材との接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が５００Ｍｐａ以下となるように第二の板状部材を構成する合金をマルテンサイト変態させて、第一の板状部材と第二の板状部材とが積層して接合した炭化タングステン基超硬合金接合体を製造した。なお、第一の板状部材と第二の板状部材とを積層して接合する際には、圧力が０．０１Ｐａ台の減圧下で、且つ、接合面に対して垂直に約１０ＭＰａの圧力で加圧しながら接合した。なお、ＳＵＳ６３０のオーステナイト変態が起こる温度は、約７２０〜９００℃であり、マルテンサイト変態が起こる温度は、約２００℃以下である。
実施例１の製造方法に用いた第一の板状部材は、厚さが１ｍｍで、表面の大きさが４０ｍｍ×４０ｍｍの正方形であり、第二の板状部材は、厚さが１１ｍｍで、表面の大きさが４０ｍｍ×４０ｍｍの正方形であった。また、第一の板状部材と第二の板状部材とを積層する際に、その間に、厚さ約０．０１ｍｍの薄状の銅製のろう材を配設した。
実施例１の製造方法によって得られた炭化タングステン基超硬合金接合体は、表面の反り量が０．０２０ｍｍ以下で、第二の板状部材のビッカース硬さが３５０であった。なお、ろう材は、第二の板状部材の内部に浸透し、ろう材の層は存在しなかった。なお、得られた炭化タングステン基超硬合金接合体に対し、４８５〜５１５℃の温度で再熱処理をすると、ビッカース硬さで４５０以上、応力１０ＭＰａ以下にすることができた。なお、再熱処理前の炭化タングステン基超硬合金接合体は、その第一の板状部材側の表面に対して、３００μｍ程度の細幅の溝加工を行っても内部応力（引張、又は圧縮応力）による破損は生じなかった。また、再熱処理後のものは、内部応力がほとんど発生しないため、５０μｍ以下の溝加工や極細穴加工等を行っても破損は生じなかった。
（比較例１）
第二の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態のいずれの相変態も起こし得ない鋳鉄を用いた以外は、実施例１と同様の方法で炭化タングステン基超硬合金接合体を製造した。
第二の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態のいずれの相変態も起こし得ない鋳鉄を用いた以外は、実施例１と同様の方法で炭化タングステン基超硬合金接合体を製造した。
比較例１の製造方法によって得られた炭化タングステン基超硬合金接合体は、加熱用の炉から出した途端に、冷却の際に発生する内部応力（引張、又は圧縮応力）によって第一の板状部材及び第二の板状部材の接合面が剥れてしまうものが多かった。さらに、剥がれてしまわなかった接合体においても、後の溝加工工程において、上述した内部応力により、第一の板状部材が破損し（割れ）、砥石破損が生じてしまった。このように比較例１の製造方法においては、接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が大きく、その接合体が不完全であることが分かった。
本発明の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法は、機械的強度を低下させることなく、接合面に生ずる引張、及び圧縮応力を軽減することができ、例えば、耐摩耗性が要求される機械部品等を製造する際に利用することができる。
１…炭化タングステン基超硬合金接合体（接合体）、２…第一の板状部材、３…第二の板状部材、４…接合面、５…表面、６…ろう材。
Claims (8)
- 少なくとも炭化タングステンを含む炭化タングステン基超硬合金から構成された第一の板状部材と、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態の三つの相変態のうちの少なくとも一つの相変態を起こし得る金属体から構成された第二の板状部材とを、互いの表面を重ね合わせて積層して接合することにより、一枚の板状の炭化タングステン基超硬合金接合体を製造する炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法であって、
前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、その間に箔状の、銅、銀、金、ニッケル、及びアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含み、且つ、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材との少なくとも一方の組織の内部に浸透する材料からなるろう材を配設した状態で積層し、前記第二の板状部材がオーステナイト変態を起こす温度以上且つ前記ろう材の融点以上の温度に加熱して、前記ろう材を前記第一の板状部材と前記第二の板状部材との少なくとも一方の組織の内部に浸透させて前記第一の板状部材と第二の板状部材が積層した状態で接合し、接合した前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、所定の降温速度で、前記第二の板状部材が起こし得る前記三つの相変態のうちの前記少なくとも一つの相変態を開始する温度まで降温することにより、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材との接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が１５００ＭＰａ以下となるように前記第二の板状部材を構成する前記金属体に前記三つの相変態のうちの前記少なくとも一つの相変態を起こさせて、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とが積層して接合した炭化タングステン基超硬合金接合体を得る炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。 - 得られた前記炭化タングステン基超硬合金接合体に、前記接合面に生ずる引張、及び圧縮応力が５００ＭＰａ以下となるように、オーステナイト変態を起こす温度以下の温度領域で、０．１〜１００℃／ｍｉｎの速度で昇温又は冷却する再熱処理を、さらに行う請求項１に記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
- 前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを積層して接合する際に、接合面に対して垂直に０．０１〜１００ＭＰａの圧力で加圧しながら接合する請求項１又は２に記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
- 前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを少なくとも一つの前記相変態を開始する温度まで降温する際の降温速度が、０．１〜１００℃／ｍｉｎである請求項１〜３のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
- 前記第一の板状部材を構成する前記炭化タングステン基超硬合金が、炭化タングステンを、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属で焼結したものである請求項１〜４のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
- 前記第二の板状部材を構成する前記金属体が、鉄、チタン、ニッケル、銅、及びアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含むものである請求項１〜５のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
- 前記ろう材の厚さが、０．１〜２００μｍである請求項１〜６のいずれかに記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
- 前記ろう材の厚さが、１〜５０μｍである請求項７に記載の炭化タングステン基超硬合金接合体の製造方法。
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