JP4681357B2

JP4681357B2 - 耐摩耗複合ライナー

Info

Publication number: JP4681357B2
Application number: JP2005174700A
Authority: JP
Inventors: 嗣男本田
Original assignee: Kuroki Kogyosho Co Ltd
Current assignee: Kuroki Kogyosho Co Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006346956A

Description

本発明は、土砂や鉱石、排水、廃棄物等の硬質物を含む材料を搬送、移動させるシュート、粉砕機等の耐摩耗性を必要とする箇所にライニングされる耐摩耗ライナーに関する。

耐摩耗ライナーには、第一に耐摩耗性が要求される。耐摩耗性に優れた材料としては、超硬合金やセラミックスがあるが、これらの材料は、高価で強度や靭性に劣るために、単独での使用には用途が限定されている。

このように、材料の耐摩耗性と強度及び靱性（耐衝撃性）は、一般に二律背反の傾向にあるため、この二律背反の問題を解決するため、耐摩耗複合ライナーが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

図３は、従来の耐摩耗複合ライナーを模式的に示す断面図である。従来の耐摩耗複合ライナーは、耐衝撃性に優れた鋼等の基材１０の上に耐摩耗層２０として複数枚の硬質材２１を並べて積層し接合したもので、耐衝撃性を基材１０で担い、耐摩耗性を硬質材２１で担い、全体として両方の性質を合わせ持つようにしたものである。

基材１０と硬質材２１の接合手段としては、一般に接着やろうづけ、拡散接合が採用されている。また、接合時に、基材１０と硬質材２１との熱膨張の違いによる熱応力で硬質材２１に割れが発生することを防止するために、銅やニッケル等の軟質金属を応力緩和層３０として接合界面に挿入することか一般に行われている。
特開平１１−１１５０９５号公報特開平１１−３２０１２４号公報

しかしながら、従来の耐摩耗複合ライナーにおいては以下に説明する問題があった。

（１）所望の耐摩耗層の厚さ毎に、異なる厚さの硬質材を準備しなければならない。

（２）硬質材は硬く脆いので厚肉になるほど衝撃に対して弱くなる。そのため、耐摩耗層を厚くする場合は耐摩耗性を犠牲にして耐衝撃性のあるものを使用しなければならない。

（３）大面積の耐摩耗層を形成するには複数枚の硬質材を並べる必要があり、その場合、硬質材同士の合わせ部の隙間から硬質物が直接基材に投射され摩耗する。

（４）基材と硬質材との間に応力緩和層を挿入したとしても全体的な熱応力は残存しているため、ライナーの加工中に熱応力の再分布で硬質材側に割れを生じることがある。これは、硬質材の厚さが大きいほど顕著に現れる。

（５）硬質材の内部に空孔が残存することがあり、肉厚が大きくなるほどこれを起点に破壊を生じることがある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、耐摩耗層の厚さを増加させたとしても熱応力を緩和することができ、耐摩耗性を犠牲にすることなく耐衝撃性を確保することができる耐摩耗複合ライナーを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、基材上に、硬質層と軟質層を交互に積層し接合処理して耐摩耗層を形成した耐摩耗複合ライナーにおいて、硬質層が複数枚の硬質材を並べて形成されたものであり、各硬質層における硬質材の合わせ部の位置が、その直上又は直下の硬質層における硬質材の合わせ部の位置とずれていることを特徴としている。すなわち、従来では、耐摩耗層の厚さを変えるのに硬質材自体の厚さを変えていたが、本発明では硬質層の積層数の増減によって耐摩耗層の厚さを変えるようにした。

基材としては、代表的には炭素鋼等の鋼材を使用するが、耐衝撃性に優れた材料であればいずれも使用できる。また、硬質層を構成する硬質材としては元素周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属の炭化物粒子をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属バインダーを用いて焼結した超硬合金が好ましいが、セラミック、高Ｃｒ鋳鉄板等の耐摩耗性に優れた材料であればいずれも使用できる。軟質層としては、銅、ニッケル等の材料が使用できる。

基材と硬質層と軟質層の接合は、ＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理により行うことが好ましい。

本発明の耐摩耗複合ライナーよれば、硬質層と軟質層の積層により耐摩耗層の厚さを増加させるので、その厚さを増加させたとしても全体的な熱応力を緩和することができる。また、発生不可避の空孔による破壊も耐摩耗層全体に及ぶことがないので耐摩耗層全体としての耐衝撃性を確保できる。

さらには、大型化しても硬質材の合わせ部から基材が損傷を直接受ける問題が生じないので、耐摩耗性に優れた超硬合金やセラミックスの適用範囲を大幅に拡大できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の耐摩耗複合ライナーを模式的に示す断面図である。同図において、炭素鋼からなる基材１０の上に、耐摩耗層２０が、銅板からなる応力緩和層３０を介して積層され接合されている。

耐摩耗層２０は、硬質層２１と軟質層２２を交互に積層することによって形成されている。各硬質層２１は、超硬合金からなる硬質材２１ａを複数枚並べることによって形成されており、軟質層２２は銅板からなる軟質材２２ａによって形成されている。

上述のとおり、耐摩耗層２０は、硬質層２１と軟質層２２を交互に積層することによって形成されているので、耐摩耗層２０の厚さは、硬質層２１と軟質層２２の積層数の増減によって容易に変えることができる。また、耐摩耗層２０の厚さを増加しても、硬質層２１の積層毎に挿入された軟質層２２によって全体の残留応力が緩和されるとともに耐衝撃性も改善され、耐摩耗層２０の剥離割れを防止することができる。

また、耐摩耗複合ライナーの面積を大きくする場合は、図１に示すように、硬質材２１ａを複数枚並べて硬質層２１を形成するが、図１では、各硬質層２１における硬質材２１ａの合わせ部の位置を、その直上及び直下の硬質層２１における硬質材２１ａの合わせ部の位置とずらすようにしている。これによって、硬質材２１ａ同士の合わせ部の隙間から直接、耐摩耗性に乏しい基材１０や応力緩和層３０が損傷することを防止できる。

交互に積層した硬質層２１と軟質層２２を接合して耐摩耗層２０として機能させるためには、圧力を加えて硬質層２１と軟質層２２を接合する必要がある。この接合の際に、一方向に圧力を加えた場合、その接合圧力の方向に軟質層２２の塑性変形が生じ、接合応力が緩和されてしまい接合が不完全になる可能性がある。したがって、本発明では、ＨＩＰ処理によって積層物全体の接合を行うことが好ましい。ＨＩＰ処理では、耐摩耗性ライナーを構成する積層物全体をＨＩＰ容器に入れ、ＨＩＰ容器を介して静水圧を加えるので、局部的な塑性変形を生じることなく全体に均等な接合圧力が加わり、完全な接合を行うことができる。

図２は、本発明の一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。本実施例は、ＨＩＰによる拡散接合によって、基材１０（鋼板）上に、応力緩和層３０（２ｍｍ^ｔの銅板）を介して耐摩耗層２０を形成したものである。また、耐摩耗層２０の周囲には無酸素銅からなる緩衝層４０が設けられ、さらにその周囲は型枠５０（鋼板）によって固定されている。

表１には、図２の実施例における耐摩耗層の内訳を示す。

図２に示す実施例では、硬質材２１ａとして４ｔ×５０×１００ｍｍの超硬合金を複数枚並べて各硬質層２１を形成し、この硬質層２１と０．１〜１．０ｍｍ^ｔの銅板（軟質材２２ａ）からなる軟質層２２を交互に積層して耐摩耗層２０を形成した。さらに、各硬質層２１おける硬質材２１ａ同士の合わせ部を積層毎にずらした。これにより、長期間の使用で硬質材２１ａ同士の合わせ部の隙間が局部的に摩耗損傷する可能性が無くなる。

本発明の耐摩耗性複合ライナーは、土砂や鉱石、排水、廃棄物等を搬送する装置で使用される部材の摩耗防止等の用途に好適に利用できるほか、硬質物を含んだ原材料等の破砕や整粒、造粒用のハンマー、刃先、受け板等の加工用途にも利用可能である。

本発明の耐摩耗複合ライナーを模式的に示す断面図である。本発明の一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。従来の耐摩耗複合ライナーを模式的に示す断面図である。

１０基材
２０耐摩耗層
２１硬質層
２１ａ硬質材
２２軟質層
２２ａ軟質材
３０応力緩和層
４０緩衝層
５０型枠

Claims

基材上に、硬質層と軟質層を交互に積層し接合処理して耐摩耗層を形成した耐摩耗複合ライナーにおいて、硬質層が複数枚の硬質材を並べて形成されたものであり、各硬質層における硬質材の合わせ部の位置が、その直上又は直下の硬質層における硬質材の合わせ部の位置とずれている耐摩耗複合ライナー。
硬質層を形成する硬質材が超硬合金である請求項１に記載の耐摩耗複合ライナー。
接合処理がＨＩＰ処理により行われた請求項１又は２に記載の耐摩耗複合ライナー。