JPH04210869A

JPH04210869A - 超硬合金と鋼の接合方法

Info

Publication number: JPH04210869A
Application number: JP33645490A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yoneda; 陽一郎米田; Yoshitsune Kaname; 要　善恒; Eiji Takahashi; 英司高橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-31
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0790362B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は超硬合金と鋼の接合方法に関する。（従来の技術）一般的な衝撃式破砕機（インパクトクラッシャ）は第１
図に示す概略断面図のように構成されている。例えば、
衝撃式破砕機１の側部上方に設置された原料供給口２よ
り破砕室３内に投入された原石は、主軸４のまわりに回
転する回転ロータ５の外周に固設されたホルダ１０にポ
ル１へ締めされた超硬合金−銅接合ハンマ６によって衝
撃破砕される。このハンマ６に当たって跳ね飛ばされた
原石は、破砕室３の上部に設けられた第１反発板７に取
付けられたライナ７ａに衝突して破砕され、跳ね返って
くる原石は、更に回転してくる次のハンマ６によって打
撃破砕される。そして、跳ね飛ばされた原石は、破砕室
３の上部に設けられた第２反発板８に設けられたライナ
８ａによってより一層細かく破砕される。衝撃式破砕機ハンマ６の超硬合金チップと鋼製台金を接
合する場合には、従来、銅を応力緩和材として用い、銀
ろうをインサートしたフラックスろう付が行われてきた
。この場合、加熱は高周波誘導加熱が一般的で、大気中
で接合が行われるのが−船釣である。また、超硬合金と鋼の接合に関しては、「溶接学会論文
集」第６巻（１９８８）第４号ｐ、４９９〜５０４には
、銅を応力緩和材として銅ろうをインサートし、ろう付
する方法が報告されており、「溶接学会論文集」第３巻
（１９８５）第４号Ｐ。１０５〜１０９には、ニッケル基合金を応力緩和材とし
て用い、同相拡散接合する方法が報告されている。（発明が解決しようとする課題）前述のような応力緩和材を用いて熱膨張差に起因する熱
応力を緩和する方法においては、超硬合金と応力緩和材
との接合界面、鋼と応力緩和材との接合界面がいずれも
健全でなければならない。この点、衝撃式破砕機のハンマでは、上述のように、応
力緩和材として銅を用い、銀基ろう材をインサートし、
フラックスを用いた大気中でのトーチろう相法や高周波
ろう相法が行われており、この場合、ＢＡｇ−４（４０
％Ａｇ−３０％Ｃｕ−２８％Ｚｎ−２％Ｎｉ）などの銀
ろうがよく用いられる。しかしながら、このような銀ろうは超硬合金に対する濡
れ性が悪く、かつ接合部が比較的大きくなるとフラック
スが残留し易く、健全な接合体が得られない。また、ト
ーチろう付や高周波ろう付では接合時の接合部の温度が
不均一になり易く、接合は入手に頼っているため、接合
部の品質にバラツキが生じ易く、これもまた健全な接合
体が得られない要因となっている。また、超硬合金の一
成分であるＣｏ中に銀ろうの成分のＣｕが拡散するとそ
の部分が脆くなり易く、接合強度が低くなり、更にバラ
ツキも大きくなる。このため、従来方法で接合した超硬合金−銅接合ハンマ
は、使用中に超硬合金が大きく剥離したり、大きく剥離
しないまでも未接合部に起因する超硬合金の微小剥離の
ため、寿命が短いという問題点が発生している。またこ
のハンマは消耗品であるが、このようなハンマでは寿命
予測がつかないという問題点もある。また、銅を応力緩和材として銅ろう付する場合、ニッケ
ル基合金を応力緩和材として用い、同相拡散により接合
する方法は、接合温度が高いため、熱応力が大きく、実
用規模の超硬合金−銅接合ハンマを得ることができない
という問題点がある。本発明は、上記従来技術の欠点を解消して、超硬合金〜
鋼接合体の接合界面が健全であると共に接合強度が高く
、剥離などがない接合体が得られる方法を提供すること
を目的とするものである。（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、応力緩和材とし
て銅を用いて超硬合金と鋼を接合する方法において、健
全な接合界面が得られるインサート材及び接合条件につ
いて鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたもの
である。すなわち、本発明は、超硬合金と鋼を、インサート材と
して応力緩和材と銀基ろう相を用いて接合する方法にお
いて、上記超硬合金と銅からなる応力緩和材との間にＴ
」を含有する銀基ろう利をインサートすると共に、上記
応力緩和材と上記鋼との間に銀基ろう洞をインサー１〜
した後、上記超硬合金、鋼及びインサート材からなる被
接合体を炉中に置き、次いで、この炉を５　Ｘ　１０−
ＺＴｏｒｒ以下の真空下或いは不活性ガス雰囲気下に保
ちながら７８０〜９５０℃の温度に加熱することにより
、上記インサート材を溶融して上記超硬合金と上記鋼を
接合することを特徴とする超硬合金と鋼の接合方法を要
旨とするものである。以下に本発明を更に詳述する。（作用）まず、本発明では、前述のように、超硬合金と銅からな
る応力緩和材との間にＴｉを含有する銀基ろう材をイン
サート材シ、また該応力緩和材と鋼との間に銀基ろう材
をインサートする。ここで、接合すべき一方の被接合材である超硬合金とし
ては、ＷＣ炭化物とＣｏの複合材料などの種々のものが
可能であり、また他方の被接合材である鋼としても炭素
鋼、合金鋼又は工具鋼等々の種々のものが可能であるこ
とは言うまでもない。また応力緩和材としての銅の材質、厚さ等は特に制限さ
れるものではない。また超硬合金、鋼の形状も制限され
るものではない。インサー１〜材としては、銀基ろう材を用いるが、少な
くとも、超硬合金と銅からなる応力緩和材との間にイン
サー）〜する銀基ろう材はエコを含有している銀基ろう
材であることが必要である。これは超硬合金と鋼の接合
率を高め、剥離を防止するためである。銀基ろう材及び
Ｔｉを含有する銀基ろう材の成分組成は特に制限されな
い。そして、この超硬合金−鋼−インサート月の積層構造を
有する被接合体を特定条件の雰囲気（真空又は不活性ガ
ス雰囲気）の炉中で特定の温度に加熱することにより、
該インサー１〜材を溶融し、超硬合金と鋼を接合するの
である。ここで、雰囲気が真空の場合は、真空度は５×１、０−
”　Ｔ　ｏｒｒ以下の高真空である必要がある。望まし
くはＩ　Ｘ　１．　Ｏ’Ｔｏｒｒ以下である。真空度が
５　Ｘ　１０　”Ｔｏｒｒを超えるとインサー１へ材に
含まれるＴ１が酸化され、健全な接合が困難になる。雰囲気が不活性ガス雰囲気の場合は、不活性ガス圧力は
１．５００　Ｔｏｒｒ以下であることが望まし活性ガス
が接合界面に流入し、接合部にボイドが増えて望ましく
ないためである。更に、不活性カス圧を７６０　Ｔｏｒ
ｒ以下に保つ場合にはロータリーポンプで対応でき、設
備面で安価である。上記真空中又は不活性ガス雰囲気中での加熱温度（接合
温度）は７８０〜９５０°Ｃの範囲とする必要がある。望ましくは８００℃以上９００　’Ｃ以下である。加熱
温度が７８０°Ｃ未満の場合は超硬合金に対するインサ
ー１〜材の濡れ性が悪くなり、また９５０℃を超えると
超硬合金とインサート材の反応が過剰となり、健全な接
合が困難となる。 −例として、本発明法で接合した超硬合金−銅接合ハン
マを衝撃式破砕機に取付け、砕石試験を行ったところ、
接合率（（超音波探傷試験で欠陥エコーが観察されない
面積）／（全接合面積）×１００）がほぼ１００％であ
り、第３図に示すように超硬合金製チップが摩耗してき
ても、接合部端は常に接合されているため、超硬合金が
割れることもなく、長時間の使用が可能であった。このことからしても、本発明法で得られる接合体が優れ
た性能を有するのは以下の理由によるものと考えられる
。ます、本発明による接合では、超硬合金と応力緩和材と
の間にＴｉを含む銀基ろう材を使用しているため、該接
合界面にはＴｉＣが生成している。このＴｉＣが拡散バリヤとなり、超硬合金の一成分であ
るＣｏ中に銀ろう成分のＣｕが拡散することを防ぎ、結
果的に脆い部分を作らないため、安定的な接合が可能で
ある。更に本発明による接合は、真空中又は不活性ガス雰囲気
中で炉中ろう付で行われるので、ボイド等が殆ど発生し
ない。これらの良い性能が総合されるため、接合部の品
質が安定しており、不良率はほぼ０％であり、歩留りは
非常に高い。一方、従来法（フラックス使用の高周波ろう付）により
接合したハンマの接合率は通常５０〜６０％であるため
、第４図に示すように、超硬合金製チップが摩耗してく
ると、接合部端に未接合部が現れるため、この部分に石
が当たると、超硬合金に大きな曲げ応力がかかり、超硬
合金が微小剥睡（欠ける）してしまう。そのため、ハン
マの寿命が短い。また、このような未接合部は様々な部
分に生じるため、寿命予測も難しい。更にフラックス使
用の高周波ろう付は手作業であるので、時には接合率が
１０〜３０％程度のものもできることがある。このよう
な低接合率のハンマを使用して砕石すると、使用開始直
後に超硬合金チップが台金より剥離してしまい、大問題
が発生する。それを避けるため超音波探傷試験により全
数検査が行なわれているが、不良率が１０％程度あり、
超音波探傷のコストも付加され、高価なものになってし
まう。なお、本発明による超硬合金と鋼の接合方法は衝撃式破
砕機ハンマ用超硬合金チップと鋼製台金の接合に適用で
きるが、これのみに制限されず、他の用途における同様
の接合体の製造にも適用できることは言うまでもない。（実施例）次に本発明の実施例を示す。実施例１４−８　ｍｍＸ　４８　ｍｍの超硬合金（Ｇ２）チップ
と台金の間に、応力緩和材として銅を用い、超硬合金と
応力緩和材の間に７２％Ａｇ−２７％Ｃｕ−１％Ｔｉろ
う材をインサートし、並びに鋼と応力緩和材の間に７２
％Ａｇ−２７％Ｃｕ　−１％’ｌ”ｊろう材又は７２％
Ａｇ−２８％Ｃｕろう材をインサートして、第２図に示
す積層構造とし、第１表に示す条件で真空炉中にて１０
分間加熱し、接合した。真空炉の作業手順は以下のとおりである。 ■被接合体を炉中にセツティングする。 ■ロータリーポンプでｌｏ’Ｔｏｒｒ台まで真空引きす
る。 ■デイツユジョンポンプで１０’Ｔｏｒｒ台まで真空引
きする。 ■加熱を開始する。（注）表中の真空度は接合温度に達したときの真空度で
ある。炉によっては加熱により金属蒸気やＣにより真空
度が悪くなる場合があるが、このときは分圧が酸素でな
いためＴ］は酸化されない。得られた超硬合金−鋼ハンマ接合体について、超音波探
傷試験を行い、その後衝撃式破砕機に接合ハンマを取付
け、砕石試験を行った。使用した石は硬砂岩である。試験結果を第１表に示すが、本発明例の場合、超音波探
傷試験での接合率はいずれも９２％以上であり、健全な
接合がなされていることがわかる。また砕石試験の結果では、超硬合金と鋼が剥離したもの
は１個もなく、すべて超硬合金の摩耗により使用できな
くなったものであった。寿命は１５００時間から２５０
０時間で、後述する比較例１に比らべて３倍以上の長寿
命化が図られた。なお、第１表中で真空度或いは加熱温度が本発明範囲外
の比較例では、超硬合金が剥離し、寿命が極めて短い。失嵐粁Ｉ４８ｍｍＸ４８ｍｍの超硬合金（Ｇ２）チップと台金の
間に、応力緩和材として銅を用い、超硬合金と応力緩和
材との間に７２％Ａｇ−２７％Ｃｕ−１％＝１１− Ｔｉろう材をインサー１へし、鋼と応力緩和材との間に
７２％Ａ、ｇ−２７％Ｃｕろう材又は７２％Ａｇ−２８
％Ｃｕろう材をインサー１−　して、第２図に示す積層
構造とし、第２表に示す条件で不活性雰囲気中にて分間
加熱し、接合した。不活性雰囲気炉の作業手順は以下のとおりである。（１）Ａｒ雰囲気炉（７６Ｑ　Ｔｏｒｒ以−Ｌの場合）
：■被接合体を炉中にセツティングする。 ■ロータリーポンプで１．０−３Ｔｏｒｒ台まで真空引
きする。 ■炉を締めきる。 ■Ａｒガスを炉中に入れる。 ■炉内が設定値以」二の圧力になった時点でＡｒガスを
外へたれ流す。 ■加熱を開始する。（２）　Ａ　ｒ雰囲気炉（７６０Ｔｏｒｒ未謂の場合；
キャリアガス法）： ■被接合体を炉中にセツティングする。 ■ロータリーポンプで１０　’−１Ｔ　ｏｒｒ台まで真
空引きする。 ■ロータリーポンプで炉内を引きながら、Ａｒガスを炉
内に入れる。 ■Ａｒガス量、真空引の能力を調節することにより、１
０Ｔｏｒｒ、１Ｏ−ＺＴｏｒｒで平衡状態を保つように
する。 ■加熱を開始する。得られた超硬合金−鋼ハンマ接合体について、超音波探
傷試験を行い、その後衝撃式破砕機に接合ハンマを取付
け、砕石試験を行った。使用した石は安山岩と硬砂岩で
ある。試験結果を第２表に示すが、本発明例の場合、超音波探
傷試験での接合率はいずれも９５％以上（安山岩）又は
９２％以上（硬砂岩）であり、健全な接合がなされてい
ることがわかる。また砕石試験の結果では、超硬合金と
鋼が剥離したものは１個もなく、すべて超硬合金の摩耗
により使用できなくなったものであった。寿命は２４０
０〜３０００時間（安山岩）又は１６００〜１８００時
間（硬砂岩）で、後述する比較例２に比らへて倍以」二
の長寿命化が図られた。比較例Ｌ４８　ｎ＋ｍ　Ｘ　４−８　＋ｕｍの超硬合金（Ｇ２）
チップと台金の間に、応力緩和材として銅を用い、超硬
合金と応力緩和材の間、並びに鋼と応力緩和材の間にそ
れぞれ４０％Ａｇ−３０％Ｃｕ−２８％Ｚｎ−２％Ｎｉ
ろう材をインサートして、第２図ｔこ示す積層構造とし
て、フラックスを用いて大気中にて高周波ろう付した。得られた超硬合金−鋼ハンマ接合体について、超音波探
傷試験を行い、その後衝撃式破砕機に接合ハンマを取付
け、砕石試験を行った。使用した石は硬砂岩である。試験結果を第３表に示すが、超音波探傷試験での接合率
は最低２０％で、４０〜５０％のものが多かった。また
砕石試験の結果では、接合率が２０％のハンマは使用開
始後、僅か１０時間で超硬合金と鋼が剥離し、使用不可
能となった。残りのハンマは２００時間程度から超硬合
金の微小剥離が始まり、２００〜６００時間で超硬合金
が殆どなくなり使用できなくなり、前述の実施例１の本
発明例に比較して１７３以下の寿命しかなかった。比較例２４８ｍｍＸ４８ｍｍの超硬合金（Ｇ２）チップと白金の
間に、応力緩和材として銅を用い、超硬合金と応力緩和
材の間、並びに鋼と応力緩和材の間にそれぞれ５０％Ａ
ｇ−１５％Ｃｕ−１６％Ｚｎ−１，６％Ｃｄ−３％Ｎｉ
ろう材をインサートして、第２図に示す積層構造として
、フラックスを用いて大気中にて高周波ろう付した。得られた超硬合金−鋼ハンマ接合体について、超音波探
傷試験を行い、その後衝撃式破砕機に接合ハンマを取付
け、砕石試験を行った。使用した石は硬砂岩である。試験結果を第３表に示すが、超音波探傷試験での接合率
は最低１５％で、４０〜５０％のものが多かった。また
砕石試験の結果では、接合率が１５％のハンマは使用開
始後、僅か２時間で超硬合金と鋼が剥離し、使用不可能
となった。残りのハンマは２００時間程度から超硬合金
の微小剥離が始まり、２００〜６００時間で超硬合金が
殆どなくなって使用できなくなり、前述の実施例２の本
発明例に比較して］／４以下の寿命しがながった。

【以下余白】

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、超硬合金と鋼を
応力緩和材を介して接合するに際し、応力緩和材として
銅を用い、特定のインサー１〜材を用いると共に接合条
件を規制したので、接合面が健全であり、接合強度が高
く、使用時に剥離などがない接合体が得られる。したが
って、特に衝撃式破砕機用ハンマに適用した場合、長寿
命で、安定的な超硬合金−鋼製ハンマが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は衝撃式破砕機の一例を示す側断面図、第２図は
被接合体の構造を示す断面図、第３図は本発明の方法で
接合した接合ハンマの接合部の摩耗状態を示す説明図、第４図は従来方法で接合した接合ハンマの接合部の摩耗
状態を示す説明図である。１・・衝撃式破砕機、２・・・原料投入口、３・・・破
砕室、４・・・主軸、５・・・回転ロータ、６・・・ハ
ンマ、７・・・第１反発板、７ａ・・・ライナ、８・・
・第２反発板、８ａ・・・ライナ、１０・・・ホルダ、
２１・・超硬合金製チップ、２２・超硬合金一応力緩和
材間ろう材、２３　・応力緩和材、２４・・応力緩和材
−鋼量ろう材、２５・・鋼製台金、２６　・未接合部、
２７　岩石。特許出願人　　株式会社神戸製鋼所代理人弁理士　中　　村　　　尚ｈへ゛　　　つ　　　Ｍ々ｉｋ　　　、ｉ　　　Ｅ月クツ　　リ　　　μ ２μ　　　１ト５Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超硬合金と鋼を、インサート材として応力緩和材
と銀基ろう材を用いて接合する方法において、上記超硬
合金と銅からなる応力緩和材との間にＴｉを含有する銀
基ろう材をインサートすると共に、上記応力緩和材と上
記鋼との間に銀基ろう材をインサートした後、上記超硬
合金、鋼及びインサート材からなる被接合体を炉中に置
き、次いで、この炉を５×１０＾−＾ＺＴｏｒｒ以下の
真空下或いは不活性ガス雰囲気下に保ちながら７８０〜
９５０℃の温度に加熱することにより、上記インサート
材を溶融して上記超硬合金と上記鋼を接合することを特
徴とする超硬合金と鋼の接合方法。