JPH0525939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超硬（cemented carbide）よりも硬
質粒子成分の含量が低い硬質材料から経済的方法
で製造された耐摩耗部品および切削工具に関す
る。特に、本発明は、細長い物体の工具たとえ
ば、シヤンクエンドミル、ブローチ、ねじ切バイ
ト、ドリル、剪断および押抜き工具（たとえばニ
ブリング（nibbling）工具）、保持工具（たとえ
ば、ボーリングバーまたは旋削バー等）の工具に
関する。耐摩耗部品に関しては、本発明は圧延機
および輸送装置（中間搬送をも含む）のための部
品、たとえば、ローラー、ロール（たとえば、入
口ガイド、輸送ロール等）、スリーブ、バー、シ
ヤフトおよび随意に中心孔を設けたシヤフト、圧
縮機およびポンプの部品、バルブ等の製品に関す
る。

超硬と高速度鋼との中間特性の材料から耐摩耗
部品および切削工具を経済的方法で製造すること
が以前から求められていた。そのような材料は、
たとえば、フエローTic、スエーデン国特許
392482号に係る炭化物富化粉末高速度鋼などとし
て存在する。しかしながら、経済的製造方法は存
在せず、これらの材料は期待される利点を発揮し
ていない。

このように、たとえば、フエローTicは全く成
功していない。この事実は、焼結時に起る硬質粒
子成分の大きな粒子成長、高いコスト水準（同じ
技術のため超硬と同じ）および高い製造コストの
ためである。

いわゆる粒子冶金高速度鋼は常用される高速度
鋼に比較して比較的多量の硬質粒子成分を主とし
て炭化バナジウムの形で含有することが出来る。
しかしながら、不活性ガス中の粒状化と関連して
溶融物からの一次炭化物の析出の点から（バナジ
ウムと炭素の含有量が高いならば）、中実棒が電
流法で加工されるので加工性の点からおよび最終
工具または耐摩耗部品にするに際しての研削性の
点から、硬質粒子成分の量は制限される。粒子冶
金鋼は前述したように溶融物を不活性ガス中で粒
状化することにより調製される。この方法ではグ
リーンボテイに圧縮出来ない球形粉末が生じるの
で、圧縮は残りの工程でその材料を収容している
容器中で行わなければならない。粒子冶金鋼の利
点は低い酸素含量および硬質粒子成分の小さい粒
度１〜2μmにある。

粉末冶金高速度鋼は溶融物を水中で粒状化する
ことにより調製される。この方法は、粒子冶金鋼
と同様に合金含量の制約を受ける。水粒状化粉末
は良好なグリーンボテイ強度を与える。したがつ
て、粉末を成形体にプレスすることが出来、次い
で成形体は焼結されてほぼ最終形状とされる。こ
の方法は焼結炉に関して要求が非常に多く、した
がつて、余り使用されていない。この方法は前述
した長いほつそりとした工具には不適当である。
焼結の際に、特に粒界において硬質成分の粒子成
長が容易に起る。このため強度は十分とならな
い。

超硬を製造する際の実際的制限は、20〜25重量
％未満のバインダー相である。焼結後のバインダ
ー相の島（アイランド）状部分に関して問題があ
る。該島状部分は当然十分な硬度を持たない。超
硬の通常の製造法では、焼結温度は硬質粒子成分
＋バインダー相からなる合金が溶融する温度より
著しく高い。したがつて、バインダー相はすべて
溶融し、また多量の硬質粒子成分を溶解
（dissolve）する。しかしながら、炭化物骨格は
残る。物品の形状を保持するのは骨格であると云
われている。余り多量のバインダー相があると、
骨格は不十分であり、物品はその形を失う。

押出は、金属材料を比較的加工し難い材料を成
形することが出来る加工方法である。この方法
は、たとえば、高合金ステンレス鋼のシームレス
チユーブ使用するのが有利である。この方法の欠
点は、このようにして製造される材料が最終工程
において高コストを伴うためにそのコストが高い
ことである。著しく多量の硬質粒子成分を有する
合金について試みた場合、硬質粒子成分の量が80
重量％WCと高い炭化タングステン−コバルト合
金すなわち超硬でさえ熱間押出できることが判明
した（後述の実験１参照）。このような合金は当
然変形に対する抵抗が大きく、押出工具の摩耗が
非常に大きいために通常不経済である。

変形に対する抵抗性が異なる２つの材料を共押
出して複合バー（棒）または複合管とすることは
従来困難であると考えられていた。しかしなが
ら、本発明者らによる押出工具の摩耗を減少させ
ようとする試みにおいて、普通鋼（固体状または
粉末状）のコア部分（芯部）を硬質粒子が著しく
多量の粉末体の外側カバー部分と共に共押出し出
来ることが判明した。この複合体を押出工程にお
いてもそれに続く工具ないし耐摩耗部品の製造工
程も有用な炭素鋼またはステンレス鋼の押出缶に
封入することが重要であることが見い出された。
鋼コア部分は工具鋼または高速度鋼からなること
が出来る。

一般的な鍛造、圧延等により加工される材料中
の硬質粒子成分の上限は約25〜30容量％である。
前述のスエーデン国特許によれば、70容量％まで
の硬質粒子成分（80重量％のWCは70容量％の
WCに相当する）を有するバーを押出すことが出
来る。本発明によるカバー部分は粉末から塑性加
工工程を経て（液相焼結工程を経ることなく）作
られかつ粒度1μm未満の窒化チタンの硬質粒子成
分30〜70容量％を鉄基マトリツクス（Feベース
合金）中に含む硬質材料からなる。窒化チタン以
外の硬質粒子、たとえば、酸化物、硼化物、珪化
物等も存在することが出来る。

硬質粒子が70容量％よりも多くなると、それは
超硬になつてしまい、十分な密度にするのに焼結
工程を通常必要となつてしまう。さらに、押出
し、鍛造などの加工作業を含む製造方法は、多量
の硬質粒子の材料には適していない。また、硬質
粒子が30容量％よりも少ないと、それは高速度鋼
になつてしまい、切削工具材としての耐摩耗性お
よび寿命が劣化する。また、液相焼結工程では、
通常、硬質粒子が粒子成長が起こつて粒度が大き
くなつてしまうので、本発明では液相焼結工程を
経ることはない。

長くほつそりとした工具たとえばシヤンクエン
ドミルおよびドリルの製造においては、捩れたま
たは真直ぐな（軸方向）みぞ（flutes）が円柱ブ
ランク（素材）において研削される。適度の溝深
さでさえ、加工物と研削砥石との間で長い接触曲
線が形成される。難研削材料において前記接触曲
線が余り長いと、冷却が不十分なため表面が容易
に焼き付き、汚れる傾向が大きくなる。焼き付き
（burning）の危険を低減する唯一の方法は、除
去速度を減少させる方法かまたはより速く摩耗し
かつその場合所望の輪郭を維持しないより硬質の
砥石を使用する方法である。接触曲線の長さｂは
s・ａ（sは研削砥石の直径mm、ａは実際の研削
深さ）の平方根にほぼ比例する。直径20mmの普通
のシヤンクエンドミルでは、溝深さは４mmより大
きく、接触曲線は約40mmとなる。これは、もし焼
き付けを避けようとすれば難研削材料では非常に
長い研削時間がかかることを意味する。同時に、
本発明者らは多くの用途において切削工具材は周
辺カツター（刃部）においてのみ使用されること
を知つている。中心切削刃を使用する場合、該刃
における切削速度は外周刃におけるよりも遅く、
そしてこれらの刃についての耐摩耗性および靱性
に関する要求が異なる。

本発明によれば、硬質粒子に富んだ合金からの
みなつているかのような性能を有する製品を製造
することが出来、しかも製品が研削が容易なため
に実質的により低い製造コストで得られることが
見い出された。

今述べた事実は、通常の安価なセラミツク研削
砥石を高速度鋼用に普通である研削条件にて使用
出来るので大きな経済的利点をもたらす。このよ
うに難研削性の最も外側の材料に対する接触曲線
の長さが小さいために、研削砥石にとつて、中実
形態で焼き付き、砥石の大きな消費および不経済
な研削条件を意味する難研削性の材料ではない。

下記の利点が得られる： １ 表面材料を研削している際、難研削材料との
接触曲線が減少する。

２ 難研削材料の研削除去量がより少ない。

３ 表面材料を研削している際、表面材料におい
てチツプ厚さは零より実質的に大きく、このこ
とは研削砥石の摩耗の点から有利である。

４ １〜３の結果として研削力はより小さい。

５ 輪郭をより良好にするより高硬質の研削砥石
を使用することが出来る。

６ コア部分でのより容易に研削される材料は研
削砥石に対して清浄効果を及ぼす。

コア部分の材料は一般にカバー部分の材料の対
応する研削性より少なくとも６倍良好な研削性を
有する。複合材料の研削性を硬質材料自身の研削
性と比較することも適当である。各々研削砥石の
相対摩耗量で測定した硬質材料の研削性および硬
質粒子のみの研削性は普通各々５より大きくおよ
び１より小さい。一般に、硬質材料の研削性（得
られる材料除去速度で示す）は10mm³／mm、ｓより
大きい。

本発明によれば、たとえば硬質粒子に富んだ合
金の表面（カバー部分）とより容易に研削される
材料のコア部分からなる複合材料が新たに入手さ
れる。

カバー部分として硬質材料を有する複合材料に
おいては、コア部分は当然最終工具または耐摩耗
部品で要求されることになるよりも多くの合金元
素を含有する必要はない。例として、ブローチお
よびねじ切りタツプにおいては、コア部分は切削
作業を行わないので合金化の比較的低い鋼で十分
である。孔あけシヤンクエンドミルまたはドリル
は、高速度鋼がより適当であるから、工具材料と
してコア部分に対する要求が著しく大きいといえ
る。

適した材料の選択により、工具または耐摩耗部
品のコストは大いに影響を受ける。

前述したように、本発明は、超硬が余りにも高
価であるかまたは十分な技術的な利点を有しない
（輸送ロールの必要な加速等の点からあまりに大
きな密度のような欠点さえあり）かつ高速度鋼
（通常の粒子冶金または粉末冶金の高速度鋼）と
して従来の耐摩耗性材料が十分な耐摩耗性を有し
ない、圧延機および輸送装置などの機械において
用いられる耐摩耗部品にも関する。本発明の新規
な複合技術（現存する製造方法の制約を受けな
い）を用いることにより、経済的および技術的利
点を有する製品を製造することが出来る。

驚くべきことに、前述したように、硬質粒子成
分に富みかつ超硬範囲まで硬質粒子含量を有する
合金を材料（硬質粒子成分が比較的少なくしたが
つて靱性がより大きい材料）と共に塑性加工によ
り圧縮して十分な密度および部分間の良好な密着
性を有する複合製品を得ることが出来ることが見
い出された。本発明の目的は、主として塑性加工
を利用して、液相焼結なしで複合体工具製品を製
造することであり、カバー部分を粒度1μm以下の
硬質粒子状態を維持して粉体から形成する。そし
て、コア部分を固体（中実）材料ないし粉体から
形成する。

使用するのに好ましい圧縮方法は粉末鍛造およ
び押出である。粉末鍛造では、まず主として等圧
冷間プレスによつて複合プレフオームが形成さ
れ、その後プレフオームは保護ガス雰囲気を有す
る炉で加熱され、次いで簡単な鍛造工具によつて
鍛造される。このようにして、成形品が得られ、
このものは簡単な方法によつて最終製品とするこ
とが出来る。さらに、所望の特性をもたせるよう
に熱処理を施こすことが行なわれる。

押出を使用する場合、まず冷間等圧プレスによ
り押出用ビレツトがつくられる。新しく開発され
た高級充填技術により２種類または数種類の異な
る粉末を冷間等圧プレス工具で種々の粉末を離間
させるスリーブをプレス工具に入れて同時に充填
出来ることが見い出された。粉末充填完了後注意
深く引き出すことによりまたは粉末水準の増大と
同じ程度に引き出される滑り枠として使用するこ
とにより（したがつて異なる種類の粉末間の境界
に影響しない）、スリーブを除去することが出来
る。前述した方法により、押出後、異なる材料間
で十分な結合が得られる。驚くべきことに、硬質
成分が含まれないまたは少ない成分は冷間プレス
段階ですでに中実（固体）材料からなり得ること
も見い出された。たとえば、鋼の中実コア（次の
押出工程で改良された中心位置および良好な材料
収率の達成を可能にする）を使用し、そして冷間
プレス工具の残りの空間を硬質粒子に富んだ粉末
で充填することが出来る。冷間プレスした押出用
ビレツトを押出後、異なる材料間で十分な結合が
得られる。これは、力を同時に測定しながらコア
を押出そうとする特殊な打抜工具でコアの密着性
を試験した試験において調らべられた。力は２つ
の粉末材料を同時に圧縮した場合と同じ水準にあ
ることが見い出された。

押出において、押出ブランク中の粉末の配置お
よび押出ダイの設計に応じた帯域に硬質粒子が富
化された複合バーが得られる。このバーから切削
によつて製品ブランクがつくられる。

前述したプレフオームから製造出来る孔付き製
品としてロール、ガイドロール、輸送ロール、摩
耗ロール、摩耗スリーブ、圧縮機およびポンプ部
品等が挙げられる。利点はたとえば次のようであ
る： −より低い材料コスト −より低い製造コスト −耐摩耗性がより大きくしたがつてより脆い材
料が、より靱性の大きい成分によつて支持される
ので、強度がより大きい。

多数の寸法のロールが市販されており、孔寸法
および軸受形態に関する標準化はあまりなされて
いない。中心孔をもたずしかも除去すべき材料が
容易に加工された鋼からなるブランクを製造する
ことにより、中間製品の在庫ならびに圧縮に必要
な工具の数を低減することが出来る。長系製品の
場合、孔を設けたプレフオームをつくることはも
ちろん適切である。この場合、工具のコストはよ
り低い加工コストにより容認される。

冷間圧延用の孔の無いロールは押出複合バーか
らつくるのが適当である。このことは、大きな摩
耗にさらされるシヤフトにも当てはまる。

耐摩耗面を有するシヤフト、たとえば、異なる
種類のカムシヤフトを、ボーリングにより内部潤
滑孔を設けた複合バーからつくることが出来る。
適当な場所に小さな孔をあけることにより、所望
の場所で潤滑を得ることが出来る。

本発明に係る耐摩耗性表面と靱性の大きいコア
部分とを有するバーの興味ある応用例は刑務所の
格子または同様の保護器具であり、また火格子で
ある。

本発明を下記の記載および図面により詳述す
る。

第１〜３図に示す複合材料ブランクは、靱性の
ある容易に研摩される材料たとえば工具鋼または
高速度鋼のコア部分１０と、窒化チタン（TiN）
の硬質粒子を鉄基マトリツクス中に含む硬質材料
からなるカバー部分１１とからなる。カバー部分
は窒化チタンからなる硬質粒子30〜70容量％を高
速度鋼系（炭化物系が普通存在する）のマトリツ
クスに含ませかつ該硬質粒子が＜1μm、好ましく
は＜0.5μmの粒度である合金からなるのが好まし
い。

第２図および第３図に示す複合体工具（複合材
料）には、鋼等のシヤフト１２が設けられ、複合
ブランクとシヤフトの結合は溶接、たとえば摩擦
溶接によつて行われる。硬質粒子に富んだ材料
は、一般に、鋼シヤフトに対して溶接することは
実質的に不可能であるから、この点においても本
発明により著しい改良が得られる。本発明による
溶接可能なコア部分またはカバー部分により、耐
摩耗部品および工具を種々の鋼シヤフト等と良好
な結果を以つて溶接することが出来る。この事実
により、材料コストが節約され、曲げ強度等の点
で技術的利点が得られる。本発明による工具と鋼
シヤフト間の溶接された突き合せ接合部１３（第
３図）において、全く驚くべきことに、コア部分
材料からなる遷移帯域１４が、普通、カバー部分
とシヤフトの間で得られることが見い出された。
これは、カバー部分はシヤフトに直接溶接されな
いことを意味する。カバー部分１１とコア部分１
０との間の結合が良好であり（使用した方法によ
り得ることが出来る）かつコア部分材料がシヤフ
トに対して溶接可能であれば、優れた溶接接合部
が常に得られる。

第３図によるブランクは、シヤンクエンドミ
ル、ブローチ、ねじ切りタツプ、ドリル、リーマ
ー等の製品に特に適している。この主要な設計に
より、コア部分およびカバー部分材料の切削特性
によつて最終製品の最適特性を非常に低い相対コ
ストで得ることが出来る。

第４図に概略が示されるシヤンクエンドミルで
は、フライス本体の主要部分はコア部分材料１５
からなり、一方フライスの刃部はすべて耐摩耗性
材料１６からなる。カバー部分とコア部分間の大
きな接触面積によつて、非常に良好な密着性が得
られる。カバー部分材料の厚さは再研摩できるよ
うにしてある。

第５図に示すニブリング工具は、靱性のあるコ
ア部分材料１７の大きな部分と耐摩耗材料１８の
周囲カバー部分からなる。そしてそのシヤフト
は、複合材料自身あるいは複合材料に固定される
他の適当なシヤフト材料からなる。

第６図には、保持工具（ボーリングバーまたは
旋削バー）の例が示され、工具の大きな部分は普
通容易に機械加工出来る靱性のあるコア部分材料
１９からなり、その周囲は剛性を決定するカバー
部分２０で取り巻かれており、硬質粒子に富んだ
カバー部分材料の高い弾性率は工具に大きな剛性
と高い固有振動数を付与する。

一般に、カバー部分の厚さは少なくとも0.5mm、
好ましくは少なくとも１mmである。普通、カバー
部分の厚さは製品の半径寸法の３〜50％、通常10
〜20％である。

本発明による複合体工具ブランクの製造は一般
に前述したようにカバー部分およびコア部分を共
押出することにより行われる。高速度鋼または工
具鋼のコア部分が、TiNの硬質粒子30〜70容量
％をFeベース合金のマトリツクス中に存在させ
た粉末混合物中に置かれる。次いで、鋼コア部分
および粉末混合物カバー部分は冷間等圧プレスに
よつて圧縮されて押出用ビレツトとされ、このビ
レツトは缶に入れられる。その後、1100〜1250℃
で熱間押出が行われてブランクとされ、次いでブ
ランクは処理されて最終形状とされる。得られた
製品でのカバー部分はその硬質粒子が粒度1μm未
満のまま維持されている。

ある用途では、「３重複合体」等が有利であり
得る。最も内部のコア部分は合金元素の含量が低
い単純な高速度鋼からなる。このコア部分の周り
に、耐摩耗性がより良好でかつより大きい切削速
度に耐える合金化度のより大きい高速度鋼の遷移
層を施すことが出来る。最も外側には、30％以上
の硬質粒子を有する硬質材料のカバー部分を配置
することが出来る。このような材料の組合せには
幾つかの利点がある。かくして、中心から外周方
向により速い切削速度およびより大きな摩耗に対
する高められた抵抗能力ならびに熱膨張係数の異
なる材料間でのより連続的な遷移が得られる。合
金化度の最も低い高速度鋼が最も大きな熱膨張係
数を有し、硬質粒子に富む合金が最も小さい熱膨
張係数を有する。このようにして、最終的に圧縮
された材料においてより良好な歪状態が得られ
る。いわゆる組立刃の形成に関して切削刃におけ
る条件およびそのような刃の変形ないし欠けに対
する抵抗力もプラスの方向に影響され得る。

本発明に係る複合体工具に薄い硬質被覆層を設
けることは有利である。

下記に、実施例および本発明に通じる実験例を
示す。これらの例では切削工具（実質的には工具
ブランク）の製造で用いられる種々の条件および
本発明に係る工具による加工および試験において
得られる結果について述べる。その後、本発明に
係る耐摩耗部品用のブランクの製造で用いられる
種々の条件の実施例を示す。

本発明に通じる実験１ 80重量％のWCと20重量％のCoを含有する合金
を、超硬ミル（粉砕機、cemented carbide
mill）において超硬のミリング体を使用しかつミ
リング液としてのアルコールを用いて通常の方法
により微粉砕した（ミリングした）。乾燥粉末を
プレスして丸い物体としてこれらを水素中で900
℃で予備焼結した。これらの物体をステンレス鋼
缶に入れ、排気してシールした。1170℃に45分加
熱した後、缶を押出して最初の寸法47mmから
14mmのバー（棒材）とした（押出プレスのビレ
ツトシリンダーは50mmであつた）。240トンの圧
力を使用した。この圧力により50.6kp／mm²の変形
抵抗が得られる。押出された合金は硬度が
1160HVであつた。同じ粉末を通常の「超硬法
（cemented carbide way）」により焼結した場
合、硬度950HVの合金が得られた。硬度の差は、
押出材料が＜1μmの粒度を有し、一方、焼結材料
は約3μmの粒度を有するという事実による。

実験 ２ 前記例と同様にして超硬ミル（粉砕機）におい
て通常のミリングにより、27重量％のTiC、67重
量％のNiおよび６重量％のＷからなる合金を調
製した。まず、120mmの缶から38mmのバーを押
出した（押出プレスのビレツトシリンダーは
125mmであつた）。この中実均質バーを前記例の
寸法の新しい缶に入れた。1150℃に45分間加熱
後、16mmのバーを押出した。押出比は９であつ
た。圧力は180トンであつた。

実験 ３ いわゆる「コールドストリーム法」により平均
粒度約10μmに調製されたタイプM41（1.15％Ｃ、
6.75％Ｗ、4.0％Mo、4.2％Cr、2.0％ｖ、5.0％
Co）の高速度鋼粉末を、粒度4μmの炭化バナジ
ウムと混合した。量（比）は60重量％高速度鋼粉
末および40重量％VCであつた。超硬ミル（粉砕
機）でミリング（微粉砕）して乾燥後、押出用ピ
レツトを200MPaで冷間等圧プレスした。肉厚３
mmおよび76mmの押出缶に嵌め込むためにビレツ
トの寸法は68〜69mm、長さ240mmであつた（押
出プレスのビレツトシリンダーは80mmであつ
た）。缶を600℃に加熱しながら排気し、その後シ
ールした。1150℃で45分間加熱後、24mmのバー
を押出した。押出バーからサンプルを取り、熱処
理試験（硬化＋焼鈍）において用いた。もしこの
材料を切削工具として使用しようとするならば、
硬度72HRCを超えるべきでないことが判明した。
硬度が72HRCを超えると、余りにも脆くて切れ
刃にチツピングが生じるであろう。低い押出温度
のために、ミリング（微粉砕）からの微細な粒度
はそのままで、鋭利な切れ刃をつくることが出来
る。炭化バナジウムは自由エネルギー図で比較的
高い位置にあるので、焼結操作中きわめて粒子成
長しやすい。ある用途、例えば、ポンチおよびプ
ランジヤーでは、より大きな粒度が好ましい。高
温で熱処理することにより、所望の粒子成長を簡
単に得ることが出来る。

実験 ４ 50容量％のサブミクロン硬質粒子（実質的に
TiN）と組成が24.5％Ti、７％Ｎ、0.6％Ｃ、7.5
％Co、６％Ｗ、５％Mo、４％Crおよび残りFe
（および普通存在する合金元素および不純物）の
鋼マトリツクスとの粉末混合物を、200MPaで冷
間等圧圧縮して前の例と同じ寸法の押出用ビレツ
トとした。また他の工程は24の押出バーまで同
一であつた。種々の熱処理により、この材料は66
〜71HRCの硬度値を得ることが出来た。保持さ
れた微細な粒度によりこの材料は「軟化焼鈍」状
態で非常に硬くすなわち63〜64HRCであつた。

実験 ５ ある種の「シグマ相」と見なすことが出来る組
成56Cr−8W−34Co−2Cの脆い予備合金50重量
％を常用のクラツシヤー、まずジヨークラツシヤ
ー、次いでコーンクラツシヤーで粉砕して粒度＜
２mmとした。次に、常用の超硬ミル（粉砕機）で
微粉砕を６時間行い、その後、50重量％のCo粉
末を添加し、混合物をさらに10時間微粉砕した。
常用の「超硬法」により乾燥および粉末処理後、
押出用ビレツトを200MPaで冷間等圧プレスし
た。これらのビレツトを1200℃で１時間加熱後
20mmのバーに押出した。製品の組成は、ステラ
イトという商品名が与えられている鋳造合金に相
当する。

実施例 １ コア部分が水中で粒状化された高速度鋼粉末タ
イプM2（1.15％Ｃ、4.0％Cr、5.0％Mo、6.5％Ｗ、
２％Ｖ、0.2％Ｏ）であり、そしてカバー部分が
実験４での「TiN富化高速度鋼粉末混合物」で
ある複合ビレツトをプレスした。プレスは
200MPaで冷間等圧プレスであつた。コア部分の
直径47〜48mm、カバー部分の外径68〜69mm、長さ
300mmであつた。プレス後、ビレツトを1200℃で
２時間真空焼鈍し、その後炭素鋼の押出缶に入れ
た。1150℃で45分間加熱を行つた。14〜24mmの
丸いバー（丸棒）に押出した。缶を含めた＝24
mmの押出バーを適当な長さ（40mm）に切断し、そ
の後、長さ65mmでSS2090のシヤフト材を複合バ
ーに摩擦溶接した。溶接ブランクを所望の寸法に
旋削した。その後、最終工具ブランクを適当な硬
度になるまで熱処理した（硬化＋焼鈍）。最終ブ
ランクから、DIN844に係る形状を有する20mm
のシヤンクエンドミルを研削した。

みぞ研削条件： 研削砥石：セラミツク粒子混合物 切削液体：油 砥石速度：80m／秒 全みぞ深さ：4.3mm みぞ長さ：50mm 有効除去速度：９cm³／分 残りの研削は高速度鋼規格による小さな除去率
で行つた。

試験は軸方向切削深さ10mmおよび半径方向切削
深さ18mmで冷却しながら鋼SS2541の上向き削り
（upmilling）として行つた。0.056mm／刃の刃送
り20〜40m／分で、通常の高速度鋼種T42の中実
バーからつくつた対応するシヤンクエンドミル
（同じ形状）より４〜６倍長い寿命が得られた。
摩耗基準はフランク摩耗0.3mmであつた。本発明
に係るシヤンクエンドミルは被加工物の仕上げ表
面について従来工具でのRa3.2μm（粗さ）に比較
してRa1.0μmのより良好な仕上げ表面を与えた。
本発明に係るエンドミルは従来の工具よりも４倍
被削材料を切削した。

実施例 ２ 水粒状化M2粉末の24〜25mmのコア部分、水
粒状化T42粉末の47〜48mmの中間層および実験
４での「TiN富化高速度鋼粉末混合物」の68〜
69mmのカバー部分を200MPaで冷間等圧プレスし
た。焼鈍および押出は実施例１と同様にして行つ
た。

実施例 ３ 深研削試験において、高速度鋼M2のコア材料
および実験４による厚さ約１mmのカバー材料を有
する寸法10mmの本発明に係るブランクを研削し
た。

研削条件： 研削砥石：窒化硼素 切削液体：油 砥石速度：90m／秒 みぞ（flute）深さ：４mm みぞ長さ：100mm 除去速度：６cm³／分 カバー材料の熱作用は非常に小さかつた。比較
例として、本発明に係る複合ブランクのカバー材
料と同じチヤージからの中実材料のブランクを研
削した。同じ研削条件で、すべての比較例サンプ
ルにおいてクラツクおよび破損が見られた。

実施例 ４ 本発明に係る複合材料に関してつり下げ研削盤
でのみぞ研削試験において、20mmシヤンクエンド
ミル用のみぞ（flute）をセラミツク研削砥石に
より（実施例１による研削条件で）高速度鋼に対
して普通である除去速度の2/3の速度で研削した。
これは、中実硬質材料のブランクで同じ操作で得
られるものよりはるかに良い。研削除去速度を約
10倍に増大させても同じ結果が得られた。

実施例 ５ 本発明に係る複合ブランクおよび対応する硬質
材料の中実ブランク（比較例）を鋼SS2090に機
械で溶接する摩擦溶接試験を行つた。溶接条件：
摩擦圧力106MPa、鍛造圧力230MPaおよび全溶
接時間10秒。中実硬質材料に関する試験はすべて
不合格であつたが、本発明に係るブランクは鋼ホ
ルダーに良好な結果を以つて溶接することが出来
た。

実施例 ６ カバー部分材料のコア部分材料に対する密着性
を調らべるために、本発明に係る平シヤンクエン
ドミル20mmを下記の条件で試験した： 軸方向切削深さ：20mm 半径方向切削深さ：２mm 送り：0.089mm／刃 切削速度：35m／分 加工物材質：鋼SS2343 切削液体を用いておよび用いずに、切削力がエ
ンドミルのシヤフトの破損をもたらすほど摩耗が
大きくなるまで試験を行つた。いずれの場合にお
いても、激しい処理にもかかわらず密着性に注目
すべきことは生じなかつた。

実施例 ７ 複合型のガイドロールをつくるために、まず、
鋼粉末２１から「線リール」型のプレフオーム
（予備成形物）を「ウエツトバツグ（wet bag）」
技術により冷間等圧プレスした（第７図）。次い
で、このプレフオームを次の「ウエツトバツグ」
工具に入れ、高速度鋼マトリツクスおよび30重量
％のサブミクロン窒化チタンを含む硬質材料粉末
２２を装入し、その後もう１回冷間等圧プレスを
行つた。得られた複合プレフオームを炉で保護ガ
ス雰囲気中で1130℃に加熱し、その後成形物を１
ストロークで鍛造して第８図によるプレフオーム
を得た。緻密な物体をつくるのに必要な圧力は
1000〜1200N／mm²であつた。鍛造直後、ロールブ
ランクを保護ガス雰囲気を用いて875℃の炉に入
れた。仕上鍛造後、炉をその温度で６時間保持
し、その後炉を10℃／時の制御された方法で冷却
して600℃とし、次いで自由に冷却した。ブラン
クから、荒加工−熱処理（硬化＋焼鈍）−仕上の
工程により入口ガイドロールを製造し、第９図の
最終製品を得た。

実施例 ８ 摩耗ローラーをつくるための押出複合バーの製
造に際して、鋼の中実コアを冷間等圧プレス工具
の中心に置いた。鋼の組成は0.35％Ｃ、0.25％Si、
0.75％Mn、３％Cr、0.7％Mo、0.3V、残りFeで
あつた。プレス工具の残りの空間に、50容量％の
サブミクロン窒化チタンと50容量％の熱処理可能
な鋼マトリツクスからなる粉末を装入し、直径
260±１mmの押出用ビレツトを200MPaでプレス
した。ビレツトを、外径272mmおよび肉厚５mmの
炭素鋼押出缶に入れた。排気管を有するキヤツプ
を缶上に溶接した。

キヤツプおよび底板を含む押出用ビレツトの全
長は1000mmであつた。排気中ビレツトを加熱し、
排気管をビレツトの近くでシールして切断し、そ
の後1150℃に加熱した。使用した押出プレスは
280mmのビレツトシリンダーを有した。ビレツ
トを65mmに押出した。得られた複合バーから、
軟化焼鈍後に放電加工バンドカツターでローラー
ブランクを切断した。ローラーブランクをNC機
で機械加工し、主として摩耗面上の炭素鋼缶を除
去して中心孔および軸受部分を加工した。

実施例 ９ 摩耗ローラーをつくるための押出複合バーを製
造するに際して、冷間等圧プレス工具に、コア部
分の鋼粉末および周囲カバー部分の約50容量％の
硬質粒子を含む硬質粒子富化粉末を同時に充填し
た。これらの粉末は薄い肉厚のスリーブで分離
し、次いで、スリーブを注意深く除去した。この
ようにして、中間混合帯域が形成された（押出後
約40μmであつた）。直径69±１mmおよび長さ215
mmの押出用ビレツトを200MPaでプレスした。ビ
レツトを、外径76mmおよび肉厚３mmの押出缶に入
れた。前記例によるシールおよび1150℃への加熱
後、ビレツトを80mmのビレツトシリンダーを有
する押出プレスに入れた。28mmの丸いバーを押
出した。押出後、保護缶は肉厚が1.0〜1.5mmであ
つた。放電加工バンドカツターで切断することに
より、種々の小さいローラーを製造するのに適し
たブランクを得た。

実施例 10 前の例による複合バーの製造と関連して、不活
性ガス粒状化粉末に関する試験を行つた。そのよ
うな粉末は球形であり、冷間等圧プレス後十分な
強度のグリーンボテイにできないので容器に入れ
て、取り扱わなければならない。本発明の硬質粒
子混合粉末を「底部カバー」として（および「上
部カバー」としても）置くことにより、十分なグ
リーン強度を有するビレツトをつくることが出来
た（底部なしでは球形粉末は冷間等圧プレス後に
流れ出す）。２つの材料間の遷移帯域で良好な強
度を有する26mmの複合バーを押出した。前述し
た方法により密着性強度を試験した。

実施例 11 管押出において、マンドレル上に押出された中
空ビレツトを使用する。プレス工具に鋼コアを存
在させることにより中空複合ビレツトを冷間等圧
プレスすることが出来る（原則として実施例10と
同じ方法であるが、ただしプレス後コアを注意深
く除去する）。押出缶は「２重壁」にしなければ
ならないので当然より複雑になりかつ高価になる
であろう。前記例と同様に、硬質材料粉末を最も
外側にして種々の粉末を同時に充填する。冷間等
圧プレス後、コアを注意深く除去し、中空ビレツ
トを保護缶に入れた。これを前述と同様に処理
し、押出は普通の方法で行つたがただしマンドレ
ル上で行つた。外層が50容量％硬質粒子成分であ
る缶入り複合管が得られた。

実施例 12 硬質粒子富化粉末を最も内側にしたことを除い
て実施例13と同様にして試験を行つた。押出にお
いて、複合管を得、これから耐摩耗性スリーブを
製造した。

実施例 13 第１０図に係る鋼の中空プレフオーム２３を製
造することによつて複合管を製造した。このプレ
フオームをポリウレタンの型に入れ、硬質粒子富
化粉末２４を装入した（第１１図）。冷間プレス
後、外部保護管２５を溶接して押出用ビレツトを
得た。このビレツトを普通の方法で処理し、複合
管を押出し、この管から摩耗ローラーを製造し
た。

実施例 14 実施例13と同様にして、内側に硬質粒子含有合
金２６を有する複合管を製造した（第１２図）。

実施例 15 原理「滑り形成」により２種類の粉末を同時に
充填し、冷間等圧プレスを経て、最内側に硬質粒
子含有合金粉末２７および最外側に鋼粉末２８を
有する粉末鍛造用の複合プレフオームを製造した
（第１３図）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複合材料ブランクの縦断面図、第２
図および第３図は溶接シヤフトを有する複合材料
ブランクの縦断面図、第４図はシヤンクエンドミ
ルの部分横断面図、第５図はニブリング工具の縦
断面図、第６図はボーリングバーの縦断面概略
図、第７〜１３図は複合ブランクおよびビレツト
の製造例を示す図である。 １０……コア部分、１１……カバー部分、１２
……シヤフト、１５，１７……コア部分材料、１
６，１８……耐摩耗性材料、１９……コア部分材
料、２０……カバー部分、２１……鋼粉末、２２
……硬質材料粉末、２３……中空プレフオーム、
２４……硬質材料粉末、２５……保護管、２６…
…硬質粒子含有合金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コア部分および耐摩性表面のあるカバー部分
   を構成する少なくとも２つの部分からなる複合体
   工具において、前記コア部分は高速度鋼または工
   具鋼からなり、そして前記カバー部分は粉末から
   液相焼結工程を経ることなく、塑性加工工程を経
   て作られかつ粒度1μm未満の窒化チタンの硬質粒
   子成分30〜70容量％を鉄基マトリツクス中に含む
   硬質材料からなることを特徴とする複合体工具。 ２ 前記硬質材料部分の厚さが少なくとも0.5mm
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の複合体工具。 ３ 前記硬質材料部分の厚さが前記複合体工具の
   半径方向寸法の３〜50％、好ましくは10〜20％で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載の複合体工具。 ４ 摩耗にさらされる部分が前記硬質材料のカバ
   ー部分からなり、支持保持部分が前記高速度鋼ま
   たは工具鋼のコア部分からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載
   の複合体工具。 ５ 前記コア部分の材料が、前記カバー部分の材
   料の研削性より少なくとも６倍良好な研削性を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ４項のいずれかに記載の複合体工具。 ６ 前記硬質材料の研削性および硬質粒子単独の
   研削性が、相対研削砥石摩耗量mm³加工材料／mm³研
   削砥石摩耗）で各々測定して、各々５より大きく
   および１より小さいことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の複合体工
   具。 ７ 前記鉄基マトリツクスが高速度鋼のマトリツ
   クスであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第６項のいずれかに記載の複合体工具。 ８ 前記硬質粒子成分はその粒度が0.5μm以下で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ７項のいずれかに記載の複合体工具。