JPH059648A - 超硬合金体及びその製造方法 - Google Patents

超硬合金体及びその製造方法

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JPH059648A
JPH059648A JP4018868A JP1886892A JPH059648A JP H059648 A JPH059648 A JP H059648A JP 4018868 A JP4018868 A JP 4018868A JP 1886892 A JP1886892 A JP 1886892A JP H059648 A JPH059648 A JP H059648A
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Udo Karl Reinhold Fischer
カール ラインホルト フイツシヤー ウド
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トルブイエールン ハルトセル エリク
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 削岩や鉱物の掘削のために好ましく用いられ
る、靱性と実用寿命の増加した超硬合金体を提供する。 【構成】 本発明の超硬合金体は、η相含有超硬合金の
心部３とこれを取り囲むη相のない表面帯域２から構成
され、表面帯域２ではＣo 含有量が少なく、そしてＣo
含有量がη相含有心部３のうちの外側部分における最大
量まで連続的に増加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、削岩や鉱物の掘削用の
道具類、そして路面を平削りするための道具類において
有用な超硬合金体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】欧州特
許出願第１８２７５９号明細書には、標準のα＋β相構
造中に埋め込まれた、微細で一様に分布するη相の心部
を有し、そしてα＋β相だけの周囲の表面帯域を有する
超硬合金体が開示される。（αは炭化タングステンであ
り、βは結合剤相、例えばＣo であり、そしてηは M
6C、M12C及び他の炭化物、例えばW3Co3C、である。）追
加の条件は、心部の近くに位置する表面帯域のうちの内
側部分ではＣo 含有量がＣo の公称含有量よりも多いこ
とである（「公称」とは、この明細書においては重量測
定されたＣo量を意味する）。更に、表面帯域の最も外
側の部分におけるＣo 含有量は公称よりも少なくて、心
部に向かう方向にη相のない帯域における最大値に至る
まで増加する。η相のない帯域は、例えば、全体にわた
ってη相のあるものの表面帯域ヘ高温で炭素を添加する
ことで作り出すことができる。
【０００３】上述の欧州特許出願明細書による超硬合金
体は、削岩に標準的に用いられる全ての超硬合金グレー
ドについて性能を実際的に向上させた。超硬合金の外層
が連続して摩滅するような条件下で掘削を行う場合、η
相を含有している心部（以下において「η相含有心部」
と称する）は露出される。この結果、チッピング及び破
損の危険がη相の脆性のために増大する。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】驚くべきこ
とに、η相含有心部のうちの外側帯域におけるＣo 含有
量を増加させて、それにより超硬合金の靱性を本質的に
増加させることが可能であることが分かった。
【０００５】図１は、本発明に従う超硬合金体の表面に
対して垂直な線に沿ったＣo 分布を模式的に示してお
り、この図において、１は公称のＣo 含有量を表し、２
はη相のない表面帯域を表し、３はη相含有心部を表し
ている。
【０００６】本発明による超硬合金体では、Ｃo 含有量
はη相のない帯域において表面からη相含有心部に向か
って増加する。一番外側の部分では、Ｃo 含有量は公称
よりも少ない。Ｃo 含有量はη相含有心部のうちの外側
帯域において最大値まで増加し、次いで減少する。心部
のうちの内側部分におけるＣo 含有量は、しばしば公称
値に接近する。
【０００７】η相のない帯域のうちの外側部分のＣo 含
有量は、公称の０．２〜０．８倍、好ましくは０．３〜
０．７倍であるべきである。公称よりもＣo 含有量が少
ない表面帯域の部分の幅は、表面帯域の幅の少なくとも
５０％であるべきであるが、とは言え少なくとも０．５
mmであるべきである。好ましい態様では、η相のない表
面帯域全体のＣo 含有量は公称よりも少ない。
【０００８】η相含有心部のうちの外側帯域のＣo の最
大量は、心部の内側の方のＣo 含有量の少なくとも１．
２倍、好ましくは少なくとも１．４倍であるべきであ
る。η相含有心部は、η相を少なくとも２体積％、好ま
しくは５体積％含有すべきであるが、多くて６０体積
％、好ましくは多くて３５体積％であるべきである。η
相の粒子寸法は０．５〜１０μm 、好ましくは１〜５μ
m であるべきであり、そしてη相は標準のＷＣ−Ｃo 構
造のマトリックスに一様に分布すべきである。η相含有
心部の幅は、超硬合金体の横断面の１０〜９５％、好ま
しくは２５〜７５％であるべきである。
【０００９】本発明は、Ｃo 含有量が３重量％のグレー
ドから２５重量％のグレードまでの、好ましくは衝撃式
の掘削についてはＣo 含有量が５〜１０重量％であり、
回転破砕式の掘削についてはＣo 含有量が１０〜２５重
量％であり、また回転式の掘削についてはＣo 含有量が
６〜１３重量％であって、ＷＣの粒子の大きさを１．５
μm から８μm まで、好ましくは２μm から５μm まで
変えることができる、削岩のために標準的に用いられる
全ての超硬合金グレードについて適用することができ
る。それは、再研磨されるビット、η相含有心部が岩石
と接触して掘削に積極的に貢献するダウン・ザ・ホール
ビット及びベンチ掘削ビットに特に適している。
【００１０】結合剤相においては、Ｃo を部分的に又は
完全にＮi 及び／又はＦe で置換することができる。こ
の結果、η相中のＣo 分はいくらかの金属のＦe 及びＮ
i で部分的に又は完全に置換され、すなわちη相それ自
体は鉄族金属のうちの１種から又は２種以上を組み合わ
せたものからなることができる。
【００１１】α相中のタングステンの１５重量％まで
を、金属炭化物を生成するＴi 、Ｚr、Ｈf 、Ｖ、Ｎb
、Ｔa 、Ｃr 及びＭo のうちの１種又は２種以上で置
換することができる。
【００１２】本発明による超硬合金体は、粉末冶金法に
従って、すなわちミリングし、圧縮し、そして焼結し
て、製造される。炭素含有量が化学量論的な量より少な
い粉末から出発することによって、焼結を行う間にη相
含有超硬合金が得られる。これは、焼結後に高温（約１
４５０℃）で浸炭熱処理を施され、続いて急速に冷却さ
れる（＞１００℃／min)。
【００１３】
【実施例】例１ ６重量％のＣo を含有し、炭素含有量が化学量論上の量
より０．２重量％少ない（５．８重量％でなく５．６重
量％）ＷＣを使用して、ボタンを圧縮成形した。これら
を１４５０℃で標準的に焼結した。焼結後のボタンの直
径は１２mmであった。次いでこれらのボタンを、ＣＯ／
Ｈ2 雰囲気の炉でもって１４５０℃で４時間熱処理し
た。これらのボタンを流動水素中で急速に冷却した。
【００１４】こうして製造したボタンは、η相のない幅
３mmの表面帯域と、微細に分散したη相を含有する直径
６mmの心部とを含んでいた。Ｃo含有量は、表面で３重
量％、表面から２．２mmのところで６重量％、そしてη
相含有心部のほんの少し内側で１０重量％であることが
分かった。
【００１５】例２ ７６mmのビットを使い、次の条件でベンチ掘削を行っ
た。 岩石の種類 輝緑岩 削 岩 機 Atlas Copco 社製 1238 送り込み圧力 ４５ bar 回 転 数 ３５ rpm
【００１６】ビットには、直径６mm、公称Ｃo 含有量６
重量％のボタンを取付けた。このボタンの種類は、次の
通りであった。 試料１： 例１の通りの構造である本発明によるボタ
ン。これらのボタンの頭部は円錐状であった。 試料２： η相のない表面帯域の幅が３mmであり心部の
直径が６mmである、欧州特許出願第１８２７５９号明細
書に従うボタン。これらのボタンの頭部は円錐状であっ
た。 試料３： Ｃo 含有量が６重量％であって頭部が円錐状
である慣用のボタン。
【００１７】結果は下表に示す通りであった。
【００１８】
【表１】
【００１９】例３ 例１に従うけれども、炭素含有量が化学量論上の量より
０．２４重量％少なく（炭素量５．５５重量％）、焼結
された直径が１１mmであるボタンを、１４８０℃のＣＯ
／Ｈ2 雰囲気中で３時間熱処理し、次いで２００℃の油
で急冷した。この処理を行った後のボタンには、幅２．
５mmの表面帯域と、密集した微細に分散したη相をＷＣ
及びＣo と一緒に有する心部とがあった。Ｃo 含有量
は、表面で２．５重量％、表面から２．１mmのところで
６重量％であり、また表面帯域と心部との境界線の０．
２mm内側で最高値の約１２重量％であった。心部の中央
では、Ｃo 含有量は約６重量％であった。頭部が円錐状
のボタンを、標準型の４５mmボタンビットへ焼きばめし
た。
【００２０】次の条件で掘削試験を行った。 岩石の種類 ケイ岩の条こんのある鉛及びスズ含有砂岩 削岩機 Montabert 社製 HC 40 リ グ Jarvis Clarke 社製 衝撃圧力 １５０ bar 送り込み圧力 ９０ bar 回転圧力 ８０ bar 穴深さ ３．５ｍ 再研磨頻度 ２８ｍ（８穴）
【００２１】ボタンの種類は次の通りであった。 試料１： 本発明によるボタン。 試料２： 直径が１１mmで頭部が円錐状の、従来技術
（欧州特許出願第１８２７５９号明細書）によるボタ
ン。 試料３： 直径が１１mmで頭部が球状の、従来技術によ
るボタン。 試料４： 頭部が球状、直径が１１mmで、Ｃo 含有量約
６重量％の均質超硬合金を用いた慣用のボタン。
【００２２】結果は下表に示す通りであった。
【００２３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超硬合金体のＣo 分布を模式的に
示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリク トルブイエールン ハルトセル スウエーデン国，エス−113 43 ストツ クホルム，ベーステロースガタン ６

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超硬合金の心部とこの心部を取り囲む表
    面帯域とを含み、該表面帯域と心部の両者がＷＣと、コ
    バルト、鉄及びニッケル元素のうちの少なくとも１種に
    基づく結合剤相とを含有し、そして該心部が更にη相を
    含有し、該表面帯域にη相がない、削岩及び鉱物の掘削
    に好ましく用いるための超硬合金体であって、Ｃo 含有
    量が心部の方向に、公称より少ない含有量から、η相を
    含有している心部のうちの内側部分のＣo 含有量の少な
    くとも１．２倍、好ましくは少なくとも１．４倍であ
    る、該η相含有心部のうちの外側部分の内部における最
    大量まで増加することを特徴とする超硬合金体。
  2. 【請求項２】 公称よりＣo 含有量が少ない、η相のな
    い前記表面帯域の幅が、該η相のない帯域の幅の少なく
    とも５０％であり、少なくとも０．５mmであることを特
    徴とする、請求項１記載の超硬合金体。
  3. 【請求項３】 前記η相のない帯域のＣo 含有量が公称
    よりも少ないことを特徴とする、請求項１又は２記載の
    超硬合金体。
  4. 【請求項４】 ミリングし、圧縮し、そして焼結して、
    炭素含有量が化学量論的な量より少ない粉末を焼結して
    η相含有体とし、これを焼結後に部分的に浸炭熱処理し
    て、η相のない表面帯域に取り囲まれたη相含有心部が
    得られるような粉末冶金法により、請求項１から３まで
    のいずれか一つに記載の超硬合金体を製造する方法であ
    って、浸炭処理を高温すなわち約１４５０℃で行い、続
    いて１００℃/minを超える速度で急速に冷却することを
    特徴とする製造方法。
JP4018868A 1991-02-05 1992-02-04 超硬合金体及びその製造方法 Pending JPH059648A (ja)

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