JPS5838683A - 複合耐摩部材の製造法 - Google Patents

複合耐摩部材の製造法

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JPS5838683A
JPS5838683A JP57117421A JP11742182A JPS5838683A JP S5838683 A JPS5838683 A JP S5838683A JP 57117421 A JP57117421 A JP 57117421A JP 11742182 A JP11742182 A JP 11742182A JP S5838683 A JPS5838683 A JP S5838683A
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雅也 三宅
Kotaro Hagiwara
幸太郎 萩原
Shiyouzou Wamoto
和本 昭三
Juichi Hirayama
平山 壽一
Akio Hara
昭夫 原
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02Shape or construction of rolls
    • B21B27/03Sleeved rolls
    • B21B27/035Rolls for bars, rods, rounds, tubes, wire or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting

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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】 本発明は超硬合金と鋼材または鋳鉄からなる複合耐摩部
材の製造法に関するものであや。
従来、WC−Co、 WC−T i C−Co等で代表
される超硬合金は切削工具、耐摩耗部材、耐衝撃工具等
に広く利用されているが、特に耐摩耗部材として熱間圧
延ロールや線引ダイス等では超硬合金の靭性が鋼材に較
べて低いために超硬ソリッドで用いるとすれば必要以上
に寸法を大きくして安全係数を高めている。しかしなが
ら、超硬合金は主成分としてのWCやTic、TaCが
高価であり製品としては極めて高くなり、省資源の上で
も問題があった。
この問題を解決するために通常は耐摩耗性を要する部分
のみに超硬合金を使用して鋼や鋳鉄との複合部材として
利用されている。この複合部材を製造するには、超硬合
金リンク−の内面に鋳ぐるみ鋳造により接合し、その内
側に鋼製リングを冷し嵌め等により嵌合する方法や超硬
合金と鋼製部材の間にAg等のロー材を入れて全体を6
00〜900 ’Cで加熱することによって両者をロー
付けする方法がある。しかし、前者の方法では鋳ぐるみ
鋳造が作業性悪く加工性に劣り、また接合面の強度が不
充分である。また後者の方法では全体を高温で加熱する
ために超硬合金の熱膨張係数が鋼材の約1/2であるこ
とから、ロー付面に熱応力が残り使用中に割れるとか、
大きなものの製造が困難などの問題があった。前者の方
法でも熱応力の問題は同様である。またロー付は法のも
のは、ロー付層が高温での疲労強度が弱く使用時にロー
付はずれ等の現象があり耐熱性が劣る。
本発明は超硬合金と鋼材の接合法の改良により上述の如
く熱応力が発生せず、耐熱性が高い複合耐摩部材の製造
コストを大巾に引き下げられる製造法を提供するもので
あり、従来不可能であった大型部品も製造可能にするも
のである。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、鋼材と超硬合金の
接合において接合面を】〜f1mmの巾で溶解すれば完
全接合が可能であり、接合面に中間層を設けることなく
直接接合することが可能であり、この方法による複合部
材は従来のものに較べて性能上も優れていることを見出
したものである。
また、接合面を1〜2mmの巾で溶解させる方法として
、アーク溶接、TtC溶接等各種の方法があるが、電子
ビーム、レーザービーム等の高エネルギービームを使用
すれば熱伝導率の関係で当接面の鋼材側を優先的に溶解
し、超硬合金側の当接面はほとんど溶解させないことを
見出したものである。
金属の接合方法として電子ビーム等を用いることは特開
昭56−4528.8号等に見られるように既に知られ
ているが、上記に記されているように接合すべき一方の
金属当接面に電子ビームを照射して溶融接合するか、両
方の当接面を溶融接合するかによって行われているのが
特徴である。
本発明の特徴は超硬と鋼の当接面に高エネルギービーム
を当てるが、超硬側を溶解せず、鋼を溶解して接合する
ことにある。すなわち、高エネルギービームで超硬側を
溶解しようとすると高融点である超硬合金に多量のエネ
ルギーを与える必要がある。超硬合金は熱衝撃にてキレ
ツが生成し、さらに溶接時の引張応力により割れが発生
する。
一方鋼材側に高エネルギービームを照射し鋼材の溶解に
より接合する方法であると、超硬合金の温度が上らず接
合しない。
本発明者らは超硬と鋼の接合において、キレツの発生も
なく、高強度接合が可能となる溶接方法を研究した結果
、以下の結論を得た。
高石ネルギービームのビーム径は例えば電子ビームの場
合直径0.3mmとされている。0.3mm以内は温度
が2500°C以上に上るとされ、鋼等の溶解−する範
囲としてビーム中心からQ、5mm位である。
したがって、電子ビームが超硬と鋼の当接面からQ、5
mm以内は超硬合金の表面温度が1300°C以上、す
なわち液相が生成する温度まで上げることが可能となり
、超硬合金と鋼の接合が可能となる。よって電子ビーム
の場合、超硬と鋼の接合面が0.5川以内にビームを入
れることにより、鋼の溶解と超硬合金の液相生成)てよ
り完全接合が可能となることが分った。
しかし、超硬合金と鋼材の場合は、電子ビームを超硬合
金側当接面のみに照射しても溶融が不完全であり、鋼材
側当接面からQ、5mm以上に照射すれば溶融中が広く
なり、超硬合金側の加熱がないので接合強度が著しく低
下する。本発明は電子ビーム等の高エネルギービームを
超硬合金と鋼材の当接面からQ、 5 mm以内の両方
に当るように照射することが必要であり、これによって
超硬合金側に加熱効果、鋼材側に適度の溶融中が得られ
て始めて高強度の接合が可能である。従ってまた、照射
すべき当接面は、炭嵌め、冷し嵌め、加圧等によって充
分に密着するように当接させておくことも重要である。
本発明による複合部材は全体を高温にすることもないの
で熱膨張率の差による応力が発生しないので使用時の変
形、割れも発生せず、超硬合金と鋼製部材の直接接合で
あるため疲労強度も高く圧壊強度も高い。また溶解層が
鋼材のみに発生し、超硬合金は完全溶解させないため、
超硬合金と鋼(Fe )との反応により脆化層(Fe、
W、C)が生成しないことも特徴である。
次に本発明の実施態様について説明する。
超硬合金と鋼材が比較的小さい場合、即ち接合面が小さ
い場合は第1図に示す如く当接面の全面にわたり鋼材側
を1〜Qmm巾で溶融して接合するが、熱間圧延ロール
(モルガンロール等)の如く大型耐摩部品の場合は接合
端面の’;3Qmm以下の深さで溶融させれば充分であ
ることが種々の実験により判明した。普通の場合5〜1
5yyzm  の溶接面で充分である。第2図は熱間圧
延ロールについての実施例を示す断面図であり、超硬合
金リング5の内側にSCM21の如き鋼材リング6を冷
し嵌めにより嵌合し、両者の当接面Aの端部に電子ビー
ム3を照射し、鋼材側当接面に溶融層7を形成せしめ超
硬合金リング5と鋼材リング6とを接合している。
このようにすれば最も応力のか−る中央部は超硬合金と
鋼材との直接接合であり接合層によるキレツの発生の心
配がなく、全体として疲労強度゛も高く なる。
また接合すべき鋼製部材としては超硬合金との接合面は
密着性、歪み吸収の点で軟質の方がよく、炭素量が0.
5重量%以下の鋼材が望ましく、接合面以外は浸炭、焼
き入れによって硬度を上げて耐摩耗性を増大した方が、
圧延ロール等の場合好ましい結果が得られた。
これは溶接面で急冷による硬度上昇ならびに脆化を防止
することができ、−刃工具として使用する場合、耐摩耗
性が要求され部分ではHRc50〜60程度にすること
ができるからである。
仮に超硬と鋼の当接面における鋼の炭素量制御が困難な
場合、超硬と鋼の溶接面のみNi、 Co、 Cu等の
純金属を挿入し、超硬側と純金属、純金属と鋼の2回溶
接を行い、超硬側と接する鋼の炭素量を0,5%以下に
することが望ましい。これは超硬と鋼の溶接に−より引
張応力が発生するのに対し、鋼が冷却時に塑性変形しな
いと、超硬合金にクラックを発生させるためである。
次に接合面に高エネルギービームを照射して当接面を部
分的に溶融していく場合、鋼材が溶解し、鋼材中の炭素
と酸素が反応してガスを発生する場合があり、この場合
は鋼製部材を予め加工する時に脱ガス用の溝を設けると
効果的であり、接合層中のブローホールを除去すること
が可能である。
第3図は上記の圧延ロールの場合の鋼製部材の外観図と
、その1部拡大断面図であり、8が溶接ビーム先端部に
位置する溝であり、9.9′が接合溶融層内から発生す
るガスを外部に排出するためのガス抜き溝である。
本発明は超硬合金部材と複数個の鋼製部材とを複合する
場合も有効である。
圧延ロールやスリッターの場合、超硬合金リングと鋼材
リングの中間に別種の鋼材リング、鋳鉄リングを介在さ
せた複合部材が要求さ′れることか多い。その1つは、
超硬合金リングの内側に800°Cまでの熱膨張係数が
3〜10XI O”cry’cの鋼材を接合し、その鋼
材リングの内側に中間の鋼材リングより耐摩耗性の鋼材
リングを接合する場合であり、もう1つは、超硬合金リ
ングの内側に比較的軟質で熱膨張を吸収し得る弾性限5
Q#/mm”以下の鋳鉄リングあるいは純金属リングを
接合し、該鋳鉄あるいは純金属の内側に鋼材リングを接
合する場合であるが、いずれの場合においても、超硬合
金部材と中間に接合すべき鋼材リング又は鋳鉄リング純
金属の接合に上述の本発明の方法を適要した結果、従来
の方法による3層複合のロールやスリッターに較べて寿
命の長いものが得られた。
上記熱膨張係数の特定の材料としてはFe−N i合金
、あるいはコバール等でもよい。特に熱の影響を受は易
い使用条件では有益である。
周当接面に照射する高エネルギービームとしては電子ビ
ーム、レーザービームが接合精度の上で好ましく、鋼材
、超硬合金の酸化防止のため非酸化性雰囲気又は真空中
が必要であり、特にガス抜きの点で真空中が望ましい。
実施例 外径159mmφ、内径87mm1厚み7Qmmの第2
図の如きモルガンロールにおいて、超硬合金一部分を外
径159772mφ、内径128mmφに加工し、鋼材
(50M2])を外径123myyzφ、内径8’7m
mφ に加工した。この鋼材リングの外周面のみを溶度
しないように保護して、内周および上下面を溶度焼入れ
し、鋼材面をHRc55とした。なお鋼材リングは溶度
焼入れする前に第3図に示す如く溝とガス抜き溝を設け
ておいた。次に、超硬合金リングと溶度焼入れした鋼材
リングとを嵌合代0.015 mmにて冷し嵌めし、両
者を当接密着せしめた。この当接面Aの端面円周状に、
電子ビームを、電圧60KV、電流9QmmA、速度8
00mm1分、真空の条件でビームが、超硬合金側と鋼
材側当接面に当るよ拌うに照射した。得られたロールの
鋼材側に1.0〜1.5 mmの巾、深さ15tyim
の溶接層が見られ、超硬合金側当接面は全熱溶解するこ
となく両者は完全に接合していた。次にこのロールの圧
環強度を測定したところ、51.3)ンであった。なお
従来のロー付は法によって製造した同寸法の複合ロール
の圧環強度は27トンであり約2倍の強度であった。以
上述べた如く、本発明により密着強度が強く、接合後の
応力が存在しない耐摩耗部材が精度高くしかも安価に製
造することが出来た。
本発明を利用し得る範囲としては超硬合金と鋼材又は鋳
鉄部材とを接合した複合工具のすべてに適用可能であり
、熱間圧延ロール、鋼材切断用スリッターは勿論、ドリ
ル、パンチ、バイト、ホブ等の工具にも適用可能である
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する超硬合金円柱と鋼製円
柱の複合部材の断面図、第2図は本発明の実施例の1つ
を示す複合ロールの断面図、第3図は同様本発明の実施
例における鋼材リングの外観図(イ)とその一部所面図
(ロ)である。 1.5:超硬合金部材、2.6.6′:鋼製部材、8:
高エネルギービーム、4.7:溶接面、8.8′、9.
9′:溝、10:溶接界面、A;当接面。 代理人 弁理士 上 代 哲 4や ″jr1図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超硬合金と鋼製部材からなる複合耐摩部材の製造
    において、超硬合金と鋼製部材を嵌合などで直接密着さ
    せ、その当接面端部の超硬合金と鋼製部材の両方又は少
    くとも鋼材側Q、5mm以内に当るように高エネルギー
    ・ビームを非酸化性雰囲気又は真空中で照射して、鋼製
    部材の当接面の一部または全面をスリット状溶融、凝固
    させ超硬合金と溶接接合することを特徴とする複合耐摩
    部材の製造法。
  2. (2)超硬合金リングの内側に、300°Cまでの熱膨
    張係数が3〜I 、OX ] 01W’cである鋼材リ
    ングまたは弾性限が56 H/mm ”以下の鋳鉄リン
    グあるいはCu1Ni1Co !Jソング当接密着させ
    、その当接面端部の超硬合金と鋼材の両方に当るように
    高エネルギービームを非酸化性雰囲気又は真空中で照射
    して、鋼材リングの当接面の一部または全面を溶融、凝
    固することによって超硬合金と溶接接合し、更に該鋼材
    リングの内側に高硬度、耐摩耗性の鋼材リングを当接し
    、当接面を高エネルギービームによって溶接接合するこ
    とを特徴とする複合耐摩耗部材の製造法。
  3. (3)高エネルギービームが電子ビームまたはレーザー
    ビームであることを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項、第(2)項記載の複合耐摩部材の製造法。
  4. (4)°特許請求の範囲第(1)項、第(2)項におい
    て′、鋼製部材の超硬合金との当接面にガス抜き用溝を
    設は両者を当接し高エネルギービームで照射して、接合
    面内のガスを除きながら溶接することを特徴とする複合
    耐摩部材の製造法。
  5. (5)特許請求の範囲第(1,1項、第(2)項におい
    て、超硬合金がWCが85重量%以上であり、鋼製部材
    の炭素量が0.5重量%以下であることを特徴とする複
    合耐摩部材の製造法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6021140A (ja) * 1983-07-16 1985-02-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 熱間鍛造工具
WO2015053137A1 (ja) * 2013-10-09 2015-04-16 日立金属株式会社 超硬合金複合ロール及びその製造方法

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