JPS5884187A - 複合焼結体工具およびその製造方法 - Google Patents

複合焼結体工具およびその製造方法

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JPS5884187A
JPS5884187A JP18005381A JP18005381A JPS5884187A JP S5884187 A JPS5884187 A JP S5884187A JP 18005381 A JP18005381 A JP 18005381A JP 18005381 A JP18005381 A JP 18005381A JP S5884187 A JPS5884187 A JP S5884187A
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JP
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sintered
sintered body
tool
support
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JP18005381A
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矢津 修示
雅也 三宅
昭夫 原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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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】 微細なダイヤモンド粒子を鉄族金属等の結合材を用いて
超高圧、高温下で焼結して得られるダイヤモンド焼結体
は切削工具や伸線ダイス又はドリルビットの刃先材とし
て従来の超硬合金に比較して格段に優れた耐摩耗性を有
することから新らしい工具材として注目されている。
このダイヤモンド焼結体は工具材として優れた特徴を有
しているが、その製造には超高圧装置を必要とするため
、焼結体の大きさ、形状においては超硬合金に比較する
と制約される点が多い。
一般には第1図に示したような円板状の焼結体とし、図
の1がダイヤモンド焼結体部で、2はこれをサポートす
る超硬合金製の母材である。3は例えば特願昭54−1
29127に記載されているような中間接合層である。
この複合焼結体を円板のまま又は適宜切断して例えば切
削工具の場合は鋼製のバイト・シャンクにロウ付けして
バイトを製作する。このようなロウ付は加工時νてダイ
ヤモンド焼結体部が約700°C以上に一定時間以上加
熱されると特性の劣化が生じることが判明している。
このため通常低融点の銀ロウ材等を用いてロウ付けして
いる。一般の切削工具等の用途に対してはこのよう外低
融点のロウ材を用いたロウ付けでも■′、兵に加わる切
削応力が比較的小さい使用条件下では問題はない。とこ
ろが岩石を掘削するドリルビットにこの焼結体を応用す
る場合はこの方法では不充分であることが判明した。
ドリルビットでは第1図に示したような焼結体、を第3
図に示す如く多数ビットクラウンに埋め込んで刃先とし
て使用する。このような例は米国特許第409L362
号に開示されている。第1図の如き複合焼結体を融点7
00°C以下の低融点ロウ材を用いてビットクラウンに
接合したドリルビットを用いて岩石の掘削を行なうと、
比較的柔らかく掘削が容易な砂岩等を掘削する場合は余
り問題はないが、火成岩等の中・硬質岩を掘削するとロ
ウ付は部より刃先焼結体が脱落したり、又はロウ付は部
が動くといった面層が生じた。低融点ロウ材として一般
的に用いられる銀ロウ(例えばJIS規格BAg−1)
は室温でのせん断強度が高々2゜Kl/wn”程度で高
温になると著しく強度が低下する。
ドリルビットでは先ず刃先に加わる掘削応力が大きく、
また岩石は均一なものは少ないため、その応力の変動が
大きい。更νζ泥水等の掘削流体を使用しても高深度の
地層を掘削する場合は掘削時の刃先部のみならずビット
自体の温度も高温になる。
支地層によっては泥水が使用できなり・場合も生じる。
以上のことから特にダイヤモンド焼結体をドリルビット
に応用する際には第1図の如き焼結体のビットクラウン
への固定方法が非常に重要である。
本発明は上記の目的に対し種々検討を行なった結果到達
したものである。第2図により本発明の詳細な説明する
第2図の1.2.−3は第1図と同じものである。
超高圧、高温下で焼結したこの複合焼結体を更に体積が
大きい硬質焼結合金又は鋼製の支持体5に接合するに当
って、図の如く母材部2と支持体50間に高強度の金属
又は合金の厚さ2冒以下の板4、をはさみ、この部分を
電子ビーム又はレーザーの如き高エネルギーの細いビー
ム6を用いて瞬間的に溶解させ接合を行なう。このとき
、この中間にそう人するインサート金属又は合金は溶解
、凝固後の強度が前述した″通常のロウ材よりも大巾に
高く、接合強度が大となる材料を選択する。好適な材料
はFe、 Ni 、 Co  からなる鉄族金属又はこ
れ等を主成分とする合金板である。一般にロウ付けでは
接合すべき基体の融点より低い融点を有するロウ材を用
いる。これはロウ付けにおいては接合すべき基体の少く
とも一方を使用するロウ材の融点以上に加熱することを
必要とするからである。
これに対して本発明では接合すべき母材の融点以上の融
点を有する材料をインサート金属として使用することが
可能となり、一般のロウ材(銀ロウ、銅ロウ、Niロウ
)よりも高強度の材料により接合を行なうことができる
。ダイヤモンド焼結体の母材(第1.2図の2)はWC
,TiC,TaC,MoC等の周期律表の第4a、5a
、6a族の炭化物、炭窒化物、窒化物等を鉄族金属で結
合した硬質焼結合金が用いられる。好適な例はWC又は
MoCをCo又はN1で結合した焼結合金である。尚例
えばWC−Co合金の液相出現温度は約1320°Cで
ある。
本発明で使用する支持体(第2図の5)は母材(第2図
の2)と同様の硬質焼結合金又は鋼である。鋼としては
高速度鋼、工具鋼、機械構造用、強靭鋼が適している。
支持体全体を接合時に加熱する必要がないため、焼入れ
硬化した材料を軟化させることなく使用することができ
る。母材部と支持体を接合するインサート金層ゼ)合金
としては鉄族金属又はこれ等を主成分とする合金が適し
ている。更に溶解させる金層、合金と接合すべき材料の
熱膨張係数が略等しいと、接合部に残留応力が生じない
ため好都合である。本発明で用いる母材(第2図の2)
は前記した硬質焼結合金であり、これ等の熱膨張係数は
その鉄族金属結合相の量により変化するがほぼ4〜8X
lO’/”Cの範囲にあり、通常の鋼や銅の4以下の値
である。従ってインサート金属としては熱膨張係数が1
2X10 ’/”C以下、好ましくはl0XIO−6/
”C以下の値を有するものを用いた方が良い。このよう
な材料とじてはインバー又はエリンバ−又は不変鋼と称
されるJ’e−Ni 、 Fe−Ni −Cr、 Fe
−Co−Cr  系の合金がある。支持体(第2図の5
)が鋼の場合には硬質焼結合金製の母材(第2図の2)
と支持体の熱膨張係数との中間の値を有する材料を選択
すれば良い。
本発明の複合焼結体をドリルビット刃先として使用する
に当っては、第3図に示す如くビットクラウンの部分に
凹所を設け、これに支持体部(第2図の5)を圧入又は
焼ばめして強固に固定することができる。又体積の大き
な支持体部を利用して通常のロウ付けによってダイヤモ
ンド焼結体部に加熱による劣化を生じさせることなく固
定することも可能となる。更に鋼製のビットボディ7そ
のものを支持体と、して用い、これに直接溶接接合する
ことも可能である。
以上上としてドリルビットへの応用を中心に述べたが、
他の用途例えば切削工具、穴明は工具、砥石のドレッサ
ーや耐摩用途に対しても刃先部の焼結体と工具支持部の
接合面積が比較的に小さく接合強度が通常のロウ付けで
不足する場合には極めて有用である。
以下実施例により詳細に説明する。
実施例1 超高圧、高温下で焼結して得られた第1図の如き焼結体
を準備した。直径は10+a+ダイヤモンド焼結体部1
は体積で約90係のダイヤモンド粒子をCoを結合・材
として超高圧、高温下で焼結したもので厚みは0.5 
mである。母材2は厚さ3■のWC−(3%Co の超
硬合金で、この母材とダイヤモンド焼結体は厚さ40μ
の中間接合層を介して焼結と同時に接合されている。中
間接合層はCBNを体積で60係とTiN−10重量係
りの焼結体で形成されている。この複合ダイヤモンド焼
結体を直径10mnで長さがlOmのWC−12qbC
O合金製の支持体に接合した。インサート金属板として
Fe−42Ni  合金の直径10m、厚さ0.8 m
の板4を用いた。各々を脱脂洗浄、脱磁処理後第2図の
如く七)卜した。これを真空チャンバー内に装入し、加
速電圧100KV、ビーム電流20 mA 、ビーム径
約0.3 TMl、溶接速度0.5 m7分 (1ケの
溶接時間約1秒)でFe−Ni合金インサート材を溶解
せしめて接合した。比較のためにJIS BAg−1相
当の銀ロウ材を用いて同じ焼結体と支持体をロウ付けし
た試料を作成した。常温及び350°Cで双方の接合部
のせん断強度を測定したところ、本発明のものは常温で
70Q/II 350°Cでも65KP/lll112
 の値を示した。比較材は各々20 N’j’/+nm
2.12 K!/rtm”であった。
また溶接部の断面を調べた結果Fe−Ni合金インサー
ト材の溶解凝固部には母材及び支持体超硬合金よりW及
びCOの拡散層が観察されたが、双方の超硬合金は脱炭
層もなく正常な組織を呈していた。
実施例2 実施例1で用いたものと同じ第1図の如き構造を有する
複合ダイヤモンド焼結体8を4ケ用いてSCM  鋼で
製作されたビットボディ7へ直接電子ビーム接合を試み
た。第3図の如き直径60順のコアビットのボディを製
作し、これを支持体としてNiの厚さ0.5簡のインサ
ート材を用い実施例■と同様の条件で溶接を行なった。
このコアビットで一軸圧縮強度1.200 Kt/ay
?  の安山岩を掘進速度10crn/分で掘進したが
、刃先が脱落することもなく20m掘進が可能であった
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いる複合ダイヤモンド焼結体の構造
を示す斜視図、第2図は本発明の複合焼結体工具及びそ
の製法を説明する図である。第3図は本発明の応用であ
るドリルビットの例であり(イ)が上面図、(ロ)が正
面図である。 l;ダイヤモンド焼結体、2;母材部、3;中間層、4
;インサート金属、5;支持体6;高エネルギービーム
、7;ビットボディ、8;複合焼結体。 代理人 弁理士 上 代 哲 司■)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)ダイヤモンドを体積で50係以上含有するダイヤ
    モンド焼結体部と、これに超高圧、高温下での焼結時に
    直接、または、厚さ0.5−以下の中間層を介在して結
    合された硬質焼結合金製の母材部からなる複合焼結体が
    該母材部より大きな体積を有する支持体に接合された複
    合焼結体工具において、該支持体が硬質焼結合金または
    鋼であり、上記複合焼結体の母材部端面と支持体とが該
    硬質焼結合金の液相出現温度以上の融点を有する厚さ2
    間以下の高強度の金属又は合金層を介して溶接接合され
    てなることを特徴とする複合焼結体工具。 (2、特許請求の範囲第(11項記載の複合焼結体工具
    において、母材部及び支持体の接合層が鉄族金属又はこ
    れを主成分とする合金であることを特徴とする複合焼結
    体工具。 (3)特許請求の範囲第(1)項、第(2)項記載の複
    合焼結体工具にふ・いて、母材部と支持体との接合層が
    熱膨張係数が12XlO−6/°C以下であるPe−N
    i系合金であることを特徴とする複合焼結体工具。 (4)ダイヤモンドを体積で50係以上含有するダイヤ
    モンド焼結体部と、これを超高圧、高温下での焼結時に
    直接、または、厚さを0.5咽以下の中間層を介在して
    結合された硬質焼結合金製の母材部よりなる複合焼結体
    を、この複合焼結体の母材部端面とこの母材部より大き
    な体積を有する硬質焼結合金又は鋼製の支持体端面との
    間に高強度の金属又は合金の、厚さ2簡以下の板をはさ
    み、この板を高エネルギービームによって該硬質焼結合
    金の液相出現温度以上の温度に加熱溶融させ、ダイヤモ
    ンド焼結体部及び硬質焼結合金が実質的に劣化しない状
    態で該母材と支持体を溶接接合させることを特徴とする
    複合焼結体工具の製造方法。 (5)特許請求の範囲第(4)項において、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
    を特徴とする複合焼結体工具の製造方法。
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US4837089A (en) * 1986-12-19 1989-06-06 Nippon Oil And Fats Company, Limited High hardness composite sintered compact
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JP2008061798A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Omron Corp 球整列通路構造、貯留タンク及びパチンコ球払出機

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