JPS5884188A - 複合焼結体工具およびその製造方法 - Google Patents

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
る硬質焼結合金製の母材である。

３は例えば特願昭５４−１２９１２７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
ロウ付は加工時にダイヤモンド焼結体部が約７００℃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な低
融点のロウ材を用いたロウ付けでも工具に加わる切削応
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図に示しんようを焼結体を第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４０９８３６２号
に開示されている。第１図の如き複合焼結体を融点７０
０°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藤落したり、又はロウ付は部が
動くといった問題が生じた。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）　
ハ室温テノセん断強度が高々２０　Ｋ９７ｍｘ２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。更に泥水
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。又地層によっては泥水が使用できない場合も生じ
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１１２．３は第１図と同じもので超高圧下にお
けるダイヤモンドの焼結時に一体として製造されたもの
である。この複合焼結体を鋼製の支持体５に接合するに
当って、電子ビーム又はレーザービームの如き高エネル
ギーの細いビーム６を用いて瞬間的に鋼の当接面４を溶
確させ接合を行なう。本発明のこの方法では接合面にロ
ウ材等の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、また接合部分のみを瞬間的に加熱することで
達成されることによりダイヤモンド焼結体部ｌが劣化す
る温度に達する以前に接合を完了することができる。

本発明で使用するダイヤモンド焼結体の母材２はＷＣ＋
　Ｔ　ｉＣａ　ＴａＣ＊ＭｏＣ等の周期律表の第４　ａ
　＊　５　ａ　＊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Ｎｉ　　で結合した焼
結合金である。

本発明で使用する支持体５は一般の鋼、特に高速度鋼、
工具鋼等の熱処理を施した鋼が適している。

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５６−４５２８８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。

しかし、本発明の如く硬質焼結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炭化物等
の耐熱性化合物を多量に含んでいるため溶融が不完全で
あり、鋼側当接面４のみに照射すれば溶融中が広くなり
、硬質焼結合金側の加熱がないので接合強度が著しく低
下する。本発明では電子ビーム等の高エネルギービーム
を硬質焼結合金と鋼の当接面の両方に当るように照射し
、硬質焼結合金側には加熱効果を与え、支持体制側の接
合端面の狭い領域のみに溶融シー・ンを設けることによ
り硬質焼結合金の組織を破壊することなく直接接合でき
、高い接合強度が得られることを見出したものである。

また本発明では溶解層が鋼部のみに発生し、硬質焼結合
金は溶解させないｋめ、硬質焼結合金と鋼との反応によ
り脆化層が生成しないことも特徴である。

本発明によりダイヤモンド焼結体を工具として使用する
際に種々の形状の鋼製支持体に接合することが可能とな
り、又従来行なわれていたロウ付けによっては達成され
なかった接合強度が得られる。中間層としてロウ材を用
いた接合体に比較して接合部のせん断強度のみならず繰
返し応力下の疲労に対しても強く、又高温下での強度低
下も少ないためにダイヤモンド焼結体の工具としての応
用範囲を拡大することが可能となる。

本発明の例えば第２図の如き複合焼結体８をドリルビッ
ト刃先として使用するに当っては第８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７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
で不足する場合に適用することができる。

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１０１ｍで、ダイヤモンド焼結体部ｌ
は体積で約９０９６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
Ｂである。母材２は厚さ３ＢのＷＣ−６％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％とＴｉＮ−１０重量％Ａ／
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１０ｍで長さがｌＯＢの熱間ダイス鋼５ＫＤＩ
Ｉ　　製の支持体（）（ＲＣ５５）　　に接合した。

各々を脱脂洗浄、脱磁処理後第２図の如くセットした。

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２０ｆｆｌＡビーム径約０，８　ＩｕＬ、
溶接速度０．５ｍ１分（１ケの溶接時間約１秒）で母材
と鋼支持体の当接面端部を照射し、鋼を溶解せしめて接
合した。比較のためにＪＩＳ　ＢＡ／−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ｋところ、本発明のものは常温で５５　Ｋ
９／ｌｔｍ２３５０℃でも５０　Ｋ９７ａｘ２の値を示
した。比較材は各々２０Ｋｆ／１ｔｕｔｔＢ１１２Ｋｐ
／、ａであった。

また溶接部の断面を調べな結果、母材ＷＣ−Ｃ。

側にはＦｅｇＷｇＣ等のＦｅの拡散による脆化層は全く
見られず、溶解凝固した巾約０．５Ｂの鋼部の接合層は
’ｋＺ　Ｃｏ等の拡散が見られたが接合部から１肱以上
離れた領域は全く組織変化はなかった。鋼の溶解凝固し
た接合層の硬度はＨｖ８００であり、元の硬度ａＯＯよ
りもむしろ硬度は増加していた。

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へ直接電子ビーム接合を行なった。

第８図の如き直径６ｏＩｕＬのコアビットのボディ７を
製作し、これを支持体として実施例１と同様の条件で溶
接を行なった。このコアピットで一軸圧縮強度１，２０
０Ｋｇ／ｃｍ”の安山岩を掘進速度１ＯｃＩｎ／分で掘
進したが刃先が脱落することもなく２０ｍの掘進が可能
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部、２；母材部、３；中間層、
４；当接面、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　司の 芳１図 Ｒ２図 芳３ｔ２１１ （イ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ダイヤモンドを体積で５０％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０．５ｍｍ　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
   の母材端面とこの母材部より大きな体積を有する鋼製の
   支持体が、コラ材等の異種の金属層を介さずに直接接合
   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（１）項記載の複合焼結体工具
   において、支持体が焼入れ硬化された鋼であることを特
   徴とする複合焼結体工具。 （３）ダイヤモンドを体積で５０％以上含有するダイヤ
   モンド焼結体部とこれにその超高圧、高温下での焼結時
   に直接又は厚さ０．５ｍ　以下の中間層により結合され
   た硬質焼結合金製の母材部よりなる複合焼結体の母材部
   端面とこの母材部より大きな体積を有する鋼製の支持体
   を直接密着させ、その当接面端部の鋼と硬質焼結合金母
   材の両方に当るように高エネルギービームを照射して、
   該鋼製支持体の当接面を溶融させ、ダイヤモンド焼結体
   部及び硬質焼結合金母材゛が実質的に劣化しない状態で
   該母材と鋼製支持体と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。