JPS602648A - 複合物体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】 本発明は超硬（　ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｃａｒ−ｂｉｄｅ
）よシ硬質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、たとえば、シャンクエンドミル、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，ｙ−リングパーまたは旋削パー等から
なる工具に関する。摩耗部品に関して、本発明は本質的
に圧延機および輸送装置（中間輸送さえ包含される）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）、スリープ、パー、シャフトおよび前章に中心
孔を設けたシャフト、圧縮機およびＩンゾ部品、弁等を
製造するための製品に関する。

超硬と高速度鋼との中間の材料から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められてい
た。そのような材料はたとえばスエーデン国特許３９２
，４８２号等によるフェロ−ＴＩＣ（炭化物富化粉末高
速度鋼）材料として存在する。しかしながら、経済的製
造方法は存在せず、前記材料は期待される利点を発揮し
ていない。

したがって、たとえばフェロ−Ｔｉｃは全く成功してい
ない。この事実は、焼結時に起る硬質成分の大きな粒子
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量が大きい場合）、中実
棒は電流法で機械加工されるので機械加工性の点からお
よび最終工具または中性部品の製造に際しての研削性の
点から、硬質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がス中で粒状化することによ
シ製造される。この方法では未加工品に圧縮出来ない球
形粉末が生じるので、圧縮は残りの工程でその物質を随
行する容器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成分の小さい粒度１〜２μｍ
である。

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
シ製造される。この方法は、粒子冶金鋼と同じ合金含量
の制約を受ける。氷粒状化粉末は良好な未加工強度を生
じる。したがって、粉末は成形品のプレスに使用するこ
とが出来、次いで成形品は焼結されて最終形状とされる
。この方法は焼結炉に関して要求が非常に多り、シたが
って、余シ使用されていない。この方法は前述した長い
ほっそシとした工具には不適当であるＪ焼結すると、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。すでにここにおいて、焼結後
のバインダー相の島に関して問題がある。これらの島は
当然十分な硬度を持たない。

超硬の通常の製造法では、溶結温度は硬質成分子バイン
ダー相からなる合金が溶融する温度よシ著しく高い。し
たがって、バインダー相はすベテ溶融し、また多量の硬
質成分を溶解（ｄｉｓｓｏｌｖ＠）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
、骨格は不十分であシ、物体はその形を失う。

押出は、金属材料を加工して比較的加工し難い材料を成
形することが出来る方法である。この方法は、たとえば
高合金化ステンレス銅のシームレスチューブの製造にお
いて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
の硬質成分を有する合金について試みた場合、硬質成分
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（例１参照）。そのような合金は当然耐変形性が大き
く、押出工具の摩耗が非常に太きいために通常不経済で
ある。

耐変形性の異なる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（芯部）を硬質粒子が著しく多量の
粉末体の外カバーと共に共押出出来ることが判明した。

この複合体は押出工程そのものでまた続く工具または摩
耗部品の製造工程で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
。鋼コアは工具鋼または高速度鋼からなることが出来る
。

鍛造、圧延等により加工される材料中の硬質成分の上限
は約２５〜３０容ｉｔ％である。前のテキストによれば
、７０容量チまでの硬質成分（８０重ｆｔ％のＷＣは７
０容景チのＷＣに相当する）を有するバーを押出すこと
が出来る。本発明による硬質材料は、中間範囲すなわち
３０〜７０容量チの硬質成分を有する合金に関する。硬
質成分は金属Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆ、Ｖ＋Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｃｒ
＋Ｍｏｔ　および（または）Ｗの炭化物および窒化物お
よび中間形態から本質的に表る。炭火物および窒化物以
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。硬質材料のマ）　ＩＪソックス、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−および（または）Ｃｏ−基合金からなる。硬
質材料のマトリックスは鉄基であるのが好ましい。

長くほっそシとした工具たとえばシャンクエンドミルお
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）本ぞ゛（ｆｌｕｔｅｓ　）が円筒ブランクにお
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。研削し難い材料
において前記接触曲線が余シ長いと、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
き付きの危険を低減する唯一の方法は除去速度を減少さ
せるかまたはよシ速く摩耗しかつその場合所望の輪郭を
維持しないより軟質の砥石を使用する方法である。

接触曲線の長さｂはφ８・ａ（φ８は研削砥石の直径ｍ
、ｔｈは実際の研削深さ）の平方根にほぼ比例する。直
径２０　ｘｒｘの普通のシャンクエンドミルでは、溝深
さは４期よシ大きく、接触曲線は約４０絽となる。これ
は、もし焼き付けを避けようとすれば研削が困難な材料
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、本発明者は多くの用途において切削工具材は周辺カ
ッターにおいてのみ使用されることを知っている。中心
切削刃を使用する場合、それらの刃における切削速度は
外側刃におけるよシも遅い。これは、耐摩耗性および靭
性に関する要求が異なるからである。

本発明によれば、硬質粒子に冨んだ合金からのみなって
いるような性能を有する製品を製造することが出来、し
かもこの結果は製品の研削が容易なために実質的によυ
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ック研削砥石を高
速度鋼に普通である研削データで使用出来るので可能に
なる大きな経済的利点をもたらす。

したがって、研削が困難な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、研削砥石は、中実形で焼き
付きを意味する困難な材料、砥石の大きな消費および不
経済な研削データを一般に「感じ（ｆｅｅｌ）Ｊ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、研削が困難な材料にお
ける接触曲線が減少する。

２、研削が困難な材料のよシ少ない量が研削除去される
。

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

４．１−３の結果研削力はよシ小さい。

５、輪郭をよシ良好に保持するより硬質の研削砥石を使
用することが出来る。

６、コアにおけるよシ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。

コアの材料は一般にカバーの材料の対応する研削性よ）
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
複合材料の研削性および硬質材料のみの研削性は普通釜
々５より大きくおよび１より小さい。一般に、複合材料
の研削性（得られる材料除去速度で示す）はｌ　Ｑ　Ｔ
Ａｍ３．７ｍｍ、　１１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
とより容易に研削される材料のコアからなる複合材料が
新たに入手される。

カバーとして硬質材料を有する複合材料においては、コ
アは当然最終工具または摩耗部品で要求されるよりも多
くの合金元素を含有しないであろう。例としてブローチ
およびねじ切りタッグにおいては、コアは切削作業を行
わないので合金化の比較的低い鋼で十分である。孔あけ
シャンクエンドミルまたはト４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に対する要求が著
しく大きい。

正しい材料を選ぶことにより、工具または摩耗部分のコ
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せず、−輸送ロールの
必要な加速等の点から非常に大きな密度のような欠点さ
えあるーかつ高速度鋼として従来の耐摩耗性材料（通常
の粒子冶金または粉末冶金）が十分な耐摩耗性を有しな
い、機械たとえば圧延機および輸送装置において本質的
に応用される、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
ことによシ、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−硬質成
分が比較的少なくしたがって靭性がよシ大きい−と共に
塑性加工によシ圧縮して十分な密度と部分間の良好な密
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使用する
ことであるがしかしその代シに焼結を用いた例もある。

硬質成分の含量がより小さい部分は最初から中実材料か
らなるととが出来る。

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、まず主として均衡的な冷間プレス
によって複合ブレフオームが形成され、その後プレフォ
ームは保護ガス雰囲気を有する炉で加熱され、次いで簡
単な鍛造工具によって鍛造される。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って最終製品
とすることが出来る。所望の特性をもたらす熱処理は製
造に包含される。

押出を使用する場合、まず冷間均衡プレスによ）押出用
ビレットがつくられる。新しく開発された高級充填技術
によ９２種類または数種類の異なる粉末を冷間均衡プレ
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シまたは粉末水準の
増大と同じ程度に引き出される滑シ枠として使用するこ
とによシ（シたがっ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
ない成分は冷間ブレス段階ですでに中実材料からなシ得
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
残シの空間を硬質材料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ットを押出後、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しそうとす
る特殊の打抜工具でコアの密着性を試験した試験におい
て鯛らべられた。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成分が富化された複合パ
ーグ得られる。このパーから切削によって製品ブランク
がつくられる。

前述したプレフォームから製造出来る孔を設けた製品と
してロール、がイドロール、輸送ロール、摩耗ロール、
摩耗スリーブ、圧縮機およびインゾ部品等が挙げられる
。利点１ｄたとえば次のようであるニ ーより低い材料コスト −より低い製造コスト 一耐摩耗性がより大きくしたがってよＪＪい材料がより
靭性の大きい成分によって支持されるので、強度がより
大きい。

多数の寸法のロールが市販されている。孔寸法および軸
受形態に関する標準化は特に悪い。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、孔を設けたグレアオームをつくることはもちろん
適当である。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パーからつくる
のが適当である。乙のことは、大きな摩耗にさらされる
シャフトにも当てはまる。

摩耗面を有するシャフトたとえば異なる種類のカムシャ
フトは、？−リングによシ内部潤滑溝を設けた複合パー
からつくることが出来る。適当な場所に小さな孔をあけ
ることによシ、所望の場所で潤滑を得ることが出来る。

耐摩耗性表面および靭性の大きいコアを有するパーの興
味ある応用は刑務所のパーまたは同様の保護装置および
高温等のためゴムライニング等が不適当な摩耗材料の輸
送における格子等である。

本発明を下記の配電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、靭性のある容易
に研摩された材料たとえば工具鋼または高速度鋼のコア
１０およびＴＩ　＋Ｚｒ　ｐＨｆ　、Ｖ＋Ｎｂ　＋Ｔａ
　ｒＣｒ　＋　Ｍｏおよび（ｉたは）Ｗの炭化物、窒化
物および（ｔたは）窒炭化物としての硬質粒子３０〜７
０容量係をＦｅ　＋　Ｎ　ｉおよび（または）Ｃｏペー
スマトリックスに存在させた材料からなるカバー１１か
らなる。カバーは窒化チタンから表る硬質粒子３０〜７
０容量チを高速度鋼系（炭化物系が普通存在する）のマ
）　ＩＪソックス含ませかつ富化硬質粒子が〈１μｍ、
好ましくは＜０．５μｍの粒度を有する合金からなるの
が好ましい。

第２図および第３図に示す複合材料には、鋼等のシャフ
ト１２が設けられ、複合ブランクとシャフトの結合は溶
接、たとえば摩擦溶接によって行われる。硬質粒子に富
んだ材料は一般にそのような鋼シャ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。溶接可能なコア
またはカバー材料によシ、本発明による摩耗部品および
工具は種々の鋼シャフト等と良好な結果を以って溶接す
ることが出来る。この事実によシ、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゛る工具と鋼シャ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、コア材
料からなる遷移帯域１４は普通カバーとシャフトの間で
得られることが見い出された。これは、カバーはシャフ
トに直接溶接されないことを意味する。カバー１１とコ
ア材料１０間の結合が良好であり一使用した方法により
得ることが出来る−かつコア材料がシャフトに対して溶
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、シャンクエンドミル、ブロー
チ、ねじ切りタップ、ドリル、リーマ−等の製品に特に
適している。この主要な設計により、コアおよびカバー
材料の切削特性によって最終製品の最適特性を非常に低
い相対コストで得るととが出来る。

第４図に概略が示されるシャンクエンドミルでは、フシ
イス本体の主要部分はコア材料１５からなシ、一方フラ
イスの活性部分はすべて耐摩耗性材料１６からなる。カ
バーとコア材間の大きな接触面積によって、非常に良好
な密着性が得られる。

カバー材の厚さは再研摩の際の要件に適合せしめられる
。

第５図に示すニジリング工具は、靭性のあるコア材料１
７の大きな部分と耐摩耗性材料１８の周囲カバーからな
る。まさにそのシャフトは、複合材料または複合材料に
固定された他の適当なシャフト材料からなることが出来
る。

第６図には、保持工具／ケーリングパーまたは旋削パー
の例が示され、工具の大きな部分は普通容易に機械加工
出来る靭性のあるコア材料１９からなシ、その周囲は剛
性を決定するカバー２０で取シ巻かれておシ、硬質成分
に富んだ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、カバーの厚さは少なくともＱ、５ｍｍ、好まし
くは少なくともｌ　＊＊である。普通、カッ４−の厚さ
は製品の半径寸法の３〜５０％、通常１０〜２０％であ
る。

以下余白 本発明によるブランクの製造は一般に前述したようにカ
バーおよびコアを共押出することによシ行われる。高速
度鋼または工具鋼の物体がＴｉ、Ｚｒ。

Ｈｆ　、ｖ、Ｎｂ　、Ｔａ　＋Ｃｒ　＊Ｍｏ　、および
（または）Ｗ（！：Ｃ。

Ｎ、Ｏ，Ｂおよび（または）Ｓｌとの化合物により形成
された硬質成分３０〜７０容量チをＦ　ｅ　＊　Ｎ　＋
および（または）Ｃｏ基マトリックス中に存在させた粉
末混合物中に置かれる。次いで、鋼物体および粉末混合
物は冷間均衡プレスによって圧縮されて押出用ビレット
とされ、このビレットは缶に入れられる。その後、１１
００〜１２５０℃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。

ある用途では、「３重複合体」等が有利であり得る。最
も内部のコアは合金元素の含量が低い単純な高速度鋼か
らなシ得る。このコアの周夛に、耐摩耗性がよシ良好で
かつよシ大きい切削速度に耐える合金化度のよシ大きい
高速度鋼の遷移層を施すことが出来る。最も外側には、
３０チ以上の硬質成分を有する硬質材料のカバーを配置
することが出来る。そ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、より大きい切削速度に対する
増大された抵抗性および中心からの方向におけるより大
きい耐摩耗性ならびに熱膨張係数の異なる材料間でのよ
シ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、硬質材料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
てよシ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移動
に対する抵抗力もプラスの方向に影響され得る。

前述した変形態にはすべて薄い硬質被覆層を設ける０が
有利である。

下記に、まず、例１〜１３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の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、例１４〜２
２を述べる。これらの例においては、本発明に係る摩耗
部品用のブランクの製造で用いら九る種々の条件が示さ
れる。

例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　ｃａｒｂｉ
ｄｅｍ　ｉ　１１　）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−ｆＣ，（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φ４７ｍからφ１４篩のパー
（棒材）とした（押出プレスのビレットシリンダーはφ
５０ｍであった）。

２４０トンの圧力を使用した。この子方により５０．６
　ｋ　ｐ／ｎｕｎ　の変形抵抗が得られる。押出された
合金は硬度が１１６０ＨＶでありた。同じ粉末を通常の
［超硬法（ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｗａｙ
）　Ｊ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（１，＃ｍの粒度を有
し、一方、焼結材料は約３７＋ｍの粒度を有するという
事実による。

例２ 前記例と同様にして超硬はル（粉砕機）にち・いて通常
のミリングによシ、２７重量％■Ｔｉｃ１６７重量係の
Ｎｌおよび６重量％のＷからなる合金を調製した。まず
、φ１２０簡の缶からφ３８調リバーを押出した（押出
プレスのビレットシリンダーはφ１２５ｍｍであった）
。この中実均質パ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、φ１６閾のパーを押出
した。押出比は９でありた。圧力は１８０トンであった
。

例３ いワユる［コールドストリーム法」により平均粒度約１
０　ｔｚｍに調製されたタイプＭ　４１　（１，１５％
Ｃ。

６．７５　％Ｗ、　４．０％ＭＯ１４，２％Ｃｒ、２．
０％Ｖ、　５．０％Ｃｏ）の高速度鋼粉末を、粒度４ｐ
ｍ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であった。超硬ミル
（粉砕機）でミリング（微粉砕）して乾燥後、押出用ビ
レットを２００　ＭＰａで冷間均衡プレスした。肉厚３
ｍｍ（２３） およびφ７６艶の押出缶に嵌め込むためにビレットの寸
法はφ６８〜６９覇、長さ２４０調であった（押出プレ
スのビレットシリンダーはφ８０ｍであった）。缶を６
００℃に加熱しながら排気し、その後シールした。１１
５０℃で４５分間加熱後、φ２４ｍｍのパーを押出した
。押出パーからサンプルを取シ、熱処理試験（硬化＋焼
鈍）において用いた。もし材料を切削工具として使用し
ようとするならば、硬度７２　ＨＲＣを超えるべきでな
いことが判明した。硬度が７２　ＨＲＣを超えると、余
シにも脆くて切れ刃にチッ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
粒度は保持され、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ャーでは、よシ大
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。

以４下余白 （２４） 例４ ５０容量チのサブミクロン硬質粒子、実質的にＴｉＮ、
と全組成が２４．５％Ｔｉ、７％Ｎ、Ｑ、６％Ｃ１７，
５％Ｃｏ、６　％Ｗ、５％Ｍｏ、４％Ｃｒおよび残りＦ
ｅ（および普通存在する合金元素および不純物）の鋼マ
トリックスとの粉末混合物を、２００ＭＰａで冷間均衡
圧縮して前の例と同じ寸法の押出用ビレットとした。ま
た他の工程はφ２４の押出パーまで同一であうた。種々
の熱処理により、材料は６６〜７１　ＨＲＣ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多材料は
「軟化焼鈍」状態で非常に硬くすなわち６３〜６４　Ｈ
ＲＣであった。

例５ ある種の「シグマ相」と見なすことが出来る組成５６Ｃ
ｒ−８Ｗ−３４Ｃｏ−２Ｃの脆い予備合金５０重量％を
常用のクラッシャーでまずショークラッシャー、次いで
コーンクラッシャーで粉砕して粒度く２箇とした。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」によシ乾燥およ
び粉末処理後、押出用ビレットを２００　ＭＰａで冷間
均衡プレスした。これらのビレットを１２００℃で１時
間加熱後φ２０１１Ｉｌ＋＋のノぐ−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。

例６ コア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％Ｃ”ｓ　５．０　’１Ｍ□、６．
５％ｗ１２％Ｖ　％　０．２　％　Ｏ）　？　カバ７ｂ
’例４に係ルｒＴｉＮ富化高速度鋼粉末」である複合ビ
レットをプレスした。プレスは２００　ＭＰａで冷間均
衡プレスであった。コア直径４７〜４８１１１１１％外
径６８〜６９ｍ。

長さ３００ｍｎでありた。プレス後、ビレットを１２０
０℃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分間加熱を行った。φ１４〜２４
叫の丸いパー（丸棒）を押出した。缶を含めたφ＝２４
ｍの押出パーを適当な長さく４０ｗｎ）に切断し、その
後、長さ６５閣で５Ｓ２０９０のシャフト材料を複合バ
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、１）ＩＮ８
４４に係る形状を有するφ２０鵡のシャンクエンドミル
を研削した。

みぞ研削データ： 研削砥石　：セラミック粒子混合物 切削液体　：油 砥石速度　：８０ｍ／秒 全みぞ深さ　：４．３ｓ＋１１＋ みそ長さ　：５０間 有効除去速度　・９　ｃｍ　７分 残りの研削は高速度鋼規格による小さな除去率で行った
。

試験は軸方向切削深さ１０■お工び半径方向切削深さ１
８−で冷却しながら鋼５Ｓ２５４１の上向き削り　（ｕ
ｐｍｉｌｌｉｎｇ）として行った。０．０５６＋＋ｌＩ
ｎ／刃の方送シ２０〜４０ｍ／分で、通常の高速度鋼種
Ｔ４２の中実バーからつくった対応するシャンクエンド
ミル（同じ形状）より４〜６倍長い寿命（２７） が得られた。摩耗基準はフランク摩耗０．３ｍであった
。本発明に係るシャンクエンドミルは加工物の表面につ
いて従来工具でのＲａ　３，２７＋ｍ（粗さ）に比較し
てＲａ　Ｌ、　Ｏｐｍのより良好な表面を与えた。本発
明に係るエンドミルは従来の工具よシも４倍材料を除去
した。

例７ ５０ＭｆｉｔｓのＮｂＣ（密度７．７４９７ｃｍ３）と
５０重量係のコールトス）　ＩＪ−入処理された高速度
鋼種Ｍ４１を常用の超硬としてミリング（微粉砕）した
。乾燥後、氷粒軟化高速度鋼粉末りィプＭ２（Ｌ、１％
Ｃ，４，０％Ｃｒ、　５．０％Ｍｏ、　６．５％Ｗ、　
２％Ｖ。

０．２％Ｏ）のφ４７〜４８間のコアおよび前述したＮ
ｂＣ処理Ｍ４１粉末のφ６８〜６９雷のカバーからなる
押出用ビレットを２００　ＭＰａで冷間均衡プレスした
。φ１４〜２４ｗ＋＋のバーの押出で問題はなかった。

例８ ２６重量％のＣｏおよび７４Ｍ最チのＷＣからなる滑剤
を含まない通常の超硬粉末を用いて、氷粒（２８） 状化高速度鋼粉末タイプＴ　４２　（Ｌ、５　％Ｃ，４
，０係Ｃｒ、３．１％Ｍｏ、　９．０％Ｗ、　９．０％
Ｃｏ、　３．１’％　Ｖ　１０．２％Ｏ）のφ４７〜４
８ｆｆｉＩＩ＋のコアと前述した超硬粉末のφ６８〜６
９祁のカバーからなる複合押出用ビレットを製造した。

肉厚３個、φ７６−の炭素鋼にビレットを入れ、１１７
５℃に４５分間加熱後押出してφ２４ｔｍの丸いパーを
得た。

例９ 氷粒状化、Ｍ２粉末のφ２４〜２５ｆｆｌ＋＋１のコア
、氷粒状化Ｔ４２粉末■φ４７〜４８閘■中間層および
例４による「ＴｉＮ富化高速度鋼粉末」のφ６８〜６９
調のカバ一層を２００　ＭＰａで冷間均衡プレスした。

焼鈍および押出は例６と同様にして行り７’ｃ。

例１０ 深研削試験において、高速度鋼Ｍ２のコア材料および例
４による厚さ約１ｍＣＤカバー材料を有する寸法φ１０
１１ＩＩ＋＋の本発明に係るブランクを研削したＯ 研削データ 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　：１００？Ｉｌｌ＋１ 除去速度　：　６ｃｍ　７分 カバー材料の熱作用は非常に小さかった。同時に、（複
合ブランクのカバー材料と同じチャージからの）中実材
料のブランクを研削した。同じ研削データで、すべての
サンプルにおいてクラックおよび破損が見られた。

例１１ 本発明に係る複合材料に関してつシ下げ研削盤でのみぞ
研削試験において、２０１１１１＋＋シヤンクエンドミ
ル用のみぞ（ｆｌｕｔｅ）をセラミック研削砥石により
（例６による研削データ）高速度鋼に対して普通である
除去速度のＶ３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シはるかに良
い。除去速度を約１０倍に増大させて同じ結果が得られ
た。

例１２ 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
実ブランクを鋼８８２０９０に機械で溶接する摩擦溶接
試験を行った。溶接データ：摩擦圧力１０６　ＭＰａ、
鍛造圧力２３０　ＭＰａ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ったが、本発
明に係るブランクは鋼ホルダーに良好な結果を以って溶
接することが出来た。

例１３ カバー材料のコア材料に対する密着性を調らべるために
、本発明に係る平シャンクエンドミル２０ｍを下記のデ
ータを用いて試験した：軸方向切削深さ　：２０ｍ 半径方向切削深さ：２■ 送シ　：０．０８９ｍ＋β 切削速度　：３５ｍ／分 加工物材質　：鋼８８２３４３ 切削液体を用いておよび用いずに、切削力がエンドミル
のシャフトの破損をもたらすほど摩耗が（３１） 大きくなるまで試験を行った。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
生じなかった〇 例１４ 複合型のガイドロールをつくるために、まず、鋼粉末２
１から「線リール」型のプレフォーム（予備成形物）を
「ウェットバッグ（ｗｅｔ　ｂａｇ）Ｊ技術により冷間
均衡プレスした（第７図）。次いで、このプレフォーム
を次の「ウェットバッグ」工具に入れ、高速度鋼マ）　
ＩＪタックスよび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つの冷
間均衡プレスを行った。得られた複合プレフォームを炉
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図によるプレフォーム
を得た。緻密な物体をつくるのに必要な圧力は１０００
〜１２００　Ｎ／−であった。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１
０℃／時の制御（３２） 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、荒加ニー熱処理（硬化＋焼鈍）−
仕上の工程により人口ガイドロールを製造し、第９図の
最終製品を得た。

例１５ 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均衡プレス工具の中心に置いた
。鋼の組成は０．３５％Ｃ、０，２５％Ｓ　ｉ　％　Ｏ
−７５％　Ｍｎ　Ｎ　３　％　Ｃｒ　％　Ｏ−７％　Ｍ
ｏ　％　ｏ、　３　％　Ｖ　１残ｐＦｅであうた。プレ
ス工具の残シの空間に、５０容量係のサブミクロン窒化
チタンと５０容量チの熱処理可能な鋼マ）＋Ｊソックス
らなる粉末を装入し、直径２６０±１ｔａの押出用ビレ
ットを２００ＭＰａでプレスした。ビレットを、外径２
７２財および肉厚５調の炭素鋼押出缶に入れた。排気管
を有するキャップを缶上に溶接した。

キャップおよび底板を含む押出用ビレットの全長は１０
００ｍｍであった。排気中ビレットを加熱し、排気管を
ビレッ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φ２８０需のビレッ
トシリンダーを有した。

ビレットをφ６５ｔＭｌに押出した。得られた複合パー
から、軟化焼鈍後放宿１加工帯カッ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
び軸受位置を形成した。

例１６ 摩耗ローラーをつくるための押出複合バーを製造する姉
際して、冷間均衡プレス工具に、コアの銅粉末および周
囲部分の約５０容量％の硬質成分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４
０μｍであった）。直径６９±１（転）および長さ２１
５咽の押出用げレットを２００　ＭＰａでプレスした。

ビレットを、外径７６燗および肉厚３咽の押出缶に入れ
た。前記例によるシールおよび１１５０℃への加熱後、
ビレットをφ８０ｍのビレットシリンダーを有する押出
プレスに入れた。φ２８簡の丸いパーを押出した。押出
後保護缶は肉厚が１．０〜１．５咽であった。放電加工
帯カッターで切断することによシ、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。

例１７ 前の例による複合パ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った。そのような粉末は球形
であり、冷間均衡プレス後十分な強度の未加工物体を与
えないので容器に入れて、取シ扱わなければならない。

本発明の硬質材料富化粉末を「底部」として（および「
上部カバー」としても）置くことによシ、十分な未加工
強度を有するビレットをつくることが出来た（底部なし
では球形粉末は冷間均衡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φ２６ｍ
の複合パーを押出した。前述した方法によシ密着性強度
を試験した。

例１８ 管押出において、マンドレル上に押出された中空ビレッ
トを使用する。プレス工具に鋼コアを存（３５） 在させることにＪ：＃）中空複合ビレットを冷間均衡プ
レスすることが出来るＣ原則として例１５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シ複
雑になりかつ高価になるであろう。前記例と同様に、硬
質材料粉末を電も外側にして種々の粉末を同時に充填す
る。冷間均衡プレス後、コアを注意深く除去し、中空ビ
レッ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ったがただしマンドレル上で行っ
た。外層が５０容量係硬質成分である缶入シ複合管が得
られた。

例１９ 硬質材料富化粉末を量も内側にしたことを除いて例１８
と同様にして試験を行った。押出において、複合管を得
、とれから耐摩耗性スリーブを製造した。

例２０ 例１０に１勺鋼の中実プレフォーム２３を製造すること
によって複合管を製造した。このプレス（３６） オームを？リウレタンの型に入れ、硬質材料粉末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、用ビレットを得た。

このビレッ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。

例２１ 例２０と同様にして、内側に硬質合金２６を有する複合
管を製造した（第１２図）。

例２２ 原理「滑υ型」によシ粉末を同時に充填することにより
、冷間的衡プレスを経て、最内側に合金粉末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ォ
ームを製造した（第１．ｉ３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図は溶接シャフトを有する複合材料ブランクの縦断
面図、第４図はシャ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
びビレットの製造例を示す図である。 １０・・・コア、１１・・・カバー、１２・・・シャフ
ト、１５．１７・・・コア材料、１６．１８・・・耐摩
耗性材料、１９・・・コア材料、２０・・・カッ々−１
２１・・・鋼粉末、２２・・・硬質材料粉末、２３・・
・中実プレフォーム、２４・・・硬質材料粉末、２５・
・・保護’４ｆ、２６・・・硬質合金。 特許出願人 サントレード　リミティド 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘和之 弁理士内田幸男 弁理士　山　口　昭　之 弁理士西山雅也 （３９） 第１図 第２図 １ 第３図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、好ましくは各々コアおよびカバーを構成する少なく
   とも２つの部分からなる複合物体において、１つの部分
   は高速度＠または工具鋼からなり、そして他の部分はＴ
   ｉ　＋Ｚｒ＋Ｈｆ　＋Ｖ＋ＮｂｔＴａ＋Ｃｒ＋Ｍｏおよ
   び／又はＷの炭化物、空化物および／又は窒炭化物とし
   ての硬質成分３０〜７０容量係をＦｅ、Ｎｉおよび／又
   はＣＯペースマトリックス中に含む硬質材料からなるこ
   とを特徴とする複合物体。 ２、前記硬質材料がその特性および特徴データに関して
   超硬と高速度鋼との間にあることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の複合物体。 ３、前記硬質材料のマトリ、クスが鉄基であることを特
   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
   物体。 ４、前記硬質材料部分の１さが少なくとも０．５１１ｍ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項（１） 〜第３項のいずれかに記載の複合物体。 ５、前記硬質材料部分の厚さが前記複合物体の半径方向
   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〜第４項のいずれか
   に記載の複合物体。 ６、摩耗にさらされる容積が前記硬質材料からなり、支
   持保持部分が鋼からなる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物体。 ７、前記コアの材料が、前記カバーの材料の研削性よシ
   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６項のいずれかに記載の複合
   物体。 ８、前記複合材料の研削性および単独硬質材料の研削性
   が、相対研削砥石摩耗量（朋３加工材料／龍３研削砥石
   摩耗）で各々測定して、普通各々５より大きくおよび１
   よシ小さい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物体。 ９、前記硬質材料が窒化チタンから本質的になる硬質材
   料３０〜７０容量％を高速度鋼系（およ（９） び普通存在する炭化物系）のマトリックス中に有する合
   金からなシ、富化された硬質材料の粒度はく１μｍ１好
   ましくはく０．５μｍであるととを特徴とする特許 れかに記載の複合物体。 １０、高速度鋼または工具鋼の物体をＴｉｌＺｒｌＴ｛
   ｆ＃Ｖ＋Ｎｂ　＊　Ｔａ　、Ｃｒ　＋Ｍｏおよび／又は
   ＷとＣ，Ｎ，Ｏ。 Ｂおよび／又はＳｌとの化合物によシ形成された硬質成
   分３０〜７０容８％をＦ　ｅ　ｒ　Ｎ　ｉおよび／又は
   Ｃ。 ペースマトリックス中に有する粉末混合物中に置き、そ
   の後、前記物体および前記粉末混合物を冷間均衡プレス
   によシ圧縮して押出用ビレットとし、次いで前記ビレッ
   トを缶に入れ、熱間押出してブランクとし、次いで前記
   ブランクを最終形状および寸法に造シ上げることを特徴
   とする好ましくは各々コアおよびカバーを構成する少な
   くとも２つの部分からなる複合物体の製造方法。 １１、銅粉末の物体を冷間均衡圧縮によシつくシ、前記
   物体または中実鋼物体を冷間均衡工具中に置き、残シの
   空間を３０〜７０容量チの硬質粒子をＦｅ．Ｎｉおよび
   （ｔたは）Ｃｏペースマトリックスに含んだものからな
   る粉末混合物で充填し、その後、前記物体および前記粉
   末混合物を冷間均衡圧縮によシ圧縮して鍛造物とし、前
   記鍛造物をブランクに鍛造し、次いで前記ブランクを最
   終形状および寸法に造シ上げることを特徴とする好まし
   くは各々コアおよびカバーを構成する少なくとも２つの
   部分からなる複合物体の製造方法。