JPS61179805A - 別の金属又はセラミック部材から１個の部品を圧密する方法 - Google Patents

別の金属又はセラミック部材から１個の部品を圧密する方法

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JPS61179805A
JPS61179805A JP60219003A JP21900385A JPS61179805A JP S61179805 A JPS61179805 A JP S61179805A JP 60219003 A JP60219003 A JP 60219003A JP 21900385 A JP21900385 A JP 21900385A JP S61179805 A JPS61179805 A JP S61179805A
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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】 産業上の利用分野 本発明は１個以上の金属部材に作用する金属粉末圧密に
関し、特に粉末金属圧密技法を使用する金属部材の接合
又は被覆に関する。
従来の技術 米国特許３３５６４９６号、３６８９２５９号に記され
た通り、耐火性粒状材料から成る加圧媒体及び高温度を
使用して金属部材を圧密即ち密度を大にすることは既知
である。上述の記載において、プレスの作用する圧力は
高温セラミック粒状ベッドを介して、理論密度より小さ
い密度を有する成形部品に伝達される。この部品の加圧
は全方向であり１部品内の空隙１間隙、空所はつぶれ。
部品密度は高くなシ、理論密度に等しくなる。
通常の粉末冶金技法は粉末成形品を形成するだめの閉鎖
ダイスプレスの製造可能の形状に限定されている。１０
０％の密度を有する更に複雑な形状を製造する試みは部
品を加圧ガスから保護するための長い密閉手順を必要と
する。他の粉末金属圧密のための他の提案は高温等静圧
加圧内の密閉は必要としないが、ダイス内での粉末プレ
スによって製造し得る形状に限定される。すべての場合
に予じめ成形した部材の圧密はガス加圧オートクレーブ
内の高温等静圧加圧で形成され、高温に長時間さらされ
ることに影響されない特性を有する製品の圧密に適して
いる。
それ故、実際的な粉末金属処理の進歩として１００チ密
度の部品に圧密でき、ダイスプレスによって製造できな
い複雑な形状のものを、短時間高温度作業を使用し、密
閉の必要がなく作ることができれば、現在の金属成形工
業での要求を満足できる。この方法は部品費を著しく低
減できる。
金属部材の等静圧プレスの問題に関する既知の特許の示
すところでは、圧密又は接合すべき部品に部材間に凹所
又は亀裂又は間隙があって加圧ガスが侵入すれば、完全
な圧密は生じない。圧密又は接合すべき部品は気密の密
閉容器によって加圧ガスから隔離する必要がある。
本発明によって上述の要件を満足する方法を提供し、著
しい利点を有する。接合及び被覆方法は著しく高価な密
閉装置は必要としない。更に金属粉を接合又は被覆すべ
き面に被着させるために可燃性有機結合剤と揮発性溶剤
を使用する。
本発明によって２個以上の金属部材を接合する方法を提
供し、大きな複雑な形状の部品を得る。
本発明によって金属部材に他の金属材料の層を被覆する
方法を提供し、第３の層を介挿することも可能とする。
′ 本発明によって２個以上の金属とセラミックの部材を結
合する方法を提供し、後にセラミックを化学的に除去し
て所定の空所を形成する。
本発明による金属部材を圧密する基本方法は。
ａ）本体装置に金属粉末と、可燃性有機結合剤と、揮発
性溶剤との混合物を被覆し。
６）混合物を乾燥し、 Ｃ）高い温度で結合剤と溶剤を燃焼除去し。
ｄ）粉末金属に圧力を作用して本体装置上に圧密する。
好適な実施例によって、第３の混合物は本体装置に浸漬
、塗装又はスプレーによって被覆する。
本体装置は上述の方法によって圧密した被覆を有する。
本体装置は混合物内の全域粉末の圧密によって接合した
複数の部材から成る。接合すべき１個以上の部材自体は
混合物内の被着粉末金属の圧密と同時に圧密される。圧
密は混合物に接したセラミック等の粒子のベット９内で
行なわれる。
他の実施例によって１本体の１個はト９リルビットコア
とし、被覆を圧密する。他の本体例えばノズル又はカッ
タを圧密技法によって接合する。１個の本体は油井用の
スタビライザスリーブとし、外面に耐摩耗被覆を圧密す
る。耐摩耗パッドを更に接合する。
本発明によってローラービット円錐部材に圧密によって
一体とした切削素子を提供する。ビットが回転すれば円
錐部材は孔の底で回転し、各歯は交互に岩石内に侵徹し
破砕し粉砕する。円錐部材は歯が互にかみ合って清掃を
容易にする。地層岩石の軟い時は長く１間隔の広い鋼の
歯を使用して容易に地層に侵徹可能とする。
本発明を例示とした実施例並び罠図面について説明する
。
実施例 第２図に示す本発明によって処理したローラービットカ
ッタ１０は硬靭な金属のはソ円錐形で破損抵抗性のコア
１１を有する。コアに中空内部１２があり、中央回転軸
線１３を形成する。コアの底部１４はテーパとし、内部
１２には複数の順次のゾーン１２ｃ、１２６．１２層％
１２ｄ。
】２＃を軸線１３に同一軸線とする。環状の金属性のラ
ジアル軸受層１５はスリーブ型とし、コアの内部ゾーン
１２ａに取付はコアを回転支持する。
層１５はコアの環状面１１ｇに取付け、軸線１３を中心
として延長し、軸受台金製とする。
耐衝撃耐摩耗金属内層１６をコアの内部シーツ１２６〜
１２ｇＫ取付け、軸線方向の推力軸受を例えば端面１６
αに形成する。コアに複数の硬質金属歯１７を取付け１
例えば歯の根元端１７αで一体とする。歯は外方突出部
１７６を有し、各歯の一側は耐衝撃耐摩耗層１７ｃを取
付けて硬い切刃１７ｄをビットが軸線１３を中心として
回転する時に形成する。少なくとも歯の一部は軸線１３
を中心として延長し１層１７ｃは同じ回転方向に面する
。１枚の歯１７’　　はコアの最外方端の軸線１３上と
する。歯は互に離れる。
耐摩耗外側金属層１９をコア外面に被着し、全面及び歯
１７０間を覆う。
本発明によって１層１５，１６．１９の少なくとも一層
は圧密粉末金属とし、好適な例では３１ｍすべて圧密粉
末金属とする。各種の製造技法が可、　能であり、後述
する高温プレス技法及び他の技法によって第２図に示す
表面層を形成する。上述によって明らかな通り１表面層
１５．１６．１９は内側コア部１１とは全く異なる工業
上の特性を有する。同様にして層１６．１９は層１５と
は異な９１層１６は層１９とは異なる。各層とコア部材
１１とはそれ故別個に製造し、又は冷間プレス前た粉末
混合物として所、要部に被覆する。かくして。
第３図の矢印で示す通シ、多数の処理計画を立てること
が可能である。第３図の円で囲んだ数字は可能処理段階
であり第１表に示す。図の第１段階から開始して第１４
段階で終る複数の連続経路は個別へ処理計画を示し、夫
々一体圧密複合円錐カツタを製造できる。
第１表 第３図の主処理段階は次の通り。
１、粉末を調製。
２、予成形の生の内側コア部材１１に歯１７を含んで粉
末を冷間プレス。
３、予成形の完全密度より小さいコア部材１１に粉末を
冷間プレスして燃結又は高温プレスする。
焼結及び高温プレスは通常は好適温度範囲１８００゜〜
１２５０下（約１０００〜７００℃）で行なう。
焼結の場合は標準焼結時間は温度に応じて０．５〜４時
間とする。
４、完全密度コア部材１１を鍛造又は鋳造。
５、粉末硬質金属組成皮層１９を被覆。即ち。
塗布、スラリー浸漬又は冷間スプレーによって。
硬質金属粉と可燃有機結合剤と揮発性溶剤との混合物を
被覆する。
６、歯面にタングステンカーバイドのインサート１７Ｃ
を置く。
７、推力軸受合金粉末層１６を被覆。即ち、上述の第５
段階等の合金と結合剤の混合物を塗布。
スラリー浸漬又は冷間スプレーによって被覆。
８、　コア部材に粉末ラジアル軸受合金１５を被覆、即
ち、第５段階等の合金と結合剤の混合物を塗布、スラリ
ー浸漬又は冷間スプレーによって被覆。
９、コア部材に粉末ラジアル軸受合金１５を被覆、即ち
、第５段階等の合金と結合部との混合物を塗布、スラリ
ー浸漬又は冷間スプレーによって被覆。
１０、鍛造鋳造又は焼結粉末金属ラジアル軸受合金１５
をコア部材１１に取付、 １１、焼成又は乾燥して粉末層１５．１６及び又は１９
から結合剤を除去する。乾燥は例えば室温で一夜放置す
る。スラリー被覆層が厚い時は予成形品を非酸化雰囲気
内で７０〜３００下（２０〜１５０℃）で数時間焼成し
結合剤の揮発性成分を完全に揮発させる。
１２、高温プレスして集成物を完全密度即ち理論密度の
９９％に圧密した円錐カッタを形成する。
標準の高温プレス温度範囲は１９００〜２３００″Ｆ（
約１０５０〜１３００℃）とし、圧力は２０〜５０　ｔ
Ｏ’／ｉｎ、２（約３〜８ｔＯ？＆／、２）を必要とす
る。
１３、高密度とした円錐にラジアル軸受合金１５を溶着
する。
１４、最終仕上即ち、内径形状の研削又は機械加工、軸
受の仕上研削、シール座の仕上加工、検査等を行なう。
上述の概要とした処理は処理作業の流れ内に含まれる主
要段階のみを記した。同様に製造される製品のだめの大
部分の処理計画に通常使用される二次作業は簡単のため
に省略した１例えば、清掃。
小欠陥修理のための手での補修、離れた粒子又は酸化被
膜除去のためのテント９メラスト１寸法、材買上の検査
等が含まれる。
粉末金属処理業界の冶金技法の当業者に明らかな通り、
上述の処理段階はすべて新規である。各計画は処理上の
観点から多くの利点を有し、次の通りである。
（１）　　第１表の第１２段階に示す高温プレス作業の
ために複合カッタ構造物を製造するすべての組立作業即
ち、塗装、スプレー、取付等は室温又は室温に近い温度
で行なわれる。このため、高温圧密前の熱的特性差又は
低強度未圧密状態に伴なう問題点は生じない。修理作業
１寸法形状制御、処理間の取扱は著しく簡単になる。
（２）粉末金属又は合金又は金属複合物の表面層を酢酸
セルローズ等の揮発性結合剤、コーンスターチ及び各種
蒸留生成物を使用して被覆することによって、結合剤で
強固に保持した丈夫な粉末層となり、全体の未圧密円錐
部材の生の強度を強くする。これは表面層厚さの制御、
処理間の組立体の取扱を容易にし、カーバイドのインサ
ートの機械的支持となる。
（３）表面層を低温で被覆するため粉末の高温スプレー
に伴なう欠陥は生じない。
（４）上述の各種計画は何れも完成形に近い製品となり
、既知の円錐カッタ製造に必要とする長時間の機械加工
を必要としない。
円錐材料。
第２図に示す円錐断面の各部は夫々使用間鮫良の機能を
得るためには異なる工業的特性が必要である。従って各
部のための材料は個別に選択する必要がある。
内部コア部材１１は高強度と靭性を有する合金製とし、
所要熱処理温度は、冷却応力による損傷を少なくするた
めに、好適な例で１７００’Ｆ（約９５０℃）以下で所
要機械的性質を得る材料とする。この制限に適合する材
料の例は次の通りである。
（１）　　低合金鋼（鉄系）の焼入級、組成はＣ０，１
〜０．６５　％、　Ｍｎ　Ｏ，２５〜２．Ｏｆｙ、３４
　０．１５〜２．２％、　Ｎｆ　　３．７５％以下、Ｃ
ｒ、２％以下。
Ｍ（１０，４％以下、ＶＯ，３％以下、残部鉄で他の素
素合計、０１ｉＪｔチ以下。
（２）鋳造可能合金鋼１合金成分合計８％以下。
ＡＳＴＭ−ＡＪ　４８−８０級。
（３）超高強度鋼１例えば、Ｄ−５Ａ、）（−１１、９
Ｎｊ　　−４Ｃｏ　、　１８Ｎｓ　？Ｌ／−ジング。
３００−’Ｍ％４１３０，４３３０Ｖ、４３４０゜これ
らの鋼は上述の（１）と同じレベルのＣ，Ｍ％。
Ｓｔを含む。しかし、他の合金素子の含有量が高い。Ｏ
ｒ５％以下、Ｎ５１９．０％以下１ＭＯ５，０チ以下、
Ｖｌ、０％以下、Ｃｏ８．０％以下。
残部鉄、他の素子合計、０チ以下。
（４）鉄系粉末金属鋼１組成はＦ＃　７９〜９８チ。
Ｃｘ　Ｏ，〜２０２０チ０．４〜、０．ＮｊＯ〜４．０
０（５）時効硬化マルテンサイト　ステンレス鋼。
組成は上述の（３）と同様であるが、Ｃｒ２Ｏ％以下。
ＡＡ！２．５チ以下、　Ｔｓ　　、５チ以下、　Ｃｓ　
４．０チ以下、コロンビウムとタンタル０．５％以下、
何れの場合にもコア部材の機械的性質は次の値以上とす
る。
抗張力　　１３０　ｋａｉ 降伏点　　８０に１ゼ 伸び　５％ 絞　　　リ　　　　　　１５　％ 衝撃強度 耐摩耗被覆１９については、厚さ０．０１〜ｏ、２ｏｉ
ｒＬ（約０．２５〜５ｆｉｉ）の範囲とし、均等す厚さ
とする必要はない。円錐外皮用として好適な材料は次の
通シである。
（１）耐火性硬質複合物の粒子の複合混合物を結合金属
又は合金内にあるようにし、耐火性硬質複合物はミクロ
硬ｆｌ　ＯＯＯｋｇ／ｘｘ２（５０〜１００ｇ試験荷重
）以上、融点１６００℃以上を市販の純粋形状で有し、
結合金属又は合金は鉄、ニッケル、コバルト又は銅をベ
ースとする。耐火性硬質複合物の例として、Ｔｉ、Ｗ、
ｋｌ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＭＯ，Ｔａ、　Ｗｂ、　Ｈ／の
カーバイド、酸化物、窒化物、硼化物、又はその溶解可
能混合物とする。
（２）特殊工具鋼の市販粉末とし、大量の強いカーバイ
ド形成物、例えば’ｒ＜、Ｖ、Ｎｂ％Ｍ６．Ｗ。
Ｃｒを有し、Ｃ含有量は２．０重量％以上。
（３）遷移素子Ｆｇ、Ｎｉ　　又はＣｏベースの表面硬
化合金で次の化学組成範囲とする。（重量％）Ｃｏ（−
ス　Ｎｏｄ−スＦ−ベース Ｃデ　　　２５〜３０　　　　　　１０〜３０　　　　
　　　０〜２７ＣＯ，１−：３５　　　０．４〜３．０
　　　　０．１〜４．ＯＷ４〜１３　　　　０〜５゜Ｏ
− ＭｏＯ〜５０〜１７．００〜１１ ＢＯ〜２５　　　　０〜５．０− Ｆ’ｓ　　　Ｏ〜３．０３〜２９　　　　　残部Ｎｉ　
　　Ｏ〜３．０　　　　　残部　　　　　　Ｏ〜１６７
５Ｃｏ　　　残部　　　　　Ｏ〜１２− ８ｉ　　　Ｏ〜２．ＯＯ〜４．）０〜、５Ｍ　ｓ　　　
Ｏ〜、ＯＯ〜、０　　　　０〜、０（４）耐摩耗金属間
材料としてＣｏ又はＮ＜　を主成分とし、　Ｍｏ　　２
５〜３５％、Ｃｒ　　８〜１８％。
ｓ＜　２〜４チ、ＣＯ〜０．０８チ、を含む。
推力軸受１６は硬度３５Ｒｃを有する金属又は合金を使
用できる。この場合の複合構造物は一部゛を潤滑材料例
えば二硫化モリブデン、錫、０％。
Ａ９．Ｐｂ　　又はその合金、又はグラハイドとするこ
とができる。
コバルトセメントのタングステンカーバイドインサー）
１７ｃはｆｌｃ２図のカッタの歯とし、市販のコバルト
タングステンカーバイド組成物としてＣｏ含有量は通常
５〜１８％の範囲とする。
軸受合金１５については、別に製造したインサートとし
て円錐部材間に組込む時には、焼入、滲炭、窒化、硼化
鋼の何れか又は多数の市販の非鉄軸受合金、例えばブロ
ンズとする。軸受を溶着する時は、材料はブロンズとす
る。軸受を予じめ被着した粉末から一体に高温プレスす
る時、又はインサートを粉末冶金の既知の技法で製造す
る時は。
内部に分散した相が軸受に潤滑性を与える複合構造物が
好適である。
実施の例、 ローラーカッタを製造する例として第１表の段階、３．
５．６．７．１０．１、１２．１４を行なう。低合金鋼
組成を組合せて最終化学組成は％Ｍｎ　０．２２％、　
ＭＯｏ、２３％、　Ｎｉ　、８４ｅｓ。
Ｃ０，２５％、残部は主として鉄とする。粉末に極めて
少量のステアリン酸亜鉛を潤滑用として混合し、低温プ
レスを３５　ｋｍｓ　　の圧力として第２図に示すコア
部材１１を成形した。この製品を強度を増すために、２
０５０″Ｆ（約１１５０℃）で１時間焼結した。
ステライト准１合金粉末と３重量％の酢酸セルローズに
混合物を所要粘度とするに必要なアセトンを混合してス
ラリーを製造した。ステライト屑１の公称成分は次の通
りである。０ｒ３０重量％。
Ｃ２，５％、Ｓｓ１％、Ｗ１２．５％、Ｆ−及びＮｉ夫
々１チ以下、残部Ｃｏである。スラリーを箪装用刷毛を
使用してコア部材の全外面に被覆し。
使用間に摩耗して自己研ぎ効果を生ずるための歯の部分
を除く。歯の一側のみをスラリーで覆い。
スラリーが乾燥硬化する前にｏ、ｏｓｉｎ、（約２顛）
の厚さのコバルトセメント（６％コバルト）タングステ
ンカーバイドインサート（第４ａ図）をスラリーに圧入
した。カーバイト１インサート縁の余分のスラリーを除
去し、界面は刷毛で平滑にした。
第２図に示す推力軸受面１６に合金鋼粉末をスラリー状
として薄い層を被覆した。推力軸受合金鋼の組成はコア
部材を製造した鋼と同様であるがＣＯ，Ｓ＊とした。燐
入焼戻熱処理によって推力軸受面はコア部材よりも硬く
なり、所要耐摩耗性を得る。
厚さ０．１　ｉｎ、　（約２．５　＊ｘ　）のＡｌ５１
１０５５炭素鋼管をコア部材のラジアル軸受部に嵌入し
、コア部材に使用した合金鋼粉末のスラリーの薄い層の
上に嵌入した。
上述の成形とした組立体を乾燥器内で１００’Ｆ（約４
０℃）で−夜乾燥し、使用スラリーの全部の揮発成分を
揮発させた。次に誘導加熱によって２２５０下（約１２
５０℃）に４分間加熱し、高温セラミック粒の同様に２
２５０’Ｆ（約１２５０℃）のものに埋込んで円筒形ダ
イス内に収容した。
圧力４０　ｔｏｎ／１ｒＬ２　（約７　”’／ｍ”）を
液圧プＬ／スによって上記の粒に作用させた。加圧され
た粒は圧力を成形品にすべての方向から伝達する。最高
圧力は４〜５秒で到達し、最高圧力を２秒以下保って、
圧力を下げる。ダイス内容物を排出し、粒を除き、圧密
されたローラービットカッタを得る。
製品が１６００’Ｆ（約９００℃）以下に冷却する前に
１５６５下（約８５０℃）の炉内に移し、１時間保って
油冷する。酸化を防ぐために炉内雰囲気は非酸化分解ア
ンモニアから成る。焼′入れた部品は１０００下（約５
４０℃）で１時間焼戻し。
空冷してコアの靭性を得る。
同様の処理とした引張試験棒は引張試験により抗張力１
５２　ｋｚｉ　　、降伏点１４１４ａｓ、伸び１２チ、
絞り３９％を得た。同様の処理をし、焼戻温度を４５０
”Ｆ（約２３０℃）とした引張試験棒は抗張力２１５＆
ａｉ　　、降伏点１８５＆ｓｊ。
伸び７チ、絞シ２１チであった。焼戻し温度を選択すれ
ば圧密コア部材の機械的性質を所要値とすることができ
る。
他の例として、耐摩耗外皮及び推力軸受面用の粉末スラ
リーとして酢酸セルローズ、５％をステライト屑１粉末
に混合する。成形品を１００下（約４０℃）で−夜でな
く２５０’Ｆ（約１２０℃）２時間とし、他の処理段階
は上述と同様とした。
両側によって製造した２個の部品は目視上の差はなかっ
た。
他の例としてラジアル軸受合金をコア内壁に取付けるた
めに同様のスラリーとしたＮｉ粉末を使用した。ラジア
ル軸受合金とコア部材との間の結合は前の例と同様に著
しく強固であった。
他の関連情報。
本明細書の複合とはミクロ構造的な意味にも工業的な意
味にも使用した。即ち１個々の微細相が他の器内に分散
して成った材料を複合相とし１個個の比較的大きな部分
が他の部分と組合された物品を複合と称した。コバルト
内カーバイド粒子の混合物から成る合金はミクロ構造上
は複合層であり、各種の別の層、カーバイド又は他のイ
ンサートから成るカッタは複合部品と称した。
第１表の生とは粉末金属部品が所要の密度ではないが取
扱量破損を生じないだけの強度を有するものを称した。
第１表の焼結とは粉末等の材料を密に接触させ加熱して
冶金結合を生じさせたものを称する。
本発明はピリルビットコアに次の利点を与える。
（１）複合円錐部材をはソ完成した製品とする圧密は高
温短時間加熱サイクルであり、著シく工賃の節約となる
。更に多種の材料が使用可能であり。
色々な要請の特質に応するように変えることができる。
（２）材料層の被覆は室温又は室温に近い温度であり、
熱的に活性化する技法に比較して熱誘導の構造的損傷が
ない。
（３）高温高圧短時間の処理過程は第３図に示し、時間
温度に応する拡散反応はほとんどない。
（４）ロックビット円錐構造は硬い耐摩耗性外皮を有し
、内側形状は１層の軸受合金又は２種の異なる合金をラ
ジアル軸受推力軸受用とする。すべてが高強度の靭性の
突出歯を有するコア部材を囲む。
（５）上述（４）の円錐カッタの歯の一側をコバルトセ
メントタングステンカーバイト９インサートで覆い、イ
ンサートはコア部材１１上を外皮１９と同じ材料の薄い
層で覆った上に結合する。これを第４ａ、４６図に示し
、均等な硬い刃を歯止に取付け、孔内での摩耗によって
第４Ｃ図に示す通り歯は自己研ぎ特性を有する。これは
既知の第４ｂ、４層図に示す既知の表面硬化した歯の鈍
った状態に比して著しく有利である。
（６）上述ノ（５）の円錐カッタの軸受面に予じめ成形
したインサートを複合円錐部材の圧密過程前に取付ける
。このインサートは１個以上の部材とすることができ、
少なくとも１個の部材はラジアル軸受用である。推力軸
受用は１個のインサート又は２個以上のインサートとし
設計に応じて定める。
各種のインサートを第５ａ〜５ｄ図に示す。第５α図は
１個のインサー）３０を示す。第５ｂ図では第２のイン
サート３１がインサート３０を除く全内面を覆う。第５
ａ図は第３のインサート３２と第１のインサート３０と
修正した第２のインサー）３１’　　を有する。第５ｄ
図は修正した第２第３のインサート３１１％３２ｇ　　
を有する。
（７）上述の（６）に記した円錐カッタの内面軸受イン
サー）３３．３４をコア部材１１内面に結合するだめに
、第６図に示す靭性合金の薄い層３３ａ、３４αを介挿
する。
（８）上述の（５）に記した円錐カッタの内面は軸受合
金の粉末冶金的に被覆した層に・よって形成する。
第１図のものは、ビット本体４０にねじ部４０αを設け
、円錐カッタ４１をジャーナルピン４２に球軸受４３と
推力軸受４４とによって取付ける。
第１表に示す段階３の例を第７図に示し、矢印１００．
１０１はコア部材１１の内外面からの等静圧加圧を示す
。歯１７はコア部材・と一体であり。
同様に加圧される。加圧は例えばゴム型又はセラミック
粒をコアと歯の外囲に詰めて加圧する。第１表に示す段
階１２の例を第８図に示す。第２図に示した成形品をタ
イス１０３内に収容した高温セラミック粒１０２内に埋
込み、ダイス１０３は底壁側壁１０４．１０５を有する
。プランジャ１０６を円筒孔１０５ａに嵌合し、高温粒
１０２を下方に押し、圧密力は成形品１０６に伝達され
る。かくして、コア１１の各部分及び各層は同時に圧密
され、互に結合する。
第９図は焼入鋼製のト１リルビット本体２００を示し、
上部ねじ２０１をｒリル管２０２にねじこむ０本体の下
端は大直径として溝部２０４を設ける。溝部外面２０４
ａ上に被着層２０５を本発明によって形成する。圧密被
着層２０５は例えば金属粉から形成したタングステンカ
ーバイドから成り、被着手順は次の段階とする。
α）金属粉と可燃性有機結合剤と揮発性溶剤との混合物
を本体に被覆し、 ｂ）混合物を乾燥し。
Ｃ）高温で結合剤と溶剤を燃焼させ、 ｄ）粉末金属に圧力を加えて本体上に圧密する。
この場合に結合剤は例えば酢酸セルローズとし、溶剤は
アセトンとする。代表的組成は次の通りである。
例　　　　１ 流動性混合物の成分　　　　　　重量％範囲酢酸セルロ
ーズ　　　　　　　　　、０〜５．Ｏ６アセトン　　　
　　　　　　　　　所要に応じで鋼粉（結合金属として
）　　　　　２０〜７０他の使用可能の粉末金属にはＣ
ｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ合金、Ｎ１−Ｃｒ−Ｂ合金　がある。
他の使用可能の結合剤にはワックス、ポリビニールゾチ
ラール（Ｐ　Ｖ　Ｂ）がある。他の使用可能溶剤にはジ
ブチルフタレー）　　（ＤＰＢ）がある。他の組成の例
として。
例　　　２ パラフィンワックス　　　　　　　　　２〜３チ（ステ
ライトはカボット社の商品名。ステライトＡＩ合金の組
成はＣｒ５ｏ％、Ｗ　　１２．５％、Ｃ２，５チ　残部
Ｃｏ　、） 例　　　３ ドロロ合金屑６０　　　　　　　　　９０〜９５重量％
ビリビニルブチラール（Ｐ／Ｂ）　　　　３〜６ジブチ
ル７タレー）（ＤＰＢ）　　　　　２〜４第９図は環状
に離れたカッタ２０７と、ビット２００の主本体に結合
したノズル２０８を有する。
カッタの間隔は油井底部地層に、ビットの軸線２０９を
中心とする回転に応答して切込み、ノズル２０９は切削
流体（さく井マット９）を切削部に向けて斜方向に噴出
する。この流体はさく弁管２０２内からビット開口２０
０ａを経て供給する。
かくして本発明は各種の耐摩耗部材、切削部材をロック
ビットに取付けることができ、又はロックビットを圧密
してカッタ、溝、摩耗パッド、ノズルを完全に一体に成
形することができる。他の型式のロックビット、例えば
ローラービット、剪断ビットも本発明で製造できる。
第１０〜１２図は本発明をドリルストリングスタビライ
ザー２２２に適用した例を示し、スリーブ２２１は鋼の
コア２２２と、コアに弁面２２４で取付けた外側円筒部
材２２３を有する。粉末金属被覆２２５は上述の方法で
圧密してスリーブ部材２２３上即ちスリーブ外面に形成
し、耐摩耗部分外面を形成し、スイース２２７を有し、
中実軸線２２８を中心としてらせん状とし、スリーブの
長さに沿い、さく井流体循環通路をスば一ス２２７に形
成する。更に、耐摩耗、ｅツＦ’２２９とした他の部材
をスリーブ部材２２３のらせん状ラント３２２３１１＆
に本発明の方法によって結合する。第１２α図は圧密金
属弁面２３０がパラ）−＃２２９又は他の金属部材とラ
ン）’　２２３　ｃＬ又は金属部材との間に形成される
ことを示す。セラミック粒２３１を介して圧力を粉末金
属と乾燥した結合剤との混合物に作用し、粉末金属に高
圧すなわち４５０００〜８００００７ｇｓ　　（約３．
２〜５．６　ｔ　ａｓ／ａｎ２）と高温すなわち１９５
０’〜２２５０下　（約１０５０〜１２５０℃）を作用
させる。粉末金属は硬い耐摩耗金属例えば夕／グステン
カーパイビ、鋼等から成る。
第１３図に示す本発明の適用は、２個以上の別の鋼部材
２４０．２４１の結合方法を示し、少なくとも一方は密
度がｌＯＯチよりも小さい密度とする。部品２４１をダ
イス２４２内に置いて支持する。１層の混合物、粉末の
鋼、結合剤と溶剤の上述の混合物を部品２４０，２４１
の弁面に置き。
部品を取扱容易のために接着剤で接着する。この組立体
を１１００〜１２００’Ｆ（約６００〜６５０℃）で加
熱して結合剤の酢酸セルローズを燃焼除去する。セラミ
ック粒に本体２４０の内外露出面を囲ませ、シリンダ２
４６内のプランジャ２４５によって圧力を作用させる。
圧力は部品２４０゜２４１間の粉末金属層及び１００％
より小さい密度の部品、２４０及び又は２４１を圧密す
る。部品２４０，２４１は１９００〜２１００’Ｆ（約
１０５０〜１１５０℃）の温度に加熱しそ圧密を容易に
する。
本発明は完全に成形した部材の被覆及び又は相互連結を
容易に行なうことができ、一体加工又は被覆困難な部品
に好適である。
別個に製造した金属成形品間を特別な接手なしに結合し
得ることを示すために、高さ３Ａｉｎ、（約１９１１翼
）のスラグを結合した。この実験の場合も前述と同様に
粉末金属と結合剤の混合物を接合部に施し１作業間の取
扱を容易にする。
第１の実験は低温プレスして２０％の空隙率に部分焼結
した４６５０粉末の２個のスラブを使用した。スラグの
切断面は４１６ステンレス鋼粉末セメント混合物を今回
に施して接触させた。粉末セメント混合物は結合剤とな
ると共に圧密後の弁面位置を確定するための目的となる
。
接合部の混合物を加壓器で３５０’Ｆ（約１８０℃）で
乾燥させた。２個の４６５０スラグの組立体は還元雰囲
気（分解アンモニア）内で２０５０下（約１１３０℃）
で約１０分間加熱し、高温セラミック粒内に埋込んで２
５ｔｏ％／１ｒＬ２（約４　ｔｏｎｌ−２）の圧力を２
０００’）”（約１１００℃）で作用させた。接合スラ
グの目視検査では完全な溶接が行なわれた。ミクロ構造
検査では今回に４１６粉末の目印は不鮮明であり、優れ
た溶接であった。
同様な実験を４１６粉末を目印として使用せずに行ない
、２個の４６５ｏスラグ間は完全に結合した。
他の実験において、Ａ工ＳＩ　　１０１８炭素鋼の２個
の鍛造スラブを１両部材間に４６５０合金鋼粉の層を使
用して接合した。加熱と加圧は上述と同様である。接合
部は完全な結合を示し。
目印の識別はミクロ構造において画調種間に腐蝕液に対
する応答差があるため容易に位置を知ることができた。
ロックウェルＣの硬度試験の凹みを１５０′に！ｇ荷重
で１０１８と４６５０合金の今回に押し、両材料間の接
合強度を明らかに示す。凹み作成後に分離は生じない。
プレスして部分的に焼結した４６５０と４１６のステン
レス鋼スラグの棒から製造した引張試験棒は引張試験に
よって弱い部材の４１６ステンレス内で破断し、接合弁
面は原形を保つ。破断は７３４００ｐｓｊ（約５２ｋＪ
／ｍ２）で生じ、鍛造４１６ステンレス鋼の焼鈍引張強
度に近い値であった。
発明の効果 各種の実験によって明らかになった通り、僅かに数分間
の加熱加圧サイクルによって、ｉｏｏ＊密度の鍛造金属
の機械的性質の金属部品が製造できる０本発明の製造過
程は閉鎖型プレスによって製造できない複雑な形状の部
品を製造できる。これは別に製造した部品の結合によっ
て得られ１次の過程を経た部品とする。
１、低温プレスした粉末成形品。
２、低温プレスして軽度に焼結した粉末成形品、３、鍛
造又は鋳造した成形品。
４、粉末金属被覆をセメントで施した部品。
更に、接合する各部品は異なる合金とすることもできる
。実験上次の鉄ベースの合金間の結合には大きな問題点
は生じない。ステンレス鋼、工具鋼１合金鋼及び炭素鋼
を含む。他の合金系、即ち。
Ｎｊ、Ｃｏ、Ｃｍ系の合金も何れの組合せでも接合し得
る。但し今回の酸化を防ぐ必要がある。
接合部の強度は最も弱い材料の強度に少なくとも等しい
。これは既知の被覆方法、すなわちプラズマスプレー、
化学的物理的蒸着、ろう付、インイリアルクレバイド社
の商品名コンフォルマクラッド法、二ニオンカーバイド
社の商品名ｄガン被覆よりは優れている。被榎法として
は本発明は弁面接合強度の点で優れる。
接合過程として、得られた接合強度は溶着によって得ら
れる強度と同様であるが、処理サイクル時間が短く、接
合温度が低いため、拡散は生じない。このため接合特性
はレーザー又は電子ビーム溶接等の長良の溶着過程に比
較しても優れている。
【図面の簡単な説明】
第１図は２円錐回転ドリルビットを示す断面図。 ８２図は歯加工円錐カッタの断面図−ｊｇ２　ａ図は歯
のインサートの拡大部分断面図、第３図は本発明複合円
錐ドリルビットカッタの製造過程の各段階を示す線図、
第４ｇ、４ａ図は本発明円錐カッタの歯の使用前後を示
す部分拡大断面図、第４ｂ。 ４ｄ図は既知の表面硬化歯の使用前後を示す部分拡大断
面図、第５ａ〜５ｄ図は本発明円錐カッタ内面の各種軸
受インサートを示す断面図、第６図は軸受インサートコ
ア部材の間の粉末金属結合層を示す断面図、第７図、第
８図は製造過程を示す断面図、第９図はドリルビットに
耐摩耗被覆、ノズル、カッタ素子を結合した側面図、第
１０図は本発明によって製造したスタビライザースリー
ブの側面図、第１１図は第１０図の断面図％第１２図は
第１１％１２図のスリーブの一部の拡大図、第１２ａ図
は第１２図の一部の拡大図、第１３図は２個の部材の接
合を示す断面図である。 １０．４１　　円錐カッタ １１　コア １２　中空内部 １５　ラジアル軸受層 １６　推力軸受層 １７歯 １７ｃ　　耐摩耗層 １９．２０５，２２５　　外皮層 ３０．３１，３２，３３，３４．　　インサート４０　
ビット本体 ４２　ジャーナルピン ４３．４４　　軸受 １０２．２３１　　セラミック粒 １０３　　ダイス １０６　　プランジャ ２００）”リルビット本体 ２０７　　カッタ ２０８　ノズル ２２０　ドリルストリングスタビライザ２２４　弁面 （外５名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、金属本体装置の圧密方法において、 ａ）上記本体装置表面に金属粉末と、可燃性有機機械結
    合剤と揮発性溶剤との混合物を被覆し、 ｂ）混合物を乾燥し、 ｃ）結合剤と溶剤とを高い温度で燃焼させ、 ｄ）加熱した本体装置を金属ダイス内の加熱した耐火性
    材料の粒状ベッド内に浸漬し、 ｅ）粒状ベッドに圧力を作用させ、圧力が本体装置に伝
    達されて金属粉が圧密されて本体装置に結合されること
    を特徴とする金属本体装置の圧密方法。 ２、前記結合剤は酢酸セルローズから成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記溶剤はアセトンから成ることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記粉末はほゞ銅から成ることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の方法。 ５、前記混合物は流体とし、次の何れかの方法すなわち
    、 ｉ）本体装置を混合物内に浸漬、 ｉｉ）混合物を本体装置に塗布、 ｉｉｉ）本体装置に混合物をスプレー、によつて本体装
    置に被覆することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の方法。 ６、特許請求の範囲第１項記載の方法によつて圧接され
    た被覆を有することを特徴とする本体装置。 ７、前記本体装置は複数の本体が最初は混合物の圧密粉
    末金属によつて互に接合されて成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の方法。 ８、特許請求の範囲第１項記載の方法によつて接合し、
    圧密金属粉末を本体間に介挿した複数の本体から成るこ
    とを特徴とする本体装置。 ９、前記本体の少なくとも１個が特許請求の範囲第１項
    の段階ｅ）と同時に圧密されることを特徴とする特許請
    求の範囲第７項記載の方法。 １０、前記本体の少なくとも１個が前記段階ｅ）の前に
    完全には圧密されない粉末金属製とすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１、前記本体が最初は混合物の圧密粉末金属によつて
    接合されるリム部を有することを特徴とする特許請求の
    範囲第７項記載の方法。 １２、前記本体装置には前記各段階によつて本体装置上
    の圧密被覆を形成する粉末金属層を圧密接合されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 １３、前記本体装置の最初の密度は理論密度の１００％
    よりも小さな値とし、本体装置を前記段階ｅ）と同時に
    圧密することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    方法。 １４、前記本体の１個はドリルビットコアとすることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 １５、前記本体装置はドリルビットコアとし、前記被覆
    はコア外面に形成して耐摩耗パッドを形成することを特
    徴とする特許請求の範囲第６項記載の方法。 １６、前記本体の１個はドリルビツトコアとし、他の本
    体はコアに最初は混合物の圧密粉末金属によつて接合さ
    れたカッタを含むことを特徴とする特許請求の範囲第６
    項記載の方法。 １７、前記本体の１個はドリルビツトコアとし、前記本
    体の他のものには最初は前記粉末の圧密粉末金属によつ
    てコアに結合されたノズルを含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第７項記載の方法。 １８、前記本体の１個は油井孔に使用するスタビライザ
    スリーブとし、前記被覆はスリーブ外面に形成して耐摩
    耗部分的外面とすることを特徴とする特許請求の範囲第
    ６項記載の方法。 １９、前記面は複数の面とし互に離れスリーブ外面に沿
    つたらせん状とし、これによつて間に油井流体循環路を
    形成することを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載
    の方法。 ２０、前記本体の１個は油井管の通る油井孔に使用する
    金属スタビライザスリーブとし、他の前記本体には最初
    は混合物の圧密粉末金属によつてスリーブに接合した耐
    摩耗パッドを含むことを特徴とする特許請求の範囲第７
    項記載の方法。 ２１、特許請求の範囲第１項記載の方法によつて製造し
    たことを特徴とする圧密本体装置。 ２２、別個に製造した金属本体部材の接合によつて１個
    の金属本体装置を圧密する方法において、 ａ）本体部材の接合面に金属粉末と、可燃性有機結合剤
    と、揮発性溶剤との混合物を被覆し、 ｂ）接合すべき部材を組立て上記混合物が部材接合面間
    の弱い結合接着剤の役割となり、ｃ）混合物を乾燥させ
    、 ｄ）高い温度で結合剤と溶剤とを燃焼除去し、 ｅ）本体部材の接合面間が比較的弱く結合した状態で金
    属ダイス内の耐火性材料の加熱した粒状ベツド内に本体
    部材の加熱した組立体を浸漬し、 ｆ）粒状ベツドに圧力を作用し、ベッドは圧力を部材に
    伝達し、金属本体部材は接合面に被覆した金属粉末の圧
    密によつて、及び圧密金属粉末の金属本体部材面への結
    合によつて強固に結合され、これによつて本体部材より
    複雑な形状の金属本体装置を形成することを特徴とする
    複数の金属本体部材の接合によつて金属本体装置を圧密
    する方法。 ２３、前記金属本体部材の数を３個以上とすることを特
    徴とする特許請求の範囲第２２項記載の方法。 ２４、前記部材と部材を接合するために使用する金属粉
    末とは異なる組成とすることを特徴とする特許請求の範
    囲第２２項又は第２３項記載の方法によつて製造した本
    体装置。 ２５、少なくとも接合すべき１個の前記金属本体部材は
    理論密度の１００％より小さな密度とし、粉末金属と同
    時に前記段階ｆ）において圧密することを特徴とする特
    許請求の範囲第２２項又は第２３項記載の方法によつて
    製造した本体装置。 ２６、少なくとも１個の本体部材は最初は理論密度より
    小さい密度として完全には圧密されない粉末金属から成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第２２項又は第２３
    項記載の方法によつて製造した本体装置。 ２７、前記接合面に被覆する粉末金属は接合すべき本体
    部材間接合部に置く前に部分的にストリップ状に燃結す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第２２項又は第２３
    項記載の方法。 ２８、前記段階ｅ）を実施しで粒状の圧力伝達ベッドは
    金属本体部材の組立体の一部のみを包囲し、組立体の残
    部は剛性の成形ダイズによつて支持されることを特徴と
    する特許請求の範囲第２２項記載の方法。 ２９、特許請求の範囲第１項又は第２２項の方法によつ
    て製造したことを特徴とするローラービット回転カッタ
    。 ３０、特許請求の範囲第１項又は第２２項記載の方法に
    よつて製造し、さく井に使用し刃として多結晶ダイアモ
    ンドコンパクタを使用したことを特徴とする剪断ビット
    。 ３１、特許請求の範囲第１項又は第２２項記載の方法に
    よつて製造し、さく井に使用することを特徴とするスタ
    ビライザスリーブ。 ３２、前記部材の１個は浸出可能セラミックとし、本体
    装置の圧密後に所定の凹所を形成するために化学的に除
    去することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
    ２項記載の方法。
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