JP2013163218A - 超硬合金の拡散接合方法および超硬合金の拡散接合体 - Google Patents
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Abstract
【課題】機械的強度が得られ且つ接合部の変形のない超硬合金の拡散接合方法および超硬合金の拡散接合体を提供する。
【解決手段】超硬合金製の第１被接合部材１６内にその第１被接合部材１６の固相線温度以上の温度の高温領域とその高温領域よりも第１被接合部材１６の接合面側に位置してその高温領域の温度よりも低い低温領域との間の温度勾配が形成されることで、第１被接合部材１６内の金属結合材が第１被接合部材１６の接合面側へ流動させられて一対の接合面間を満たした状態で第１被接合部材１６および第２被接合部材１８が接合されることから、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の部材を保持する程度でよいので、接合部の変形がない。
【選択図】図７
【解決手段】超硬合金製の第１被接合部材１６内にその第１被接合部材１６の固相線温度以上の温度の高温領域とその高温領域よりも第１被接合部材１６の接合面側に位置してその高温領域の温度よりも低い低温領域との間の温度勾配が形成されることで、第１被接合部材１６内の金属結合材が第１被接合部材１６の接合面側へ流動させられて一対の接合面間を満たした状態で第１被接合部材１６および第２被接合部材１８が接合されることから、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の部材を保持する程度でよいので、接合部の変形がない。
【選択図】図７
Description
本発明は、金属切削、木工切削などのための切削工具、金型などに用いる超硬合金を相互に接合する方法に関するものである。
一般に、超硬合金は、周期律表の第ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族に属する金属の炭化物粉末を、鉄、コバルト、ニッケル、クロムなどの鉄族金属から成る金属結合材を介在させた状態で焼結した合金であって、常温硬さ、中温硬さのみならず、高温硬さに優れていることが知られている。このような超硬合金は、炭化物の異なる多くの種類があるが、高温硬さが優れているＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金が多用され、それが代表的に超硬合金と称される場合もある。この超硬合金は、特に、耐摩耗性、耐衝撃性の高い切削工具や金型などとして利用されている。超硬合金製工具は、高速度鋼製工具と比較して、耐久寿命が長いので、高価ではあるがその利用が拡大される傾向にある。
ところで、上記超硬合金は、タングステンＷ、コバルトＣｏといった地球上に偏在するレアメタルを原料としており、その供給量や価格の面で不安定さが拡大する懸念があり、再利用サイクルの確立が求められている。この一例として、廃却された工具の一部である超硬合金の小片を接合することで工具素材を提供することが可能となるので、欠陥がなく信頼性の高い超硬合金の接合技術が要請されている。
たとえば特許文献１に記載されているような、主に銀ろうをろう材として用いて超硬合金を接合するろう付法が既に提案されている。このろう付法では、超硬合金と異なるろう材を溶融状態で超硬合金相互の接合面間に介在させるものであるので、均一に流動させることが難しく、接合面間に局部的空隙などの欠陥を含む場合が多く、仮に欠陥がなくても超硬合金よりも低強度のろう材によって超硬合金相互間の接合部が構成されるので、その接合部の機械的強度が低下するという問題があった。
これに対して、たとえば特許文献２に示されるように、超硬合金を拡散接合する拡散接合法が提案されている。この拡散接合法では、一対の第１の超硬合金の接合面と第２の超硬合金の接合面との間に炭素を含む鉄を主成分とする薄板を配置し、第１の超硬合金の接合面とその薄板との間、および第２の超硬合金の接合面とその薄板との間にそれぞれ銅箔を介在させた状態で７００〜１２００℃の温度と０．１〜５ＭＰａの圧力とを付与することで銅を拡散させ、上記薄板を接合層とした接合構造が形成される。これによれば、超硬合金相互間の接合部にろう材を用いないので、欠陥が生じ難くなる利点がある。
しかし、上記拡散接合法によれば、超硬合金の固相線温度よりも低い加熱温度であるために、超硬合金相互間の接合部の変形が比較的生じ難いが、接合部が超硬合金とは異質の金属製の薄板により構成されるため、超硬合金相互間の接合部の強度が超硬合金よりも低いという問題が依然として存在する。
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、超硬合金相互間の接合部において、機械的強度が得られ且つ接合部の変形のない超硬合金の接合方法を提供することにある。
本発明者等は、以上の事情を背景として種々研究を重ねた。その結果、超硬合金では、粒状の金属炭化物たとえばＷＣと溶融することでそれらを結合する鉄族の金属結合材たとえばＣｏとを含む金属組織を有しており、それらの粉体が１３５０〜１５５０℃程度の温度による部分溶融状態において均一加熱されることで焼結させられている点、拡散接合面に介在させる金属として上記金属結合材とおなじ鉄系金属が望ましいという点を前提として検討を重ねた。その結果、上記超硬合金の部分溶融状態において温度勾配が形成されると上記焼結温度よりも低温で液相状態となる金属結合材がその表面張力が相対的に大きい部分溶融領域を形成して低温側へ移動するという現象を見出し、一対の超硬合金の接合状態において、金属結合材を接合面側へ移動させるようにすなわち接合面側が低温となるように温度勾配を付与すると、超硬合金の接合界面付近で金属結合材がリッチとなって満たされるとともに超硬合金相互間の金属接合材の拡散が発生し、接合部の変形がなく超硬合金の構成材料で拡散接合ができるという事実を見いだした。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。
すなわち、本発明の超硬合金の拡散接合方法の要旨とするところは、超硬合金製の第１被接合部材と超硬合金製または他の金属材料製の第２被接合部材とを、それら一対の接合面を相互に密着させた状態で相互に拡散接合する超硬合金の拡散接合方法であって、前記第１被接合部材内に該第１被接合部材の固相線温度以上の温度で局所加熱し、該固相線温度以上の高温領域から前記接合面側に向かって低くなる温度勾配を形成し、該第１被接合部材の前記局所加熱された領域内の液相状態の金属結合材を該第１被接合部材の接合面へまたはその接合面を越えるよう流動させ、前記一対の接合面間を該金属結合材で満たして接合することを特徴とする。
本発明の超硬合金の拡散接合方法によれば、超硬合金製の第１被接合部材内に該第１被接合部材の固相線温度以上の温度で局所加熱し、該固相線温度以上の高温領域から前記接合面側に向かって低くなる温度勾配を形成し、該第１被接合部材の前記局所加熱された領域内の液相状態の金属結合材が該第１被接合部材の接合面へまたはその接合面を越えるよう流動させられて前記一対の接合面間を満たした状態で該第１被接合部材および前記第２被接合部材が接合されることから、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の部材を保持する程度でよいので、接合部の変形がない。
ここで、好適には、前記第１被接合部材および第２被接合部材は、相互の端面が突き合わされた軸状部材であり、該第１被接合部材は、その長手方向のあらかじめ実験により得られた、または計算で求められた位置で前記固相線温度以上の高温領域となるように局所加熱され、該高温領域よりも接合面側に該固相線温度よりも低い低温領域が形成されることにより、該第１被接合部材内の金属結合材が該第１被接合部材の接合面へまたはその接合面を越えるよう流動させられ、前記一対の接合面間が該金属結合材で満たされた状態で接合される。このため、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の被接合部材を位置決めして保持する程度でよいので、接合部の変形がない。
また、好適には、前記第１被接合部材および第２被接合部材は、相互に組成が同じか又は組成が異なる超硬合金製であって、零〜５ＭＰａの加圧力で相互の接合面が密着させられるとともに、真空雰囲気下またはアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で、前記加熱が行なわれる。また、前記第２被接合部材は、高速度鋼或いは工具鋼製である。また、前記第１被接合部材の局所加熱は、高周波誘導加熱コイルを用いる他に、電気ヒータやレーザ光、ハロゲン光などによる局所加熱であってもよい。
また、好適には、超硬合金製の第１被接合部材と、超硬合金製または他の金属材料の第２接合部材とを、それらの一対の接合面を相互に密着させた状態で相互に拡散接合された接合部を有する超硬合金の拡散接合体であって、前記接合部、あるいは接合部付近における前記超硬合金に含まれる金属結合材の濃度が他の部分に比較して、少なくとも一箇所が高濃度であることを特徴とする。これによれば、第１被接合部材の金属結合材が前記一対の接合面間を満たした状態で該第１被接合部材および前記第２被接合部材が接合されることから、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の部材を保持する程度でよいので、接合部の変形がない。
本発明は、エンドミルやタップ、ドリルなどの回転切削工具の他、バイト等の非回転式の切削工具、或いは、転造工具、ダイスなど、種々の形状の超硬合金製工具の接合に好適に適用されるが、一対の被接合部材の一方が少なくとも超硬合金製であればよい。他方の被接合部材の材質としては、高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の金属材料であっても良い。
図１は、本発明方法が適用される超硬合金用拡散接合装置１０の構成の要部を説明する概略図である。超硬合金用拡散接合装置１０は、基台１２上に載置されることで内部に気密な空間を形成する容器状のチャンバー１４を備えている。このチャンバー１４内には、少なくとも一方が超硬合金製の一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８を相互の端面すなわち接合面が互いに突き合わされた状態に同軸心状態で挟持し且つ必要に応じて加圧力すなわち挟圧力を変更するワーク保持装置２０と、一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合部を加熱するためにそれら一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８が貫通させられる高周波加熱コイル２２と、それら高周波加熱コイル２２を支持するコイル支持装置２６とが、設けられている。
上記ワーク保持装置２０は、支持台２０ａと、その支持台２０ａに上下方向に摺動可能に案内される可動部材２０ｂと、その可動部材２０ｂを上下方向に駆動するアクチュエータ２０ｃを備え、アクチュエータ２０ｃが可動部材２０ｂを駆動することで、支持台２０ａの上面である挟持面とそれに対向する可動部材２０ｂの挟持面との間を接近させてそれらの間に一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８が挟持され、接合時の圧力が設定されるようになっている。アクチュエータ２０ｃは、たとえば電動機、空圧シリンダ、油圧シリンダなどにより駆動源を有している。
チャンバー１４内には、その空間内をアルゴンガスで代表される不活性ガスで充填するために電磁弁３０を介して不活性ガス供給装置３２が接続されているとともに、その空間内を真空状態とするために真空ポンプなどから成る排気装置３４が接続されている。また、チャンバー１４内の高周波加熱コイル２２には、単一又は複数の周波数の高周波電流を供給する高周波電源装置３６が接続されている。
電子制御装置４０には、高周波加熱コイル２２による第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の局所加熱部位の温度を熱電対で或いは輻射光で計測するための温度計４２が接続されている。電子制御装置４０は、所謂マイクロコンピュータから構成されており、予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理し、ワーク保持装置２０のアクチュエータ２０ｃ、高周波加熱コイル２２、コイル装置２６、電磁弁３０、排気装置３４を制御する。
図２は、超硬合金用拡散接合装置１０を用いた拡散接合により工具を製造する工程の要部を説明する工程図である。図３は、製造工程において用いられる被接合部材を説明するための図である。被接合部材装着工程Ｐ１では、たとえば図３(a)に示すように、超硬合金製エンドミルなどの使用済の工具ＡおよびＢを用意し、(b)に示すように、それぞれ構成するシャンク部Ａ１、Ｂ１、刃部Ａ２およびＢ２を切断砥石或いはダイヤモンド砥石を用いて切断し、(c)に示すように、シャンク部Ａ１およびＢ１を相互の接合面が互いに突き合わされた状態として、図１に示すようにチャンバー１４内のワーク保持装置２０に装着する。これらシャンク部Ａ１およびＢ１が前記一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８に対応している。この一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８は、たとえば、平均粒径０．８μｍの金属炭化物すなわちＷＣが９０ｗｔ％、結合材金属としてのＣｏが１０ｗｔ％の超硬合金製であって、直径１２ｍｍφ、長さ３０ｍｍである。
電子制御装置４０は、一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８についての材質、寸法、品番などが入力された後、図示しない起動ボタンの操作に応答して、雰囲気設定工程Ｐ２、加圧値設定工程Ｐ３、コイル位置制御工程Ｐ４、加熱温度制御工程Ｐ５を自動的に実行する。
電子制御装置４０は、入力された第１被接合部材１６、第２被接合部材１８の材質、寸法、品番などに基づき予め記憶されたプログラムに従って電磁弁３０または排気装置３４を制御することにより、チャンバー１４内を４Ｐａ程度の低圧アルゴンガス雰囲気とするか或いは４×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気に設定する。この作動は、図２の雰囲気設定工程Ｐ２に対応している。
次に、電子制御装置４０は、入力された第１被接合部材１６、第２被接合部材１８の材質、寸法、品番などに基づき予め記憶されたプログラムに従ってアクチュエータ２０ｃを制御することにより、ワーク保持装置２０に装着された一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面の押圧力として、０〜５ＭＰａの範囲内の押圧力に設定する。この作動は、図２の加圧値設定工程Ｐ３に対応している。
次いで、電子制御装置４０は、入力された一対の第１被接合部材１６、第２被接合部材１８の材質、寸法、品番などに基づき予め記憶されたプログラムに従って、高周波加熱コイル２２の位置を、たとえば、元位置から第１被接合部材１６の予め定められた軸方向位置に設定する。この作動は、図２のコイル位置制御工程Ｐ４に対応している。
電子制御装置４０は、さらに、入力された一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の材質、寸法、品番などに基づき予め記憶されたプログラムに従って、高周波加熱コイル２２による高周波誘導加熱を行なう。その際に、温度計４２により検出される一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８のうち高周波加熱コイル２２による局所加熱部位が超硬合金の固相線温度或いは液相線温度(１２５０−１３２０℃、代表的には１３００℃)よりも十分に高い温度１３５０〜１５５０℃、好適には１４００℃程度とする。その局所加熱部位から離れている一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近である接合部位が、たとえば１３００℃程度の温度となるように、位置させられている高周波加熱コイル２２への高周波電流を制御して加熱温度を一定時間、たとえば３００秒の間維持した後、高周波誘導加熱を停止するように温度プロファイルを制御する。この作動は、図２の加熱温度制御工程Ｐ５に対応している。この加熱温度制御工程Ｐ５は、一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面で拡散接合を行うので、拡散接合工程でもある。
図２の加熱温度制御工程Ｐ５が終了すると、取り出し工程Ｐ６において相互に拡散接合されることにより一体化した一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８が超硬合金用拡散接合装置１０から取り出され、続く研削加工工程Ｐ７において、一体化した一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８に研削加工が施されることにより、超硬合金製切削工具、たとえば図３の(a)に示すような超硬合金製エンドミルが得られる。
拡散接合を行なうだけであれば、一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合部に８ＭＰａ程度の高い押圧力を付与しつつ１２５０℃程度の加熱温度で加熱することで一応可能となる。しかし、この場合、全面密着が難しく、超硬合金内の金属組織で金属炭化物の結晶粒が粗大化するとともにη相が出現する点で、好ましくはない。また、１２００℃の加熱温度であれば、さらに高い１２ＭＰａ程度の押圧力を付与すれば、一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合部の拡散接合が一応可能となる。しかし、この場合、クリープ変形量が大きくなるので、研削の取り代が増加して、歩留りが低下する。これに対して、本実施例の上記拡散接合は、それらよりも低押圧力で拡散接合が行なわれる特徴がある。
図４乃至図６は、本実施例の拡散接合の原理である、超硬合金中の金属結合材であるコバルトＣｏの移動を説明する図である。図４に示すように誘導加熱コイル２２を、平均粒径が０．８μｍであり９０ｗｔ％のＷＣの結晶を１０ｗｔ％のコバルトＣｏが結合させているＷＣ−Ｃｏ系超硬合金製の棒材Ｔ(１２ｍｍφ×３０ｍｍ)の一端に位置させて、高周波誘導加熱により１３５０℃まで昇温させ、５分の間保持した。図５はその外観を示し、(a)は加熱時の棒材Ｔの下端から軸心方向の温度分布、(b)は棒材Ｔの下端から軸心方向のコバルト濃度分布、(c)は棒材Ｔの下端から軸心方向の直径の分布をそれぞれ示している。上記コバルト濃度の測定は、元素分析装置ＥＤＸが用いられる。
棒材Ｔの長手方向のうち、加熱温度が１２５０〜１２８０℃付近にはコバルトリングと称されるやや白い領域Ｗが形成される。この領域Ｗは、図５の(b)に示すようにコバルト濃度が他の部分と比較して２倍以上と局所的に高く、図５の(c)に示すように直径が局所的に大きい。図６の模式図に示すように、超硬合金は、その固相線温度以上に加熱されると半溶融状態となり、金属結合材であるコバルトＣｏは液相となっていて、温度が相対的に低い位置へ向かって移動したと考えられる。コバルトＣｏは、相対的に低い温度の表面張力が大きいため、液相領域内で温度勾配があると温度勾配の低温側へ移動する。この液相の金属結合部材Ｃｏの流動は、銅線を半田付けする際に半田が溶融すると低温側へ移動する現象や、フライパン上で油を加熱すると高温領域から低温領域へ油が流動する現象と類似している。この現象を利用してコバルトＣｏを接合面間に満たすことで、本実施例の拡散接合が行なわれる。以下において、拡散接合の実験例を説明する。
＜実験例１＞
図７は、超硬合金用拡散接合装置１０を用いた接合方法すなわち加熱方法の一例を説明している。この方法では、チャンバー１４内で一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８に長手方向の押圧力を０ＭＰａとして支持するとともに、４×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気とし、次いで図７の(a)に示すように、その第１被接合部材１６の長手方向のあらかじめプログラムされた局所加熱部位に高周波加熱コイル２２を位置させてそこで１３５０℃程度の高周波誘導加熱を行なって第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近である接合部位が１３００℃程度となるようにして、３００秒間保持し、その後加熱を終了した。この加熱後の外観を図７の(b)に示す。コバルトリングと称されるやや白い領域Ｗが第１被接合部材１６の軸端と第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近とにそれぞれ形成されている。図８は、この第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近の断面を拡大して示すＳＥＭ写真である。第１被接合部材１６の端面である接合面と第２被接合部材１８の端面である接合面との間には、流動したコバルトＣｏで充満されていることで、拡散接合が確認された。実験例１では、接合部位の温度が１３００℃になるように高周波加熱位置を選定したが、結合材が接合部を越えるように図７（ａ）の位置と接合部の間に高周波加熱位置を選定した場合でも接合面部に結合材が満たされることを確認した。
図７は、超硬合金用拡散接合装置１０を用いた接合方法すなわち加熱方法の一例を説明している。この方法では、チャンバー１４内で一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８に長手方向の押圧力を０ＭＰａとして支持するとともに、４×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気とし、次いで図７の(a)に示すように、その第１被接合部材１６の長手方向のあらかじめプログラムされた局所加熱部位に高周波加熱コイル２２を位置させてそこで１３５０℃程度の高周波誘導加熱を行なって第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近である接合部位が１３００℃程度となるようにして、３００秒間保持し、その後加熱を終了した。この加熱後の外観を図７の(b)に示す。コバルトリングと称されるやや白い領域Ｗが第１被接合部材１６の軸端と第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近とにそれぞれ形成されている。図８は、この第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の接合面付近の断面を拡大して示すＳＥＭ写真である。第１被接合部材１６の端面である接合面と第２被接合部材１８の端面である接合面との間には、流動したコバルトＣｏで充満されていることで、拡散接合が確認された。実験例１では、接合部位の温度が１３００℃になるように高周波加熱位置を選定したが、結合材が接合部を越えるように図７（ａ）の位置と接合部の間に高周波加熱位置を選定した場合でも接合面部に結合材が満たされることを確認した。
＜実験例２＞
実験例１では、一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８に長手方向の押圧力を０ＭＰａとされていたが、その押圧力を５ＭＰａとし、他の条件を変えないで同様に第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の高周波誘導加熱を行なったところ、実験例１と同様の拡散接合が行なわれた。
実験例１では、一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８に長手方向の押圧力を０ＭＰａとされていたが、その押圧力を５ＭＰａとし、他の条件を変えないで同様に第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の高周波誘導加熱を行なったところ、実験例１と同様の拡散接合が行なわれた。
＜実験例３＞
実験例１ではチャンバー１４内は４×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気とされた状態で一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の加熱が行なわれたが、４Ｐａ程度のアルゴンガス雰囲気とし、他は実験例１と同様に第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の加熱を行なったところ、実験例１と同様の拡散接合が行なわれた。
実験例１ではチャンバー１４内は４×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気とされた状態で一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の加熱が行なわれたが、４Ｐａ程度のアルゴンガス雰囲気とし、他は実験例１と同様に第１被接合部材１６および第２被接合部材１８の加熱を行なったところ、実験例１と同様の拡散接合が行なわれた。
＜実験例４＞
この実験例４は折損強度を確認するためのものである。一対の軸状の第１被接合部材１６と第２被接合部材１８の軸方向の押圧力を２ＭＰａとした以外は実験例１と同じ条件でセットされた状態で、高周波加熱コイル２２により１４００℃に加熱してその状態を３００秒保持した後、加熱停止されることにより第１被接合部材１６と第２被接合部材１８とを拡散接合により一体化した軸状素材を得た。次いで、その拡散接合による一体化された軸状素材から、研削加工することにより刃径１０ｍｍφのエンドミルを製造した。次いで、以下に示す切削加工条件で１刃当たりの送り量(ｍｍ／ｔ)を１４種類変化させて、図９に示す状態で切削試験を行なうとともに、比較例として拡散接合のない一体の超硬合金製軸状素材から同様に製造したエンドミルを用いて同様の切削試験を行なった。
この実験例４は折損強度を確認するためのものである。一対の軸状の第１被接合部材１６と第２被接合部材１８の軸方向の押圧力を２ＭＰａとした以外は実験例１と同じ条件でセットされた状態で、高周波加熱コイル２２により１４００℃に加熱してその状態を３００秒保持した後、加熱停止されることにより第１被接合部材１６と第２被接合部材１８とを拡散接合により一体化した軸状素材を得た。次いで、その拡散接合による一体化された軸状素材から、研削加工することにより刃径１０ｍｍφのエンドミルを製造した。次いで、以下に示す切削加工条件で１刃当たりの送り量(ｍｍ／ｔ)を１４種類変化させて、図９に示す状態で切削試験を行なうとともに、比較例として拡散接合のない一体の超硬合金製軸状素材から同様に製造したエンドミルを用いて同様の切削試験を行なった。
（切削試験条件）
・被削材種：加工長さが８５ｍｍのブロック状のＳ５０Ｃ
・加工方法：溝切削
・１刃当たり送り量：０．０３〜０．１５ｍｍ／ｔ
・切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ
・切り込み：５ｍｍ
・切削油剤：エアブロー
・突き出し長：４０ｍｍ
・使用機械：立型マシニングセンタ(ＢＴ４０)
・被削材種：加工長さが８５ｍｍのブロック状のＳ５０Ｃ
・加工方法：溝切削
・１刃当たり送り量：０．０３〜０．１５ｍｍ／ｔ
・切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ
・切り込み：５ｍｍ
・切削油剤：エアブロー
・突き出し長：４０ｍｍ
・使用機械：立型マシニングセンタ(ＢＴ４０)
図１０は上記の切削結果を示す図表であって、「従来品」は一体の超硬合金製軸状素材から製造したエンドミルを示し、「本発明品」は第１被接合部材１６と第２被接合部材１８とを拡散接合により一体化した軸状素材から製造したエンドミルを示し、丸印は折損しなかった場合を示し、バツ印は折損した場合をそれぞれ示している。図１０に示すように、「従来品」および「本発明品」は、送り量が０．１４ｍｍ／ｔまでは共に折損せず、送り量が０．１５ｍｍ／ｔに至ると共に折損した。すなわち、第１被接合部材１６と第２被接合部材１８とを拡散接合により一体化した軸状素材から製造したエンドミルは、一体の超硬合金製軸状素材から製造したエンドミルと同等の折損強度を示した。折損箇所は接合部ではなく、ともに溝の切り上がり部であった。
上述のように、本実施例の超硬合金の拡散接合方法によれば、超硬合金製の第１被接合部材１６内にその第１被接合部材１６の固相線温度以上の温度の高温領域とその高温領域よりも第１被接合部材１６の接合面側に位置してその高温領域の温度よりも低い低温領域との間の温度勾配が形成されることで、第１被接合部材１６内の金属結合材が第１被接合部材１６の接合面へまたはその接合面を越えるよう流動させられて一対の接合面間を満たした状態で第１被接合部材１６および第２被接合部材１８が接合される。このことから、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８を保持する程度でよいので、接合部の変形がない。したがって、研削加工により工具を製造する場合に、材料歩留りが向上する。
また、本実施例の超硬合金の接合方法によれば、一対の軸状の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８は、相互の端面が突き合わされた軸状部材であり、第１被接合部材１６は、その長手方向の中間部が固相線温度以上の高温領域となるように局所加熱され、その高温領域よりも接合面側に第１被接合部材１６の固相線温度よりも低い低温領域が形成されることにより、第１被接合部材１６内の金属結合材(コバルトＣｏ)が第１被接合部材１６の接合面へまたはその接合面を越えるよう流動させられ、一対の接合面間がその金属結合材で満たされた状態で接合される。このため、一対の接合面間にろう材などの超硬合金とは異質の金属が介在しないので機械的強度が得られる。また、接合中は一対の接合面が位置する接合部には固相線温度よりも低い低温領域に維持されるとともに、強く押圧せず、拡散接合のために一対の第１被接合部材１６および第２被接合部材１８を保持する程度でよいので、接合部の変形がない。
また、本実施例の超硬合金の拡散接合方法によれば、第１被接合部材１６および第２被接合部材１８は、共に超硬合金製であって、零〜５ＭＰａの加圧力で相互の接合面が密着させられるとともに、真空雰囲気下またはアルゴンガス雰囲気下で、加熱されることで拡散接合が行なわれる。このため、加熱時の材料変形が少なく、しかも酸化が防止される。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
たとえば、前述の実施例において、第１被接合部材１６および第２被接合部材１８は、相互に同じ組成の超硬合金、相互に異なる組成の超硬合金、一方が超硬合金で他方が高速度鋼、工具鋼などの鋼材であってもよい。
また、前述の実施例において、第１被接合部材１６および第２被接合部材１８は、丸棒状であったが、短形状などの他の形状であってもよい。
なお、上述したものはあくまでも一実施形態であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で変更される。
１０：超硬合金用拡散接合装置
１６：第１被接合部材
１８：第２被接合部材
２２：高周波加熱コイル
Ｐ４：コイル位置制御工程
Ｐ５：加熱温度制御工程
１６：第１被接合部材
１８：第２被接合部材
２２：高周波加熱コイル
Ｐ４：コイル位置制御工程
Ｐ５：加熱温度制御工程
Claims (4)
- 超硬合金製の第１被接合部材と超硬合金製または他の金属材料製の第２被接合部材とを、それら一対の接合面を相互に密着させた状態で相互に拡散接合する超硬合金の拡散接合方法であって、
前記第１被接合部材内に該第１被接合部材の固相線温度以上の温度で局所加熱し、該固相線温度以上の高温領域から前記接合面側に向かって低くなる温度勾配を形成し、該第１被接合部材の前記局所加熱された領域内の液相状態の金属結合材を該第１被接合部材の接合面へまたは該接合面を越えるように流動させ、前記一対の接合面間を該金属結合材で満たして接合することを特徴とする超硬合金の拡散接合方法。 - 前記第１被接合部材および第２被接合部材は、相互の端面が突き合わされた軸状部材であり、
該第１被接合部材は、その長手方向の中間部が前記固相線温度以上の高温領域となるように局所加熱され、該高温領域よりも接合面側に該固相線温度よりも低い低温領域が形成されることにより、該第１被接合部材内の金属結合材が該第１被接合部材の接合面へまたは該接合面を越えるように流動させられ、前記一対の接合面間が該金属結合材で満たされた状態で接合されることを特徴とする請求項１の超硬合金の拡散接合方法。 - 前記第１被接合部材および第２被接合部材は、相互に組成が同じかまたは組成が異なる超硬合金製であって、零〜５ＭＰａの加圧力で相互の接合面が密着させられるとともに、真空雰囲気下またはアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で、前記加熱が行なわれることを特徴とする請求項１または２に記載の超硬合金の拡散接合方法。
- 超硬合金製の第１被接合部材と、超硬合金製または他の金属材料製の第２接合部材とを、それらの一対の接合面を相互に密着させた状態で相互に拡散接合された接合部を有する拡散接合体であって、
前記接合部あるいは接合部付近における前記超硬合金に含まれる金属結合の濃度が他の部分に比較して少なくとも一箇所が高濃度であるこことを特徴とする超硬合金の拡散接合体。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112045294A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-12-08 | 中国航空制造技术研究院 | 局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置 |
| CN114669902A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-06-28 | 宜兴市鼎锋模具制造有限公司 | 一种高速钢工具钢和钨钢高效加热融合方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58141880A (ja) * | 1982-02-16 | 1983-08-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超硬合金の接合方法 |
| JPS58187281A (ja) * | 1982-04-27 | 1983-11-01 | Takao Katayama | 超硬合金の段付棒材の製造法 |
| JPS603987A (ja) * | 1983-06-21 | 1985-01-10 | Toshiba Corp | 組立体 |
| JP2003053554A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Daido Steel Co Ltd | 超硬合金複合体およびその製造方法 |
| JP2008132539A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-06-12 | Nippon Tungsten Co Ltd | 塗布工具用先端部材とそれを具備する塗布工具 |
-
2012
- 2012-02-13 JP JP2012028887A patent/JP5930505B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58141880A (ja) * | 1982-02-16 | 1983-08-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超硬合金の接合方法 |
| JPS58187281A (ja) * | 1982-04-27 | 1983-11-01 | Takao Katayama | 超硬合金の段付棒材の製造法 |
| JPS603987A (ja) * | 1983-06-21 | 1985-01-10 | Toshiba Corp | 組立体 |
| JP2003053554A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Daido Steel Co Ltd | 超硬合金複合体およびその製造方法 |
| JP2008132539A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-06-12 | Nippon Tungsten Co Ltd | 塗布工具用先端部材とそれを具備する塗布工具 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JPN7016000093; 権田: '超硬合金の接合に対する拡散接合法の適用' 溶接学会論文集 第２９巻，第４号, 20120118, ｐ．３５８-３６３, 社団法人溶接学会 * |
| JPN7016000094; 権田: '超硬合金同士の拡散接合' 溶接学会全国大会講演概要 平成２２年度秋季全国大会セッションＩＤ：３０２, 20101109, 社団法人溶接学会 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112045294A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-12-08 | 中国航空制造技术研究院 | 局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置 |
| CN114669902A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-06-28 | 宜兴市鼎锋模具制造有限公司 | 一种高速钢工具钢和钨钢高效加热融合方法 |
| CN114669902B (zh) * | 2022-04-15 | 2023-11-03 | 陈承贵 | 一种高速钢工具钢和钨钢高效加热融合方法 |
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