JP2599044B2 - High pressure injection nozzle - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】開示技術は、主として高耐摩耗性
を有する焼結材料等の硬質材料から成るアブレイシブウ
ォータジェット用ノズル等の加工用高圧ノズルの材料構
造の技術の分野に属する。BACKGROUND OF THE INVENTION The disclosed technology belongs to the technical field of the material structure of a high-pressure nozzle for processing, such as a nozzle for an abrasive water jet, mainly made of a hard material such as a sintered material having high wear resistance.

【０００２】[0002]

【従来の技術】周知の如く、近代社会はさまざまな機
械，電気等の各種機械器具装置類に負うところが大であ
り、これらの装置等はさまざまの研究改良が加えられ
て、ますます複雑、且つ、精密にされており、したがっ
て、それらの製造，組立ても複雑な様相を有するように
なってきている。As BACKGROUND ART known, modern society is large owed to various mechanical, various machinery equipment such electricity, etc., these devices etc. are added a variety of research improved, increasingly complex, and , So that their manufacture and assembly have become more complex.

【０００３】又、これらの器具，装置設備等の製造時は
勿論のこと、稼動中の保守点検整備はそれらの機能が経
時的に変らずに維持されるようにされねばならないこと
から、その精密さの度合は、ますます厳しく求められる
ようになってきている。[0003] In addition to the production of these instruments and equipment, the maintenance and inspection during operation must be performed so that their functions are maintained without change over time. The degree of demand is becoming more demanding.

【０００４】そして、これらの器具，機械設備等のユニ
ットや部品は多くの切断面，切削加工面を有しており、
しかも、耐久性が大きく求められていることからそれら
の立体曲面等の加工面，切削面の複雑さ，精密さはより
一層強く求められてきている。[0004] Units and parts such as these instruments and mechanical equipment have many cut surfaces and machined surfaces.
In addition, since the durability is greatly required, the complexity and precision of the processed surface such as a three-dimensional curved surface and the cut surface are more strongly required.

【０００５】一方、これらの要求に応えるために新素材
の研究開発も強力に求められ、これに相俟って、切削加
工，切断剥離等の技術も新しい局面を迎えようとしてい
る。[0005] On the other hand, research and development of new materials are strongly required to meet these demands, and together with this, technologies such as cutting and cutting and peeling are about to enter a new phase.

【０００６】而して、旧来技術における切断分離，穴明
け，切削等の加工手段はカッター等による機械的な手段
やガスバーナー，アーク等による熱溶断、更には、プラ
ズマ等による物理的切断技術等も種々開発されている
が、経年的に要求される複雑形状部分の切削切断や分子
結合状態での剥離切削等による要求条件のオーダーがま
すます厳しくなり、母材変質を避けるために、又、所謂
バリやカエリ等が生じない非接触的な加工が求められる
等の点から、上述旧来的な技術手段はさまざまなネック
があって、ニーズにマッチングせず、実使用にそぐわな
い面が出てきており、これに対処するに数百キロ、数千
キロに及ぶような超高圧状態のビーム状のウォータジェ
ットを用いて塗装の切削剥離や材料の穴明け，溝切り，
切断加工等を行う所謂ウォータジェットによる切断技術
がクローズアップされ、木材，合成樹脂材等は勿論のこ
と、金属材料に対する使用も可能になるようになり、さ
まざまな研究，開発，改良がなされ、例えば、ガーネッ
トサンド等の微粒状の研摩材料を高圧ウォータジェット
に混在させて加工力を向上させた所謂アブレイシブウォ
ータジェットも案出されているが、超高圧のウォータジ
ェットを用いるために猶ハードウエアやソフトウエアに
さまざまな解決されるべき問題が生じているのが現状で
ある。[0006] In the conventional technology, processing means such as cutting, separating, drilling, and cutting are mechanical means using a cutter or the like, thermal cutting using a gas burner, an arc, or the like, and further, physical cutting technology using a plasma or the like. Although various developments have been developed, the order of requirements due to cutting and cutting of complicated shapes required over time and peeling cutting in the state of molecular bonding has become increasingly strict, and in order to avoid deterioration of the base material, From the point that non-contact processing that does not cause so-called burrs or burrs is required, the above-mentioned conventional technical means has various bottlenecks, does not match needs, and has a surface that is not suitable for actual use. In order to deal with this, it is necessary to use a water jet in an ultra-high pressure state of hundreds or thousands of kilometers to cut off coating, drill holes in material, cut grooves,
The cutting technology using a so-called water jet that performs cutting processing etc. has been highlighted, and it has become possible to use not only wood, synthetic resin materials, etc., but also metal materials. Various research, development, and improvements have been made. So-called abrasive water jets have been devised in which fine-grained abrasive materials such as garnet sand are mixed in a high-pressure water jet to improve processing power. At present, there are various problems to be solved in software and software.

【０００７】かかるウォータジェットによる切断加工
は、加工時に熱の発生等がほとんどないため、被切断材
の変質や変形を伴うことなく、平滑な切断面が設計通り
に得られる利点がある。[0007] The cutting process using the water jet has almost no heat generation during the process, and therefore has the advantage that a smooth cut surface can be obtained as designed without deterioration or deformation of the material to be cut.

【０００８】したがって、所謂ネットシェイプ、或い
は、ニアネットシェイプの加工等にとっては非常に有望
な切断加工手段であり、従来より各種の研究，開発改良
がなされ、一部かなりの程度まで実用化されるに至って
いる。[0008] Therefore, it is a very promising cutting means for so-called net-shape or near-net-shape processing, and various researches and developments have been made, and some of them are put to practical use. Has been reached.

【０００９】しかしながら、現状においてはウォータジ
ェットによる切断、就中、アブレイシブウォータジェッ
トによる切断等にさまざまなニーズがあって、しかも、
極めて高精度を要求されるようになり、これに応える更
なる新技術の開発が望まれている。However, at present, there are various needs for cutting with a water jet, especially cutting with an abrasive water jet.
Extremely high precision has been required, and further development of new technologies to meet this demand is desired.

【００１０】ところで、一般に切削加工等の工具に用い
られている硬質材料の特性は当業者にとり、周知の如く
結合相の量，硬質炭化物の組成と種類や粒径，材料中の
炭素量等によって決定されるものとされており、したが
って、用途による当該硬質材料の硬度，耐摩耗性，靭
性，耐蝕性，高温強度等が要求される特性によって、こ
れらの結合相，炭化物の種類，粒径，炭素量等が決定さ
れるようにされている。By the way, the characteristics of hard materials generally used for tools such as cutting are known to those skilled in the art according to the amount of the binder phase, the composition and type and the particle size of the hard carbide, the amount of carbon in the material, and the like. Therefore, depending on the properties of the hard material, such as hardness, abrasion resistance, toughness, corrosion resistance, high-temperature strength, etc., which are required depending on the application, these binder phases, types of carbides, particle sizes, The amount of carbon and the like are determined.

【００１１】さりながら、工具等に於いてもさまざまな
特性が潜在的に望ましくは求められるものであるが、要
求される全ての特性を１つの素材によって全て同時に満
足させることは材料技術上難かしいため、どの特性を最
も重視するかの選択条件によって上述した各種の条件が
異なってくる。Although various properties are potentially desirably required for tools and the like, it is difficult to satisfy all the required properties simultaneously with one material from the viewpoint of material technology. Therefore, the various conditions described above differ depending on the selection condition of which characteristic is most important.

【００１２】而して、一般に硬さと靭性は硬質相の粒子
径に対して、又、結合相の量に対して相反する関係にあ
り、硬度に関しては結合相の量が少く、硬質相の粒径が
小さいほど高くなるが、靭性は逆に結合相の添加量の増
加に比例して高くなる性質がある。In general, hardness and toughness have an inverse relationship with respect to the particle size of the hard phase and with respect to the amount of the binder phase. The smaller the diameter is, the higher it is, but the toughness is conversely higher in proportion to the increase in the added amount of the binder phase.

【００１３】硬質材料はこれまで主に前述した如く、切
削工具や耐摩耗工具に用いられており、これらの工具の
性質により、例えば、超微粒状超硬合金等基本的に耐摩
耗性と耐衝撃性の双方を重視する設計となっており、折
損やチッピング防止の観点から、ある程度靭性も考慮し
た合金設計となっている。As described above, hard materials have been mainly used for cutting tools and wear-resistant tools. Due to the nature of these tools, for example, ultra-fine-grained cemented carbides and the like basically have wear resistance and wear resistance. The design emphasizes both impact properties, and from the viewpoint of preventing breakage and chipping, the alloy is designed with some consideration of toughness.

【００１４】[0014]

【発明が解決しようとする課題】そして、通常、これま
での、例えば、アブレイシブウォータジェット用のノズ
ル等の材料はかかる切削工具用等の在来の硬質材料の中
から選定されているが、これらの材料は靭性を考慮し
て、硬度が可能な限りの最高硬さに比較して低めに設定
されているため、経時的な摩耗が著しく、該種アブレイ
シブウォータジェット用のノズル等の材料としての耐久
性は数時間程度であり、希望される現段階での用途，条
件に対して耐久性が非常に乏しいと言わざるを得ない欠
点があるものである。Usually, the material of the nozzle for an abrasive water jet, for example, is selected from the conventional hard materials for such cutting tools. In consideration of toughness, the hardness of these materials is set to be lower than the highest possible hardness, so wear over time is remarkable, and nozzles for this kind of abrasive water jet etc. Has a drawback that the durability is very poor for the desired application and conditions at the present stage as desired.

【００１５】蓋し、該種アブレイシブウォータジェット
用ノズル等のノズルの苛酷な摩耗の大きな原因として、
噴流中のガーネットサンド等の研摩材の粉末によるノズ
ル材料の硬質材料に対するエロージョンがあるからであ
る。As a major cause of severe wear of a nozzle such as a nozzle for the above-mentioned abrasive water jet,
This is because there is erosion of the hard material of the nozzle material due to the abrasive powder such as garnet sand in the jet.

【００１６】これに対し、靭性をある程度犠牲にして耐
摩耗性をより重視して微粒ＷＣを用い、低結合相量（例
えば、Ｃｏ＝２ｗｔ％以下）の低Ｃｏ硬質焼結体合金を
アブレイシブノズル技術に使用する技術が開発され、出
願人に於いて先願の特願平２−２４８６１６号発明（非
公開）を開発した。On the other hand, a low-copper hard sintered alloy having a low bonding phase amount (for example, Co = 2 wt% or less) is abraded by using fine WC particles with a greater emphasis on wear resistance while sacrificing some toughness. The technology used for the shib nozzle technology has been developed, and the applicant has developed the prior application of Japanese Patent Application No. 2-248616 (not disclosed).

【００１７】しかしながら、かかる在来技術にあっては
加工性，焼結性等を優先するためにある程度結合相が添
加されており、そのため可能な限りの最高硬度と耐摩耗
性が得られず、したがって、アブレイシブノズル等に用
いた場合、５０時間程度までしか耐久性を向上させられ
ず、実用上１００時間を越すニーズには応えられない不
都合さがあった。However, in the conventional technology, a binder phase is added to some extent in order to give priority to workability, sinterability, etc., so that the highest possible hardness and wear resistance cannot be obtained. Therefore, when used for an abrasive nozzle or the like, the durability can be improved only up to about 50 hours, and there is an inconvenience that practically over 100 hours cannot be met.

【００１８】一方、特殊な焼結材料として、耐蝕性等の
向上を図るべくＣｏを含有しない（即ち、０ｗｔ％の）
硬質物質だけの、例えば、ＷＣ−ＴａＣ−ＴｉＣ合金等
の所謂バインダレス合金が市販されているが、該種硬質
焼結体合金は結合相を含まないため、必然的に硬度も上
昇し、ＨＲＡ ９３．５前後のものがメカニカルシール
用等に実用化されてはいる。On the other hand, as a special sintered material, Co is not contained (ie, 0 wt%) in order to improve corrosion resistance and the like.
A so-called binderless alloy such as a WC-TaC-TiC alloy made of only a hard material is commercially available. However, since this kind of hard sintered alloy does not contain a binder phase, the hardness necessarily increases, and the HRA is increased. Around 93.5 has been put to practical use for mechanical seals and the like.

【００１９】しかしながら、かかる材料をアブレイシブ
ウォータジェット用のノズル等に用いることは、硬度が
高い分だけ上記一般の切削工具用等の超硬合金材料に比
較して耐摩耗性は若干向上するものの、成分、並びに、
硬質相の粒子径等が加工用には最適でないため、まだ、
耐久性において実用上耐久性が１００時間等の目標値，
要求値に対してかなりの隔たりがある点があって充分に
満足するものとはされていない不具合があるものであ
る。However, when such a material is used for a nozzle for an abrasive water jet or the like, the wear resistance is slightly improved as compared with the above-mentioned cemented carbide material for a general cutting tool or the like because of the high hardness. But the ingredients, and
Since the particle size of the hard phase is not optimal for processing,
In terms of durability, the target value is a practical durability of 100 hours, etc.
There is a point that there is a considerable gap from the required value, and there is a defect that is not sufficiently satisfied.

【００２０】したがって、これまでの超硬合金は、いず
れも、アブレイシブウォータジェット用のノズル等のノ
ズル材料として、最適な硬度と靭性の組合せ範囲にある
とは言い難い難点があり、より以上の改良が望まれ、開
発の余地が多く残されているのが現状である。Therefore, all of the conventional cemented carbides are difficult to say that they are in an optimum combination of hardness and toughness as a nozzle material for an abrasive water jet nozzle or the like. At present, there is much room for development.

【００２１】上記アブレイシブウォータジェット用のノ
ズル等のノズルは、その使用状態において、前述した如
く、高圧水の噴流中のガーネットサンド等の研摩材の微
粉末によるノズル材料に対するエロージョンを介しての
苛酷な噴射時の摩耗を受けるため、ノズル本体の摩耗が
非常に激しく、特に、ウォータジェットの入口部や出口
部分では極めて激しく摩耗作用が働き、経時的に内径が
広がることにより、本来の目的とする機能に沿うワーク
に対する切断精度や切断性能が低下する虞があるという
マイナス点があった。In the state of use, the nozzle such as the nozzle for the abrasive water jet is, as described above, formed by erosion of the nozzle material by fine powder of an abrasive such as garnet sand in a jet of high-pressure water. Due to severe abrasion during spraying, the nozzle body wears very severely, especially at the inlet and outlet of the water jet. However, there is a disadvantage that the cutting accuracy and the cutting performance for the work along the function to be performed may be reduced.

【００２２】このため、これに対処するに実用に際して
は比較的短い時間毎に新しいノズルと交換する必要があ
り、そのため稼動効率の減少や能率低下をきたし、結果
的にコストアップにつながるという不利点があった。Therefore, in order to cope with this, in practical use, it is necessary to replace the nozzle with a new one at relatively short intervals, which leads to a decrease in operating efficiency and efficiency, resulting in an increase in cost. was there.

【００２３】[0023]

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づくアブレイシブウォータジェット用のノズル等の加
工用のノズルの耐久性の問題点を解決すべき技術的課題
とし、該種アブレイシブウォータジェット用のノズル等
の加工用ノズル専用に新たな高耐摩耗性硬質材料を開発
することによって、ワークに対する加工稼動時のアブレ
イシブウォータジェット用のノズル等のノズルの摩耗を
飛躍的に減少させ、更に、一本のノズルの使用時間を著
しく長時間化させて耐久性を著しく向上させることによ
り、従来困難であったワークの高精度な加工の現出と能
率の一層の向上と、併せてランニングコストの低減とを
可能とし、又、粉体やスラリー噴射ノズル等に対しても
波及効果が及ぶようにするようにして機械製造産業にお
ける加工技術利用分野に益する優れた高圧噴射ノズルを
提供せんとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technical object for solving the problem of durability of a processing nozzle such as an abrasive water jet nozzle based on the above-mentioned prior art. By developing a new high wear-resistant hard material exclusively for processing nozzles such as nozzles for shiv water jets, the wear of nozzles such as nozzles for abrasive water jets during processing of workpieces is dramatically reduced. By reducing the number of times and further increasing the use time of one nozzle significantly, thereby significantly improving the durability, the appearance of highly accurate machining of the work, which was conventionally difficult, and the further improvement of the efficiency, At the same time, the running cost can be reduced, and the ripple effect is applied to powder and slurry injection nozzles, etc., so that processing technology can be used in the machine manufacturing industry. There is provided cents Ekisuru excellent high-pressure injection nozzle in the field.

【００２４】[0024]

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は
前述課題を解決するために、アブレイシブウォータジェ
ット用のノズル等の加工用のノズルの硬質材料として、
主成分の炭化物の粒径を１．０μｍ以下として超微粒化
し、併せて、Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈ
ｆ，Ｚｒの一種、或いは、二種以上の炭化物（設計によ
っては窒化物）、もしくは、炭化物固溶体（設計によっ
ては炭窒化物固溶体）を１０．０ｗｔ％以下含有して、
且つ、結合相を無くし、ＨＲＡ ９４．０以上の高硬度
を有するようにし、硬度と靭性の組合せを従来材料と比
較してかなり高硬度、低靭性領域に設定し、従来材料に
対してアブレイシブ粒子と材料壁面との衝突角度が低い
場合における耐摩耗性が飛躍的に向上し、アブレイシブ
ウォータジェット用ノズル等のノズルで、低衝突角度で
苛酷な噴射時の摩耗を受ける部材へ適用した場合に、１
００時間等極めて耐久性が良く、実用性を高め、ワーク
の加工精度が著しく向上し、作業能率がアップし、結果
的に著しくコストダウンが図れるようにした技術的手段
を講じたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the construction of the invention of the present application, which has the above-mentioned claims and aims at solving the above-mentioned problems, is to process a nozzle or the like for an abrasive water jet. As a hard material for nozzles for
The particle size of the carbide as the main component is reduced to 1.0 μm or less to make the particles ultrafine, and at the same time, Ti, Ta, V, Cr, Nb, Mo, H
f, Zr containing 10.0 wt% or less of one or more carbides (nitrides depending on design) or carbide solid solutions (carbonitride solid solutions depending on design),
In addition, the binder phase is eliminated, the hardness is made higher than HRA 94.0, and the combination of hardness and toughness is set to a considerably higher hardness and lower toughness region as compared with the conventional material. When the collision angle between the material and the material wall is low, the wear resistance is dramatically improved, and when applied to a member such as an abrasive water jet nozzle that is subject to severe collision wear at a low collision angle And 1
This is a technical measure that has extremely high durability such as 00 hours, enhances practicality, significantly improves work processing accuracy, improves work efficiency, and consequently significantly reduces costs.

【００２５】[0025]

【発明の背景】アブレイシブウォータジェットノズル用
のノズル等の加工用のノズルの苛酷な摩耗の大きな原因
として、前述した如く、高圧水の噴流中に混入されたガ
ーネットサンド等の研摩材粉末によるノズル材料のエロ
ージョンがあり、該微粉末による硬質材料のエロージョ
ン特性をこの出願の発明を含めて明らかにするため、ア
ブレイシブウォータジェットノズル等の稼動中における
摩耗状況を再現し得る摩耗テストをし、試作合金を含む
種々な硬質材料に対してその特性を実験した。BACKGROUND OF THE INVENTION As a major cause of severe wear of processing nozzles such as nozzles for abrasive water jet nozzles, as described above, abrasive powder such as garnet sand mixed in high pressure water jets. There is erosion of the nozzle material, and in order to clarify the erosion characteristics of the hard material by the fine powder including the invention of this application, a wear test that can reproduce the wear state during operation of the abrasive water jet nozzle and the like was performed. The properties of various hard materials including prototype alloys were tested.

【００２６】図１，２図はかかる実験結果のデータを示
している。FIGS. 1 and 2 show data of the results of such experiments.

【００２７】而して、図１はワークに対するアブレイシ
ブウォータジェットのガーネットサンドを含む高圧水の
噴流の衝突角度θが１５゜での各種材料（この出願の発
明は黒丸，従来態様は白丸、先願態様は半黒丸）の硬度
と摩耗減量の関係（噴射圧：２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２，
研摩材：ガーネットサンド＃８０，その供給量：０．４
ｋｇ／ｍｉｎ）であり、図２は硬度と抗折力の関係（こ
の出願の発明は黒丸，従来態様は白丸、先願態様は半黒
丸）を示している。FIG. 1 shows various materials having a collision angle θ of a jet of high-pressure water containing a garnet sand of an abrasive water jet with respect to a workpiece at 15 ° (the invention of this application is a black circle, the conventional embodiment is a white circle, Relationship between hardness and wear loss (injection pressure: 2000 kgf / cm ² ,
Abrasive material: Garnet sand # 80, supply amount: 0.4
FIG. 2 shows the relationship between hardness and bending strength (the invention of this application is a black circle, the conventional embodiment is a white circle, and the prior application is a semi-black circle).

【００２８】当該図１、及び、図２の実験データに見ら
れる様に、抗折力、即ち、靭性値は材料硬度の上昇と共
に著しく低下する傾向が認められるものの、摩耗減量は
硬度の上昇に伴って単調に減少し、耐摩耗性が顕著に向
上することが分る。As can be seen from the experimental data shown in FIGS. 1 and 2, the transverse rupture strength, that is, the toughness value, tends to decrease significantly with an increase in the hardness of the material. It can be seen that it decreases monotonously and the wear resistance is remarkably improved.

【００２９】即ち、ノズルの摩耗に対してはＷの炭化物
を主成分とする限り、高硬度な材料ほど良く、靭性は切
削工具やメカニカルシール用ほど要求されないことにな
ることが分った。In other words, it has been found that the higher the hardness of the material, the better the hardness of the material, and the less toughness is required as much as that of a cutting tool or a mechanical seal as long as the carbide of W is the main component with respect to the wear of the nozzle.

【００３０】これは、超音速の高圧水の噴流によって相
当な高速に加速された混在される研摩材微粒子が壁面を
衝撃的に摩耗する現象からは容易に推定し得なかった新
たな事実である。This is a new fact that could not be easily inferred from the phenomenon that the mixed abrasive fine particles accelerated at a considerably high speed by the supersonic high-pressure water jet abruptly wear the wall surface. .

【００３１】以上のデータにより、アブレイシブウォー
タジェット用のノズル等の高耐摩耗性の加工ノズルは、
硬質材料の設計における硬度と靭性の組合せを従来材料
と比較してかなり高硬度，低靭性領域に設定する（本来
的には硬度靭性値とも高い方が望ましいが、現実的には
高硬度にすると抗折力、即ち、靭性は相反して低下する
平均的傾向が見られる。）と共に、衝突角度が低角度と
なるようなノズル設計にする必要があることが分った。Based on the above data, a highly wear-resistant processing nozzle such as a nozzle for an abrasive water jet,
Set the combination of hardness and toughness in the design of the hard material to a considerably higher hardness and lower toughness region compared to the conventional material. (Originally, it is desirable that the hardness and toughness values be higher. The transverse strength, that is, the toughness has an average tendency to decrease contradictoryly.) It was found that it was necessary to design the nozzle so that the collision angle was low.

【００３２】[0032]

【発明の基礎】次に、この出願の発明の根拠を説明する
と次の通りである。Next, the basis of the invention of this application will be described as follows.

【００３３】まず、目的とする材料硬度を得る方法につ
いては結合相において： 同じ粒径のＷ炭化物であれば、結合相量の減少に伴って
硬度、並びに、耐摩耗性は上昇し、そこで、この出願の
発明の硬質材料は、この極限として、結合相を全く含ま
ないことを前提に開発を行った。First, the method of obtaining the desired material hardness is as follows: In the binder phase: If the W carbide has the same particle size, the hardness and wear resistance increase as the amount of the binder phase decreases. The hard material of the invention of this application has been developed on the premise that the hard material does not contain any binder phase as the limit.

【００３４】これは先術先願の特願平２−２４８６１６
号（非公開）との大きな相違点であるが、ただ単に結合
相を含まないだけでは目的とする硬度、並びに、耐摩耗
性を有する焼結体は得難いため、以下の手段、方法によ
ってこれを実現している。This is a prior application of Japanese Patent Application No. 2-248616.
This is a major difference from the above (not disclosed), but it is difficult to obtain a sintered body having the desired hardness and wear resistance simply by not containing a binder phase. Has been realized.

【００３５】Ｗの炭化物の粒度において： 一般に、Ｗ系炭化物硬質焼結体は結合相量の量が同じで
あれば、Ｗ炭化物が均一に微粒であるほど、高い硬度、
並びに、耐摩耗性が得られるが、この出願の発明の硬質
材料のように結合相を全く含まないような場合において
も、安定した９４．０以上の高硬度を得るには、Ｗ炭化
物の粒径は１．０μｍ以下のものを用いる必要があるこ
とが実験の結果判明した。In the particle size of the carbide of W: In general, if the W-based carbide hard sintered body has the same amount of the binder phase, the finer the W carbide is, the higher the hardness becomes.
In addition, abrasion resistance can be obtained, but even in the case where no binder phase is contained at all like the hard material of the invention of the present application, in order to obtain a stable high hardness of 94.0 or more, it is necessary to use W carbide particles. As a result of the experiment, it was found that it was necessary to use one having a diameter of 1.0 μm or less.

【００３６】異種炭化物の添加において： この出願の発明の合金のようにＷの炭化物が微粒で、し
かも、結合相量のない材料ではその適正な焼結温度は１
７００℃程度になるが、当該条件で焼結を行えば、微粒
のＷ炭化物は粒成長を生じ、粗大なＷ炭化物粒となり、
所定の硬度、並びに、耐摩耗性は達成されない。In the addition of different kinds of carbides: For a material in which carbides of W are fine and have no binder phase, such as the alloy of the present invention, the appropriate sintering temperature is 1
Although it is about 700 ° C., if sintering is performed under the above conditions, fine W carbides cause grain growth and become coarse W carbide grains,
The predetermined hardness and wear resistance are not achieved.

【００３７】これについては、種々の試行錯誤の結果、
Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｚｒ（或い
はＮ）の一種、或いは、二種以上の炭化物（或いは窒化
物）、又、炭化物固溶体（或いは炭窒化物固溶体）の添
加が、Ｗ炭化物の粒子成長抑制、及び、焼結温度の低温
度化を図る効果のあることが判明した。As for this, as a result of various trials and errors,
Addition of one or more of carbides (or nitrides) of Ti, Ta, V, Cr, Nb, Mo, Hf, Zr (or N), and a carbide solid solution (or carbonitride solid solution) It has been found that there is an effect of suppressing the grain growth of W carbide and lowering the sintering temperature.

【００３８】但し、それらを多量に添加すると耐摩耗性
に悪影響を及ぼすことになり、この出願の発明の材料に
ついては実験データから１０％添加が限度である。However, the addition of a large amount thereof adversely affects the abrasion resistance. From the experimental data, the addition of 10% is limited for the material of the invention of this application based on experimental data.

【００３９】以上の手段、方法によって、又、更に必要
に応じて、ＨＩＰ（高温等方加圧）等の手段を焼結中、
或いは、焼結後に併用することによって、アブレイシブ
ウォータジェット用ノズル等の加工用高圧ノズル材料と
して非常に優れた耐摩耗性を有する硬質材料を製造する
ことが出来る。During the sintering by means such as the HIP (high temperature isostatic pressing), etc.
Alternatively, when used together after sintering, a hard material having very excellent wear resistance can be manufactured as a high-pressure nozzle material for processing such as an abrasive water jet nozzle.

【００４０】而して、図３はアブレイシブウォータジェ
ット用のノズルヘッド内の研摩材の挙動を模式的に示し
たものであり、アブレイシブウォータジェット用ノズル
ヘッド１には図示する様に、高圧水の噴流３に吸引され
た研摩材粒子４をアブレイシブノズル７内に円滑に導入
するために、通常、混合室５を介して漏斗状のノズル入
口部６が設けられている。FIG. 3 schematically shows the behavior of the abrasive in the nozzle head for an abrasive water jet. The nozzle head 1 for an abrasive water jet, as shown in FIG. In order to smoothly introduce the abrasive particles 4 sucked into the high-pressure water jet 3 into the abrasive nozzle 7, a funnel-shaped nozzle inlet 6 is usually provided through the mixing chamber 5.

【００４１】該入口部６は、空気流、或いは、設計によ
っては水流と共にアブレイシブノズル７内に流れ込む研
摩材粒子４、及び、ノズル７の軸心近傍に於いて超音速
の水噴流３によって反発された研摩材粒子４等の衝突、
並びに、研摩作用によって摩耗を受ける。The inlet 6 is formed by the abrasive particles 4 flowing into the abrasive nozzle 7 together with the air flow or, if designed, the water flow, and the supersonic water jet 3 near the axis of the nozzle 7. Collision of the repelled abrasive particles 4 etc.,
In addition, it is worn by the polishing action.

【００４２】特に、高圧水の噴流３によって反発，加速
された粒子４は高速で入口部６の壁面を叩くことによっ
て、入口部６に著しい摩耗を生じさせる原因となる。In particular, the particles 4 repelled and accelerated by the high-pressure water jet 3 hit the wall surface of the inlet 6 at a high speed, causing a significant wear on the inlet 6.

【００４３】このような入口部６の摩耗は、漏斗状の該
入口部６の壁面の水噴流３に対する角度が大きいほど、
或いは、ノズル７の材料の硬度が高いほど、前述した特
性によって、それが助長される傾向にある。The greater the angle of the funnel-shaped wall of the inlet 6 with respect to the water jet 3, the greater the wear of the inlet 6 is.
Alternatively, the higher the hardness of the material of the nozzle 7, the more it tends to be promoted by the aforementioned characteristics.

【００４４】したがって、ノズル７の摩耗の観点からは
漏斗状マウス入口部６の角度は出来るだけ低角度に形成
した方が良く、この点を勘案し、例えば、±１５゜以内
（但し、種々の条件により若干変動する場合がある）と
する必要がある。Therefore, from the viewpoint of abrasion of the nozzle 7, the angle of the funnel-shaped mouth portion 6 of the mouth should preferably be formed as low as possible. In consideration of this point, for example, within ± 15 ° (however, various (May vary slightly depending on conditions).

【００４５】一方、ノズル７内部に於いては、投入され
た研摩材粒子４は図示する様に、壁面７′と水噴流３、
或いは、研摩材粒子との混合流の間を反発を繰り返しな
がら加速され、下流に向うに従って壁面７′にほぼ平行
な向きに整流されはする。On the other hand, in the interior of the nozzle 7, the abrasive particles 4 that have been input are, as shown in FIG.
Alternatively, the mixture is accelerated while repeating repulsion between the mixed flows with the abrasive particles, and is rectified in a direction substantially parallel to the wall surface 7 'toward the downstream.

【００４６】しかしながら、該ノズル７の内壁面７′は
水噴流３の軸線に対して平行、或いは、ほぼ平行な面を
有しているため、ノズル７内部に於いて、研摩材粒子４
が壁面７′を叩く角度は本質的に小さく、適切な高硬度
材料を使用すれば異常摩耗を生じるようなことは少い。However, since the inner wall surface 7 'of the nozzle 7 has a plane parallel or substantially parallel to the axis of the water jet 3, the abrasive particles 4
The angle at which it hits the wall 7 'is essentially small, and the use of a suitable hard material is unlikely to cause abnormal wear.

【００４７】これは実験によっても裏付けられている。This is supported by experiments.

【００４８】以上の検討によって、低角度の衝突に対し
て良好な耐摩耗性を発揮する高硬度材料と摩耗特性と、
本質的に低角度の衝突角を与えるノズル７の摩耗の特性
とが有効に作用して、極めて良好な耐久性向上がもたら
される。From the above study, it is possible to obtain a high hardness material exhibiting good wear resistance against a low angle impact, a wear characteristic,
The wear characteristics of the nozzle 7, which essentially provide a low angle of impact, work effectively to provide a very good durability improvement.

【００４９】[0049]

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を説明すれば
以下の通りである。Next, an embodiment of the present invention will be described as follows.

【００５０】この出願の発明のアブレイシブウォータジ
ェット用のノズル材料の実施例について、硬度（ＨＲ
Ａ），抗折力（ｋｇｆ／ｍｍ^２）、及び、摩耗試験（圧
力：２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２，研摩材：ガーネットサン
ド，噴射時間：１８０ｓｅｃ）における摩耗量（ｍｇ）
の各データを比較例として従来態様、並びに、先願態様
の合金材料と併せて、次の表１に示す。With respect to the embodiment of the nozzle material for an abrasive water jet of the invention of this application, the hardness (HR)
A), transverse force (kgf / mm ² ), and abrasion amount (mg) in abrasion test (pressure: 2000 kgf / cm ² , abrasive: garnet sand, injection time: 180 sec)
Table 1 below shows the respective data of Comparative Examples as comparative examples together with the alloy materials of the conventional embodiment and the prior application embodiment.

【００５１】[0051]

【表１】 摩耗量：所定の噴射摩耗条件における材料の重量減少量（ｍｇ） 噴射摩耗条件：噴射圧力＝２０００ｋｇ／ｃｍ 噴射時間＝１８０ｓｅｃ 研摩材 ＝ガーネットサンド＃８０ 研摩材供給量＝０．４ｋｇ／ｍｉｎ 而して、当該表１よりこの出願の発明の合金が先願態様
（先願試料番号１，２）に比較して約２倍もの著しい耐
摩耗性，耐久性を示すことが分る。特に、在来態様の試
料番号１〜３のものと実施例試料番号１〜２０のものを
比較すると耐摩耗性について極めて劇的な効果を有する
ことが分る。[Table 1] Abrasion amount: Weight loss amount of material under predetermined blast wear conditions (mg) Spray wear condition: blast pressure = 2000 kg / cm blast time = 180 sec Abrasive = Garnet Sand # 80 Abrasive supply = 0.4 kg / min From Table 1, it can be seen that the alloy of the invention of the present application exhibits remarkably twice as much wear resistance and durability as compared with the prior application mode (first application sample Nos. 1 and 2). In particular, a comparison of the conventional sample Nos. 1 to 3 and the sample Nos. 1 to 20 shows that the wear resistance has a very dramatic effect.

【００５２】又、特許請求の範囲第１項に関する上述実
施例（試料番号１〜１０）炭化物の材料の製造について
は粒子径１．０μｍ以下のＷの炭化物に、粒子径１．５
μｍ以下の異種炭化物を１０％以下配合し、アルコール
中でボールミルを用いて７２時間湿式混合を行い、乾燥
後、粉末を１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でプレスを行
い、８００℃の真空中で予備焼結を行った。Further, in the above-mentioned Examples (Sample Nos. 1 to 10) relating to Claim 1, the production of the carbide material is described as follows.
10% or less of different carbides of μm or less, wet mixing in an alcohol using a ball mill for 72 hours, drying, pressing of the powder at a pressure of 1000 kgf / cm ² , and pre-baking in a vacuum of 800 ° C. Yuki was done.

【００５３】そして、本焼結は、０．１から１０Ｔｏｒ
ｒの真空度で１６００℃−６０分保持の条件で行った
後、１５００℃−６０分、１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２、Ａ
ｒ雰囲気中の条件下でＨＩＰ処理を行ったものである。The main sintering is performed at 0.1 to 10 Torr.
After holding at 1600 ° C. for 60 minutes at a vacuum degree of r, 1500 ° C. for 60 minutes, 1500 kgf / cm ² , A
HIP treatment was performed under the conditions in an r atmosphere.

【００５４】又、特許請求の範囲第２項に関する実施例
１１〜２０（試料番号）の炭窒化物の材料の製造につい
ては粒子径１．０μｍ以下のＷの炭化物、粒子径１．５
μｍ以下の異種炭化物、及び、窒化物を重量割合で１０
％以下配合し、ボールミルを用いて７２時間湿式混合を
行い、乾燥後、粉末を１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で
プレスを行い、８００℃真空中で予備焼結を行ったもの
である。For the production of the carbonitride material of Examples 11 to 20 (sample number) according to claim 2, W carbide having a particle diameter of 1.0 μm or less,
μm or less of different carbides and nitrides in a weight ratio of 10
% Or less, wet-mixed for 72 hours using a ball mill, dried, pressed under a pressure of 1000 kgf / cm ² , and pre-sintered in a vacuum at 800 ° C.

【００５５】そして、本焼結については、真空排気しな
がら、窒素ガスを流して圧力を２０〜１５０ Ｔｏｒｒ
とし、１６００℃−６０分保持の条件で行った後、１５
００℃−６０分、１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２、Ａｒ雰囲気
中の条件下でＨＩＰ処理を行った。Then, for the main sintering, a nitrogen gas was flown while evacuation was performed to increase the pressure to 20 to 150 Torr.
After holding at 1600 ° C. for 60 minutes, 15
HIP treatment was performed under the conditions of 00 ° C. for 60 minutes, 1500 kgf / cm ² , and an Ar atmosphere.

【００５６】図４，６は、この出願の発明の合金を用い
て製作した、アブレイシブウォータジェット用のノズル
の１態様を示し、又、図５，７はノズル周囲に補強、並
びに、外径等の仕上げ加工を容易にするための金属被覆
チューブ８を取り付けたアブレイシブウォータジェット
用のノズルの別の態様を示す。FIGS. 4 and 6 show one embodiment of a nozzle for an abrasive water jet manufactured using the alloy of the present invention, and FIGS. Another embodiment of an abrasive water jet nozzle equipped with a metal-coated tube 8 for facilitating finishing work such as a diameter is shown.

【００５７】図８，９はそれぞれ、この出願の発明の合
金を用いて製作した、ウォータノズルの２つの態様を示
す。FIGS. 8 and 9 respectively show two embodiments of a water nozzle manufactured using the alloy of the present invention.

【００５８】而して、この出願の発明の基本的な特徴は
合金設計における硬度と靭性の組合せを在来の切削工具
等に用いられる従来材料と比較してかなり高硬度で切削
等には適しない程の低靭性領域に設定したことである。The basic feature of the invention of this application is that the combination of hardness and toughness in alloy design is considerably higher than conventional materials used for conventional cutting tools and the like, and is suitable for cutting and the like. That is, it is set to a low toughness region that is not so large.

【００５９】又、この出願の発明の実施態様としてはア
ブレイシブウォータジェット用のノズルに限らず、それ
と類似の摩耗形態を示し、耐摩耗性硬質材料を必要とす
るブラスト用等種々の加工ノズルへの適用が可能である
ことは勿論であり、いずれもこの出願の発明の特許請求
の範囲に含まれるものであり、又、設計変更的には、例
えば、ノズル先端の外径を細くした態様のノズル、或い
は、ノズル穴を角穴にする等種々の態様が採用可能であ
ることは勿論のことである。The embodiments of the invention of this application are not limited to nozzles for abrasive water jets, but various other types of processing nozzles, such as blasting, which exhibit a similar wear pattern and require a wear-resistant hard material. It is needless to say that the present invention can be applied to any of the above-mentioned embodiments, all of which are included in the scope of the claims of the present invention. It is needless to say that various modes such as a nozzle or a square hole can be adopted.

【００６０】そして、適用対象の加工ノズルの応用態様
として、例えば、粉体やスラリー噴射用のノズル等が挙
げられる。As an application of the processing nozzle to be applied, for example, a nozzle for spraying powder or slurry can be mentioned.

【００６１】[0061]

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、結合相
をなくしたことにより基本的に従来態様のアブレイシブ
ウォータジェット用ノズル等の加工ノズルの耐摩耗材と
比べて靭性を犠牲にしながらも、優れた耐摩耗性を有し
ているため、アブレイシブウォータジェット用ノズル等
の低角度の粉体衝突によるアブレイシブ摩耗を受ける加
工ノズル用の材料に使用することによって、精度の高い
優れた加工特性や耐久性、並びに、コストダウンから経
済性を高めることが出来るという優れた効果が奏され
る。As described above, according to the invention of the present application, the elimination of the binder phase allows sacrificing the toughness as compared with the wear-resistant material of the conventional processing nozzle such as an abrasive water jet nozzle. Also, because it has excellent wear resistance, by using it as a material for processing nozzles that receive abrasive wear due to low angle powder collision such as abrasive water jet nozzles, it has high precision and excellent An excellent effect is obtained in that the processing characteristics, durability, and cost can be reduced and the economy can be improved.

【００６２】又、加工作業において、摩耗によるノズル
の高頻度の交換等をしなくて済むために作業能率が向上
し、稼動効率のアップが図れるという効果が奏される。Further, in the machining operation, it is not necessary to frequently replace the nozzle due to abrasion, so that the working efficiency is improved and the operation efficiency is improved.

【００６３】そして、製品の加工精度が向上することか
ら装置自体の機能促進が図れ、信頼性が高まるという効
果もある。Further, since the processing accuracy of the product is improved, the function of the apparatus itself can be promoted, and there is also an effect that the reliability is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】Ｗ炭化物を主成分とする硬質材料製のアブレイ
シブノズルの従来材料、並びに、先願材料とこの出願の
発明の材料とを噴射圧力２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件
での摩耗テストを実施した結果を、摩耗減量と硬度との
関係をプロットしたグラフ図である。FIG. 1 shows a wear test of a conventional abrasive nozzle made of a hard material containing W carbide as a main component, a prior application material and a material of the present invention under a jet pressure of 2000 kgf / cm ^2. It is the graph which plotted the relationship between the amount of abrasion loss and hardness which carried out the result.

【図２】同じくＷ炭化物を主成分とする硬質材料の抗折
力と硬度の関係を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the transverse rupture strength and the hardness of a hard material mainly containing W carbide.

【図３】アブレイシブウォータジェットノズルヘッド内
の研摩材の挙動模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the behavior of an abrasive in an abrasive water jet nozzle head.

【図４】この出願の発明の材料を用いて製作したアブレ
イシブウォータジェットノズルの１実施例の透視側面図
である。FIG. 4 is a perspective side view of an embodiment of an abrasive water jet nozzle manufactured using the material of the present invention.

【図５】各平面図である。FIG. 5 is a plan view.

【図６】この出願の発明の材料を用いて製作したアブレ
イシブウォータジェットノズルの他の実施例の透視側面
図である。FIG. 6 is a perspective side view of another embodiment of the abrasive water jet nozzle manufactured using the material of the present invention.

【図７】同平面図である。FIG. 7 is a plan view of the same.

【図８】この出願の発明の材料を用いて製作したウォー
タノズル（オリフィス）の１実施例の側面図である。FIG. 8 is a side view of one embodiment of a water nozzle (orifice) manufactured using the material of the present invention.

【図９】この出願の発明の材料を用いて製作したウォー
タノズル（オリフィス）の他の実施例の側面図である。FIG. 9 is a side view of another embodiment of a water nozzle (orifice) manufactured using the material of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ノズルヘッド ２ ウォータジェット ３ 水噴流 ４ 研摩粒子 ５ 混合室 ６ ノズル入口部 ７ アブレイシブウォータジェットノズル ７′ アブレイシブウォータジェットノズル壁面 ８ 金属被覆チューブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle head 2 Water jet 3 Water jet 4 Abrasive particles 5 Mixing chamber 6 Nozzle inlet part 7 Abrasive water jet nozzle 7 'Abrasive water jet nozzle wall 8 Metal-coated tube

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池本 喜和 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 公門 泰博 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 中山 繁 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場 明石技術研究所内 (72)発明者 辻田 京史 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場 ＦＡ技術第二部内 (72)発明者 福永 恵介 東京都港区浜松町２丁目４番１号 世界 貿易センタービル 川崎重工業株式会社 東京本社内 (72)発明者 栗林 伸碩 兵庫県西宮市今津山中町12番16号 株式 会社共立合金製作所内 (72)発明者 若菜 謙一 兵庫県西宮市今津山中町12番16号 株式 会社共立合金製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshikazu Ikemoto 3-1-1, Higashikawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Kobe Factory (72) Inventor Yasuhiro Komon Higashi-Kawasaki, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo 3-1-1, Kawamachi, Kobe Plant, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Shigeru Nakayama 3-1-1, Higashi-Kawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Akashi Technical Research Laboratory, Kobe Plant, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Koji Tsujida 3-1-1, Higashikawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Kobe Factory FA Engineering Department 2 (72) Inventor Keisuke Fukunaga 2-4-1 Hamamatsucho, Minato-ku, Tokyo World Trade Center Building Kawasaki Heavy Industries, Ltd.Tokyo head office Company Kyoritsu the alloy Works (72) inventor Kenichi Wakana Nishinomiya, Hyogo Prefecture Imazuyamanaka-cho, No. 12 No. 16 stock company Kyoritsu the alloy Plant

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】Ｗ（タングステン）を主成分とした炭化物
系硬質材料により形成された高圧噴射ノズルにおいて、
上記主成分のＷの炭化物粒子径が１．０μｍ以下であ
り、更にＴｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｚ
ｒの、少くとも一種の炭化物、もしくは炭化物固溶体を
合計１０．０ｗｔ％以下含有し、且つＨＲＡ９４．０以
上の高硬度を有する高耐摩耗性の硬質焼結体により形成
したことを特徴とする高圧噴射ノズル。A high-pressure injection nozzle formed of a carbide-based hard material containing W (tungsten) as a main component,
The main component W has a carbide particle diameter of 1.0 μm or less, and further contains Ti, Ta, V, Cr, Nb, Mo, Hf, Z
a high-pressure hard sintered body containing at least one kind of carbide or carbide solid solution of 10.0 wt% or less and having high hardness of HRA 94.0 or more. Injection nozzle. 【請求項２】Ｗ（タングステン）を主成分とした炭窒化
物系硬質材料により形成された高圧噴射ノズルにおい
て、上記主成分のＷの炭化物粒子径が１．０μｍ以下で
あり、更にＴｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，
Ｚｒの、少くとも一種の窒化物、もしくは炭窒化物固溶
体を合計１０．０ｗｔ％以下含有し、且つＨＲＡ９４．
０以上の高硬度を有する高耐摩耗性の硬質焼結体により
形成したことを特徴とする高圧噴射ノズル。2. A high-pressure injection nozzle made of a carbonitride-based hard material containing W (tungsten) as a main component, wherein the main component W has a carbide particle diameter of 1.0 μm or less, and further contains Ti, Ta , V, Cr, Nb, Mo, Hf,
Zr contains at least one kind of nitride or carbonitride solid solution in a total of 10.0% by weight or less, and has an HRA94.
A high-pressure injection nozzle characterized by being formed of a hard sintered body having high hardness of 0 or more and high wear resistance. 【請求項３】上記ノズルがアブレイシブウォータジェッ
ト用のノズルにされていることを特徴とする特許請求の
範囲第１，２項いずれか記載の高圧噴射ノズル。3. The high-pressure injection nozzle according to claim 1, wherein said nozzle is a nozzle for an abrasive water jet.