JPS61124505A - 超硬合金複合切刃及びその製造法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、建設機械用の耐摩耗性の大きな超硬合金複合
切刃及びその製造法に関するものである。

従来の技術 フルドーザやパワーショベルなどの建設機械では、土工
機装置の先端にリッパポイントやパケットツースと呼ば
れる切刃が装着され、岩盤を掘削するのに用いられてい
る。例えば、従来用いられているリンパポイント１の形
？、、ハ第３図に示すとおりであり、その先端部には予
め摩耗代部分２が設けである。第３図は初期形状を示す
が、摩耗後には破線６で示す位置まで摩耗し、先端が鈍
化する。すなわち、所定を摩耗し、切刃先端が鈍化した
時点で寿命に達する。

発明が解決しようとする問題点 近年、機械の大型化に伴ない、これら切刃に加わる負荷
は著しく増加し、また過酷な作業条件下で使用されるた
め、その耐牽耗性不足が問題となっており、切刃先端が
短時間に鈍化して貫入力が低下するという問題がめる。

特に、ブルドーザのリッパポイントは、硬い岩盤を掘削
するので、摩耗が著しく、極端な場合には１時間足らず
の作業で寿命に至ることもある。

このような過酷な作業においては、切刃先端の温度が６
００〜７００℃にも上昇する。従って。

焼もどし軟化抵抗の大きな合金鋼を使用しても。

切刃を構成する合金鋼が変質軟化し、摩耗を促進し、摩
耗寿命が短いという問題がおった。

従来、この軟化を防止する目的で、シリコンや強炭化物
生成元素を多量に添加した焼もどし軟化抵抗の大きな鋼
が開発されてきた。しかしながら、このような対策も、
その効果が発現されるのはおよそ５５０℃が限度でめっ
た。一方、これより高温で高い硬さを保持している材料
としては、炭化タングステンの微粒子をコバルト。

ニッケル、鉄で結合した超硬合金が知られている。しか
しながら、超硬合金は靭性に乏しく、建設機械用の切刃
に使用した場合には切刃が折損してしまうという問題が
あり、実用化されていないのが現状である。

従って、本発明の目的は、前記したような従来の問題点
を解決し、折損しにくく耐摩耗性に優れた建設機械用の
切刃′ｆ！：提供することにある。

本発明の他の目的は、耐摩耗性に優れると共に、自己鋭
利化作用に優れ貫入力が増強しうる切刃及びその製造法
を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、上記のような優れた性能を
有する建設機械用切刃に好適な超硬合金、並びに超硬合
金の鋼製切刃への簡便なろう付けによる複合方法及びそ
れに適したろう材を提供することにある。

問題点を解決するための手段 前記したような問題点を解決するためには。

鋼と比べて耐摩耗性の著しく大きな超硬合金の適当ｉｉ
を切刃に複合することが有効であることが見い出された
。

すなわち、本発明は、鋼製切刃の摩耗代部分に３〜５０
体槓チの超硬合金を含ｌしてなる耐摩耗性に優れた超硬
合金複合切刃を提供するものである。

ここで便用する超硬合金としては、超硬粒子を３〜３０
重量係の金属結合相で焼結したものが好ましく、この上
うな超硬合金を鋼製切刃に複合する方法としては従来公
知の種々の方法が採用できるが、最も簡便で好適な方法
は、超硬合金と＠４をろう付けする方法である。例えば
。

鋼製切刃の摩耗代部分に溝上形成し、該溝の中に超硬合
金をろう付けする。

このようなろう付は法による超硬合金複合切刃の製造法
としては、本発明に従って、鋼製切刃の摩耗代部分に清
音形成し、好ましくは摩耗代部分の前面に溝を形成し、
超硬合金片を薄板状ろう材を介在させて上記溝に装着し
、この装着物を真空もしくは不活性雰囲気中でろう材の
融点以上に加熱して超硬合金と鋼との間にろう材の融液
を形成し１次いでろう材の凝固温度直下まで徐冷してろ
う材を凝固させたのち、冷たい不活性ガスを吹きつけて
急冷する方法が最適である。

発明の作用及び態様 先に説明したように１例えば＠３図に示すような１１ツ
バポイントなどの先端には予め摩耗代部分が設けてあり
１本発明では、このような鋼製切刃の摩耗代部分に超硬
合金を３−５０体積肴含有した鋼を用いるものであり、
これによって顕著な耐摩耗性が得られるものである。超
硬合金の含有量が３体８＃嘩以下では耐摩耗性の効果は
小さく、また５０体積嘩以上では折損に対する抵抗が小
さいので好ましくない。

また、超硬合金としては、炭化タングステ７９粒子を３
−３０重量％のコバルト、ニッケル。

鉄あるいはこれらの合金で焼結した超硬合金が最適であ
る。超硬合金の結合金属相の藍が少ない程耐摩耗性は大
きいが、３重量嘩以下では脆弱になり、欠損し易くなる
。一方、３０重を優以上では耐摩耗性の改善効果が小さ
いので好ましくない。

上記超硬合金の鋼中の体積率及び超硬合金の結合金属相
の量が耐摩耗性に及ぼす影響を、試験例を示して説明す
る。

試験例 切刃の作業現場における耐摩耗性の精度の良い測定は、
岩盤の性状が一定にならないため困難である。そこで、
切刃の摩耗をモデル化し次ガウジング摩耗試験によって
耐摩耗試験を行なつ次。

第４図は、切刃の摩耗代部分に相当する超硬合金を含有
した鋼試験片を示し、硬さＨＩ？Ｃ５０に熱処理した直
径ｌｏｗの５ＫＤ６１鋼棒７に。

３％、ｌＯｌ及び３０−のコバルトで炭化タングステン
微粒子を焼結した超硬合金製の棒８′？：種々の体積率
となるように貫入した。超硬合金の体積率は、その直径
及び貫入本数により変化させた。例えば、直径４ｍの超
硬合金製禅を２木賃人した場合には３２体積係に相当す
る。ま次、　ＨＲＣ５０のＳＫＤ　ｂ　ｒ鋼は、従来の
切刃とほぼ同じ耐摩耗性を有する。

カウジング摩耗試験装置の概略を第５図に示す。周速１
３８７ｎ／分で回転する粒度２４．結合度ＲＯＳｉＣ製
ビトリノビトリファイド砥石片１０を面圧５２υで押し
つけ、その摩耗体積から耐摩耗性を評価する。

この方法は、切刃の摩耗状況をよく再現することが確認
されており、また前記条件では鋼の摩耗面温度がおよそ
７００℃になることが予め測定されている。

上記＋ψ粍試験の結果を第６図に示す。同図に示される
ように、摩耗電比（ＳＫＤ　６１鋼の摩耗量を１とした
ときの摩耗量）と超硬合金の含有量とは、単純な線型関
係にならないことが明らかになった。すなわち、超硬合
金が３体積チ以上で明らかな摩耗量の減少効果がみられ
、摩耗量は２０〜３０体積嘩まで急速に減少する。しか
しながら、５０体積チ以上では摩耗量の減少傾向は少な
くなる。さらに、耐摩耗性の改善効果は、超硬合金の結
合金属相の童にも犬きく影響され、コバルト量が２２重
量％のものは６−１５重量ヂのものと比べ効果がかなり
少なくなることがわかった。

超硬合金金鋼製切刃に複合する方法としては、超硬合金
と鋼をろう付けすることが最も簡便である。この場合、
好ましくは鋼製切刃の摩耗代部分の前面部に超硬合金を
ろう付けする。このように負荷の大きな前面部にろう付
けすることによって、超硬合金の体積率が少なくでき、
しかも十分に耐摩耗性が改善されると共に、後面部との
耐摩耗性に差をつけることによって、すなわち後面部の
摩耗が早いために使用するにつれて摩耗代部分が鋭利と
なる自己鋭利化作用が発現し、貫入力を持続することが
できる。

ろう付けにあたっては、超硬合金は薄板状のろう材を介
在させてろう付けされるが、その位置決めのａ度、露出
量の減少並びに接合強度の増加の目的で、前記鋼製切刃
の摩耗代部分の前面部に溝を形成しておき、この溝にろ
う付けすることが有利である。すなわち、超硬合金は鋼
と比べておよそ２５〜３倍の弾性率を持つため、掘削作
業において鋼製母材より大きな応力が発生し、脆性傾向
の大きな超硬合金が欠損することがある。これを防止す
るためには、超硬合金をα５〜１００１の小片として前
記擲に複数個ろう付けすることが有効である。こうする
ことによって、軟質のろう材層による応力緩和が実現さ
れ、また１つの超硬合金片に亀゛装が発生しても他の小
片への亀裂伝播を阻止することができる。

ろう付けは、好ましくは恢述するような組成及び硬さを
持った薄板状ろう材を介在させて超硬合金片を鋼製切刃
に重ね、好ましくは前記のように鋼製切刃の摩耗代部分
の前面部に溝を形成し、該溝に超硬合金片を薄板状ろう
材を介在させて装着し、これを真空もしくは不活性雰−
気中でろう材の融点以上に加熱して超硬合金と鋼との間
にろう材の融液を形成し、次いで冷却してろう材を凝固
させる通常のろう付けを行なう。これによって、耐熱性
と強度を備えたろう付は継手が得られる。この場合、ろ
う付は温度はおよそ１０００℃以上になり１通常のろう
付は方法では鋼の母材硬さがＨＲＣ２５以下に低下し、
掘削作業で切刃が変形することがある１、この問題を防
止するためには、鋼に例えばＳＫＤ　６＋などの焼入性
の大きな材料を選定すると共に、ろう材の凝固直下の温
度まで徐冷し、ろう材の凝固直下の温度から冷たい不活
性ガスを吹きつける方法によって冷却速度を大きくする
ことが有効であり、こうすることによって、母材の万が
焼入れされることになり、銅の硬さをＨＲＣ３０以上に
することが可能となる。

実施例 以下、添附図面に示す実施例を説明しつつ。

本発明について具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施形態を示す斜視図であり、第２
図は第１図の■−■線断面図である。

リンパポイント１の摩耗代部分２の前面部には幅５■、
深さ９間、長さ１０２圏の溝３が７本形成されており、
この溝３の中に厚さ４．７鴎、偏８．６■５長さ２５■
の超硬合金片４が２８個。

ろう材５によりろう付けされている。溝の深さ、幅、長
さ等は前記したような体積率となる範囲で任意に変える
ことができる。また、超硬合金片は摩耗代部分を貫通し
て埋設することもできる。

超硬合金を鋼製切刃にろう付けする場合、ろう材として
は耐熱性の高いものが望ましい。

超硬合金と鋼のろう付は用ろう材としては、切削工具な
どでは銀ろうや黄銅ろうを用いるのが一般的である。し
かし、建設機械用切刃は。

前記したように作業の際に切刃先端の温度が６００−７
００℃にも上昇し、かつ大きな応力を発生するために、
これらの一般的ろう材では耐熱性と強度の点で不十分で
ある。また、高温用ろう材としては、純銅ろうやＩＶｉ
−Ｋｎ　共晶ろうも知られているが、前者は強度が低く
、鋼の粒界を侵食することが明らかになり、また後者は
超硬合金を侵食することが明らかになった。

本発明者らは、このような問題を解決すべく研究を行な
った結果、以下のようなろう材が建設機械用切刃に超硬
合金をろう付けする場合に最適であることを見い出した
。

すなわち、本発明に係るろう材もｅｔｃを基本としたろ
う材であるが、純Ｃｕでは鋼の結晶粒界を侵食すると共
にせん断強度が小さいという前記したような問題がある
。Ｎｉ及びＭルはこのような鋼の粒界侵食を防止し、さ
らにＪｔＩルはろう材と鋼の界面に固溶体相を形成し、
ろう材と鋼の「ぬれ性」を数置する効果のあることがわ
かった。

また、Ｃ’ｏｎろう材の硬さを増加させると共に、超硬
合金とろう材の界面に固溶体相を形成させる動きがあり
、超硬合金との「ぬれ性」を改善することがわかった。

まｆｉ、Ｓｉはろう材の硬さを増加させる効果が大きく
、硬さはＳｉ　Ｉ重ｉｋ饅添加によりＨＶ２５〜３５Ｖ
−増加することがわかった。

一方、建設機械の切刃用ろう材としては、耐熱性の観点
からろう材の液相生成温度が９５０℃以上であることが
望ましく、また１１５０℃を越えると鋼の結晶粒が粗大
化し、母材強度を下げるので１１５０℃以下が望ましい
。

Ｍｎ、Ｓｉ・は液相生成温度を下げ、Ｎｉ、　Ｃｏは上
昇させるので、ろう材の液相生成温度を９５０〜１１５
０℃の範囲にするためには、これら合金元素の組合せ及
びその組成範囲には限界がある。

ま九、ろう材の硬さＶｉＣｏ量とＳｉ量、特にＳｉ量に
強く依存するが、継手のせん断強度と硬さの闇には直線
関係は与られないことがわかった。

すなわち、継手のせん断強度は、硬さＨＶ１５０ｔでは
硬さと共に増加するが、これ以上では低下し、特に硬さ
８１７２００以上では脆性的な破壊状態となる。したが
って、Ｃ’ｏ量特にＳｉｔにはせん断強度の点で上限が
おる。

本発明に最適なろう材の組成範囲は、このような合金元
素の特徴を踏まえて総合的に決定されたもので、Ｃ１Ｌ
−Ｎｉ−３ｉ糸では２〜１０ヂＮｉ、好ましくは５〜１
０チＮｉ、　　ｌ〜８饅Ｓ番Ｈ（：ＬＬ−Ｍｎ−Ｎｉ−
Ｓｉ系テｔｒｉ　　ｌ　　Ｑ　−２５噂Ｍ３．５−　１
　０％ＩＶｉ。

＋−３ｓｓｉ；またＣｔｂ−Ｍｔｓ　−Ｎｉ　−Ｃｏ　
−Ｓｉ系では１５〜３０−Ｍｎ、５〜１Ｏ−Ｎ１．５〜
１０嘩Ｃｏ。

α５〜１．５　％　Ｓｉが適当である。

発明の効果 以上のように、本発明に係る超硬合金複合切刃は、鋼製
切刃の摩耗代部分に特定割合の超硬合金を複合したもの
であるため、耐摩耗性に優れ折損しにくいという基本的
効果ｔ＋する。また、鋼製切刃の摩耗代部分の負荷の大
きな前面部に超硬合金をろう付けすることによって、耐
摩耗性が十分に改善されると共に、後面部との耐摩耗性
に差をつけることになって、使用につれて自己鋭利化作
用が発現して摩耗代部分が鋭利となり、慣入力を持続す
ることができるという利点が得られる。さらに、摩耗代
部分の前面部に＃ｊ４ｔ−形成し、この溝に複数個の超
硬合金片をろう付けすることによって、掘削作業におい
て鋼製母材よりも大きな応力が超硬合金に発生しても、
軟質のろう材層による応力緩和によって超硬合金の欠損
が防止され、またたとえ超硬台金片の１つに亀裂が発生
しても他の小片への亀裂伝播が阻止され、さらに溝への
ろう付けによるため超硬台金の位置決めの？＃度がよく
なり、露出量も減少でき、さらに接置強度も増加すると
いう利点が得られる。

このような特性を備えかつ鋼製部分の硬さがＨＲＣ３０
以上の超硬合金複合切刃は、本発明の方法によって簡便
に得ることができる。また、前記したような最適のろう
材を用いることによって、鋼製部分と超硬合金とのろう
付は継手部が耐熱性と強度とを兼ね備え、得られた超硬
合金複合切刃は上記特性を十分に発揮できるとい゛う利
点がめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をリッパポイントに適用し九−実施例を
示す斜視図、第２図は第１図の田−１線断面図、第３図
は従来のリッパポイントの斜視図、第４図はガウジング
摩耗試験に供した試験片の部分斜視図、第５図はガウジ
ング摩耗試験の概念を示す概略図、第６図は摩耗電比と
超硬合金体積率との関係を示すグラフである。 １・・・リンパポイント、２・・・摩耗代部分、３・・
・溝、４・・・超硬合金片、５・・・ろう材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼製切刃の摩耗代部分に３〜５０体積％の超硬合金
   を含有してなる建設機械用の耐摩耗性超硬合金複合切刃
   。 ２、上記超硬合金が、超硬粒子を３〜３０重量％の金属
   結合相で焼結したものである特許請求の範囲第１項に記
   載の超硬合金複合切刃。 ３、鋼製切刃の摩耗代部分の前面部に溝を形成し、該溝
   の中に超硬合金がろう付けされてなる特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の超硬合金複合切刃。 ４、鋼製部分の硬さがＨ＿ＲＣ３０以上である特許請求
   の範囲第１項または第３項に記載の超硬合金複合切刃。 ５、超硬合金が重さ０．５〜１００ｇの範囲の小片より
   成り、該小片の複数個がろう付けされてなる特許請求の
   範囲第３項に記載の超硬合金複合切刃。 ６、ろう材が、２〜１０重量％Ｎｉ、１〜８重量％Ｓｉ
   、残部Ｃｕの組成範囲を有し、ビッカース硬さ１００〜
   ２００Ｋｇ／ｍｍ＾２の範囲にあるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系
   ろう材である特許請求の範囲第３項乃至第５項のいずれ
   かに記載の超硬合金複合切刃。 ７、ろう材が、１０〜２５重量％Ｍｎ、５〜１０重量％
   Ｎｉ、１〜３重量％Ｓｉ、残部Ｃｕの組成範囲を有し、
   ビッカース硬さ１００〜２００ｋｇ／ｍｍ＾２の範囲に
   あるＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｓｉ系ろう材である特許請求の
   範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の超硬合金複合
   切刃。 ８、ろう材が、１５〜３０重量％Ｍｎ、５〜１０重量％
   Ｎｉ、５〜１０重量％Ｃｏ、０．５〜１．５重量％Ｓｉ
   、残部Ｃｕの組成範囲を有し、ビッカース硬さ１００〜
   ２００Ｋｇ／ｍｍ＾２の範囲にあるＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ−
   Ｃｏ−Ｓｉ系ろう材である特許請求の範囲第３項乃至第
   ５項のいずれかに記載の超硬合金複合切刃。 ９、ろう材が薄板状の形状である特許請求の範囲第６項
   乃至第８項のいずれかに記載の超硬合金複合切刃。 １０、鋼製切刃の摩耗代部分に溝を形成し、超硬合金片
   を薄板状ろう材を介在させて上記溝に装着し、この装着
   物を真空もしくは不活性雰囲気中でろう材の融点以上に
   加熱して超硬合金と鋼との間にろう材の融液を形成し、
   次いでろう材の凝固温度直下まで徐冷してろう材を凝固
   させたのち、冷たい不活性ガスを吹き付けて急冷するこ
   とを特徴とする耐摩耗性超硬合金複合切刃の製造法。