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技術 耐摩耗ライナー

出願人 山九株式会社
発明者 和田洋二武田碵生本田嗣男
出願日 1998年7月24日 (22年5ヶ月経過) 出願番号 1998-209873
公開日 2000年2月15日 (20年10ヶ月経過) 公開番号 2000-042756
状態 未査定
技術分野 圧接、拡散接合 圧接、拡散接合
主要キーワード 耐摩耗比 既設部材 角柱材 溶接プレート 基材どうし インサート金属 Cr鋳鉄 接合強度低下
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年2月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

耐摩耗性に優れた超硬合金耐摩耗ライナーとして使用するにあたって、超硬合金と鋼基材との接合性を改善すること。

解決手段

厚さが1〜25mmの超硬合金板1と鋼板2とを固相拡散接合によつて積層した耐摩耗ライナーであって、超硬合金板1と鋼板2の界面に、超硬合金側には銅3を、鋼側にはNi4を配する。また、銅板3には無酸素銅を用いる。

概要

背景

優れた耐摩耗性が要求される上記の分野では、鋼製部材の代わりに、代表的な耐摩耗材料として高Cr鋳鉄が使用されている。

ところが、構造用としては、耐摩耗性のみならず、強度や靭性も必要である。しかし、材料の耐摩耗性と強度および靭性は、一般に二律背反の傾向にあり、高Cr鋳鉄の耐摩耗性を向上させるための炭素およびその他合金元素の添加は、著しく強度と靭性を低下させる。

耐摩耗材料としては、その他に高Cr鋳鉄系の材料を鋼に溶接肉盛した溶接プレートや、超硬合金セラミックスといった硬質材機械的な方法や接着またはろう付けによって鋼板表面に貼り付けた複合材プレートがある。これらの複合材プレー卜は、強度、靭性を基材である鋼が受け持ち、耐摩耗性はもっぱら表面硬質材が受け持っている。

しかし、このような複合材プレートの使用においては問題が残っている。すなわち、耐摩耗性は高Cr鋳鉄系溶接金属中炭化物量とともに向上するが、一方で強度と靭性を低下させ、溶接残留応力によって多数の亀裂が発生し、これが原因で使用中の衝撃に対して硬化層短期間で容易に脱落してしまう危険性が大きい。

また、超硬合金やセラミツクスを機械的な方法、接着またはろう付けによって鋼板表面に貼り付けた場合は、硬質材と鋼板界面接合強度が弱いため、使用中に衝撃等によって、硬質材が短期間に容易に脱落するおそれがある。

第1表は各種の構造材の砂摩耗試験の結果を示し、また、第2表は、その耐摩耗比を示す。

概要

耐摩耗性に優れた超硬合金を耐摩耗ライナーとして使用するにあたって、超硬合金と鋼基材との接合性を改善すること。

厚さが1〜25mmの超硬合金板1と鋼板2とを固相拡散接合によつて積層した耐摩耗ライナーであって、超硬合金板1と鋼板2の界面に、超硬合金側には銅3を、鋼側にはNi4を配する。また、銅板3には無酸素銅を用いる。

目的

本発明が解決しようとする課題は、耐摩耗性に優れた超硬合金を耐摩耗ライナーとして使用するにあたって、超硬合金と鋼基材との接合性を改善することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

厚さが1〜25mmの超硬合金板と鋼板とを固相拡散接合によって積層した耐摩耗ライナー

請求項2

超硬合金板と鋼板の界面に、超硬合金側には銅を、鋼側にはNiを配して接合した請求項1記載の耐摩耗ライナー。

請求項3

銅板無酸素銅からなる請求項1又は2記載の耐摩耗ライナー。

技術分野

0001

本発明は、原料土砂鉱石などの粉粒体および塊の搬送やこれらの粉砕衝突などの作用によって摩耗を受ける箇所に使用する耐摩耗ライナーに関する。

背景技術

0002

優れた耐摩耗性が要求される上記の分野では、鋼製部材の代わりに、代表的な耐摩耗材料として高Cr鋳鉄が使用されている。

0003

ところが、構造用としては、耐摩耗性のみならず、強度や靭性も必要である。しかし、材料の耐摩耗性と強度および靭性は、一般に二律背反の傾向にあり、高Cr鋳鉄の耐摩耗性を向上させるための炭素およびその他合金元素の添加は、著しく強度と靭性を低下させる。

0004

耐摩耗材料としては、その他に高Cr鋳鉄系の材料を鋼に溶接肉盛した溶接プレートや、超硬合金セラミックスといった硬質材機械的な方法や接着またはろう付けによって鋼板表面に貼り付けた複合材プレートがある。これらの複合材プレー卜は、強度、靭性を基材である鋼が受け持ち、耐摩耗性はもっぱら表面硬質材が受け持っている。

0005

しかし、このような複合材プレートの使用においては問題が残っている。すなわち、耐摩耗性は高Cr鋳鉄系溶接金属中炭化物量とともに向上するが、一方で強度と靭性を低下させ、溶接残留応力によって多数の亀裂が発生し、これが原因で使用中の衝撃に対して硬化層短期間で容易に脱落してしまう危険性が大きい。

0006

また、超硬合金やセラミツクスを機械的な方法、接着またはろう付けによって鋼板表面に貼り付けた場合は、硬質材と鋼板界面接合強度が弱いため、使用中に衝撃等によって、硬質材が短期間に容易に脱落するおそれがある。

0007

第1表は各種の構造材の砂摩耗試験の結果を示し、また、第2表は、その耐摩耗比を示す。

0008

0009

溶接ライナーC:4.89,Si:1.15,Mn:0.35,
Cr:21.22,Nb:3.16
鋼(S45C)C:0.44,Si:0.23,Mn:0.62
超硬合金C:6.71,Co:6.71,W:82.9,
Fe:3.59,Si:1.10,Cr:0.91
銅 Cu:99.9以上
高Cr鋳鉄C:3.48,Si:0.67,Mn:0.62,
P:0.029,S:0.014,Cr:16.07
Ni:1.20,Mo:2.99
これらの表から明らかなように、耐摩耗性の点からは、超硬合金自体は極めて優れた特性を有する。

0010

ところが、超硬合金は鋼との接合が不安定なので、ろう付けによる大きな面積での完全な接着は不可能である。そのため、接合の安定性を増すためのインサートを用いても使用条件によっては超硬部分が脱落することがあり、この場合は残部の鋼が短期間で摩耗してしまい、点検の結果、この摩耗を発見した場合には緊急の取替が必要となり、保全作業に大きなロスを生じてしまう。

発明が解決しようとする課題

0011

本発明が解決しようとする課題は、耐摩耗性に優れた超硬合金を耐摩耗ライナーとして使用するにあたって、超硬合金と鋼基材との接合性を改善することにある。

課題を解決するための手段

0012

本発明は、超硬合金板と鋼板を固相拡散接合によって積層することによってその課題を解決した。超硬合金板の厚さは、1〜25mmが適当であるが、これは次の理由による。この種のライナーの厚さは12〜100mmと広範囲にわたるが、通常、その交換は、初期厚さの半分が摩耗した時点で行われるのが通常で、全体の厚さTの半分のT/2を超硬合金に置き換えることで寿命延長が確実に達成できる。ところが、超硬合金は比重が大きいため、ライナーの他の部分と同じ重量にするにはT/4以下の厚さにする必要がある。一方、超硬合金の耐摩耗性は優れているので、T/2の1/6以上の厚さ(T/12以上)があれば十分である。このため、超硬合金の厚さは1〜25mmとする。

0013

超硬合金板と鋼板の接合面には、超硬合金側に銅の薄板を、鋼板側にNiの箔を介して接合することができる。鋼板側にNi箔を挿入する目的は、銅板と鋼板を直接接合した場合に起こるCuとFeの相互拡散に起因する界面の接合強度低下を防ぐことにある。また、銅板は、脱酸銅タフピッチ銅に比べて高い継手引張強度が得られる無酸素銅を使用することが好ましい。

0014

固相拡散接合条件については、雰囲気真空あるいは不活性ガスの下で行うのが、接合品質の観点から好都合である。その処理温度は、超硬合金と鋼を、銅をインサート金属に用いて接合した場合の継手引張強度データ表3に示すように、900〜1000℃の範囲で十分な強度が得られることが分かっている。また、銅と鋼の間にNi箔を挿入することによって継手強度はさらに改善される。したがって、処理温度は、900〜1000℃が適当である。

0015

ID=000005HE=020 WI=082 LX=0640 LY=1250
なお、超硬合金/銅/鋼の試験片は、WC−Co製の超硬合金:厚さ5mm×10mm×10mm、無酸素銅板:厚さ2mm×10mm×10mm、鋼:断面10mm×10mmの角柱材である。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下本発明の具体的な実施の形態を実施例に基づいて説明する。

0017

実施例1
図1に示すように、WC−Co製の超硬合金板(厚さ4mm×100mm×60mm)1を鋼板(厚さ6mm×240mm×500mm)2上に配置して積層した耐摩耗プレート製作した。超硬合金板1と鋼板2との間には、超硬合金板1側に厚さ1mmの無酸素銅板3と鋼2側に厚さ10μmのNi箔4を挿入して、真空ホットプレス装置を用いて、930℃×1.5hr×10MPaの条件によって接合を行った。接合結果は、超硬合金に割れその他の結果は観察されず、超音波探傷試験によって検査したところ、接合は完全であることが確認された。
実施例2
図2に示すように、超硬合金板(厚さ5mm×45mm×45mm)1と鋼板(厚さ10mm×45mm×45mm)2を積層した耐摩耗部品を製作した。超硬合金板1と鋼板2との間には、厚さ0.3mmの無酸素銅板3を挿入して、真空ホットプレス装置を用いて、900℃×0.5hr×10MPaの条件で接合を行った。接合結果は良好で、超硬合金に割れその他の欠陥は観察されなかった。

0018

実施例3
図2に示すような形態で、超硬合金板(厚さ5mm×45mm×45mm)1を鋼板(厚さ10mm×45mm×45mm)2に配置して積層した耐摩耗部品を製作した。超硬合金板1と鋼板2との間には、厚さ0.5mmのNi板4を挿入して、真空ホットプレス装置を用いて、950℃×0.5hr×10MPaの条件で接合を行った。接合結果は良好で、超硬合金に割れその他の欠陥は観察されなかった。

発明の効果

0019

本発明によれば、耐摩耗材料としての超硬合金の特性を産業最大限に利用することが可能である。すなわち、鋼を基材に用いることによって、既設部材または機器に対してアーク溶接によって簡単に取りつけることができること、さらに、基材どうしをアーク溶接によってつなぎ合わせることによって、任意の大きさの部品として使用可能になり、利用範囲が広くなると考えられる。

0020

また、設備保全において、短周期で部品の取り替えを行う必要がなくなるので、取り替えに伴うコストの大幅削減となり、また、長期的に見れば材料費の削減の効果もある。

0021

さらに、日常の点検において、超硬合金部分の損耗の状況を把握しておくことによって、次回の取り替え時期を予め知ることができるので、緊急保全による人員配置のロスをなくすことが可能となる。

図面の簡単な説明

0022

図1本発明の実施例を示す説明図である。
図2本発明の別実施例を示す説明図である。

--

0023

1:超硬合金
2:鋼板
3:銅板
4:Ni板

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