JPH0149766B2 - - Google Patents

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JPH0149766B2
JPH0149766B2 JP60219003A JP21900385A JPH0149766B2 JP H0149766 B2 JPH0149766 B2 JP H0149766B2 JP 60219003 A JP60219003 A JP 60219003A JP 21900385 A JP21900385 A JP 21900385A JP H0149766 B2 JPH0149766 B2 JP H0149766B2
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JP
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metal
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powder
parts
mixture
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JP60219003A
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JPS61179805A (ja
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Emu Iisaa Juunsu
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Original Assignee
SHII DEII PII Ltd
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Publication date
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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ツク粒状ベツドを介し
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、部
品内の空隙、間隙、空所はつぶれ、部品密度は高
くなり、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た
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。100％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つ
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％密度の部品に圧密でき、ダイスプレスによ
つ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
材間に凹断又は亀裂又は間隙があつて加圧ガスが
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つて加圧ガス
から隔離する必要がある。 発明の解決すべき問題点 本発明によつ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
すべき面に被着させるために可熱性有機結合剤と
揮発性溶剤を使用する。 本発明によつて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。 本発明によつて２個以上の金属とセラミツクの
部材を結合する方法を提供し、後にセラミツクを
化学的に除去して所定の空所を形成する。 問題点を解決するための手段並びに作用 本発明による金属部材を圧密する基本方法は、 (a) 本体装置装置体に金属粉末と、可熱性有機結
合剤と、揮発性溶剤との混合物を塗布し、 (b) 混合物を乾燥し、 (c) 高い温度で結合剤と溶剤を熱焼除去し、 (d) 粉末金属に圧力を作用して本体装置上に圧密
する。 好適な実施例によつて、第３の混合物は本体装
置に浸漬、塗装又はスプレーによつて塗布する。
本体装置は混合物内の金属粉末の圧密によつて接
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ツ
ク等の粒子のベツド内で行なわれる。 他の実施例によつて、本体の１個は、被覆の圧
密されたドリルビツトコアであつてもよく、そし
て／又はそこへ他の本体（ノズル又はカツタ）が
圧密技法によつて接合される。他の本体例えばノ
ズル又はカツタを圧密技法によつて接合する。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。耐摩耗パツドを更
に接合する。 本発明によつてローラービツト円錐部材に圧密
によつて一体とした切削素子を提供する。ビツト
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
は歯が互にかみ合つて清掃を容易にする。地層岩
石の軟い時は長く、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に図面について
説明する。 実施例 第２図に示す本発明によつて処理したローラー
ビツトカツタ１０は硬靭な金属のほゞ円錐形で破
損抵抗性のコア１１を有する。コアに中空内部１
２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１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２
ｅ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に取付けコアを回転支持する。層
１５はコアの環状面１１ａに取付け、軸線１３を
中心として延長し、軸受合金製とする。 耐衝撃耐摩耗金属内層１６をコアの内部ゾーン
１２ｂ〜１２ｅに取付け、軸線方向の推力軸受を
例えば端面１６ａに形成する。コアに複数の硬質
金属歯１７を取付け、例えば歯の根元端１７ａで
一体とする。歯は外方突出部１７ｂ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をビツトが軸線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、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１７の間を覆う。 本発明によつて、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３層
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
によつて第２図に示す表面層を形成する。上述に
よつて明らかな通り、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
り、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
に粉末混合物として所要部に被覆する。かくし
て、第３図の矢印で示す通り、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 粉末を調整 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焼又は高温プレスす
る。焼結及び高温プレスは通常は好適温度範囲
1800゜〜1250〓（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を付する。即ち、
塗布、スラリー浸漬又は冷間スプレ−によつ
て、硬質金属粉と可熱有機結合剤と揮発性溶剤
との混合物を付する。 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を付する。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つて付
する、 ８ コア部材に粉末ラジアル軸受合金１５を付す
る、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つ
て付する。 ９ 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、 10 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。スラリー付着層が厚い時は予
成形品を非酸化雰囲気内で70〜300〓（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。 10 高温プレスして集成物を完全密度即ち理論密
度の99％に圧密した円錐カツタを形成する。標
準の高温プレス温度範囲は1900〜2300〓（約
1050〜1300℃）とし、圧力は20〜50ton／in.2
（約３〜8ton／cm2）を必要とする。 12 高密度とした円錐にラジアル軸受合金１５を
溶着する。 13 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
製品のために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、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サンドブラスト、寸
法、材質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11段階に示す高温プレス作業のた
めに複合カツ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、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
とによつて、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、既知の円錐カツ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最良
の機能を得るためには異なる工業的特性が必要で
ある。従つ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〓（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％、Mn0.25〜2.0％、Si0.15〜2.2％、
Ni3.75％以下、Cr1.2％以下、Mo0.4％以下、
V0.3％以下、残部鉄で他の素素合計1.0重量％
以下、 (2) 鋳造可能合金鋼、合金成分合計８％以下、
ASTM−Al 48−80級、 (3) 超高強度鋼、例えば、Ｄ−6A、Ｈ−11、
9Ni−4Co、18Niマレージング、300−Ｍ、
4130、4330V、4340。これらの鋼は上述の(1)と
同じレベルのＣ、Mn、Siを含む。しかし、他
の合金素子の含有量が高い。Cr5％以下、
Ni19.0％以下、Mo5.0以下、V1.0％以下、
Co8.0％以下、残部鉄、他の素子合計1.0％以
下。 (4) 鉄系粉末金属鋼、組成はFe79〜98％、Cu0〜
20％、C0.4〜1.0、Ni0〜4.0。 (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、Cr20％以下、
Al2.5％以下、Ti1.5％以下、Cu4.0％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憾械的性質は次の
値以上とする。 抗張力 130ksi 降伏点 80ksi 伸 び ５％ 絞 り 15％ 衝撃強度 耐摩耗被覆１９については、厚さ0.01〜0.20in.
（約0.25〜５mm）の範囲とし、均等な厚さとする
必要はない。円錐外皮用として好適な材料は次の
通りである。 (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
合物はミクロ硬度1000Kg／mm2（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、ニツケル、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、Al、Ｖ、Zr、Cr、
Mo、Ta、Nb、Hf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Ti、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、
Crを有し、Ｃ含有量は2.0重量％以上。 (3) 遷移素子Fe、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％）
【表】 (4) 耐摩耗金属間材料としてCo又はNiを主成分
とし、Mo25〜35％、Cr8〜18％、Si2〜４％、
C0〜0.08％、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、Cu、
Ag、Pb又はその合金、又はグラハイトとするこ
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
ンサート１７ｃは第２図のカツタの歯とし、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 ローラーカツタを製造する例として第１表の段
階１、３、５、６、７、10、11、12、14を行な
う。低合金鋼組成を組合せて最終化学組成は、
Mn0.22％、Mo0.23％、Ni1.84％、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85ksi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、2050
〓（約1150℃）で１時間焼結した。 ステライトNo.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No.
１の公称成分は次の通りである。Cr30重量％、
C2.5％、Si1％、W12.5％、Fe及びNi夫々１％以
下、残部Coである。スラリーを塗装用刷毛を使
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0.08in.（約２mm）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。カーバイド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
C0.8％とした。焼入焼戻熱処理によつて推力軸受
面はコア部材よりも硬くなり、所要耐摩耗性を得
る。 厚さ0.1in.（約2.5mm）のAISI1055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〓
（約40℃）で一夜乾燥し、使用スラリーの全部の
揮発成分を揮発させた。次に誘導加熱によつて
2250〓（約1250℃）に４分間加熱し、高温セラミ
ツク粒の同様に2250〓（約1250℃）のものに埋込
んで円筒形ダイス内に収容した。圧力40ton／in.
2（約7ton／cm2）を液圧プレスによつて上記の粒に
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秒以下保つて、圧力を下げ
る。ダイス内容物を排出し、粒を除き、圧密され
たローラービツトカツタを得る。製品が1600〓
（約900℃）以下に冷却する前に1565〓（約850℃）
の炉内に移し、１時間保つて油冷する。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〓（約540℃）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152ksi、降伏点141ksi、伸び12％、絞り39
％を得た。同様の処理をし、焼戻温度を450〓
（約230℃）とした引張試験棒は抗張力215ksi、降
伏点185ksi、伸び７％、絞り21％であつた。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1.5％をステ
ライトNo.１粉末に混合する。成形品を100〓（約
40℃）で一夜でなく250〓（約120℃）２時間と
し、他の処理段階は上述と同様とした。両例によ
つて製造した２個の部品は目視上の差はなかつ
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つた。 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、個々の微細相が
他の相内に分散して成つた材料を複合相とし、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
トから成るカツ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
ないが取扱間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。 本発明はドリルビツトコアに次の利点を与え
る。 (1) 複合円錐部材をほゞ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、著しく工賃
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ずるように変えるこ
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、
時間温度に応ずる拡散反応はほとんどない。 (4) ロツクビツ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)の円錐カツ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ドインサートで覆
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つた上に結合する。これ
を第４ａ，４ｃ図に示し、均等な硬い刃を歯上
に取付け、孔内での摩耗によつて第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，４ｄ図に示す既知の表面硬化した歯
の鈍つた状態に比して著しく有利である。 (6) 上述の(5)の円錐カツ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５ａ図は１個のインサート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５ｃ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のインサート３１′を有する。第
５ｄ図は修正した第２第３のインサート３１″，
３２″を有する。 (7) 上述の(6)に記した円錐カツタの内面軸受イン
サート３３，３４をコア部材１１内面に結合す
るために、第６図に示す靭性合金の薄い層３３
ａ，３４ａを介挿する。 第１図のものは、ビツト本体４０にねじ部４０
ａを設け、円錐カツタ４１をジヤーナルピン４２
に球軸受４３と推力軸受４４とによつて取付け
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
セラミツ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
た高温セラミツク粒１０２内に埋込み、ダイス１
０３は底壁側壁１０４，１０５を有する。プラン
ジヤ１０６を円筒孔１０５ａに嵌合し、高温粒１
０２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図は焼入鋼製のドリルビツト本体２００を
示し、上部ねじ２０１をドリル管２０２にねじこ
む。本体の下端は大直径として溝部２０４を設け
る。 第９図は環状に離れたカツタ２０７と、ビツト
２００の主本体に結合したノズル２０８を有す
る。カツタの間隔は油井底部地層に、ビツトの軸
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（さく井マツド）を切削部
に向けて斜方向に噴出する。この流体はさく井管
２０２内からビツト開口２００ａ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
材をロツクビツトに取付けることができ、又はロ
ツクビツトを圧密してカツタ、溝、摩耗パツド、
ノズルを完全に一体に成形することができる。他
の型式のロツクビツト、例えばローラービツト、
剪断ビツ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、コアに介面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、スペース２２７を有し、中央軸
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ペース２２
７に形成する。更に、耐摩耗パツド２２９とした
他の部材をスリーブ部材２２３のらせん状ランド
２２３ａに本発明の方法によつて結合する。第１
２ａ図は圧密金属介面２３０がパツド２２９又は
他の金属部材とランド２２３ａ又は金属部材との
間に形成されることを示す。セラミツク粒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〜
80000psi（約3.2〜5.6ton／cm2）と高温すなわち
1950゜〜2250〓（約1050〜1250℃）を作用させる。
粉末金属は硬い耐摩耗金属例えばタングステンカ
ーバイド、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100％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の介面に置き、
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〓（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
ミツク粒に本体２４０の内外露出面を囲ませ、シ
リンダ２４６内のプランジヤ２４５によつて圧力
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、２４
０及び又は２４１を圧密する。部品２４０，２４
１は1900〜2100〓（約1050〜1150℃）の温度に加
熱して圧密を容易にする。 本発明は完全に成形した部材の相互連結を容易
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3/4in（約19
mm）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、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個のスラグを使用した。
スラグの切断面は416ステンレス鋼粉末セメント
混合物を介面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介面位置を
確定するための目的となる。 接合部の混合物を加熱器で350〓（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〓（約1130℃）
で約10分間加熱し、高温セラミツク粒内に埋込ん
で25ton／in.2（約4ton／cm2）の圧力を2000〓（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
介面に416粉末の目印は不鮮明であり、優れた溶
接であつた。 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4650スラグ間は完全に結合した。 他の実験において、AISI1018炭素鋼の２個の
鍛造スラグを、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
クロ構造において両鋼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。 ロツクウエルＣの硬度試験の凹みを150Kg荷重
で1018と4650合金の介面に押し、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
引張試験によつて弱い部材の416ステンレス内で
破断し、接合介面は原形を保つ。破断は73400psi
（約52Kg／mm2）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つた。 発明の効果 各種の実験によつて明らかになつた通り、僅か
に数分間の加熱加圧サイクルによつて、100％密
度の鍛造金属の機械的性質の金属部品が製造でき
る。本発明の製造過程は閉鎖型プレスによつて製
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つて得られ、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 低温プレスした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、合金鋼及び炭素鋼を含む。他の合金系、即
ち、Ni、Co、Cu系の合金も何れの組合せでも接
合し得る。但し介面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
ペリアルクレバイド社の商品名コンフオルマクラ
ツド法、ユ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。被覆法としては本発明は介
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
つ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円錐回転ドリルビツトを示す断面
図、第２図は歯加工円錐カツタの断面図、第２ａ
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ツトカツタの製造過程の
各段階を示す線図、第４ａ，４ｃ図は本発明円錐
カツ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
カツ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図はドリルビツトにノズル、
カツタ素子を結合した側面図、第１０図は本発明
によつ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１２
ａ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……円錐カツタ、１１……コア、１
２……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、３０，３
１，３２，３３，３４，……インサート、４０…
…ビツト本体、４２……ジヤーナルピン、４３，
４４……軸受、１０２，２３１……セラミツク
粒、１０３……ダイス、１０６……プランジヤ、
２００……ドリルビツト本体、２０７……カツ
タ、２０８……ノズル、２２０……ドリルストリ
ングスタビライザ、２２４……介面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 別個に製造された金属部材同志または金属部
    材とセラミツク部材とを接合することによつて１
    個の装置体を圧密するに際し、 (a) 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付し、 (b) 上記混合物に部材接合面間で弱い接着力を発
    揮させつつ、これら部材を組立て、 (c) 混合物を乾燥させ、 (d) 該結合剤と溶剤とを高温で焼き去り、 (e) 接合面が比較的弱く結合した状態の部材から
    成る高温の組立体を、金属ダイス内におかれた
    耐火性材料より成る加熱粒状ベツド内に浸漬
    し、そして (f) 上記部材相互が、それらの接合面に付した金
    属粉の圧密によつて、そして圧密された金属粉
    の該部材面への結合によつて、強固に接合する
    ごとく該部材及び該金属粉末への圧力伝達用粒
    状ベツドに圧力を作用させ、もつて該部材より
    複雑な形状の装置体を形成し、そして接合面で
    金属粉末を圧密することによつて部材同志を接
    合すると同時に部材自身の大きさも減じるとい
    う各段階より成る金属部材同志または金属部材
    とセラミツク部材とを接合することによつて１
    個の装置体を圧密する方法。 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 前記粉末は実質的に鋼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 前記装置体は複数部材が最初は混合物中にあ
    つた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。 ６ 前記部材の少なくとも１個が特許請求の範囲
    第１項の段階(f)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５項記載の方法。 ７ 前記部材の少なくとも１個が前記段階(f)の前
    には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６項記載の方法。 ８ 前記部材が最初は混合物の中にあつた圧密粉
    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５項記載の方法。 ９ 前記装置体の最初の密度は理論密度の100％
    よりも小さな値とし、装置体を前記段階(f)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。 １０ 前記部材の１個はドリルビツトコアとする
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
    法。 １１ 前記部材の一方はドリルビツトコアとし、
    そして他方は最初は混合物の中にあつた圧密粉末
    金属によつて該コアに接合されたカツタとするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の方
    法。 １２ 前記部材の一方はドリルビツトコアとし、
    他方は最初は前記粉末の中にあつた圧密粉末金属
    によつてコアに結合されたノズルとすることを特
    徴とする特許請求の範囲第５項記載の方法。 １３ 前記部材の一方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、他方は最
    初は混合物の圧密粉末金属によつてスリーブに接
    合した耐摩耗パツドとすることを特徴とする特許
    請求の範囲第５項記載の方法。 １４ 前記部材の数を３個以上とすることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 １５ 前記接合面に付する粉末金属は、接合すべ
    き部材間の接合部に置く前に部分的にストリツプ
    状に焼結することを特徴とする特許請求の範囲第
    １項又は第１４項記載の方法。 １６ 粒状の圧力伝達ベツドは部材から成る組立
    体の一部のみを包囲し、組立体の残部は剛性の成
    形ダイスによつて支持されるように前記段階(f)を
    実施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。 １７ 前記部材の１個は浸出可能なセラミツクと
    し、装置体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項記載の方法。
JP60219003A 1984-10-01 1985-10-01 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 Granted JPS61179805A (ja)

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