JPH0243304A

JPH0243304A - 複合部材の製造方法

Info

Publication number: JPH0243304A
Application number: JP19393788A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Yokoo; 英俊横尾; Hiroshi Fukuzawa; 福沢　宏
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1990-02-13

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〕本発明は内層材の外周面に、焼結材よりなる外層が一体
的に焼結接合された複合部材の製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

強度と靭性に優れた鋳鋼又は鍛鋼等の金属を内層材とし
、軽量かつ硬質の焼結材を外層材とする複合部材は、強
度、靭性及び耐摩耗性が良好であるとともに、比較的軽
量であるといった優れた特性を有している。その上、金
属は焼結材に比して安価であるため、前記複合部材は比
較的安価に製造することができるといった種々の利点を
有する。

このような複合部材の製造方法として、通常それぞれの
材料を別々に製造した後、これらを蝋付けや拡散接合等
のいわゆる接合もしくは嵌合等により一体化する方法が
用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの方法においてはいずれも、接合面あるいは嵌合
面に隙間ができないようにこれらの面を平滑に加工して
おくことが必要であるが、外層材がサーメットのような
超硬材料の場合、そのような精密加工は極めて難しい。

さらに内層材と外層材の熱膨張率の差異にも十分に考慮
する必要がある。すなわち、外層材として用いられる焼
結材と、内層材として用いられる鉄鋼等との熱膨張率の
差異が比較的小さくないと、蝋付けや拡散接合等が困難
である。

つまり、上記従来の方法では、組み合わせる材料の種類
やサイズに厳しい制約があり、限られた材料にしか適用
できないという問題がある。その上、接合にはかなりの
手間と費用がかかるという欠点もある。

従って本発明の目的は、外層材の焼結及び外層材と内層
材との接合を同時に行うことができ、しかも、組み合わ
せる材料の種類とサイズに比較的制限の少ない複合部材
の製造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、外層材を
輪状に圧粉成形し、それを内層材の外周に遊嵌した後焼
結及び収縮させることにより、内層材の外周に外層を密
着して接合することができることを発見した。

そして、本発明の複合部材の製造方法は、内層材の外周
に外層が焼結された構造の複合部材を製造する方法であ
って、下記の３工程を有することを特徴とする。

（１）第１の工程・・・前記外層を形成する原料粉末を
輪状に圧粉成形する工程。

（２）第２の工程・・・前記輪状の圧粉成形体を前記内
層材に遊嵌する工程。

（３）第３の工程・・・前記内層材に遊嵌した輪状の圧
粉成形体を焼結及び収縮させ、前記内層材に密着、接合
させる工程。

本発明を以下詳細に説明する。

本発明に用いる内層材は金属であれば鉄、非鉄のいずれ
でもよく、またその態様としては鋳造材、鍛造材や必要
に応じて焼結材のいずれも用いることができる。特に強
靭性の観点からは鋳鋼又は鍛鋼のような鉄鋼材が好まし
い。

本発明に用いる外層材は焼結し得るものであればその成
分は特に限定されず、金属、サーメット等を選択するこ
とができる。特に強靭性のある芯材と高硬度の外層材と
を組合わせた複合部材を得る場合には、外層用の焼結材
粉末としてサーメット粉末を用いるのが好ましい。焼結
材粉末の粒径は特に限定されないが、作業性等の観点か
ら０５〜５μｍ程度であるのが好ましい。

前記内層材と前記外層材との組合せは、外層材にある程
度の伸びが期待できる場合は内層材に特別の制約はない
。しかし外層材がサーメットのようにほとんど伸びが期
待できない場合は、熱膨張率が前記外層材と同等か、あ
るいは多少大きな材料を内層材として選定することが好
ましい。このような組合せの内層材と外層材とを用いる
ことにより、外層部に圧縮残留応力が存在し、熱応力に
よる外層の割れを防止することができる。

第１の工程として、上記外層材を圧粉成形して輪状の圧
粉成形体とする。圧粉成形の方法として、既存の圧粉成
形法のいずれを用いてもよい。例えば、通常のプレスか
らラバープレス（冷間静水圧プレス）に到るまで適宜用
いることができる。圧粉成形の条件は一般に金型プレス
、ラバープレスいずれの場合も１〜２ｔ／ｃｉの圧力で
１〜５分である。

次に、第２の工程として、前記輪状の圧粉成形体を前記
内層材の外周面に嵌めこむ。一般に焼結過程は収縮を伴
うが、本発明に用いる前記輪状の圧粉成形体も次の第３
の工程で焼結する際に自己収縮を起こすので、嵌めこむ
際には、この自己収縮と内層材の膨張とを考慮して両者
の間に隙間を設けておく。

従って、前述の第１の工程では、前記輪状の圧粉成形体
が自己収縮しである程度の強度と伸びを有するようにな
った段階で、その内面が内層材の外周面と密着するよう
に、前記輪状の圧粉成形体の形状及びサイズ、つまり前
記隙間を設定する。

前記内層材と前記輪状の圧粉成形体との隙間の大きさは
、外層材の成分組成、焼結密度、サイズ及び内層材の成
分組成、サイズ等によって異なる。

例を挙げると、内層材がＳＣＭ鋼材で直径１２６ｍｍφ
であり、外層がサーメツト材（ＩＶａ、Ｖａ及ＵＶＩａ
族元素の炭化物並びに窒化物のいずれかの化合物よりな
る硬質相４８％と、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｃｏ及びＦｅ１種
又は２種以上からなる結合相５２％とからなる）を５５
〜６０％の相対密度に圧粉成形した輪状の圧粉成形体で
ある場合は、前記輪状の圧粉成形体の内径は１４０ｍｍ
φ、つまり隙間の幅は７　ｍｍとなるよう設定するのが
好ましい。なお圧粉成形後にも必要に応じて圧粉成形体
の形状及びサイズの修正を行うことができる。

次に第３の工程として、前記輪状の圧粉成形体を遊嵌し
た内層材を焼結装置に入れ、一体重に焼結する。焼結に
より、前記輪状の圧粉成形体は収縮し、これにより前記
輪状の圧粉成形体の内面と前記内層材の外周面とが密着
するとともに、両者の間にＦｅ、Ｃｏ、　Ｎｉ等の金属
の拡散が生じ、拡散接合される。この第３の工程の焼結
処理条件は、外層材の成分組成、焼結密度、サイズ等に
よって異なるが、一般に１３００〜１３６０℃で、１〜
６時間程度である。特に熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）に
より加圧焼結する場合、高密度に焼結した外層が得られ
る。ＨＩＰ条件は一般に１２６０〜１３６０℃、１００
０〜１５００気圧で１〜６時間である。

これにより、圧粉成形体は内層材に一体的に焼結され、
外層となる。すなわち、外層材の焼結及び外層材と内層
材との接合を一回の焼結工程で行うことができる。

焼結後、内層及び焼結された外層を研削等の機械加工に
より所望のサイズに整え、複合部材とする。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１外層材として下記の組成のサーメット系焼結材粉末をラ
バープレスによって圧力１１０００ａｔで圧粉成形し、
外径１００　ｍｍφ、内径５２　ｍｍφ、長さ　１００
ｍｍの輪状の圧粉成形体を得た。

また、ＳＣＭ４４０鋼からなる外径４７ｍｍφ、長さ７
０ｍｍの円柱状の内層材を形成した。

得られた輪状の圧粉成形体の外表面を旋盤により修正加
工した後、前記内層材に同心状に遊嵌した。前記内層材
と前記輪状の圧粉成形体との隙間の幅は２．５ｍｍであ
った。

次にこれを焼結装置に入れ、１０−３ｍｍＨｇまで減圧
し、１３３０℃で４時間焼結処理を行った。

これにより前記輪状の圧粉成形体は前記内層材に一体的
に焼結され、内層材の外周面に強固に接合されていた。

得られた外層の密度は７．４ｇ／ｃｕｔと緻密であり、
また、第１図に示すように接合面の外層側には全面にわ
たって拡散が認められた。

前記外層の熱膨張率は９．７　Ｘ　１０−６／　ｔであ
り、前記内層の熱膨張率は１２．８　Ｘ　１０−６／　
ｔであった。

また、外層に圧縮残留応力が存在し、熱応力による外層
の割れを防止することができた。

実施例２外層材として下記の組成の焼結材粉末をラバプレスによ
って圧力１１０００ａｔで圧粉成形し、外径２００　ｍ
ｍφ、内径７０　ｍｍφ、長さ　１００　ｍｍの輪状の
圧粉成形体を得た。

また、ＳＣＭ４４０鋼からなる外径１２６　ｍｍφ、長
さ７０ｍｍの円柱状の内層材を形成した。

得られた輪状の圧粉成形体を旋盤により外径１８０ｍｍ
φ、内径１４０　ｍｍφ、長さ９０ｍｍの輪状に修正加
工した後、前記内層材に同心状に遊嵌した。前記内層材
と前記輪状の圧粉成形体との隙間の幅は７ｍｒｎであっ
た。

次にこれを１０−２ｍｍＨｇの減圧下で１３３０℃で４
時間予備焼結を行った後、１３００℃、１０ＤＯａｔｍ
の条件で４時間熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行った。

ＨＩＰにより、前記輪状の圧粉成形体は前記内層材に一
体的に焼結され、内層材の外周面に強固に接合された。

得られた外層の密度は７．５ｇ１ｃｒｄで、はぼ真密度
となっていた。また、実施例１と同様に接合面の外層側
には全面にわたって拡散層がδ忍められた。

前記外層の熱膨張率は９．７　Ｘ　１０−６／　ｔであ
り、前記内層の熱膨張率は１２．　ＯＸ　１０−’／　
ｔ：であった。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の複合部材の製造方法は、
外層材の焼結及び外層材と内層材との接合を１回の工程
で行うことができ、かつ、組合わせる材料の種類とサイ
ズに制限が少ないので、強度、靭性及び耐摩耗性の良好
な複合部材を、簡単に比較的安価に製造することができ
る。

従って、本発明の方法は、外層材としてサーメットのよ
うな超硬質材を用いる複合部材の製造に極めて威力を発
揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による複合部材の接合界面の
金属組織を示す写真である。１・・　・サーメット２・・・拡散層３・・・内層材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内層材の外周に外層が焼結された構造の複合部材
を製造する方法であって、前記外層を形成する原料粉末
を輪状に圧粉成形する第１の工程と、前記輪状の圧粉成
形体を前記内層材に遊嵌する第２の工程と、前記輪状の
圧粉成形体を焼結及び収縮させ、前記内層材に密着、接
合させる第３の工程とを有することを特徴とする複合部
材の製造方法。
（２）請求項１に記載の複合部材の製造方法において、
前記内層材が鉄鋼材料であり、前記外層材がサーメット
系材料であることを特徴とする方法。