JPH0941006A - 層状化複合体炭化物製品及び製造方法 - Google Patents
層状化複合体炭化物製品及び製造方法Info
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- JPH0941006A JPH0941006A JP8137410A JP13741096A JPH0941006A JP H0941006 A JPH0941006 A JP H0941006A JP 8137410 A JP8137410 A JP 8137410A JP 13741096 A JP13741096 A JP 13741096A JP H0941006 A JPH0941006 A JP H0941006A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超硬合金の一つ以上の性質を他の性質の減少
を伴うことなく改善すること。 【解決手段】 第１の等級の超硬合金組成物から成る芯
部と第２の等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の表面層を具備する剛性の焼結超硬合金部品を製造す
る方法。粒状成分として第２の等級の超硬合金組成物の
粉末と炭化水素からなりそして溶剤、表面活性剤、バイ
ンダー及び可塑剤を含む液体ビヒクルを含有するスラリ
ーを生成し、第１の等級の超硬合金組成物から形成され
た生の圧粉体の表面に前記スラリーを被覆し、スラリー
を生の圧粉体上で乾燥せしめて生の層状化圧粉体を形成
し、生の層状化圧粉体を焼結して剛性の焼結超硬合金部
品を形成することを包含する。それから製造された焼結
部品。
を伴うことなく改善すること。 【解決手段】 第１の等級の超硬合金組成物から成る芯
部と第２の等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の表面層を具備する剛性の焼結超硬合金部品を製造す
る方法。粒状成分として第２の等級の超硬合金組成物の
粉末と炭化水素からなりそして溶剤、表面活性剤、バイ
ンダー及び可塑剤を含む液体ビヒクルを含有するスラリ
ーを生成し、第１の等級の超硬合金組成物から形成され
た生の圧粉体の表面に前記スラリーを被覆し、スラリー
を生の圧粉体上で乾燥せしめて生の層状化圧粉体を形成
し、生の層状化圧粉体を焼結して剛性の焼結超硬合金部
品を形成することを包含する。それから製造された焼結
部品。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超硬合金（hard m
etals ：金属炭化物粉末と結合材としての金属粉末とを
配合して焼結した極めて硬い合金）、特には炭化タング
ステン焼結超硬合金に関するものである。本超硬合金は
液相焼結を含む粉末冶金法により製造されそして代表的
に主に炭化タングステン、ただしタンタル、チタン、ニ
オブ（コロンビウム）その他の炭化物をも含みうる高融
点金属炭化物と結合材金属、一般にコバルト或いはニッ
ケル或いはその組み合わせから成る。この型式の超硬合
金は複合材であり、少なくとも６０年にわたって工業的
に製造されており、切削工具材料、採鉱工具、あらゆる
種類のダイ及びパンチ、摩耗部品としての用途を有す
る。
etals ：金属炭化物粉末と結合材としての金属粉末とを
配合して焼結した極めて硬い合金）、特には炭化タング
ステン焼結超硬合金に関するものである。本超硬合金は
液相焼結を含む粉末冶金法により製造されそして代表的
に主に炭化タングステン、ただしタンタル、チタン、ニ
オブ（コロンビウム）その他の炭化物をも含みうる高融
点金属炭化物と結合材金属、一般にコバルト或いはニッ
ケル或いはその組み合わせから成る。この型式の超硬合
金は複合材であり、少なくとも６０年にわたって工業的
に製造されており、切削工具材料、採鉱工具、あらゆる
種類のダイ及びパンチ、摩耗部品としての用途を有す
る。
【０００２】
【従来の技術】超硬合金の性質は、高い硬度（耐摩耗
性）から高い靱性（高い強度）まで広範に及びしかも優
れた耐食性もしくは耐酸化性そしてある種の用途ではゴ
ーリング耐性もしくは別の用途では加工材料への溶着
（クレータリング）への耐性をも含みうる。これら性質
は主に超硬合金の組成並びに金属炭化物の寸法と形状に
より支配される。結合材金属の量もしくは比率は超硬合
金の性質を決定するのに非常に重要な役割を果たす。低
水準の結合材は高い硬度を示す超硬合金を生み出し、他
方高水準の結合材はより高い靱性もしくは強度を示す超
硬合金を生み出す。これら性質のいずれかの改善は一般
に他の性質の一つ以上の減少を伴う。
性）から高い靱性（高い強度）まで広範に及びしかも優
れた耐食性もしくは耐酸化性そしてある種の用途ではゴ
ーリング耐性もしくは別の用途では加工材料への溶着
（クレータリング）への耐性をも含みうる。これら性質
は主に超硬合金の組成並びに金属炭化物の寸法と形状に
より支配される。結合材金属の量もしくは比率は超硬合
金の性質を決定するのに非常に重要な役割を果たす。低
水準の結合材は高い硬度を示す超硬合金を生み出し、他
方高水準の結合材はより高い靱性もしくは強度を示す超
硬合金を生み出す。これら性質のいずれかの改善は一般
に他の性質の一つ以上の減少を伴う。
【０００３】結合材金属の含有量は、超硬合金組成の１
重量％もの低い水準から２５重量％もの高い水準まで変
化しうる。コバルトが主なる結合材金属であるが、ある
種の用途において改善された耐食性を提供するためにニ
ッケルも単独で或いはコバルトとの組み合わせで使用で
きる。
重量％もの低い水準から２５重量％もの高い水準まで変
化しうる。コバルトが主なる結合材金属であるが、ある
種の用途において改善された耐食性を提供するためにニ
ッケルも単独で或いはコバルトとの組み合わせで使用で
きる。
【０００４】材料研究者は、超硬合金の一つ以上の性質
を他の性質の悪化を伴うことなく改善するための方策を
長い間追求してきた。例えば、超硬合金の性質がそれら
を他の材料と組み合わせて複合体材料を創出することに
より改善されうることが長い間知られていた。例えば、
超硬合金製品の強度は、鋼のような比較的靱性のあるベ
ース材料と締結することにより、或いはろう接すること
により或いは流し込むことによってさえ改善することが
できる。そうするに際して、超硬合金の耐摩耗性（硬
度）は減ずることなく、新たな複合体製品の靱性（強
度）は改善される。鋼板もしくは鋼工具ホルダにろう接
された超硬合金がそうした複合体に対する代表的な用途
である。
を他の性質の悪化を伴うことなく改善するための方策を
長い間追求してきた。例えば、超硬合金の性質がそれら
を他の材料と組み合わせて複合体材料を創出することに
より改善されうることが長い間知られていた。例えば、
超硬合金製品の強度は、鋼のような比較的靱性のあるベ
ース材料と締結することにより、或いはろう接すること
により或いは流し込むことによってさえ改善することが
できる。そうするに際して、超硬合金の耐摩耗性（硬
度）は減ずることなく、新たな複合体製品の靱性（強
度）は改善される。鋼板もしくは鋼工具ホルダにろう接
された超硬合金がそうした複合体に対する代表的な用途
である。
【０００５】逆に、超硬合金の硬度もしくは耐摩耗性は
ＴｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣその他の材料のような一層
硬質の材料で超硬合金を被覆することによって改善する
ことができる。そうした製品において、硬質金属の相対
的に高い強度性質（被覆に比較して）は損なわれること
なく、新たな複合体製品の耐摩耗性は改善される。
ＴｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣその他の材料のような一層
硬質の材料で超硬合金を被覆することによって改善する
ことができる。そうした製品において、硬質金属の相対
的に高い強度性質（被覆に比較して）は損なわれること
なく、新たな複合体製品の耐摩耗性は改善される。
【０００６】上述した製品において、複合体は異種材料
から構成される。これら複合体を同種材料から構成する
ことがしばしば所望される。複合体における同種材料の
使用は、優れた靱性、耐摩耗性或いは耐食性を、超硬合
金物品自体内での他の性質のいずれかを犠牲とすること
なく提供する。
から構成される。これら複合体を同種材料から構成する
ことがしばしば所望される。複合体における同種材料の
使用は、優れた靱性、耐摩耗性或いは耐食性を、超硬合
金物品自体内での他の性質のいずれかを犠牲とすること
なく提供する。
【０００７】同種材料から形成される複合体はごくわず
かしか知られていない。そうした複合体の一つが米国特
許第４，７２２，４０５号に開示され、ここでは２種の
異なった等級の超硬合金組成物が物品の半分が第１の等
級の超硬合金組成物からなりそして残り半分が第２の等
級の超硬合金組成物からなるような態様で互いに圧縮さ
れる。焼結される時、この２種の複合材料（超硬合金）
の複合体は明確に異なった超硬合金組成物から構成され
そして両者の境界線は水平若しくは垂直とされうる。し
かし、この特許は、表面全体もしくは選択された表面が
物品の芯部とは組成及び性質において異なっているよう
な複合体を提供しない。
かしか知られていない。そうした複合体の一つが米国特
許第４，７２２，４０５号に開示され、ここでは２種の
異なった等級の超硬合金組成物が物品の半分が第１の等
級の超硬合金組成物からなりそして残り半分が第２の等
級の超硬合金組成物からなるような態様で互いに圧縮さ
れる。焼結される時、この２種の複合材料（超硬合金）
の複合体は明確に異なった超硬合金組成物から構成され
そして両者の境界線は水平若しくは垂直とされうる。し
かし、この特許は、表面全体もしくは選択された表面が
物品の芯部とは組成及び性質において異なっているよう
な複合体を提供しない。
【０００８】米国特許第４，７４３，５１５号は、表面
から芯部へと勾配のついた性質を有する超硬合金製品を
開示する。詳しくは、この超硬合金製品は、表面におい
て相対的に高い硬度を有しそして芯部において相対的に
高い靱性を有する。この結果は、コバルト含有量が表面
において相対的に低く、そして結合材含有量が中央すな
わち芯部に向けてしだいに高くなるように製品のコバル
ト結合材含有量を制御することにより創られる。この特
許の複合体においては、結合材含有量の制御は、結合材
金属の濃度を芯部におけるより表面において低減せしめ
て性質の差を創りだする拡散・移動プロセスにより行わ
れる。この複合体は、ある種の用途において必要とされ
るような選択された表面において或いは全表面において
明確に異なった超硬合金等級の組成、粒寸或いは合金含
有量を有する製品を提供し得ない。
から芯部へと勾配のついた性質を有する超硬合金製品を
開示する。詳しくは、この超硬合金製品は、表面におい
て相対的に高い硬度を有しそして芯部において相対的に
高い靱性を有する。この結果は、コバルト含有量が表面
において相対的に低く、そして結合材含有量が中央すな
わち芯部に向けてしだいに高くなるように製品のコバル
ト結合材含有量を制御することにより創られる。この特
許の複合体においては、結合材含有量の制御は、結合材
金属の濃度を芯部におけるより表面において低減せしめ
て性質の差を創りだする拡散・移動プロセスにより行わ
れる。この複合体は、ある種の用途において必要とされ
るような選択された表面において或いは全表面において
明確に異なった超硬合金等級の組成、粒寸或いは合金含
有量を有する製品を提供し得ない。
【０００９】米国特許第４，９５６，０１２号は、ある
等級の超合金組成物のノジュールが別の等級の超合金組
成物のマトリックス中に一様に分散せしめられる複合体
を開示する。そうした複合体において表面から芯部への
性質や組成における勾配は存在しない。更に、ここで開
示される分散合金化複合超合金は複合体全体を通して一
様な混合物であるから選択された表面において明確に異
なった組成を有する製品を製造することができない。
等級の超合金組成物のノジュールが別の等級の超合金組
成物のマトリックス中に一様に分散せしめられる複合体
を開示する。そうした複合体において表面から芯部への
性質や組成における勾配は存在しない。更に、ここで開
示される分散合金化複合超合金は複合体全体を通して一
様な混合物であるから選択された表面において明確に異
なった組成を有する製品を製造することができない。
【００１０】米国特許第４，３９８，９５２号は、芯部
から表面へと連続した機械的性質の勾配を有する粉末冶
金物品を記載する。この勾配は、芯部から表面へとまた
その逆に粉末金属の組成の連続変化をつける粉末金属製
造技術により生成される。この方法により生み出される
物品の性質は芯部と表面もしくは選択された表面間で等
級において明確な分離を有さず、芯部から表面まで連続
した勾配を有する。
から表面へと連続した機械的性質の勾配を有する粉末冶
金物品を記載する。この勾配は、芯部から表面へとまた
その逆に粉末金属の組成の連続変化をつける粉末金属製
造技術により生成される。この方法により生み出される
物品の性質は芯部と表面もしくは選択された表面間で等
級において明確な分離を有さず、芯部から表面まで連続
した勾配を有する。
【００１１】米国特許第４，００３，７１６号は、改善
された焼結密度を有するテープ流し込み焼結高融点金属
炭化物を開示する。ここでは、超硬合金物品は、スラリ
ーをテープ流し込みし、流し込んだテープを所望の形状
に成形し、そしてテープを焼成することにより製造され
る。この発明からの可撓性製品を焼結もしくは未焼結製
品に応用することを試みるなら、問題が発生する。例え
ば、特に芯部が先に焼結されていなかった場合には、流
し込みテープを芯部に結合するに際して困難さが生じ
る。従って、層状複合炭化物製品の製造は達成困難であ
る。
された焼結密度を有するテープ流し込み焼結高融点金属
炭化物を開示する。ここでは、超硬合金物品は、スラリ
ーをテープ流し込みし、流し込んだテープを所望の形状
に成形し、そしてテープを焼成することにより製造され
る。この発明からの可撓性製品を焼結もしくは未焼結製
品に応用することを試みるなら、問題が発生する。例え
ば、特に芯部が先に焼結されていなかった場合には、流
し込みテープを芯部に結合するに際して困難さが生じ
る。従って、層状複合炭化物製品の製造は達成困難であ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、超硬
合金の一つ以上の性質を他の性質の減少を伴うことなく
改善することである。本発明はまた、芯部が第１の等級
の超硬合金組成からなりそして表面もしくは選択された
複数の表面部分が明確に異なった単数乃至複数の組成か
らなり、従って芯部とは明確に異なった機械的性質を有
するような焼結複合超硬合金製品を提供することであ
る。
合金の一つ以上の性質を他の性質の減少を伴うことなく
改善することである。本発明はまた、芯部が第１の等級
の超硬合金組成からなりそして表面もしくは選択された
複数の表面部分が明確に異なった単数乃至複数の組成か
らなり、従って芯部とは明確に異なった機械的性質を有
するような焼結複合超硬合金製品を提供することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、すべての超硬
合金が複合材料であるから実際上複合材料の複合体であ
る層状化超硬合金を創出することにより課題を達成す
る。本発明は、第１の等級の超硬合金組成物から成る芯
部と第２の等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の表面層を具備する剛性の焼結超硬合金部品を製造す
る方法であって、（ａ）粒状成分として前記第２の等級
の超硬合金組成物の粉末と炭化水素から実質上なりそし
て溶剤、表面活性剤、バインダー及び可塑剤を含む液体
ビヒクルを含有するスラリーを生成する段階と、（ｂ）
前記第１の等級の超硬合金組成物から形成された生の圧
粉体の表面に前記スラリーを被覆する段階と、（ｃ）前
記スラリーを前記生の圧粉体上で乾燥せしめて生の層状
化圧粉体を形成する段階と、（ｄ）前記生の層状化圧粉
体を焼結して剛性の焼結超硬合金部品を形成する段階と
を包含する層状化焼結超硬合金部品を製造する方法を提
供する。
合金が複合材料であるから実際上複合材料の複合体であ
る層状化超硬合金を創出することにより課題を達成す
る。本発明は、第１の等級の超硬合金組成物から成る芯
部と第２の等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の表面層を具備する剛性の焼結超硬合金部品を製造す
る方法であって、（ａ）粒状成分として前記第２の等級
の超硬合金組成物の粉末と炭化水素から実質上なりそし
て溶剤、表面活性剤、バインダー及び可塑剤を含む液体
ビヒクルを含有するスラリーを生成する段階と、（ｂ）
前記第１の等級の超硬合金組成物から形成された生の圧
粉体の表面に前記スラリーを被覆する段階と、（ｃ）前
記スラリーを前記生の圧粉体上で乾燥せしめて生の層状
化圧粉体を形成する段階と、（ｄ）前記生の層状化圧粉
体を焼結して剛性の焼結超硬合金部品を形成する段階と
を包含する層状化焼結超硬合金部品を製造する方法を提
供する。
【００１４】生の圧粉体の表面にスラリーを被覆する前
にスラリーの粘度を調整する段階を含むこともできる。
生の圧粉体が逃散性バインダーを含み、該逃散性バイン
ダーを予備焼結、半焼結及びデラビング（delubing）か
ら成る群から選択されるバインダー除去プロセスにより
除去する段階を含むこともできる。生の圧粉体が逃散性
バインダーを含まずに調製された超硬合金粉末から生成
されるようにすることもできる。
にスラリーの粘度を調整する段階を含むこともできる。
生の圧粉体が逃散性バインダーを含み、該逃散性バイン
ダーを予備焼結、半焼結及びデラビング（delubing）か
ら成る群から選択されるバインダー除去プロセスにより
除去する段階を含むこともできる。生の圧粉体が逃散性
バインダーを含まずに調製された超硬合金粉末から生成
されるようにすることもできる。
【００１５】例えば、スラリーが生の圧粉体の上面のみ
に被覆され、それにより上面のみが焼結に際して物品の
本体とは異なった等級の超硬合金組成物を含有する層状
化複合体製品を生成することもできるし、スラリーが生
の圧粉体の全面に被覆され、それにより層状化複合体の
全面が焼結に際して物品の芯部とは異なった等級の超硬
合金組成物を含有する層状化複合体製品を生成すること
もできるし、またスラリーが生の圧粉体の選択された表
面に被覆され、それにより物品の選択された表面が焼結
に際して物品の芯部乃至本体とは異なった等級の超硬合
金組成物を含有する層状化複合体製品を生成することも
できる。スラリーは、スラリーを生の圧粉体上に塗布、
噴霧することにより、または生の圧粉体をスラリー中に
浸漬（submerging、 dipping）することにより、またそ
の他の方法で生の圧粉体に被覆される。
に被覆され、それにより上面のみが焼結に際して物品の
本体とは異なった等級の超硬合金組成物を含有する層状
化複合体製品を生成することもできるし、スラリーが生
の圧粉体の全面に被覆され、それにより層状化複合体の
全面が焼結に際して物品の芯部とは異なった等級の超硬
合金組成物を含有する層状化複合体製品を生成すること
もできるし、またスラリーが生の圧粉体の選択された表
面に被覆され、それにより物品の選択された表面が焼結
に際して物品の芯部乃至本体とは異なった等級の超硬合
金組成物を含有する層状化複合体製品を生成することも
できる。スラリーは、スラリーを生の圧粉体上に塗布、
噴霧することにより、または生の圧粉体をスラリー中に
浸漬（submerging、 dipping）することにより、またそ
の他の方法で生の圧粉体に被覆される。
【００１６】本発明はまた、これらの方法により製造さ
れた剛性の焼結物品をも提供し、例えば第１の等級の超
硬合金組成物から成る芯部と、第２の等級の超硬合金組
成物から成る少なくとも１層の上面層とを具備し、その
場合第１の等級の超硬合金組成物と第２の等級の超硬合
金組成物の各々がコバルト及びニッケルの少なくとも１
種の結合材を含んでいる剛性の焼結物品を提供する。そ
の例として、物品の全面が第２の等級の超硬合金組成物
から成る少なくとも１層の上面層から構成される焼結物
品、物品の選択された表面が第２の等級の超硬合金組成
物から成る少なくとも１層の上面層から構成される焼結
物品、第３等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の中間層を含み、該中間層が芯部と表面層との間に設
けられ、該表面層が前記芯部及び少なくとも１層の中間
層とは組成において異なった等級の超硬合金組成物から
構成されて性質における傾斜を創出する焼結物品、少な
くとも１層の中間層が表面層及び芯部より実質上高い靱
性を有する焼結物品等を挙げることができる。
れた剛性の焼結物品をも提供し、例えば第１の等級の超
硬合金組成物から成る芯部と、第２の等級の超硬合金組
成物から成る少なくとも１層の上面層とを具備し、その
場合第１の等級の超硬合金組成物と第２の等級の超硬合
金組成物の各々がコバルト及びニッケルの少なくとも１
種の結合材を含んでいる剛性の焼結物品を提供する。そ
の例として、物品の全面が第２の等級の超硬合金組成物
から成る少なくとも１層の上面層から構成される焼結物
品、物品の選択された表面が第２の等級の超硬合金組成
物から成る少なくとも１層の上面層から構成される焼結
物品、第３等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の中間層を含み、該中間層が芯部と表面層との間に設
けられ、該表面層が前記芯部及び少なくとも１層の中間
層とは組成において異なった等級の超硬合金組成物から
構成されて性質における傾斜を創出する焼結物品、少な
くとも１層の中間層が表面層及び芯部より実質上高い靱
性を有する焼結物品等を挙げることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、本
発明に従って形成された層状化複合体の顕微鏡写真であ
り、ここでは物品は平坦な上面若しくは側面を有する。
図１Ａに示されるように、物品は、芯部とは明確に異な
った表面層を有する。しかも、表面層は厚さ及び組成に
おいて一様である。図１Ｂは１５０倍の倍率での複合体
の組織を示し、ここでは表面層（この場合０．００７”
（０．０１８ｍｍ））は芯部とは明確に異なった等級の
ものである。図１Ｃは、図１Ｂの結合線を１５００倍の
倍率で示す。図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、上面の等級
が微細粒等級でありそして芯部が中間粒等級であること
を明瞭に示している。これら図面は表面層と芯部との間
での優れた結合を更に示し、表面層と芯部並びにその間
の団結状態が完全であることを示している。
発明に従って形成された層状化複合体の顕微鏡写真であ
り、ここでは物品は平坦な上面若しくは側面を有する。
図１Ａに示されるように、物品は、芯部とは明確に異な
った表面層を有する。しかも、表面層は厚さ及び組成に
おいて一様である。図１Ｂは１５０倍の倍率での複合体
の組織を示し、ここでは表面層（この場合０．００７”
（０．０１８ｍｍ））は芯部とは明確に異なった等級の
ものである。図１Ｃは、図１Ｂの結合線を１５００倍の
倍率で示す。図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、上面の等級
が微細粒等級でありそして芯部が中間粒等級であること
を明瞭に示している。これら図面は表面層と芯部との間
での優れた結合を更に示し、表面層と芯部並びにその間
の団結状態が完全であることを示している。
【００１８】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明に従
うドーム状すなわち球状の上部を有する圧縮体の顕微鏡
写真であり、ここでは上面は明確に芯部と異なってい
る。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明が平坦な表面
のみならず、図２Ｂ及び図２Ｃに明示されるように、輪
郭づけられた表面にも応用しうることを示している。
うドーム状すなわち球状の上部を有する圧縮体の顕微鏡
写真であり、ここでは上面は明確に芯部と異なってい
る。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明が平坦な表面
のみならず、図２Ｂ及び図２Ｃに明示されるように、輪
郭づけられた表面にも応用しうることを示している。
【００１９】図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明が輪
郭づけられた形状をした層状超硬合金複合体を提供する
ことができるだけでなく、相互に明確に異なりかつ芯部
からも異なる多重層をも提供することができることを示
す。この多重層は図３Ａに明示されている。図３Ｂ及び
図３Ｃは、拡大された倍率でこれら層を示し、相互に明
確に異なりかつ芯部からも異なる多重層組織を示してい
る。ここで記載される「層」とはわずか０．０２５ｍｍ
から焼結部品全体厚の２０％にも及びうる厚さ範囲をと
ることができる。
郭づけられた形状をした層状超硬合金複合体を提供する
ことができるだけでなく、相互に明確に異なりかつ芯部
からも異なる多重層をも提供することができることを示
す。この多重層は図３Ａに明示されている。図３Ｂ及び
図３Ｃは、拡大された倍率でこれら層を示し、相互に明
確に異なりかつ芯部からも異なる多重層組織を示してい
る。ここで記載される「層」とはわずか０．０２５ｍｍ
から焼結部品全体厚の２０％にも及びうる厚さ範囲をと
ることができる。
【００２０】図４〜９は、本発明の層状複合炭化物製品
を形成することのできる様々の具体例を例示する。図４
に示される本発明の好ましい具体例において、球状（ド
ーム状）の採鉱用圧縮体若しくは工具が製造でき、ここ
では芯部１は比較的高いコバルト組成（８重量％を超え
る）若しくは粗い粒組織若しくは両者を有する相対的に
靱性のある（耐衝撃性）等級の超硬合金である。上面層
２は、比較的低いコバルト組成（６重量％以下）若しく
は微粒組織若しくは両者を有する第２の等級の超硬合金
から形成される相対的に硬質の（高い耐摩耗性）材料で
ある。図４に示されるような層状複合炭化物製品は靱性
のある芯部或いは硬質の表面いずれかに比較して単一の
物品中にそれらを組み合わせ、そして焼結製品の異なっ
た領域において制御された組成及び性質を備えることに
より改善された機械的性質を有する中実で剛性の超硬合
金採掘用工具を提供する。
を形成することのできる様々の具体例を例示する。図４
に示される本発明の好ましい具体例において、球状（ド
ーム状）の採鉱用圧縮体若しくは工具が製造でき、ここ
では芯部１は比較的高いコバルト組成（８重量％を超え
る）若しくは粗い粒組織若しくは両者を有する相対的に
靱性のある（耐衝撃性）等級の超硬合金である。上面層
２は、比較的低いコバルト組成（６重量％以下）若しく
は微粒組織若しくは両者を有する第２の等級の超硬合金
から形成される相対的に硬質の（高い耐摩耗性）材料で
ある。図４に示されるような層状複合炭化物製品は靱性
のある芯部或いは硬質の表面いずれかに比較して単一の
物品中にそれらを組み合わせ、そして焼結製品の異なっ
た領域において制御された組成及び性質を備えることに
より改善された機械的性質を有する中実で剛性の超硬合
金採掘用工具を提供する。
【００２１】図４に示される複合体は、岩盤乃至岩石掘
削や鉱山用途に有用であり、その高い硬度の上面と、そ
の組成と性質とが芯部の耐衝撃性に悪影響を与えないこ
とから、現在の超合金組成物より改善された性能を提供
する。
削や鉱山用途に有用であり、その高い硬度の上面と、そ
の組成と性質とが芯部の耐衝撃性に悪影響を与えないこ
とから、現在の超合金組成物より改善された性能を提供
する。
【００２２】図５は、上述した採掘用工具の第２の具体
例を例示し、ここでは芯部３は比較的硬い等級の超硬合
金であり、そして高い耐衝撃性を有する中間層４が設け
られる。複合体の上部表面層５は芯部と類似の組成を有
することができるし若しくは異なった組成のものとする
ことができる。別様には、上層５は芯部より更に一層高
い耐摩耗性を有するものとすることができる。図５の採
掘工具は特に芯部３を上層５において発生するクラック
から保護するように設計されている。中間層４の耐衝撃
性質は芯部３へのこの保護を提供する。上層５が例え欠
損しても、中間層４はクラックの伝播を防止することに
より芯部３を保護する。
例を例示し、ここでは芯部３は比較的硬い等級の超硬合
金であり、そして高い耐衝撃性を有する中間層４が設け
られる。複合体の上部表面層５は芯部と類似の組成を有
することができるし若しくは異なった組成のものとする
ことができる。別様には、上層５は芯部より更に一層高
い耐摩耗性を有するものとすることができる。図５の採
掘工具は特に芯部３を上層５において発生するクラック
から保護するように設計されている。中間層４の耐衝撃
性質は芯部３へのこの保護を提供する。上層５が例え欠
損しても、中間層４はクラックの伝播を防止することに
より芯部３を保護する。
【００２３】多重層複合体を形成する時には、それら層
が芯部から表面まで性質において傾斜（勾配）を示すこ
とが所望される。例えば、層の各々に対して熱膨張係数
において傾斜が存在することが所望される。この性質の
傾斜は焼結複合体が破断なく一体の部品であることを可
能ならしめる。
が芯部から表面まで性質において傾斜（勾配）を示すこ
とが所望される。例えば、層の各々に対して熱膨張係数
において傾斜が存在することが所望される。この性質の
傾斜は焼結複合体が破断なく一体の部品であることを可
能ならしめる。
【００２４】図６は第３の好ましい具体例を示し、ここ
では割り出し可能な（装着位置の付け替え可能な）切削
工具製品挿入体が穴を伴ってまた伴わずしてそしてチッ
プブレーカを伴ってまた伴わずして製造することができ
る。この挿入体の芯部７は、靱性で、耐衝撃性の組成物
とすることができそして表面６は非常に耐摩耗性の、若
しくは耐食性の若しくはクレータ防止性の等級のものと
することができる。図６に示される挿入体は、現在の超
硬合金工具に比較して改善された耐摩耗性若しくは改善
された耐衝撃性を有する工具材料の製造を可能とするか
ら金属拙作用途において非常に望ましい。これらはいず
れも現在の破損様式を抑制するのに必要である。
では割り出し可能な（装着位置の付け替え可能な）切削
工具製品挿入体が穴を伴ってまた伴わずしてそしてチッ
プブレーカを伴ってまた伴わずして製造することができ
る。この挿入体の芯部７は、靱性で、耐衝撃性の組成物
とすることができそして表面６は非常に耐摩耗性の、若
しくは耐食性の若しくはクレータ防止性の等級のものと
することができる。図６に示される挿入体は、現在の超
硬合金工具に比較して改善された耐摩耗性若しくは改善
された耐衝撃性を有する工具材料の製造を可能とするか
ら金属拙作用途において非常に望ましい。これらはいず
れも現在の破損様式を抑制するのに必要である。
【００２５】図７は、第４の具体例を示し、ここでは中
実超硬合金芯部（本体）９の露出縁辺８のみが芯部とは
明確に異なった等級のものからなる。こうした形態は、
用途が芯部より一層脆い硬度に耐摩耗性の切削縁辺に比
較して一層大きな割合の耐衝撃性芯部材料を必要とする
場合に有用である。別様には、芯部材料に比較して別個
の超合金表面等級の材料が高価である場合に、そうした
材料を節約するために切削縁辺においてのみ高級材料を
使用するようにすることができる。
実超硬合金芯部（本体）９の露出縁辺８のみが芯部とは
明確に異なった等級のものからなる。こうした形態は、
用途が芯部より一層脆い硬度に耐摩耗性の切削縁辺に比
較して一層大きな割合の耐衝撃性芯部材料を必要とする
場合に有用である。別様には、芯部材料に比較して別個
の超合金表面等級の材料が高価である場合に、そうした
材料を節約するために切削縁辺においてのみ高級材料を
使用するようにすることができる。
【００２６】図８は本発明の別の具体例を示し、ここで
は上層１０が一層深い（厚い）上層を提供するように芯
部１１における溝内に突入している。
は上層１０が一層深い（厚い）上層を提供するように芯
部１１における溝内に突入している。
【００２７】図９は更に別の具体例を示し、ここでは明
確に異なった等級の中間層１４が芯部１３上方で別個の
上層１２内に包被されている。
確に異なった等級の中間層１４が芯部１３上方で別個の
上層１２内に包被されている。
【００２８】上述した層状化複合炭化物の作製は、金属
炭化物粉末と単数乃至複数種の結合材金属粉末の代表的
混合物を含む超硬合金をそうした目的のために一般的に
使用される技術のいずれかにより製造することを必要と
する。これら技術としては、ボールミリング、アトリシ
ョンミリング若しくは振動ミリングと続いての乾燥によ
る溶剤の除去を挙げることができる。
炭化物粉末と単数乃至複数種の結合材金属粉末の代表的
混合物を含む超硬合金をそうした目的のために一般的に
使用される技術のいずれかにより製造することを必要と
する。これら技術としては、ボールミリング、アトリシ
ョンミリング若しくは振動ミリングと続いての乾燥によ
る溶剤の除去を挙げることができる。
【００２９】乾燥された粉末金属混合物はその後液体ビ
ヒクルと混合されてラテックス塗料の粘稠度のスラリー
を生成する。そうしたスラリーは先に挙げた米国特許第
４，００３，７１６号に記載されており、ここでは非常
に薄い超硬合金成分若しくは積層体が超硬合金の流動性
のある配合物を生成し、配合物を乾燥し、所望なら配合
物を互いに積層し、そして後グラファイト型内で焼結し
て焼結物品を生成することにより製造される。
ヒクルと混合されてラテックス塗料の粘稠度のスラリー
を生成する。そうしたスラリーは先に挙げた米国特許第
４，００３，７１６号に記載されており、ここでは非常
に薄い超硬合金成分若しくは積層体が超硬合金の流動性
のある配合物を生成し、配合物を乾燥し、所望なら配合
物を互いに積層し、そして後グラファイト型内で焼結し
て焼結物品を生成することにより製造される。
【００３０】乾燥粉末金属混合物が混合される液体ビヒ
クルは次のものから構成される： １．液体ビヒクルの他の成分を溶解しそしてスラリーの
粘度を制御するための溶剤、トルエン及びエチルアルコ
ール、 ２．粉末粒子を懸濁状態に維持しそして粒子が互いに凝
集するのを防止するための解膠剤または表面活性剤
（例：Kellox 23 - Fish Oil魚油）、 ３．スラリー中での結合材の分布を改善しそしてそれを
コア上に付着しそして乾燥した後スラリーに可撓性を与
えるための可塑剤（例：Santicizer 160）、 ４．溶剤中に溶けそしてスラリー乾燥後粉末粒子を互い
に結合することによりスラリーの粘度を変更するための
バインダー（例：Butvar B79)
クルは次のものから構成される： １．液体ビヒクルの他の成分を溶解しそしてスラリーの
粘度を制御するための溶剤、トルエン及びエチルアルコ
ール、 ２．粉末粒子を懸濁状態に維持しそして粒子が互いに凝
集するのを防止するための解膠剤または表面活性剤
（例：Kellox 23 - Fish Oil魚油）、 ３．スラリー中での結合材の分布を改善しそしてそれを
コア上に付着しそして乾燥した後スラリーに可撓性を与
えるための可塑剤（例：Santicizer 160）、 ４．溶剤中に溶けそしてスラリー乾燥後粉末粒子を互い
に結合することによりスラリーの粘度を変更するための
バインダー（例：Butvar B79)
【００３１】スラリー粘稠度は上記混合物において溶剤
とバインダーの相対量を変更することにより変えること
ができる。有用な混合物は例えば次の成分を含む：１ｋ
ｇのグレード超硬合金粉末に対して、１．６７重量％粉
末のKellox 23 - Fish Oil １５．０重量％粉末のトルエン、５．０重量％粉末のエ
チルアルコール、１．４２重量％粉末のSanticizer 16
0、４．６９重量％のButvar B79
とバインダーの相対量を変更することにより変えること
ができる。有用な混合物は例えば次の成分を含む：１ｋ
ｇのグレード超硬合金粉末に対して、１．６７重量％粉
末のKellox 23 - Fish Oil １５．０重量％粉末のトルエン、５．０重量％粉末のエ
チルアルコール、１．４２重量％粉末のSanticizer 16
0、４．６９重量％のButvar B79
【００３２】混合物は、混合を促進するために炭化物ボ
ールミル媒体を週蔵するナルゲン容器内で６時間ボール
ミリングを受ける。
ールミル媒体を週蔵するナルゲン容器内で６時間ボール
ミリングを受ける。
【００３３】処理されたスラリーはその後、逃散性のバ
インダーをすべてあらかじめ除去しておいた、或る等級
の、プレス、圧縮若しくは成形された超硬合金粉末から
成る未焼結の生の圧粉体の表面に噴霧若しくは塗布する
ことにより被覆される。こうした圧粉体は最終的に焼結
物品の芯部乃至本体部となる。スラリーはまた、そこに
圧縮した、バインダー除去した若しくは予備焼結した圧
粉体を浸漬することによっても被覆されうる。
インダーをすべてあらかじめ除去しておいた、或る等級
の、プレス、圧縮若しくは成形された超硬合金粉末から
成る未焼結の生の圧粉体の表面に噴霧若しくは塗布する
ことにより被覆される。こうした圧粉体は最終的に焼結
物品の芯部乃至本体部となる。スラリーはまた、そこに
圧縮した、バインダー除去した若しくは予備焼結した圧
粉体を浸漬することによっても被覆されうる。
【００３４】スラリーはその後、大気中で乾燥せしめら
れ、その後乾燥したスラリー表面を有する圧粉体が、超
硬合金焼結乃至焼結−ヒッピング（hipping ）技術を使
用して焼結されうる。別様には、所望なら、追加層のス
ラリーが上記段階を繰り返すことにより被覆されうる。
同じスラリーの再被覆はその特定の等級の組成物から成
る表面層の厚さの増加をもたらす。所望なら、別の超硬
合金等級のものを使用して生成した異なったスラリーが
被覆されて多重層複合炭化物を創出する。
れ、その後乾燥したスラリー表面を有する圧粉体が、超
硬合金焼結乃至焼結−ヒッピング（hipping ）技術を使
用して焼結されうる。別様には、所望なら、追加層のス
ラリーが上記段階を繰り返すことにより被覆されうる。
同じスラリーの再被覆はその特定の等級の組成物から成
る表面層の厚さの増加をもたらす。所望なら、別の超硬
合金等級のものを使用して生成した異なったスラリーが
被覆されて多重層複合炭化物を創出する。
【００３５】
【発明の効果】上述した方法が行われるとき、表面層が
芯部と良好に結合する層状化複合体が得られる。先行技
術において遭遇した表面層の結合の問題が本発明方法に
より克服される。こうしたスラリーを付着、塗布乃至噴
霧することによりさまざまの層を積層する可能性は無数
である。
芯部と良好に結合する層状化複合体が得られる。先行技
術において遭遇した表面層の結合の問題が本発明方法に
より克服される。こうしたスラリーを付着、塗布乃至噴
霧することによりさまざまの層を積層する可能性は無数
である。
【００３６】ここに示した具体例はその可能性の単なる
例に過ぎない。本発明の精神内で本発明を多くの態様で
具現しうることを銘記されたい。
例に過ぎない。本発明の精神内で本発明を多くの態様で
具現しうることを銘記されたい。
【図１Ａ】本発明の平坦な上面を有する層状化複合炭化
物製品の具体例の金属組織を示す顕微鏡写真であり、複
合体の表面層と芯部本体を示す（１６．５倍）。
物製品の具体例の金属組織を示す顕微鏡写真であり、複
合体の表面層と芯部本体を示す（１６．５倍）。
【図１Ｂ】図１Ａの層状化複合炭化物製品の金属組織を
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５０倍）。
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５０倍）。
【図１Ｃ】図１Ａの層状化複合炭化物製品の金属組織を
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５００倍）。
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５００倍）。
【図２Ａ】本発明の球状層状化複合炭化物製品の別の具
体例の金属組織を示す顕微鏡写真であり、複合体の表面
層と芯部本体を示す（１６．５倍）。
体例の金属組織を示す顕微鏡写真であり、複合体の表面
層と芯部本体を示す（１６．５倍）。
【図２Ｂ】図２Ａの層状化複合炭化物製品の金属組織を
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５０倍）。
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５０倍）。
【図２Ｃ】図２Ａの層状化複合炭化物製品の金属組織を
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５００倍）。
示す顕微鏡写真であり、複合体の表面層と芯部本体を示
す（１５００倍）。
【図３Ａ】本発明の球状多重層状化複合炭化物製品の別
の具体例の金属組織を示す顕微鏡写真であり、複合体の
５つの別個の層と芯部本体を示す（４２．５倍）。
の具体例の金属組織を示す顕微鏡写真であり、複合体の
５つの別個の層と芯部本体を示す（４２．５倍）。
【図３Ｂ】図３Ａの層状化複合炭化物製品の金属組織を
示す顕微鏡写真であり、複合体の５層と芯部本体を示す
（２００倍）。
示す顕微鏡写真であり、複合体の５層と芯部本体を示す
（２００倍）。
【図３Ｃ】図３Ａの層状化複合炭化物製品の金属組織を
示す顕微鏡写真であり、複合体の５層と芯部本体を示す
（１００倍）。
示す顕微鏡写真であり、複合体の５層と芯部本体を示す
（１００倍）。
【図４】本発明に従って形成された球状採掘用圧縮体の
第１の具体例の側面の断面図である。
第１の具体例の側面の断面図である。
【図５】本発明に従って形成された球状採掘用圧縮体の
第２の具体例の側面の断面図である。
第２の具体例の側面の断面図である。
【図６】本発明に従って形成された割り出し可能な切削
工具挿入体の第１の具体例の側面の断面図である。
工具挿入体の第１の具体例の側面の断面図である。
【図７】本発明に従って形成された割り出し可能な切削
工具挿入体の第２の具体例の側面の断面図である。
工具挿入体の第２の具体例の側面の断面図である。
【図８】本発明に従って形成された球状採掘用圧縮体の
第３の具体例の側面の断面図である。
第３の具体例の側面の断面図である。
【図９】本発明に従って形成された割り出し可能な切削
工具挿入体の第３の具体例の側面の断面図である。
工具挿入体の第３の具体例の側面の断面図である。
１、３、７、９、１１、１３ 芯部 ２、５、６、１０、１２ 上面層（表面層） ４、１４ 中間層 ８ 縁辺
Claims (15)
- 【請求項１】 第１の等級の超硬合金組成物から成る芯
部と第２の等級の超硬合金組成物から成る少なくとも１
層の表面層を具備する剛性の焼結超硬合金部品を製造す
る方法であって、（ａ）粒状成分として前記第２の等級
の超硬合金組成物の粉末と炭化水素から実質上なりそし
て溶剤、表面活性剤、バインダー及び可塑剤を含む液体
ビヒクルを含有するスラリーを生成する段階と、（ｂ）
前記第１の等級の超硬合金組成物から形成された生の圧
粉体の表面に前記スラリーを被覆する段階と、（ｃ）前
記スラリーを前記生の圧粉体上で乾燥せしめて生の層状
化圧粉体を形成する段階と、（ｄ）前記生の層状化圧粉
体を焼結して剛性の焼結超硬合金部品を形成する段階と
を包含する層状化焼結超硬合金部品を製造する方法。 - 【請求項２】 生の圧粉体の表面にスラリーを被覆する
前にスラリーの粘度を調整する段階を含む請求項１の方
法。 - 【請求項３】 生の圧粉体が逃散性バインダーを含み、
該逃散性バインダーを予備焼結、半焼結及びデラビング
から成る群から選択されるバインダー除去プロセスによ
り除去する段階を含む請求項１の方法。 - 【請求項４】 生の圧粉体が逃散性バインダーを含まず
に調製された超硬合金粉末から生成される請求項１の方
法。 - 【請求項５】 スラリーが生の圧粉体の上面のみに被覆
され、それにより上面のみが焼結に際して物品の本体と
は異なった等級の超硬合金組成物を含有する層状化複合
体製品を生成する請求項１の方法。 - 【請求項６】 スラリーが生の圧粉体の全面に被覆さ
れ、それにより層状化複合体の全面が焼結に際して物品
の芯部とは異なった等級の超硬合金組成物を含有する層
状化複合体製品を生成する請求項１の方法。 - 【請求項７】 スラリーが生の圧粉体の選択された表面
に被覆され、それにより物品の選択された表面が焼結に
際して物品の芯部乃至本体とは異なった等級の超硬合金
組成物を含有する層状化複合体製品を生成する請求項１
の方法。 - 【請求項８】 スラリーがスラリーを生の圧粉体上に塗
布、噴霧、その他の方法での付着方法の少なくとも一つ
により生の圧粉体に被覆される請求項１の方法。 - 【請求項９】 スラリーが生の圧粉体をスラリー中に浸
漬することにより生の圧粉体に被覆される請求項１の方
法。 - 【請求項１０】 請求項１の方法により製造された剛性
の焼結物品。 - 【請求項１１】 第１の等級の超硬合金組成物から成る
芯部と、第２の等級の超硬合金組成物から成る少なくと
も１層の上面層とを具備し、その場合第１の等級の超硬
合金組成物と第２の等級の超硬合金組成物の各々がコバ
ルト及びニッケルの少なくとも１種の結合材を含んでい
る剛性の焼結物品。 - 【請求項１２】 物品の全面が第２の等級の超硬合金組
成物から成る少なくとも１層の上面層から構成される請
求項１１の剛性の焼結物品。 - 【請求項１３】 物品の選択された表面が第２の等級の
超硬合金組成物から成る少なくとも１層の上面層から構
成される請求項１１の剛性の焼結物品。 - 【請求項１４】 第３等級の超硬合金組成物から成る少
なくとも１層の中間層を含み、該中間層が芯部と表面層
との間に設けられ、該表面層が前記芯部及び少なくとも
１層の中間層とは組成において異なった等級の超硬合金
組成物から構成されて性質における傾斜を創出する請求
項１１の剛性の焼結物品。 - 【請求項１５】 少なくとも１層の中間層が表面層及び
芯部より実質上高い靱性を有する請求項１４の剛性の焼
結物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/437,869 US5594931A (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Layered composite carbide product and method of manufacture |
| US437869 | 1995-05-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0941006A true JPH0941006A (ja) | 1997-02-10 |
Family
ID=23738268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8137410A Pending JPH0941006A (ja) | 1995-05-09 | 1996-05-08 | 層状化複合体炭化物製品及び製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5594931A (ja) |
| JP (1) | JPH0941006A (ja) |
| AR (1) | AR001879A1 (ja) |
| AU (1) | AU691746B2 (ja) |
| CA (1) | CA2173916C (ja) |
| DE (1) | DE19618109A1 (ja) |
| NO (1) | NO961720L (ja) |
| SE (1) | SE9601542L (ja) |
| ZA (1) | ZA962889B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002283239A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Miyagi Prefecture | 超砥粒カッタ用基板とその製造方法及びその基板を用いた超砥粒カッタ |
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|---|---|---|---|---|
| US6138779A (en) | 1998-01-16 | 2000-10-31 | Dresser Industries, Inc. | Hardfacing having coated ceramic particles or coated particles of other hard materials placed on a rotary cone cutter |
| US6170583B1 (en) | 1998-01-16 | 2001-01-09 | Dresser Industries, Inc. | Inserts and compacts having coated or encrusted cubic boron nitride particles |
| US6102140A (en) | 1998-01-16 | 2000-08-15 | Dresser Industries, Inc. | Inserts and compacts having coated or encrusted diamond particles |
| DE19828168C2 (de) * | 1998-06-24 | 2001-10-11 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung einer keramischen Schicht auf einen keramischen Grünkörper und Verwendung des so erhaltenen Produkts |
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| DE19837953C2 (de) * | 1998-08-21 | 2000-10-05 | Friatec Ag | Verfahren zur Herstellung eines Keramikbauteils mit einem Cermet-Körper |
| GB2365025B (en) * | 2000-05-01 | 2004-09-15 | Smith International | Rotary cone bit with functionally-engineered composite inserts |
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| AT5837U1 (de) * | 2002-04-17 | 2002-12-27 | Plansee Tizit Ag | Hartmetallbauteil mit gradiertem aufbau |
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| CN100488710C (zh) | 2003-06-03 | 2009-05-20 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 可转位切削刀片及其制造方法 |
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-
1995
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-
1996
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