JPH10121182A - 高温度及び熱力学的特性を改良した超硬合金 - Google Patents
高温度及び熱力学的特性を改良した超硬合金Info
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- JPH10121182A JPH10121182A JP9211317A JP21131797A JPH10121182A JP H10121182 A JPH10121182 A JP H10121182A JP 9211317 A JP9211317 A JP 9211317A JP 21131797 A JP21131797 A JP 21131797A JP H10121182 A JPH10121182 A JP H10121182A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、高温度及び熱力学的な疲労を引き
起こす極端な周期荷重と摩擦力とを生じる分野に有益な
超硬合金に関する。 【解決手段】 本発明の岩石採掘目的用の超硬合金は、
Ｃｏ単独またはＣｏとＮｉからなるバインダー相と共に
９６〜８８ｗｔ％のＷＣ好ましくは９５〜９１ｗｔ％の
ＷＣを有し、最大で２５％のＮｉであるバインダーを有
し、任意に超硬合金総量の最大２％まで例えばＣｅ及び
Ｙの希土類元素を微量添加する。ＷＣをＣｏで被覆する
目的のためＷＣ粒子は球状であり、且つ再結晶をせずま
たは粒子成長を示さずまたは慣用のミリングＷＣのよう
に非常に鋭い角張った粒子でなく、即ち、本発明に従う
ボディーは非常に高い熱伝導率を備える。平均粒子径は
８〜３０μｍ好ましくは１２〜２０μｍである。最大粒
子径は平均値の２倍を越えず且つ組織中の平均粒子径の
半分より小さい粒子が２％を越えない。
起こす極端な周期荷重と摩擦力とを生じる分野に有益な
超硬合金に関する。 【解決手段】 本発明の岩石採掘目的用の超硬合金は、
Ｃｏ単独またはＣｏとＮｉからなるバインダー相と共に
９６〜８８ｗｔ％のＷＣ好ましくは９５〜９１ｗｔ％の
ＷＣを有し、最大で２５％のＮｉであるバインダーを有
し、任意に超硬合金総量の最大２％まで例えばＣｅ及び
Ｙの希土類元素を微量添加する。ＷＣをＣｏで被覆する
目的のためＷＣ粒子は球状であり、且つ再結晶をせずま
たは粒子成長を示さずまたは慣用のミリングＷＣのよう
に非常に鋭い角張った粒子でなく、即ち、本発明に従う
ボディーは非常に高い熱伝導率を備える。平均粒子径は
８〜３０μｍ好ましくは１２〜２０μｍである。最大粒
子径は平均値の２倍を越えず且つ組織中の平均粒子径の
半分より小さい粒子が２％を越えない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温度及び熱力学
的な疲労を引き起こす極端な周期荷重と摩擦力とを生じ
る分野に有益な超硬合金に関する。
的な疲労を引き起こす極端な周期荷重と摩擦力とを生じ
る分野に有益な超硬合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】軟質岩石、鉱物及び坑道等の道路の切
削、連続採鉱、道路及びコンクリートの切削及び溝堀等
のための掘削作業においては、全て、超硬金属をチップ
付けした工具は瞬時岩石または地面とに噛み合い、以後
は次の空気中での回転において、たいていは、水で冷却
を受ける。これは大きな熱疲労歪み並びに機械的歪みを
生じ、超硬合金表面の微細チッピング及び破壊、時には
チップの急激高温研磨滑り摩耗との組み合せをも起こ
す。
削、連続採鉱、道路及びコンクリートの切削及び溝堀等
のための掘削作業においては、全て、超硬金属をチップ
付けした工具は瞬時岩石または地面とに噛み合い、以後
は次の空気中での回転において、たいていは、水で冷却
を受ける。これは大きな熱疲労歪み並びに機械的歪みを
生じ、超硬合金表面の微細チッピング及び破壊、時には
チップの急激高温研磨滑り摩耗との組み合せをも起こ
す。
【０００３】工具が岩石に食い込んだときに、岩石と超
硬合金チップ工具との間の接触領域で、１／１０秒に、
０から１０トンの力及び室温から８００℃まで或いは１
０００℃まで温度を発生する。このことは、一層堅い鉱
物、石炭または地面との組合せにおいて高速切削速度で
もって、更に強力化された機械が使用されたいることか
ら、これは現在では異常なことでない。また、極端な熱
が発生するこれらの衝撃或いは回転式岩石穿孔適用にお
いては、鉄鉱石（磁鉄鉱石）を穿孔する場合、熱クラッ
クの急激形成に原因する、いわゆる”スネークスキン”
(snake skin)が発生する。
硬合金チップ工具との間の接触領域で、１／１０秒に、
０から１０トンの力及び室温から８００℃まで或いは１
０００℃まで温度を発生する。このことは、一層堅い鉱
物、石炭または地面との組合せにおいて高速切削速度で
もって、更に強力化された機械が使用されたいることか
ら、これは現在では異常なことでない。また、極端な熱
が発生するこれらの衝撃或いは回転式岩石穿孔適用にお
いては、鉄鉱石（磁鉄鉱石）を穿孔する場合、熱クラッ
クの急激形成に原因する、いわゆる”スネークスキン”
(snake skin)が発生する。
【０００４】切削用材料を改良及び最適化するために絶
対的に本質的な特性は、超硬合金では次の通りである。 熱伝導率： 離間或いは接触熱を伝導する材料の能力を
可能な限り大きくする。 熱膨張係数： 加熱されたときの材料の線膨張は、熱ク
ラック成長速度を最小にするために低くする。
対的に本質的な特性は、超硬合金では次の通りである。 熱伝導率： 離間或いは接触熱を伝導する材料の能力を
可能な限り大きくする。 熱膨張係数： 加熱されたときの材料の線膨張は、熱ク
ラック成長速度を最小にするために低くする。
【０００５】高温度耐摩耗性を良好にするために、高温
度で硬度を高くする必要がある。横破断強度ＴＲＳ、を
大きくする必要がある。破壊強度は、組織に存在する微
少クラックよる壊滅的な破壊に耐えるための材料能力で
あり、大きくする必要がある。
度で硬度を高くする必要がある。横破断強度ＴＲＳ、を
大きくする必要がある。破壊強度は、組織に存在する微
少クラックよる壊滅的な破壊に耐えるための材料能力で
あり、大きくする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】超硬合金中のバインダ
ー、即ちコバルト（ニッケル、鉄）は、低熱伝導率及び
熱膨張係数を有することが知られている。したがって、
コバルト含有量は低く抑えるべきである。一方、高コバ
ルトの超硬合金は優れた強度ＴＲＳと破壊強度とを備
え、高速度または困難な切削条件のもとでの機械振動で
岩石表面に噛み混んだときに、高い衝撃及びピーク荷重
が超硬合金チップに与えられる場合に、特に機械的観点
から必要である。
ー、即ちコバルト（ニッケル、鉄）は、低熱伝導率及び
熱膨張係数を有することが知られている。したがって、
コバルト含有量は低く抑えるべきである。一方、高コバ
ルトの超硬合金は優れた強度ＴＲＳと破壊強度とを備
え、高速度または困難な切削条件のもとでの機械振動で
岩石表面に噛み混んだときに、高い衝撃及びピーク荷重
が超硬合金チップに与えられる場合に、特に機械的観点
から必要である。
【０００７】さらに微細な粒子超硬合金に比較して破壊
靱性値及び横破壊強度の増加のために、粗い粒子径のＷ
Ｃ相は、上記の条件のもとで超硬合金の性能を有利にす
ることが知られている。したがって、採鉱適用の工具の
製造傾向は、粒子径を大きくすると共にコバルト含有量
を減少させる双方であり、すなわち、理に適った機械的
強度並びに適切な高温度摩耗特性の双方を達成すること
である。６〜８％まで下げたＣｏで８〜１０μｍより大
きな粒子径は、慣用の方法で製造することができない。
その理由は、粗いＷＣ結晶を作ることが困難であるこ
と、及びＣｏとＷＣとの必然的な混合及び有害な多孔性
構造の回避のためのボールミルでのミリング時間による
ものである。即ち、ミリングは、全体的な粒子径を得る
ため必要となる高温下で、微小粒子は溶解し、かつ既形
成の粗大粒子上に沈着することにより、焼結後にあって
はＷＣ粒子径の急激な減少と粒子径分布の非常な不均一
をもたらす。粒子径はたいていは１〜５０μｍであっ
た。１４５０〜１５５０℃の焼結温度は、低Ｃｏ含有量
による過度な多孔性が付されるおそれを最小にするため
にも必要であることが分かった。余りにも短時間のミリ
ング及び／または８ｗｔ％を下回る低いコバルト含有量
の結果は、容認できない高多孔性レベルを避けられな
い。広い粒子径分布の粗く粒子状化した慣用的に製造さ
れた超硬合金は、超硬合金の性能に実際に有害である。
約１〜３μｍの小さな粒子のクラスター並びに３０〜６
０μｍの単一の異常に大きな粒子のクラスターが、熱疲
労クラックや機械的過荷重による破砕のようなクラック
の脆性開始点として挙動する。
靱性値及び横破壊強度の増加のために、粗い粒子径のＷ
Ｃ相は、上記の条件のもとで超硬合金の性能を有利にす
ることが知られている。したがって、採鉱適用の工具の
製造傾向は、粒子径を大きくすると共にコバルト含有量
を減少させる双方であり、すなわち、理に適った機械的
強度並びに適切な高温度摩耗特性の双方を達成すること
である。６〜８％まで下げたＣｏで８〜１０μｍより大
きな粒子径は、慣用の方法で製造することができない。
その理由は、粗いＷＣ結晶を作ることが困難であるこ
と、及びＣｏとＷＣとの必然的な混合及び有害な多孔性
構造の回避のためのボールミルでのミリング時間による
ものである。即ち、ミリングは、全体的な粒子径を得る
ため必要となる高温下で、微小粒子は溶解し、かつ既形
成の粗大粒子上に沈着することにより、焼結後にあって
はＷＣ粒子径の急激な減少と粒子径分布の非常な不均一
をもたらす。粒子径はたいていは１〜５０μｍであっ
た。１４５０〜１５５０℃の焼結温度は、低Ｃｏ含有量
による過度な多孔性が付されるおそれを最小にするため
にも必要であることが分かった。余りにも短時間のミリ
ング及び／または８ｗｔ％を下回る低いコバルト含有量
の結果は、容認できない高多孔性レベルを避けられな
い。広い粒子径分布の粗く粒子状化した慣用的に製造さ
れた超硬合金は、超硬合金の性能に実際に有害である。
約１〜３μｍの小さな粒子のクラスター並びに３０〜６
０μｍの単一の異常に大きな粒子のクラスターが、熱疲
労クラックや機械的過荷重による破砕のようなクラック
の脆性開始点として挙動する。
【０００８】超硬合金は、硬質構成成分を形成する粉末
とバインダー相を含む粉末混合物をミリングすること、
ミリングした混合物を良好な流動特性を有する粉末に乾
燥すること、及び乾燥した粉末を所望の形状のボディー
に加圧成形すること、及び最終的に焼結することを含ん
でなる粉末冶金法で製造される。徹底的なミリング作業
が、超硬合金ミリングボディーを使用して、種々の大き
さのミルで実施される。ミリングは、ミリングされた混
合物中にバインダー相の均一に分布を得るために必要と
考えられる。徹底的なミリングが、焼結の際に更に緻密
な構造を促進すると考えられる混合物の反応性を作り出
す。ミリング時間は数時間から数日間である。
とバインダー相を含む粉末混合物をミリングすること、
ミリングした混合物を良好な流動特性を有する粉末に乾
燥すること、及び乾燥した粉末を所望の形状のボディー
に加圧成形すること、及び最終的に焼結することを含ん
でなる粉末冶金法で製造される。徹底的なミリング作業
が、超硬合金ミリングボディーを使用して、種々の大き
さのミルで実施される。ミリングは、ミリングされた混
合物中にバインダー相の均一に分布を得るために必要と
考えられる。徹底的なミリングが、焼結の際に更に緻密
な構造を促進すると考えられる混合物の反応性を作り出
す。ミリング時間は数時間から数日間である。
【０００９】ミリングされた粉末から製造された材料の
焼結後の顕微鏡組織の特徴は、相対的に大きな粒子のい
くぶん広いＷＣ粒子径分布を有する鋭い角度のＷＣ粒子
にあり、これは、焼結サイクルの際の微細粒子の分解、
再結晶及び結晶成長の結果である。ここで述べた粒子径
は、超硬合金ボディーの写真横断面で測定されたHeffri
es粒子径である。
焼結後の顕微鏡組織の特徴は、相対的に大きな粒子のい
くぶん広いＷＣ粒子径分布を有する鋭い角度のＷＣ粒子
にあり、これは、焼結サイクルの際の微細粒子の分解、
再結晶及び結晶成長の結果である。ここで述べた粒子径
は、超硬合金ボディーの写真横断面で測定されたHeffri
es粒子径である。
【００１０】米国特許第５，５０５，９０２号及び米国
特許第５，５２９，８０４号に超硬合金製造方法が開示
されており、ミリングが実質的に除外されている。代わ
りに、粉末混合物中のバインダー相の均一分布を得るた
めに、硬質構成要素粒子がバインダー相に予め被覆さ
れ、この混合物は加圧成形剤とさらに混合され、加圧成
形されて焼結される。第１に述べた特許において、被膜
はＳＯＬ−ＧＥＬ法によって作られ、第２の特許におい
てはポリオールが使用される。これらの方法を使用する
場合、焼結する際に粒子成長がないために焼結前の同一
の粒子径と形状とを維持することが可能である。
特許第５，５２９，８０４号に超硬合金製造方法が開示
されており、ミリングが実質的に除外されている。代わ
りに、粉末混合物中のバインダー相の均一分布を得るた
めに、硬質構成要素粒子がバインダー相に予め被覆さ
れ、この混合物は加圧成形剤とさらに混合され、加圧成
形されて焼結される。第１に述べた特許において、被膜
はＳＯＬ−ＧＥＬ法によって作られ、第２の特許におい
てはポリオールが使用される。これらの方法を使用する
場合、焼結する際に粒子成長がないために焼結前の同一
の粒子径と形状とを維持することが可能である。
【００１１】図１は、先行技術にしたがう８〜１０μｍ
の平均粒子径を有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金の１２００Ｘ
の倍率の顕微鏡写真である。図２は、本発明にしたがう
９〜１１μｍの平均粒子径を有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金
の１２００Ｘの倍率の顕微鏡写真である。
の平均粒子径を有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金の１２００Ｘ
の倍率の顕微鏡写真である。図２は、本発明にしたがう
９〜１１μｍの平均粒子径を有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金
の１２００Ｘの倍率の顕微鏡写真である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】米国特許第５，５０５，
９０２号及び米国特許第５，５２９，８０４号の方法で
もって、高温度で靱性特性に関わる優れた硬度を備え、
極端に粗くて均一なＷＣ粒子径を有する超硬合金を作る
ことが可能であることが意外にも現在判明した。ジェッ
トミリングと、非集塊及び標準きめ粗さのＷＣの分級
と、非常に粗い部分のみの使用と、及びＳＯＬ−ＧＥＬ
法によりＷＣをコバルトでの被覆とによって、１３〜１
４及び１７〜２０μｍの全く均一な粒子径の超硬合金
が、僅か６ｗｔ％Ｃｏ含有量でＡ０２〜Ｂ０２以下の多
孔度を備えて製造することができた。これは従来の方法
ではほぼ不可能であった。
９０２号及び米国特許第５，５２９，８０４号の方法で
もって、高温度で靱性特性に関わる優れた硬度を備え、
極端に粗くて均一なＷＣ粒子径を有する超硬合金を作る
ことが可能であることが意外にも現在判明した。ジェッ
トミリングと、非集塊及び標準きめ粗さのＷＣの分級
と、非常に粗い部分のみの使用と、及びＳＯＬ−ＧＥＬ
法によりＷＣをコバルトでの被覆とによって、１３〜１
４及び１７〜２０μｍの全く均一な粒子径の超硬合金
が、僅か６ｗｔ％Ｃｏ含有量でＡ０２〜Ｂ０２以下の多
孔度を備えて製造することができた。これは従来の方法
ではほぼ不可能であった。
【００１３】機械的、疲労の双方の熱特性が、砂岩及び
花崗岩のようなさらに硬質な構成物の切断に使用する超
硬合金において実質的に改良されることが意外にも判明
した。新しい技術より焼結の際にＷＣが再結晶しないこ
と、結晶成長しないこと及び粒子の分解または合体する
こと、非常に強い連続したＷＣ骨格において現れ、驚く
べき良好な熱的かつ機械的性質を備える。
花崗岩のようなさらに硬質な構成物の切断に使用する超
硬合金において実質的に改良されることが意外にも判明
した。新しい技術より焼結の際にＷＣが再結晶しないこ
と、結晶成長しないこと及び粒子の分解または合体する
こと、非常に強い連続したＷＣ骨格において現れ、驚く
べき良好な熱的かつ機械的性質を備える。
【００１４】ＷＣの骨格の連続性(contiguity)は、従来
のミリングした粉末ＷＣ−Ｃｏに比較して非常に大きか
った。従来の方法で製造した等級では、花崗岩及び硬質
岩石のようなさらに硬い構成物を切削する場合、コバル
トが溶融した表面全体的に崩壊を示し、さらに伸ばされ
た六方晶ＷＣ粒子が押しつぶされ且つ崩壊されチップの
全体が徹底的な熱のために滑り落ちてしまい実施するこ
とができなかった。クラックは、数分以内で最終破壊に
達するほど大きく成長した。
のミリングした粉末ＷＣ−Ｃｏに比較して非常に大きか
った。従来の方法で製造した等級では、花崗岩及び硬質
岩石のようなさらに硬い構成物を切削する場合、コバル
トが溶融した表面全体的に崩壊を示し、さらに伸ばされ
た六方晶ＷＣ粒子が押しつぶされ且つ崩壊されチップの
全体が徹底的な熱のために滑り落ちてしまい実施するこ
とができなかった。クラックは、数分以内で最終破壊に
達するほど大きく成長した。
【００１５】本発明にしたがう等級では、深いクラック
がなく適切な摩耗様式を示し、長時間にわたる硬質構成
物の切断を行うことが出来ることは明らかであった。Ｗ
Ｃ骨格の大きな連続性により、熱伝導率は、１４μｍの
均一な粒子の６％Ｃｏ等級に対して、１３４Ｗ／ｍ℃に
なることが分かった。これは驚くほど高くて純ＷＣで通
常得られる値であり、これらの互いに良好に接触する球
状化した均一の粗いＷＣ粒子が、チップ点で保持される
超硬合金の至る所で熱の伝導を完全に決定し、大きな摩
擦力であてっも予期せぬ低温である。微細な粒子の材料
に比較し粗い粒子等級におけるＷＣ／ＷＣとＷＣ／Ｃｏ
間のごくわずかな粒界は、粒界をとおる熱移動が純粋な
粒子自体の粒界を通るより遅い理由により、非常に優れ
た熱伝導にも寄与する。
がなく適切な摩耗様式を示し、長時間にわたる硬質構成
物の切断を行うことが出来ることは明らかであった。Ｗ
Ｃ骨格の大きな連続性により、熱伝導率は、１４μｍの
均一な粒子の６％Ｃｏ等級に対して、１３４Ｗ／ｍ℃に
なることが分かった。これは驚くほど高くて純ＷＣで通
常得られる値であり、これらの互いに良好に接触する球
状化した均一の粗いＷＣ粒子が、チップ点で保持される
超硬合金の至る所で熱の伝導を完全に決定し、大きな摩
擦力であてっも予期せぬ低温である。微細な粒子の材料
に比較し粗い粒子等級におけるＷＣ／ＷＣとＷＣ／Ｃｏ
間のごくわずかな粒界は、粒界をとおる熱移動が純粋な
粒子自体の粒界を通るより遅い理由により、非常に優れ
た熱伝導にも寄与する。
【００１６】熱伝導率は、Ｃｏを５〜７％有する等級に
対して１３０Ｗ／ｍ℃より高くする必要がある。連続性
Ｃは、線型解析により決定され＞０．５とする必要があ
る。 C=2.N WC/WC /(2.N WC/WC + N WC/binder ) N WC/WC は、参照ラインの単位長さ当たりの炭化物／炭
化物の数であり、N WC/binder は、炭化物／バインダー
の数である。
対して１３０Ｗ／ｍ℃より高くする必要がある。連続性
Ｃは、線型解析により決定され＞０．５とする必要があ
る。 C=2.N WC/WC /(2.N WC/WC + N WC/binder ) N WC/WC は、参照ラインの単位長さ当たりの炭化物／炭
化物の数であり、N WC/binder は、炭化物／バインダー
の数である。
【００１７】本発明にしたがい製造された６％Ｃｏで１
０μｍの超硬合金の連続性は、０．６２〜０．６６であ
るので、＞０．６とする必要がある。慣用的に製造され
た６％Ｃｏで８〜１０μｍの超硬合金の連続性は０．４
２〜０．４４である。驚くべきことであるが、高温硬度
測定おいて、４００℃からの上昇温度にしたがう硬度減
少が、微細でさらに不均一な粒子径の等級に比較して、
均一で非常に粗い超硬合金組織では非常に遅い。６％の
Ｃｏで２μｍの粒子径を有し室温で１４８０ＨＶ３の硬
度を有する等級を、１０ミクロの粒子径で１０００ＨＶ
３の硬度を有する６％のＣｏを有する等級と比較した。
８００℃で、微細粒子の等級は６００ＨＶ３の硬度であ
り、本発明にしたがう等級はほとんど同一または５７０
ＨＶ３であった。
０μｍの超硬合金の連続性は、０．６２〜０．６６であ
るので、＞０．６とする必要がある。慣用的に製造され
た６％Ｃｏで８〜１０μｍの超硬合金の連続性は０．４
２〜０．４４である。驚くべきことであるが、高温硬度
測定おいて、４００℃からの上昇温度にしたがう硬度減
少が、微細でさらに不均一な粒子径の等級に比較して、
均一で非常に粗い超硬合金組織では非常に遅い。６％の
Ｃｏで２μｍの粒子径を有し室温で１４８０ＨＶ３の硬
度を有する等級を、１０ミクロの粒子径で１０００ＨＶ
３の硬度を有する６％のＣｏを有する等級と比較した。
８００℃で、微細粒子の等級は６００ＨＶ３の硬度であ
り、本発明にしたがう等級はほとんど同一または５７０
ＨＶ３であった。
【００１８】同一組成と平均粒子径を有し慣用的に作ら
れたものに比較して、本発明にしたがい作られたボディ
ーの強度値すなわちＴＲＳ値は、２０％までも高く、広
がりは３倍であった。本発明にしたがい、コバルト単独
またはコバルトとニッケルからなるバインダー相と共に
９６〜８８ｗｔ％のＷＣ好ましくは９５〜９１ｗｔ％の
ＷＣを有し、最大２５％のＮｉであるバインダーを有
し、任意に総組成量の最大２％までのＣｅ及びＹのよう
な希土類元素の微量添加する岩石採掘目的用の超硬合金
等級を提供する。ＷＣをコバルトで被覆する目的のため
にＷＣ粒子は、球状であり且つ再結晶をせず、または粒
成長を示さず、または慣用の磨砕をしたＷＣのように非
常に鋭く角張った粒子でない。平均粒子径は７〜３０μ
ｍ、好ましくは１０〜２０μｍである。上記良好な熱力
学的性質を提供するため、連続性範囲は０．５を越える
必要があり、従って粒子径分布幅は非常に狭い。最大粒
子径は平均値の二倍を越えず、組織中に見られる平均粒
子径の半分より小さい粒子が２％を越えない。
れたものに比較して、本発明にしたがい作られたボディ
ーの強度値すなわちＴＲＳ値は、２０％までも高く、広
がりは３倍であった。本発明にしたがい、コバルト単独
またはコバルトとニッケルからなるバインダー相と共に
９６〜８８ｗｔ％のＷＣ好ましくは９５〜９１ｗｔ％の
ＷＣを有し、最大２５％のＮｉであるバインダーを有
し、任意に総組成量の最大２％までのＣｅ及びＹのよう
な希土類元素の微量添加する岩石採掘目的用の超硬合金
等級を提供する。ＷＣをコバルトで被覆する目的のため
にＷＣ粒子は、球状であり且つ再結晶をせず、または粒
成長を示さず、または慣用の磨砕をしたＷＣのように非
常に鋭く角張った粒子でない。平均粒子径は７〜３０μ
ｍ、好ましくは１０〜２０μｍである。上記良好な熱力
学的性質を提供するため、連続性範囲は０．５を越える
必要があり、従って粒子径分布幅は非常に狭い。最大粒
子径は平均値の二倍を越えず、組織中に見られる平均粒
子径の半分より小さい粒子が２％を越えない。
【００１９】硬質岩石の切削に有益な好ましい実施態様
においては、例えば、坑道を備えたトンネル適用、また
は砂岩の天井及び床を採掘する硬質石炭の採掘では、６
〜８％のバインダー相成分で平均粒子径が１２〜１８μ
ｍを有する超硬合金が好都合である。極端に”スネーク
スキン”を形成する岩石を衝撃または回転穿孔する実施
態様においては、５〜６％のバインダー相成分で平均粒
子径が８〜１０μｍを有する超硬合金が好都合である。
においては、例えば、坑道を備えたトンネル適用、また
は砂岩の天井及び床を採掘する硬質石炭の採掘では、６
〜８％のバインダー相成分で平均粒子径が１２〜１８μ
ｍを有する超硬合金が好都合である。極端に”スネーク
スキン”を形成する岩石を衝撃または回転穿孔する実施
態様においては、５〜６％のバインダー相成分で平均粒
子径が８〜１０μｍを有する超硬合金が好都合である。
【００２０】本発明の方法にしたがって、岩石採掘目的
の超硬合金は、細粒と粗粒とを除去して狭い粒子径分布
を有する粉末に、ＷＣ粉末をふるい分けするかまたはふ
るい分けすることなくジェットミルすることによって製
造される。その後、このＷＣ粉末は、上記米国特許の一
つにしたがってＣｏで被覆される。ＷＣ粉末が、任意に
所望の最終組成を得るためにさらにＣｏと共にスラリー
へと注意深く湿式混合される。さらにその上に、粗いＷ
Ｃ粒子に沈降を避けるために増粘剤がスウェ−デン特許
願書９７０２１５４−７にしたがって添加される。混合
は、均一混合物がミリングなしで得られ、すなわち、粒
子径の減少が起こらないようにしなければならない。ス
ラリーはスプレー乾燥する。スプレー乾燥した粉末か
ら、超硬合金ボディーが標準方法にしたがって加圧成形
され且つ焼結される。
の超硬合金は、細粒と粗粒とを除去して狭い粒子径分布
を有する粉末に、ＷＣ粉末をふるい分けするかまたはふ
るい分けすることなくジェットミルすることによって製
造される。その後、このＷＣ粉末は、上記米国特許の一
つにしたがってＣｏで被覆される。ＷＣ粉末が、任意に
所望の最終組成を得るためにさらにＣｏと共にスラリー
へと注意深く湿式混合される。さらにその上に、粗いＷ
Ｃ粒子に沈降を避けるために増粘剤がスウェ−デン特許
願書９７０２１５４−７にしたがって添加される。混合
は、均一混合物がミリングなしで得られ、すなわち、粒
子径の減少が起こらないようにしなければならない。ス
ラリーはスプレー乾燥する。スプレー乾燥した粉末か
ら、超硬合金ボディーが標準方法にしたがって加圧成形
され且つ焼結される。
【００２１】
実施例１ 南アフリカのWitbank 区域の炭鉱で、連続採鉱作業にお
いて点作用ピックに関するテストがされた。 機械： Joy 連続採掘機 HM 、 ドラム幅： ６ｍ、 直径： １．６ｍ、 切削速度： ３ｍ／ｓ、工具ボックスの後方から２０バ
ールで水冷、 工具： 変種Ａと変種Ｂの交互の工具を備える５４のボ
ックス、 シャンック： ２５ｍｍ、円錐頂部を有する１６ｍｍ直
径の炭化物 鉱層： 高パーライト含有摩耗炭、砂岩天盤坑道、 石炭鉱層高さ： ３．８ｍ、 変種Ａ： ８％のＣｏと広い粒子径分布の８〜１０μｍ
粒子径のＷＣとが、ＷＣとＣｏ粉末とをボールミル中で
加圧成形剤とミリング流体と共にミリングすることによ
って慣用的に作られ、その後スプレー乾燥された。図１
の組織写真を参照。
いて点作用ピックに関するテストがされた。 機械： Joy 連続採掘機 HM 、 ドラム幅： ６ｍ、 直径： １．６ｍ、 切削速度： ３ｍ／ｓ、工具ボックスの後方から２０バ
ールで水冷、 工具： 変種Ａと変種Ｂの交互の工具を備える５４のボ
ックス、 シャンック： ２５ｍｍ、円錐頂部を有する１６ｍｍ直
径の炭化物 鉱層： 高パーライト含有摩耗炭、砂岩天盤坑道、 石炭鉱層高さ： ３．８ｍ、 変種Ａ： ８％のＣｏと広い粒子径分布の８〜１０μｍ
粒子径のＷＣとが、ＷＣとＣｏ粉末とをボールミル中で
加圧成形剤とミリング流体と共にミリングすることによ
って慣用的に作られ、その後スプレー乾燥された。図１
の組織写真を参照。
【００２２】変種Ｂ： ８％のＣｏと１０μｍ粒子径の
ＷＣとが米国特許第５，５０５，９０２号にしたがい作
られ、９〜１１μｍの粒子径及び狭い粒子径分布（最大
粒子径は平均粒子径の２倍を越えず且つ平均粒子径の半
分より小さい粒子が２％を越えない）の非集塊かつ篩分
けされたＷＣ粉末が、Ｃｏで被覆され、ミリング流体と
加圧成形剤と増粘剤とが注意深く混合され、その後乾燥
される。これが本発明にしたがう全てである。図２の組
織写真を参照。
ＷＣとが米国特許第５，５０５，９０２号にしたがい作
られ、９〜１１μｍの粒子径及び狭い粒子径分布（最大
粒子径は平均粒子径の２倍を越えず且つ平均粒子径の半
分より小さい粒子が２％を越えない）の非集塊かつ篩分
けされたＷＣ粉末が、Ｃｏで被覆され、ミリング流体と
加圧成形剤と増粘剤とが注意深く混合され、その後乾燥
される。これが本発明にしたがう全てである。図２の組
織写真を参照。
【００２３】双方の超硬合金変種は、慣用技術により加
圧成形して焼結しかつ同一方法でＪ＆ＭのＳ−ブロンズ
で工具にろう付けされた。 結果： ６ｍ幅及び１４ｍ深さの断面を、或いは、５２
０ｔの石炭を採掘後、現れた鉱層の先端の大きな石材の
介在のため、機械の激しい振動と跳ね返りに注目されそ
して天盤坑道レベルが突然２００ｍ落下した。
圧成形して焼結しかつ同一方法でＪ＆ＭのＳ−ブロンズ
で工具にろう付けされた。 結果： ６ｍ幅及び１４ｍ深さの断面を、或いは、５２
０ｔの石炭を採掘後、現れた鉱層の先端の大きな石材の
介在のため、機械の激しい振動と跳ね返りに注目されそ
して天盤坑道レベルが突然２００ｍ落下した。
【００２４】変種Ａ： １１個の超硬合金の工具が破壊
し、６個の工具が磨滅した。１７個の工具が取り替えら
れた。 変種Ｂ： ４個の超硬合金の工具が破壊し、３個の工具
が磨滅した。７個の工具が取り替えられた。 ２回の交換後に全ての工具が外された。全部で１３００
ｔの石炭が切り取られて試験は終了した。
し、６個の工具が磨滅した。１７個の工具が取り替えら
れた。 変種Ｂ： ４個の超硬合金の工具が破壊し、３個の工具
が磨滅した。７個の工具が取り替えられた。 ２回の交換後に全ての工具が外された。全部で１３００
ｔの石炭が切り取られて試験は終了した。
【００２５】変種Ａ： ７個の工具が破壊し、１６個の
工具が磨滅した。４個の工具が未だ健在であった。 変種Ｂ： ２個の工具が破壊し、１０個の工具が磨滅し
た。１５個の工具が未だ健在であった。 変種Ａ： １４トン／ピックの石炭生産量。
工具が磨滅した。４個の工具が未だ健在であった。 変種Ｂ： ２個の工具が破壊し、１０個の工具が磨滅し
た。１５個の工具が未だ健在であった。 変種Ａ： １４トン／ピックの石炭生産量。
【００２６】変種Ｂ： ２４トン／ピックの石炭生産
量。 実施例２ オーストリアのZeltweg のVoest-Alpine実験室での試験
装置では、花崗岩塊を試験した。Alpine採掘機 AM 85の
刃物ヘッドを備えるブームは、石材（１ｘ１ｘ１m3）を
切削する１個だけの工具を備え、切削方向に対して９０
度動く。
量。 実施例２ オーストリアのZeltweg のVoest-Alpine実験室での試験
装置では、花崗岩塊を試験した。Alpine採掘機 AM 85の
刃物ヘッドを備えるブームは、石材（１ｘ１ｘ１m3）を
切削する１個だけの工具を備え、切削方向に対して９０
度動く。
【００２７】機械変数 切削速度： １．３７ｍ／ｓ、 切削深さ： １０ｍｍ、 間隔： ２０ｍｍ、 最大力： ２０トン、 石材： １３８ＭＰａの圧縮強度を有する花崗岩、 石英含有量： ５８％、Cherchar切削能力指数：３．
８、 工具： ３０〜３５ｍｍの段付きシャンクを有する１５
００ｍｍ長さの坑道ピック、 超硬合金： ２５ｍｍ直径と１８５ｇの重量との３５ｍ
ｍ長さのインサートにろう付け、 変種Ａ： ６％のＣｏ、９〜１０μｍの粒子径、硬度：
１０８０ＨＶ３を有し慣例的に作らた。
８、 工具： ３０〜３５ｍｍの段付きシャンクを有する１５
００ｍｍ長さの坑道ピック、 超硬合金： ２５ｍｍ直径と１８５ｇの重量との３５ｍ
ｍ長さのインサートにろう付け、 変種Ａ： ６％のＣｏ、９〜１０μｍの粒子径、硬度：
１０８０ＨＶ３を有し慣例的に作らた。
【００２８】変種Ｂ： ６％のＣｏ、９〜１０μｍの粒
子径、また硬度：９８０ＨＶ３を有し慣例的に作らた。 変種Ｃ： ６％のＣｏ、１４〜１５μｍの好ましく均一
な粒子径（すなわち、約９５％の全ての粒子が１４〜１
５μｍ以内である。）は、実施例１、すなわち、９８０
ＨＶ３の硬度を有する本発明の方法に従う方法で作られ
た。
子径、また硬度：９８０ＨＶ３を有し慣例的に作らた。 変種Ｃ： ６％のＣｏ、１４〜１５μｍの好ましく均一
な粒子径（すなわち、約９５％の全ての粒子が１４〜１
５μｍ以内である。）は、実施例１、すなわち、９８０
ＨＶ３の硬度を有する本発明の方法に従う方法で作られ
た。
【００２９】変種当たり３個の工具を、石材で１００ｍ
までの切断長さの試験をした。背後から水ノズルで冷却
する。水圧は１００バールである。ピック旋回は１０°
／回転であった。 結果： 変種 切断長さ 摩耗 摩耗 注記 m mm/m g/m Ａ 200 0.18 0.39 ５０ｍ後先端を破壊された ２個の工具 Ｂ 240 0.23 0.58 １個が破壊（４０ｍ後） ２個の工具が摩耗した Ｃ 300 0.07 0.18 全ての工具が僅かに摩耗したが、 無傷のままであった。
までの切断長さの試験をした。背後から水ノズルで冷却
する。水圧は１００バールである。ピック旋回は１０°
／回転であった。 結果： 変種 切断長さ 摩耗 摩耗 注記 m mm/m g/m Ａ 200 0.18 0.39 ５０ｍ後先端を破壊された ２個の工具 Ｂ 240 0.23 0.58 １個が破壊（４０ｍ後） ２個の工具が摩耗した Ｃ 300 0.07 0.18 全ての工具が僅かに摩耗したが、 無傷のままであった。
【００３０】実施例２の優れた結果は、変種Ｃの超硬合
金が高熱伝導率により低温度で加工されるためであり、
すなわち良好な硬度と耐摩耗性が得られる。変種ＣのＴ
ＲＳ値は、同一硬度を有する変種Ｂのそれより意外にも
高く２８５０±１００Ｎ／ｍｍ2 であった。もちろん、
これは本発明にしたがい製造された超硬合金に対するそ
の優れた結果にも寄与し、変種ＢのＴＲＳは２５００±
２５０Ｎ／ｍｍ2 で且つ変種ＡのＴＲＳは２４００±３
６０Ｎ／ｍｍ2 である。 実施例３ ２種の超硬合金ボタンを備える衝撃チューブ穿孔用のビ
ットが製造されて、KirunaのLKABの鉄鉱石で試験され
た。超硬合金は８μｍのＷＣ粒子径と、６ｗｔ％のコバ
ルト含有量と、９４ｗｔ％のＷＣ含有量を有した。
金が高熱伝導率により低温度で加工されるためであり、
すなわち良好な硬度と耐摩耗性が得られる。変種ＣのＴ
ＲＳ値は、同一硬度を有する変種Ｂのそれより意外にも
高く２８５０±１００Ｎ／ｍｍ2 であった。もちろん、
これは本発明にしたがい製造された超硬合金に対するそ
の優れた結果にも寄与し、変種ＢのＴＲＳは２５００±
２５０Ｎ／ｍｍ2 で且つ変種ＡのＴＲＳは２４００±３
６０Ｎ／ｍｍ2 である。 実施例３ ２種の超硬合金ボタンを備える衝撃チューブ穿孔用のビ
ットが製造されて、KirunaのLKABの鉄鉱石で試験され
た。超硬合金は８μｍのＷＣ粒子径と、６ｗｔ％のコバ
ルト含有量と、９４ｗｔ％のＷＣ含有量を有した。
【００３１】変種Ａ： ＣｏとＷＣと粉末、加圧成形剤
及びミリング流体の所望量がボールミルでミリングさ
れ、従来の方法で乾燥、加圧成形及び焼結をされた。超
硬合金は広い粒子径分布を有する顕微鏡組織であった。 変種Ｂ： ＷＣ粉末がジェットミリングされ粒子径幅は
６．５〜９μｍに分けられ、その後米国特許第５，５０
５，９０２号に記載される方法でコバルトを塗布され、
２ｗｔ％のコバルトを有するＷＣ粉末を得た。この粉末
はミリングすることなく所望量のコバルト、増粘剤，ミ
リング流体及び加圧成形剤と注意深く混合された。乾燥
後、粉末は加圧成形されかつ焼結されて、全ての粒子の
約＞９５％が６．５〜９μｍの間の狭い粒子径分布の顕
微鏡組織が得られた。
及びミリング流体の所望量がボールミルでミリングさ
れ、従来の方法で乾燥、加圧成形及び焼結をされた。超
硬合金は広い粒子径分布を有する顕微鏡組織であった。 変種Ｂ： ＷＣ粉末がジェットミリングされ粒子径幅は
６．５〜９μｍに分けられ、その後米国特許第５，５０
５，９０２号に記載される方法でコバルトを塗布され、
２ｗｔ％のコバルトを有するＷＣ粉末を得た。この粉末
はミリングすることなく所望量のコバルト、増粘剤，ミ
リング流体及び加圧成形剤と注意深く混合された。乾燥
後、粉末は加圧成形されかつ焼結されて、全ての粒子の
約＞９５％が６．５〜９μｍの間の狭い粒子径分布の顕
微鏡組織が得られた。
【００３２】双方の変種の連続性(contiguity)が決定さ
れた。 変種Ａ： ０．４１ 変種Ｂ： ０．６１ 直径１４ｍｍ（周囲及び表面）のボタンが双方の変種か
ら作られそれぞれ５個のビットに加圧成形された。この
ビットは平らな向かい合う表面と１１５ｍｍの直径であ
った。試験装置は、ＨＬ１０００ハンマーを備えるＴａ
ｍａｒｏｃｋＳＯＬＯ ６０であり、穿孔変数は、 衝撃圧力： 約１７５バール、 送り圧力： ８６〜８８バール、 回転圧力： ３７〜３９バール、約６０ｒｐｍ、 貫通速度： ０．７５〜０．９５ｍ／ｍｉｎ、 試験は磁鉄鉱鉱石で実施され、摩耗表面で熱膨張のため
高温度と”スネークスキン”を発生した。
れた。 変種Ａ： ０．４１ 変種Ｂ： ０．６１ 直径１４ｍｍ（周囲及び表面）のボタンが双方の変種か
ら作られそれぞれ５個のビットに加圧成形された。この
ビットは平らな向かい合う表面と１１５ｍｍの直径であ
った。試験装置は、ＨＬ１０００ハンマーを備えるＴａ
ｍａｒｏｃｋＳＯＬＯ ６０であり、穿孔変数は、 衝撃圧力： 約１７５バール、 送り圧力： ８６〜８８バール、 回転圧力： ３７〜３９バール、約６０ｒｐｍ、 貫通速度： ０．７５〜０．９５ｍ／ｍｉｎ、 試験は磁鉄鉱鉱石で実施され、摩耗表面で熱膨張のため
高温度と”スネークスキン”を発生した。
【００３３】結果： 変種Ａ： １００ｍ穿孔後、ボタンは熱クラックパター
ンを呈し、一つのビットからのボタンの摩耗表面の横断
面を調査した場合、小さなクラックが材料に伝播するこ
とが分かった。これらのクラックは組織中の微細破断に
原因し、ボタンは短い寿命となるであろう。１００ｍ毎
の再研磨後のビットの平均寿命は５３０ｍであった。
ンを呈し、一つのビットからのボタンの摩耗表面の横断
面を調査した場合、小さなクラックが材料に伝播するこ
とが分かった。これらのクラックは組織中の微細破断に
原因し、ボタンは短い寿命となるであろう。１００ｍ毎
の再研磨後のビットの平均寿命は５３０ｍであった。
【００３４】変種Ｂ： １００ｍ穿孔後、ボタンは全く
無いか或いは最小の熱クラックパターンを呈し、組織中
の横断面は材料のクラック伝播を示さなかった。摩耗表
面の僅かに小さな部分にクラック粒子が目視された。２
００ｍ毎の再研磨後のこれらのビットの平均寿命は７２
０ｍであった。
無いか或いは最小の熱クラックパターンを呈し、組織中
の横断面は材料のクラック伝播を示さなかった。摩耗表
面の僅かに小さな部分にクラック粒子が目視された。２
００ｍ毎の再研磨後のこれらのビットの平均寿命は７２
０ｍであった。
【図１】先行技術にしたがう８〜１０μｍの平均粒子径
を有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金の１２００Ｘの倍率の顕微
鏡写真である。
を有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金の１２００Ｘの倍率の顕微
鏡写真である。
【図２】本発明にしたがう９〜１１μｍの平均粒子径を
有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金の１２００Ｘの倍率の顕微鏡
写真である。
有するＷＣ−Ｃｏ超硬合金の１２００Ｘの倍率の顕微鏡
写真である。
Claims (6)
- 【請求項１】 コバルト単独またはコバルトとニッケル
からなるバインダー相と共に９６〜８８ｗｔ％のＷＣ好
ましくは９５〜９１ｗｔ％のＷＣを有し、最大２５％の
Ｎｉであるバインダーを有し、任意に超硬合金総組成量
の最大２％までのＣｅ及びＹのような希土類元素を微量
添加する岩石採掘目的用の超硬合金であって、 ＷＣ粒子は球状であり、且つ再結晶をせず、または粒成
長を示さず、または非常に鋭く角張った粒子でなく、平
均粒子径は８〜３０μｍ、好ましくは１２〜２０μｍで
あり、最大粒子径は平均値の２倍を越えず且つ組織中の
平均粒子径の半分より小さい粒子が２％を越えないこと
を特徴とする超硬合金。 - 【請求項２】 ＞０．５の連続性を特徴とする請求項１
記載の超硬合金。 - 【請求項３】 ６〜８％のバインダー相含有量及び１２
〜１８μｍの平均粒子径を特徴とする請求項１または２
記載の超硬合金。 - 【請求項４】 ５〜６％のバインダー相含有量及び８〜
１０μｍの平均粒子径を特徴とする請求項１または２記
載の超硬合金。 - 【請求項５】 ５〜７％のＣＯに対して＞１３０Ｗ／ｍ
℃の熱伝導率を特徴とする請求項１または２記載の超硬
合金。 - 【請求項６】 ８〜３０μｍの平均ＷＣ粒子径を有する
岩石採掘用の超硬合金の製造方法であって、 細粒及び粗粒を除去して狭い粒子径分布を有する粉末
に、粗いＷＣ粉末をふるい分けしてまたはふるい分けせ
ずにジェットミルすること、 得られたＷＣ粉末をＣｏで被覆すること、 被覆されたＷＣ粉末をミリングすることなく、所望の最
終組成を得るためと、増粘剤と、任意にさらにＣｏとを
湿式混合してスラリーにすること、及び標準実施にした
がって粉末超硬合金ボディーを加圧成形及び焼結をする
粉末にスラリーをスプレー乾燥することを特徴とする超
硬合金の製造方法。
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