JPS6043902B2

JPS6043902B2 - 溶接可能な超硬合金

Info

Publication number: JPS6043902B2
Application number: JP16517578A
Authority: JP
Inventors: 景一小堀; 俊二尾添; 幸夫篠崎; 勝利成瀬
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1985-10-01
Also published as: JPS5591955A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、炭化タングステンを基礎にした溶接可能な超
硬合金に関し、特にその合金中のＷＣ粒径、結合材を選
択して耐熱衝撃性を高め、溶接棒の溶融を利用して母材
金属に簡単に溶接できるようにしたものある。

超硬合金は、高い硬さ、圧縮強度、耐摩耗性および耐食
性を有しているため、従来から切削工具、耐摩耗工具、
土木鉱山工具等各面に応用されている。

また、最近では、化学工業、機械工業等の耐食、耐摩部
材として利用される傾向も強くなつている。しかしなが
ら、その利用の仕方は、スローアウエイ式を除き、必要
箇所に超硬チップをろう付けする方法が採られている。

したがつて、ろう材の特性上その接合強度が弱くなり、
またろう切れ等によつて剥離現象を呈したりして問題に
なることがある。また、これらの超硬チップが使用中に
摩３耗したりあるいは欠損したとき、その現場で容易に
取替え作業ができることが要求されている。しカルなが
ら、ろう付け方法では、これを満たせない場合が多い。
そこで、発明者等は、超硬合金が上記分野において、よ
り広範に利用されるためには、溶接棒の溶接によつて簡
単な溶接を可能とする超硬合金が提供されるべきである
と考えるに至つた。

そして、種々検討した結果、ＷＣの粒径および結合材を
選択することにより、耐熱衡撃性を改善すれば、溶接可
能な超硬合金が提供できることを知見した。本発明は、
上記の知見に基づきなされたもので、ニッケルおよびコ
バルトを結合材とした炭化タングステン基の超硬合金に
おいて、その合金中の炭化タングステンの粒径が４〜８
μｍであり、前記ニッケルおよびコバルトの総含有量が
、１５〜３呼量％である溶接可能な超硬合金および前記
炭化タングステンの一部チタン、タンタル、ニオブ、バ
ナジウムおよびクロムを基礎とする１種又は２種以上の
炭化物、窒化物および炭窒化物で１５体積％以下置換す
るようにした溶接可能な超硬合金を提供するものである
。

以下、本発明溶接可能な超硬合金について、その一実施
例を詳細に説明する。

本発明の溶接可能な超硬合金は、炭化タングステン（以
下ＷＣという）を基礎とし、これにニッケル（以ＴＮｉ
という）およびコバルト（以下ＣＯという）からなる結
合材を有するものである。

この場合、ＷＣを基礎としたのは、靭性の点からであり
、またＮ１＋ＣＯを結合材としたのは単独のものより耐
熱衡撃性の点ですぐれているからである。また、ＷＣ．
（５Ｎｉ＋ＣＯとは、その組成範囲が重要であり、Ｎ１
＋ＣＯは１５〜３唾量％（以下単に％という）の範囲で
ある。

これは、下限については、主として溶接亀裂の発生有無
からであり、上限については、焼結時の反り等の変形が
発生有無およｊび耐摩耗性から限定されるべきものであ
る。さらに、ＷＣの粒径については、出発原料の粒径が
問題てはなく、焼結後の粒径が重要である。これは、焼
結条件により粒径を調整できるからである。そして、Ｗ
Ｃの粒径の範囲は、顕微鏡観察によれば４〜８ｐｍであ
る。

これらの上限、下限については、上記の考え方が適用さ
れる。さらに、溶接可能な超硬合金について、耐摩耗性
およびより高い溶接性（超硬合金の溶けこみ）が要求さ
れる場合には、ＷＣの一部をチタン、タンタル、ニオブ
、バナジウムおよびクロム基礎とする１種又は２種以上
の炭化物、窒化物および炭窒化物で１淋積％以下置換で
きりものである。

１５体積％を上限としたのは、これをこえると溶接亀裂
の発生のおそれがでてくるからである。

実施例１試料は、第１表に示すようにＷＣに対し結合材としての
（Ｎｉ＋ＣＯ）をそれぞれ１５％、３０％として、その
比率（ＣＯ／Ｎｉ＋ＣＯ）を変化させるとともに、焼結
温度を１４００℃、１４５０℃、１５００℃に分けて作
成した。

（Ｎｉ＋ＣＯ）の量が１５％の場合は、ＷＣｌ７ＯＯｇ
に７対し（Ｎｉ＋ＣＯ）を３００ｇ１超硬ボール４ｋ９
およびアセトン７００ｃｃを加えてボールミルで５０時
間混合した。

そして、これらの結合粉末を乾燥しながら成型助剤とし
て４０ｇのパラフィンを加え１ｔ／Ｃｌｔの圧力で５０
×５０×４０Ｔ０Ｌの圧粉体を成形し、これを真・空炉
で各１時間焼結した、この場合、（Ｎｉ＋ＣＯ）の配合
量（３００ｇ）は、ＣＯ／Ｎｉ＋ＣＯの比として２１３
，３１５，１１２，２１５，１１３，１１１０，１１３
０を選択した。また、（Ｎｉ＋ＣＯ）の量が３０％の場
合は、ＷＣｌ４ＯＯｇに対し、（Ｎｉ＋ＣＯ）を６００
ｇ加えて上記と同様の方法で焼結したものである。

なお、これらの試料については、その合金中の粒径を３
μｍの範囲に調整した。

調整可能なのは、ボールミル時ＷＣが粉砕され、出発粒
径よりも細くなるが、焼結時にはＷＣがＮｉ相、ＣＯ相
への溶解析出現象によつてＷＣが成長するためである。
この傾向は、ＷＣ粒径が小さい小さい程、Ｎｉ＋ＣＯが
多い程、また焼結温度が高い程顕著である。次いで、こ
れらの試料表面をサンドブラスト処理した後、２００×
３００×１０顛のステンレス母材（ＳＵＳ３Ｏ４）上に
、Ｎｉ−Ｆｅ系の溶接棒を使用して各１敗の隅肉溶接し
た。

したがつて、第１表中の割れ枚数は、１敗あたりのもの
である。この結果は、第１表に示されるとおりであるが
、合金中のＷＣ粒径が３μｍの場合には、１０枚中３〜
７枚に溶接亀裂が入つた。

また、剥離強度は、本発明品については、４５〜２２ｋ
９／ＷＯｆＬ２を示し良好であつた。なお、比較のため
作成したＷＣ−１０％Ｎｉ，ＷＣ−１０％ＣＯの試料に
ついては、前者が９枚、後者が１敗（全数）に溶接亀裂
が入つていた。第１表の結果から、合金中のＷＣ粒径の
下限は４μｍであり、Ｎｉ＋ＣＯ量の下限は１５％であ
りることがわかつた。

また、Ｎｉ＋ＣＯ量およびＷＣ粒径の上限については、
耐食性、耐摩耗性の必要性および製造技術の問題等から
考慮されるべきで、前者は、特に反り等の変形から３０
％が好ましく、また後者は、回転摩耗試験による耐摩耗
性の点から８μｍが好ましいことが判明した。この回転
摩耗試験は、試料を超硬ボールとともにシリンダー内に
装入し体積摩耗量を測定したものである。なお、Ｎｉお
よびＣＯの成分比率については、いずれが多くても本発
明の目的を達成し得るが傾向としては、Ｎｉが多い方が
好適する。これは、ＮｉがＣＯよりも熱感受性が鈍いた
めであろうと考えられ、火花放電法による熱亀裂の試験
でも同様の傾向を示している。この火花放電法は、銅電
極使用して３００Ｖ，３４０μＦで放電し、ＷＣ−２０
％（Ｎｉ＋ＣＯ）、ＷＣ平均粒径４〜５μｍについての
熱亀裂全長を測定したものである。この結果、第１図に
みられるようにＮｉ量の１１２未満、２１５未満をＣＯ
にした順に効果があがつている。しかしながら、溶接亀
裂との兼合いからは、ＣＯ／Ｎｉ＋ＣＯの量が０および
１を含まない全範囲で有効であることが判明した。これ
は、ＮｉおよびＣＯがともに全率固容タイプだからであ
る。実施例２実施例２は、ＷＣの一部を他の炭化物て置換えた場合の
例である。

この場合ＷＣ−２０％（Ｎｉ＋ＣＯ）を基にして、ＷＣ
部分の３％、５％，１５％をそれぞれＴｉＣ，Ｃｒ３Ｃ
２，ＴａＣで置換えた合金をつくり、実施例１と同様の
方法で溶接試験を行つた。このようにしたのは、ＷＣ系
の超硬合金に他の炭化物を添加すると耐摩耗性、超硬合
金の溶け込みよる溶接性等を向上し得ることからである
。これらの結果は、第２表に示されるとおりであるが、
ＴｉＣ，Ｃｒ３Ｃ２添加の場合は、実施例１とほＳ゛同
傾向であつた。一方ＴａＣの場合は、１５％添加のもの
でも溶接亀裂は入らなかつた。しかし、別に試験した２
０％添加のものでは、１０Ｉ９．中３枚に亀裂が入つた
。これらの差は、ＴｉＣ，Ｃｒ３Ｃ２とＴａＣの熱感受
性によるものではなく、比重差からくる体積差であり、
体積比に換算すると、熱亀裂の入らない範囲は、ＴｉＣ
，Ｃｒ３Ｃ２およびＴａＣの場合１琳積％以下であるこ
とがわかつた。

これによつて耐食性、耐摩耗性をより向上させた溶接可
能な超硬合金の開発が行なわれたわけである。なお、複
炭化物の場合は、ＴｉＣ−ＴａＣ，■Ｃ一ＮｂＣおよび
ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｒ３Ｃ２にっいて、総量が１５％以
下添加すれば溶接可能であることを確認した。

これは、第２表後段に示された結果である。さらに、第
３表で示されるように、ＴｉＮ，ＴｉＣＮを添加した場
合についても試料を作成して試験したが、隅肉溶接が可
能で剥離強度も充分で※あることが確認された。また、
他の窒化物および炭窒化物についても同様のことが確認
された。本発明の溶接可能な超硬合金は、剥離試験にお
いて充分な強度を示した。この剥離試験は、第２図でみ
られるような方法により行なわれたものである。すなわ
ち、５５×１３０×１０Ｔ１ｒｍのステンレス板１に実
施例１および実施例２で得られた各種の溶接可能な超硬
合金２を溶接し、これをポンチ３で静的に加圧して剥離
させたものである。この場合の溶接は、前述したように
２側面における隅肉溶接であり、その剥離強度は、４５
〜５５ｋｇ／Ｍｍ２を示した。これは、従来のろう付け
けによる場合の３０〜３５ｋｇ／Ｍｍ２に対してはるか
に強固に接合されているものである。本発明は、以上説
明したように、ＷＣ−（Ｎｉ＋ＣＯ）系の超硬合金につ
いて、その合金中のＷＣ粒径および（Ｎｉ＋ＣＯ）含有
量を選択し、耐熱衝撃性が改善されるようにしたもので
あるから、ろう付けよりも高温で極部加熱される溶接に
おいても充分使用できる溶接可能な超硬合金を提供した
ものであるから、化学工業、機械工業等の耐食、耐摩耗
部材として利用でき、その使用分野の拡大につながると
いう利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、火花放電法により得られたＮｉ＋ＣＯ量と熱
亀裂との関係を示す特性図、第２図は、本発明により得
られた溶接可能な超硬合金について、その剥離試験を概
然的に示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１炭化タングステンにニッケルおよびコバルトからな
る結合材を含有させた耐食、耐摩耗性のある超硬合金に
おいて、前記炭化タングステンは、その合金中の粒径が
４〜８μｍであり、しかも前記ニッケルおよびコバルト
の総含有量（Ｎｉ＋Ｃｏ）が１５〜３０重量％で、コバ
ルトの含有比（Ｃｏ／Ｎｉ−Ｃｏ）が０および１を含ま
ない範囲になつていることを特徴とする溶接可能な超硬
合金。２炭化タングステンを主成分とし、これにニッケルお
よびコバルトからなる結合材を含有させた耐食、耐摩耗
性のある超硬合金において、前記炭化タングステンには
、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウムおよびクロム
を基礎とする１種又は２種以上の炭化物、窒化物および
炭窒化物が１５体積％以下（０を含まず）含有され、し
かもその合金中の炭化タングステンの粒径が４〜８μｍ
であつて、前記結合材としてのニッケルおよびコバルト
の総含有量（Ｎｉ＋Ｃｏ）が１５〜３０重量％で、コバ
ルトの含有比（Ｃｏ／Ｎｉ＋Ｃｏ）が、０および１を含
まない範囲になつていることを特徴とする溶接可能な超
硬合金。