JPH0790362B2

JPH0790362B2 - 超硬合金と鋼の接合方法

Info

Publication number: JPH0790362B2
Application number: JP33645490A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎米田; 善恒要; 英司高橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH04210869A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は超硬合金と鋼の接合方法に関する。

（従来の技術）一般的な衝撃式破砕機（インパクトクラッシャ）は第１
図に示す概略断面図のように構成されている。例えば、
衝撃式破砕機１の側部上方に設置された原料供給口２よ
り破砕室３内に投入された原石は、主軸４のまわりに回
転する回転ロータ５の外周に固設されたホルダ10にボル
ト締めされた超硬合金−鋼接合ハンマ６によって衝撃破
砕される。このハンマ６に当たって跳ね飛ばされた原石
は、破砕室３の上部に設けられた第１反発板７に取付け
られたライナ7aに衝突して破砕され、跳ね返ってくる原
石は、更に回転してくる次のハンマ６によって打撃破砕
される。そして、跳ね飛ばされた原石は、破砕室３の上
部に設けられた第２反発板８に設けられたライナ8aによ
ってより一層細かく破砕される。

衝撃式破砕機ハンマ６の超硬合金チップと鋼製合金を接
合する場合には、従来、銅を応力緩和材として用い、銀
ろうをインサートしたフラックスろう付が行われてき
た。この場合、加熱は高周波該導加熱一般的で、大気中
で接合が行われるのが一般的である。

また、超硬合金と鋼の接合に関しては、「溶接学会論文
集」第６巻（1988）第４号p.499〜504には、銅を応力緩
和材として銅ろうをインサートし、ろう付する方法が報
告されており、「溶接学会論文集」第３巻（1985）第４
号p.105〜109には、ニッケル基合金を応力緩和材として
用い、固相拡散接合する方法が報告されている。

（発明が解決しようとする課題）前述のような応力緩和材を用いて熱膨張差に起因する熱
応力を緩和する方法においては、超硬合金と応力緩和材
との接合界面、鋼と応力緩和材との接合界面がいずれも
健全でなければならない。

この点、衝撃式破砕機のハンマでは、上述のように、応
力緩和材として銅を用い、銀基ろう材をインサートし、
フラックスを用いた大気中でのトーチろう付法や高周波
ろう付法が行われており、この場合、BAg−４（40％Ag
−30％Cu−28％Zn−２％Ni）などの銀ろうがよく用いら
れる。

しかしながら、このような銀ろうは超硬合金に対する濡
れ性が悪く、かつ接合部が比較的大きくなるとフラック
スが残留し易く、健全な接合体が得られない。また、ト
ーチろう付や高周波ろう付では接合時の接合部の温度が
不均一になり易く、接合は人手に頼っているため、接合
部の品質にバラツキが生じ易く、これもまた健全な接合
体が得られない要因となっている。また、超硬合金の一
成分であるCo中に銀ろうの成分のCuが拡散するとその部
分が脆くなり易く、接合強度が低くなり、更にバラツキ
も大きくなる。

このため、従来方法で接合した超硬合金−鋼接合ハンマ
は、使用中に超硬合金が大きく剥離したり、大きく剥離
しないまでも未接合部に起因する超硬合金の微小剥離の
ため、寿命が短いという問題点が発生している。またこ
のハンマは消耗品であるが、このようなハンマでは寿命
予測がつかないという問題点もある。

また、銅を応力緩和材として銅ろう付する場合、ニッケ
ル基合金を応力緩和材として用い、固相拡散により接合
する方法は、接合温度が高いため、熱応力が大きく、実
用規模の超硬合金−鋼接合ハンマを得ることができない
という問題点がある。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消して、超硬合金−
鋼接合体の接合界面が健全であると共に接合強度が高
く、剥離などがない接合体が得られる方法を提供するこ
とを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、応力緩和材とし
て銅を用いて超硬合金と鋼を接合する方法において、健
全な接合界面が得られるインサート材及び接合条件につ
いて鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたもの
である。

すなわち、本発明は、超硬合金と鋼を、インサート材と
して応力緩和材と銀基ろう材を用いて接合する方法にお
いて、上記超硬合金と銅からなる応力緩和材との間にTi
を含有する銀基ろう材をインサートすると共に、上記応
力緩和材と上記鋼との間に銀基ろう材をインサートした
後、上記超硬合金、鋼及びインサート材からなる被接合
体を炉中に置き、次いで、この炉を５×10^-2Torr以下の
真空下或いは不活性ガス雰囲気下に保ちながら780〜950
℃の温度に加熱することにより、上記インサート材を溶
融して上記超硬合金と上記鋼を接合することを特徴とす
る超硬合金と鋼の接合方法を要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳述する。

（作用）まず、本発明では、前述のように、超硬合金と銅からな
る応力緩和材との間にTiを含有する銀基ろう材をインサ
ートし、また該応力緩和材と鋼との間に銀基ろう材をイ
ンサートする。

ここで、接合すべき一方の被接合材である超硬合金とし
ては、WC炭化物とCoの複合材料などの種々のものが可能
であり、また他方の被接合材である鋼としても炭素鋼、
合金鋼又は工具鋼等々の種々のものか可能であることは
言うまでもない。また応力緩和材としての銅の材質、厚
さ等は特に制限されるものではない。また超硬合金、鋼
の形状も制限されるものではない。

インサート材としては、銀基ろう材を用いるが、少なく
とも、超硬合金と銅からなる応力緩和材との間にインサ
ートする銀基ろう材はTiを含有している銀基ろう材であ
ることが必要である。これは超硬合金と鋼の接合率を高
め、剥離を防止するためである。銀基ろう材及びTiを含
有する銀基ろう材の成分組成は特に制限されない。

そして、この超硬合金−鋼−インサート材の積層構造を
有する被接合体を特定条件の雰囲気（真空又は不活性ガ
ス雰囲気）の炉中で特定の温度に加熱することにより、
該インサート材を溶融し、超硬合金と鋼を接合するので
ある。

ここで、雰囲気が真空の場合は、真空度は５×10^-2Torr
以下の高真空である必要がある。望ましくは１×10^-3To
rr以下である。真空度が５×10^-2Torrを超えるとインサ
ート材に含まれるTiが酸化され、健全な接合が困難にな
る。

雰囲気が不活性ガス雰囲気の場合は、不活性ガス圧力は
1500Torr以下であることが望ましい。これは、ガス圧力
がそれ以上に高くなると不活性ガスが接合界面に流入
し、接合部にボイドが増えて望ましくないためである。
更に、不活性ガス圧を760Torr以下に保つ場合にはロー
タリーポンプで対応でき、設備面で安価である。

上記真空中又は不活性ガス雰囲気中での加熱温度（接合
温度）は780〜950℃の範囲とする必要がある。望ましく
は800℃以上900℃以下である。加熱温度が780℃未満の
場合は超硬合金に対するインサート材の濡れ性が悪くな
り、また950℃を超えると超硬合金とインサート材の反
応が過剰となり、健全な接合が困難となる。

一例として、本発明法で接合した超硬合金−鋼接合ハン
マを衝撃式破砕機に取付け、砕石試験を行ったところ、
接合率｛（超音波探傷試験で欠陥エコーが観察されない
面積）／（全接合面積）×100｝がほぼ100％であり、第
３図に示すように超硬合金製チップが摩耗してきても、
接合部端は常に接合されているため、超硬合金が割れる
こともなく、長時間の使用が可能であった。

このことからしても、本発明法で得られる接合体が優れ
た性能を有するのは以下の理由によるものと考えられ
る。

まず、本発明による接合では、超硬合金と応力緩和材と
の間にTiを含む銀基ろう材を使用しているため、該接合
界面にはTiCが生成している。このTiCが拡散バリヤとな
り、超硬合金の一成分であるCo中に銀ろう成分のCuが拡
散することを防ぎ、結果的に脆い部分を作らないため、
安定的な接合が可能である。

更に本発明による接合は、真空中又は不活性ガス雰囲気
中で炉中ろう付で行われるので、ボイド等が殆ど発生し
ない。これらの良い性能が総合されるため、接合部の品
質が安定しており、不良率はほぼ０％であり、歩留りは
非常に高い。

一方、従来法（フラックス使用の高周波ろう付）により
接合したハンマの接合率は通常50〜60％であるため、第
４図に示すように、超硬合金製チップが摩耗してくる
と、接合部端に未接合部が現れるため、この部分に石が
当たると、超硬合金に大きな曲げ応力がかかり、超硬合
金が微小剥離（欠ける）してしまう。そのため、ハンマ
の寿命が短い。また、このような未接合部は様々な部分
に生じるため、寿命予測も難しい。更にフラックス使用
の高周波ろう付は手作業であるので、時には接合率が10
〜30％程度のものもできることがある。このような低接
合率のハンマを使用して砕石すると、使用開始直後に超
硬合金チップが台金より剥離してしまい、大問題が発生
する。それを避けるため超音波探傷試験により全数検査
が行なわれているが、不良率が10％程度あり、超音波探
傷のコストも付加され、高価なものになってしまう。

なお、本発明による超硬合金と鋼の接合方法は衝撃式破
砕機ハンマ用超硬合金チップと鋼製台金の接合に適用で
きるが、これのみに制限されず、他の用途における同様
の接合体の製造にも適用できることは言うまでもない。

（実施例）次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 48mm×48mmの超硬合金（G2）チップと台金の間に、応力
緩和材として銅を用い、超硬合金と応力緩和材の間に72
％Ag−27％Cu−１％Tiろう材をインサートし、並びに鋼
と応力緩和材の間に72％Ag−27％Cu−１％Tiろう材又は
72％Ag−28％Cuろう材をインサートして、第２図に示す
積層構造とし、第１表に示す条件で真空炉中にて10分間
加熱し、接合した。

真空炉の作業手順は以下のとおりである。

被接合体を炉中にセッティングする。

ロータリーポンプで10^-3Torr台まで真空引きする。

ディフュジョンポンプで10^-5Torr台まで真空引きす
る。

加熱を開始する。

（注）表中の真空度は接合温度に達したときの真空度で
ある。炉によっては加熱により金属蒸気やＣにより真空
度が悪くなる場合があるが、このときは分圧が酸素でな
いためTiは酸化されない。

得られた超硬合金−鋼ハンマ接合体について、超音波探
傷試験を行い、その後衝撃式破砕機に接合ハンマを取付
け、砕石試験を行った。使用した石は硬砂岩である。

試験結果を第１表に示すが、本発明例の場合、超音波探
傷試験での接合率はいずれも92％以上であり、健全な接
合がなされていることがわかる。また砕石試験の結果で
は、超硬合金と鋼が剥離したものは１個もなく、すべて
超硬合金の摩耗により使用できなくなったものであっ
た。寿命は1500時間から2500時間で、後述する比較例１
に比らべて３倍以上の超寿命化が図られた。

なお、第１表中で真空度或いは加熱温度が本発明範囲外
の比較例では、超硬合金が剥離し、寿命が極めて短い。

実施例２ 48mm×48mmの超硬合金（G2）チップと台金の間に、応力
緩和材として銅を用い、超硬合金と応力緩和材との間に
72％Ag−27％Cu−１％Tiろう材をインサートし、鋼と応
力緩和材との間に72％Ag−27％Cu−１％Tiろう材又は72
％Ag−28％Cuろう材をインサートして、第２図に示す積
層構造とし、第２表に示す条件で不活性雰囲気中にて20
分間加熱し、接合した。

不活性雰囲気炉の作業手順は以下のとおりである。

（１）Ar雰囲気炉（760Torr以上の場合）：被接合体を炉中にセッティングする。

ロータリーポンプで10^-3Torr台まで真空引きする。

炉を締めきる。

Arガスを炉中に入れる。

炉内が設定値以上の圧力になった時点でArガスを外へ
たれ流す。

加熱を開始する。

（２）Ar雰囲気炉（760Torr未満の場合；キャリアガス
法）：被接合体を炉中にセッティングする。

ロータリーポンプで10^-3Torr台まで真空引きする。

ロータリーポンプで炉を引きながら、Arガスを炉内に
入れる。

Arガス量、真空引の能力を調節することにより、10To
rr、10^-2Torrで平衡状態を保つようにする。

加熱を開始する。

得られた超硬合金−鋼ハンマ接合体について、超音波探
傷試験を行い、その後衝撃式破砕機に接合ハンマを取付
け、砕石試験を行った。使用した石は安山岩と硬砂岩で
ある。

試験結果を第２表に示すが、本発明例の場合、超音波探
傷試験での接合率はいずれも95％以上（安山岩）又は92
％以上（硬砂岩）であり、健全な接合がなされているこ
とがわかる。また砕石試験の結果では、超硬合金と鋼が
剥離したものは１個もなく、すべて超硬合金の摩耗によ
り使用できなくなったものであった。寿命は2400〜3000
時間（安山岩）又は1600〜1800時間（硬砂岩）で、後述
する比較例２に比らべて倍以上の長寿命化が図られた。

比較例１ 48mm×48mmの超硬合金（G2）チップと台金の間に、応力
緩和材として銅を用い、超硬合金と応力緩和材の間、並
びに鋼と応力緩和材の間にそれぞれ40％Ag−30％Cu−28
％Zn−２％Niろう材をインサートして、第２図に示す積
層構造として、フラックスを用いて大気中にて高周波ろ
う付した。

試験結果を第３表に示すが、超音波探傷試験での接合率
は最低20％で、40〜50％のものが多かった。また砕石試
験の結果では、接合率が20％のハンマは使用開始後、僅
か10時間で超硬合金と鋼が剥離し、使用不可能となっ
た。残りのハンマは200時間程度から超硬合金の微小剥
離が始まり、200〜600時間で超硬合金が殆どなくなり使
用できなくなり、前述の実施例１の本発明例に比較して
1/3以下の寿命しかなかった。

比較例２ 48mm×48mmの超硬合金（G2）チップと台金の間に、応力
緩和材として銅を用い、超硬合金と応力緩和材の間、並
びに鋼と応力緩和材の間にそれぞれ50％Ag−15％Cu−16
％Zn−16％Cd−３％Niろう材をインサートして、第２図
に示す積層構造として、フラックスを用いて大気中にて
高周波ろう付した。

試験結果を第３表に示すが、超音波探傷試験での接合率
は最低15％で、40〜50％のものが多かった。また砕石試
験の結果では、接合率が15％のハンマは使用開始後、僅
か２時間で超硬合金と鋼が剥離し、使用不可能となっ
た。残りのハンマは200時間程度から超硬合金の微小剥
離が始まり、200〜600時間で超硬合金が殆どなくなって
使用できなくなり、前述の実施例２の本発明例に比較し
て1/4以下の寿命しかなかった。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、超硬合金と鋼を
応力緩和材を介して接合するに際し、応力緩和材として
銅を用い、特定のインサート材を用いると共に接合条件
を規制したので、接合面が健全であり、接合強度が高
く、使用時に剥離などがない接合体が得られる。したが
って、特に衝撃式破砕機用ハンマに適用した場合、長寿
命で、安定的な超硬合金−鋼製ハンマが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は衝撃式破砕機の一例を示す側断面図、第２図は被接合体の構造を示す断面図、第３図は本発明の方法で接合した接合ハンマの接合部の
摩耗状態を示す説明図、第４図は従来方法で接合した接合ハンマの接合部の摩耗
状態を示す説明図である。１……衝撃式破砕機、２……原料投入口、３……破砕
室、４……主軸、５……回転ロータ、６……ハンマ、７
……第１反発板、7a……ライナ、８……第２反発板、8a
……ライナ、10……ホルダ、21……超硬合金製チップ、
22……超硬合金−応力緩和材間ろう材、23……応力緩和
材、24……応力緩和材−鋼間ろう材、25……鋼製台金、
26……未接合部、27……岩石。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超硬合金と鋼を、インサート材として応力
緩和材と銀基ろう材を用いて接合する方法において、上
記超硬合金と銅からなる応力緩和材との間にTiを含有す
る銀基ろう材をインサートすると共に、上記応力緩和材
と上記鋼との間に銀基ろう材をインサートした後、上記
超硬合金、鋼及びインサート材からなる被接合体を炉中
に置き、次いで、この炉を５×10^-2Torr以下の真空下或
いは不活性ガス雰囲気下に保ちながら780〜950℃の温度
に加熱することにより、上記インサート材を溶融して上
記超硬合金と上記鋼を接合することを特徴とする超硬合
金と鋼の接合方法。