(57)【要約】  表面硬化された磨耗部品などの部品は、表面を有する基体と、基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続されたシート状の金属シェルと、キャビティを充填すると共に基体の表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材料を含み、複合材料は、金属のろう付け材料で浸透された硬質粒子材料を含む。シェルは、基体に溶接又はろう付けすることによって基体に接続され、使用中に磨耗する。シェル及び基体は、部品を製造するためのアッセンブリの一部として使用され、シェルは、硬質粒子材料でシェルを充填し、その後にろう付け材料を電気デバイス浸透することにより、複合材料を形成するための金型として使用される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品であって、
表面を有する基体と、
基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続されたシート状の金属シェルと、
キャビティを充填すると共に基体の表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材料であって、金属のろう付け材料で浸透された硬質粒子材料からなる、複合材料と、を備える、部品。
【請求項２】
請求項１記載の部品において、
シェルは、シェルの外部への開口を有し、複合材料は、開口を通じてシェルの外部にさらされる、部品。
【請求項３】
請求項２記載の部品において、
シェルに接続されると共に、開口と連通してキャビティの外側に配置されるリザーバを更に備える、部品。
【請求項４】
請求項１記載の部品において、
シェルは、溶接又はろう付けによって基体の表面に接続される、部品。
【請求項５】
請求項４記載の部品において、
シェルは、更に、シェルの全周辺部の周りの基体の表面の一部分と面接触する適合バンドを備え、
シェルは、少なくとも適合バンドで溶接又はろう付けによって基体に接続される、部品。
【請求項６】
請求項６記載の部品において、
基体は、適合バンドと面接触する接合面を有し、
キャビティ内の基体の少なくとも一部分は、複合材料が接合面と同一平面をなす外面を有するように接合面に対して差し込まれる、部品。
【請求項７】
請求項１記載の部品において、
ろう付け材料は、基体の表面に結合される、部品。
【請求項８】
請求項７記載の部品において、
ろう付け材料は、更にシェルに結合される、部品。
【請求項９】
請求項１記載の部品において、
シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、前部分と後部分とは、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために互いに接合される、部品。
【請求項１０】
請求項１記載の部品において、
粒子材料は、タングステンカーバイドからなり、
金属ろう付け材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金粉末からなる、部品。
【請求項１１】
請求項１記載の部品において、
基体は、その表面に穴を有し、その穴に挿入される挿入ロッドを更に備え、その穴は、複合材料によって覆われる、部品。
【請求項１２】
表面硬化された磨耗部品であって、
ツールのポイントにおける表面及びその表面に近接して配置された接合面を有するツールと、
表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する表面硬化複合材料であって、表面硬化複合材料をツールに接続するためにその表面に接合された金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子材料を備える、表面硬化複合材料と、
表面硬化複合材料と接触して表面硬化複合材料を囲むシート状の金属シェルであって、シェルは、ツールの接合面と接触する適合バンドを有し、シェルは、少なくとも適合バンドと接合面との間で、溶接する又はろう付けすることによってツールに接続される、シェルと、を備え、
キャビティは、基体の表面とシェルとの間に画定され、
表面硬化複合材料は、シェルを充填する、磨耗部品。
【請求項１３】
請求項１２記載の磨耗部品において、
シェルは、シェルの外部への開口を有し、表面硬化複合材料は、開口を通じてシェルの外部にさらされる、磨耗部品。
【請求項１４】
請求項１３記載の磨耗部品において、
シェルに接続されると共に、開口と連通してキャビティの外側に配置されるリザーバを更に備える、磨耗部品。
【請求項１５】
請求項１２記載の磨耗部品において、
適合バンドは、シェルの全周辺部の周りにあり、そのシェルの全周辺部の周りにおいて適合バンドに溶接され又はろう付けされるツールの接合面と接触する、磨耗部品。
【請求項１６】
請求項１２記載の磨耗部品において、
ろう付け材料は、シェルに接合される、磨耗部品。
【請求項１７】
請求項１２記載の磨耗部品において、
シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、前部分と後部分とは、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために互いに接合される、磨耗部品。
【請求項１８】
請求項１２記載の磨耗部品において、
粒子材料は、タングステンカーバイドからなり、
金属ろう付け材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金粉末からなる、磨耗部品。
【請求項１９】
請求項１２記載の磨耗部品において、
基体は、その表面に穴を有し、その穴に挿入される挿入ロッドを更に備え、その穴は、表面硬化複合材料によって覆われる、磨耗部品。
【請求項２０】
方法であって、
表面を有する基体を提供することと、
シート状の金属シェルを、基体の表面とそのシェルとの間にキャビティを画定するために基体の表面に接続することと、
硬質粒子材料を基体の表面に密接してキャビティ内に配置することと、
キャビティと連通して金属ろう付け材料を配置することと、
ろう付け材料の融点より高い温度までろう付け材料を加熱すると共に、ろう付け材料が溶融形態の粒子材料を浸透させると共に基体の表面と接触させるために十分な時間その温度を保持することと、
ろう付け材料を凝固すると共に基体の表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにろう付け材料を冷却することと、を備える、方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、
シェルは、
シェルの外部への開口と、
シェルに接続されると共に開口と連通してキャビティの外側に配置されるリザーバとを有し、
ろう付け材料は、キャビティと連通されるためにリザーバ内に配置される、方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、
リザーバは、シェルと一体に形成される、方法。
【請求項２３】
請求項２０記載の方法において、
シート状の金属シェルを、基体の表面とそのシェルとの間にキャビティを画定するために基体の表面に接続することは、シェルを基体の表面に溶接又はろう付けすることを備える、方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、
シェルは、さらに、シェルの周辺部の周りに延びる適合バンドを備え、
シート状の金属シェルを、基体の表面とそのシェルとの間にキャビティを画定するために基体の表面に接続することは、適合バンドが、適合バンド全体の周りの基体の表面の一部分と面接触するように、適合バンドを基体の表面に溶接又はろう付けすることを備える、方法。
【請求項２５】
請求項２０記載の方法において、
ろう付け材料は、ろう付け材料が凝固した後にシェルに接合される、方法。
【請求項２６】
請求項２０記載の方法において、
シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、
方法は、更に、
前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために、前部分と後部分とを互いに接合することを備える、方法。
【請求項２７】
請求項２０記載の方法において、
粒子材料は、タングステンカーバイドからなり、
金属ろう付け材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金からなり、
ろう付け材料は、約３０分から１時間の間、約２０５０°Ｆの温度まで加熱される、方法。
【請求項２８】
請求項２０記載の方法において、
シェルを形成するためにシート状の金属の片を互いに溶接又はろう付けすることを更に備える、方法。
【請求項２９】
アッセンブリであって、
表面を有するツールと、
ツールに接続されると共に、表面とシート状の金属シェルとの間にキャビティを画定するために表面の少なくとも一部分に適合する適合バンドを有する、シート状の金属シェルと、を備え、
シェルは、表面の少なくとも一部分に適合バンドを溶接又はろう付けすることによってツールに接続される、アッセンブリ。
【請求項３０】
請求項２９記載のアッセンブリにおいて、
アッセンブリは、硬質粒子材料で開口を通じてキャビティを充填することにより表面に耐磨耗複合材コーティングを形成し、金属ろう付け材料をキャビティと連通して配置し、ろう付け材料の融点より高い温度までアッセンブリを加熱すると共にろう付け材料が溶融形態の粒状材料に浸透してツールの表面と接触するのに十分な時間その温度を保持し、マトリックス材を凝固すると共に表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにアッセンブリを冷却することによって、表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するように構成される、アッセンブリ。
【請求項３１】
請求項３０記載のアッセンブリにおいて、
シェルに接合されかつ開口と連通してキャビティの外側に配置されたフレアー状のリザーバを更に備え、
リザーバは、キャビティと連通されるためにリザーバ内に配置されたろう付け材料を有するように構成される、アッセンブリ。
【請求項３２】
請求項２９記載のアッセンブリにおいて、
キャビティを充填し、ツールの表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材料を更に備え、
複合材料は、金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子状材料を含み、ろう付け材料は、その表面に結合される、アッセンブリ。
【請求項３３】
請求項２９記載のアッセンブリにおいて、
シェルに接続されると共に、開口と連通してキャビティの外側に配置されるリザーバを更に備える、アッセンブリ。
【請求項３４】
請求項３３記載のアッセンブリにおいて、
リザーバは、フレアー形状を有し、シェルと一体に形成される、アッセンブリ。
【請求項３５】
請求項２９記載のアッセンブリにおいて、
適合バンドは、シェルの全周辺部の周り及び表面の全周辺部の周りに延在する、アッセンブリ。
【請求項３６】
請求項２９記載のアッセンブリにおいて、
シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、前部分と後部分とは、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために互いに接合される、アッセンブリ。
【請求項３７】
請求項２９記載のアッセンブリにおいて、
ツールは、その表面に穴を有し、
アッセンブリは、その穴に収容される挿入ロッドを更に備える、アッセンブリ。
【請求項３８】
請求項３７記載のアッセンブリにおいて、
間隙が、挿入ロッドと穴の内壁との間に画定される、アッセンブリ。
【請求項３９】
アッセンブリであって、
表面を有するツールと、
表面の少なくとも一部分を覆うと共にシェルと表面との間にキャビティを画定するシート状の金属シェルであって、シェルの外部への開口を有するシート状の金属シェルと、
ツール及びシェルと係合すると共にツールをシェルから隔離する複数のスペーサと、を備える、アッセンブリ。
【請求項４０】
請求項３９記載のアッセンブリにおいて、
アッセンブリは、硬質粒子材料でキャビティを充填することにより表面に耐磨耗複合材コーティングを形成し、金属ろう付け材料をキャビティと連通して配置し、ろう付け材料の融点より高い温度までアッセンブリを加熱すると共にろう付け材料が溶融形態の粒状材料に浸透してツールの表面と接触するのに十分な時間その温度を保持し、マトリックス材を凝固すると共に表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにアッセンブリを冷却することによって、表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するように構成される、アッセンブリ。
【請求項４１】
請求項４０記載のアッセンブリにおいて、
シェルから延在すると共に、シェルに接続されかつ開口と連通してキャビティの外側に配置されたリザーバを画定する、壁を更に備え、
リザーバは、キャビティと連通されるためにリザーバ内に配置されたろう付け材料を有するように構成される、アッセンブリ。
【請求項４２】
請求項３９記載のアッセンブリにおいて、
キャビティを充填し、ツールの表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材料を更に備え、
複合材料は、金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子状材料を含み、ろう付け材料は、その表面に結合される、アッセンブリ。
【請求項４３】
部品であって、
表面を有する基体と、
基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続された金属シェルと、
キャビティ内に配置された硬質材料と、
硬質材料を基体の表面に接合する金属ろう付け材料と、を備える、部品。
【請求項４４】
請求項４３記載の部品において、
シェルは、シェルの外部への開口を有し、複合材料は、開口を通じてシェルの外部にさらされる、部品。
【請求項４５】
請求項４４記載の部品において、
シェルに接続されると共に開口と連通してキャビティの外側に配置されたフレアー状のリザーバを更に備える、部品。
【請求項４６】
請求項４３記載の部品において、
シェルは、溶接又はろう付けによって基体の表面に接続される、部品。
【請求項４７】
請求項４６記載の部品において、
シェルは、更に、シェルの全周辺部の周りの基体の表面の一部分と面接触する適合バンドを備え、
シェルは、少なくとも適合バンドで溶接又はろう付けによって基体に接続される、部品。
【請求項４８】
請求項４７記載の部品において、
基体は、適合バンドと面接触する接合面を有し、
キャビティ内の基体の少なくとも一部分は、接合面に対して差し込まれる、部品。
【請求項４９】
請求項４３記載の部品において、
ろう付け材料は、更にシェルに結合される、部品。
【請求項５０】
請求項４３記載の部品において、
シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、前部分と後部分とは、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために互いに接合される、部品。
【請求項５１】
請求項４３記載の部品において、
硬質材料及び金属ろう付け材料は、基体の表面を覆う表面硬化複合材料を形成する、部品。
【請求項５２】
請求項５１記載の部品において、
硬質材料は、表面硬化複合材料を形成するために金属ろう付け材料によって浸透された多孔質構造を有する、部品。
【請求項５３】
請求項５１記載の部品において、
硬質材料は、表面硬化複合材料を形成するために金属ろう付け材料によって浸透された微粒子材料からなる、部品。
【請求項５４】
請求項４３記載の部品において、
シェルは、シート状の金属から形成される、部品。
【請求項５５】
方法であって、
シェルと基体の表面との間にキャビティを画定するために基体の表面に金属シェルを接続することと、
キャビティ内に硬質材料を配置することと、
キャビティと連通して金属ろう付け材料を配置することと、
ろう付け材料の融点より高い温度までろう付け材料を加熱すると共に、ろう付け材料が溶融形態の粒子材料を浸透させると共に基体の表面と接触させるために十分な時間その温度を保持することと、
ろう付け材料を凝固すると共に基体の表面上に硬質材料を形成するためにろう付け材料を冷却することと、を備える、方法。
【請求項５６】
請求項５５記載の方法において、
シェルは、シェルの外部への開口を有し、
リザーバが、シェルに接続されると共に、開口と連通してキャビティの外側に配置され、
ろう付け材料がキャビティと連通されるリザーバ内に配置される、方法。
【請求項５７】
請求項５５記載の方法において、
シェルと基体の表面との間にキャビティを画定するために基体の表面に金属シェルを接続することは、シェルを基体の表面に溶接又はろう付けすることを備える、方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、
シェルは、さらに、シェルの周辺部の周りに延びる適合バンドを備え、
シェルと基体の表面との間にキャビティを画定するために基体の表面に金属シェルを接続することは、適合バンドが、適合バンド全体の周りの基体の表面の一部分と面接触するように、適合バンドを基体の表面に溶接又はろう付けすることを備える、方法。
【請求項５９】
請求項５５記載の方法において、
ろう付け材料は、ろう付け材料が凝固した後にシェルに接合される、方法。
【請求項６０】
請求項５５記載の方法において、
シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、
方法は、更に、
前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために、前部分と後部分とを互いに接合することを備える、方法。
【請求項６１】
請求項５５記載の方法において、
粒子材料は、タングステンカーバイドからなり、
金属ろう付け材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金からなり、
ろう付け材料は、約３０分から１時間の間、約２０５０°Ｆの温度まで加熱される、方法。
【請求項６２】
請求項５５記載の方法において、
シェルを形成するためにシート状の金属の片を互いに溶接又はろう付けすることを更に備える、方法。
【請求項６３】
請求項５５記載の方法において、
硬質材料及び金属ろう付け材料は、基体の表面を覆う表面硬化複合材料を形成する、方法。
【請求項６４】
請求項６３記載の方法において、
硬質材料は、表面硬化複合材料を形成するために金属ろう付け材料によって浸透された多孔質構造を有する、方法。
【請求項６５】
請求項６３記載の方法において、
硬質材料は、表面硬化複合材料を形成するために金属ろう付け材料によって浸透された微粒子材料からなる、方法。
【請求項６６】
請求項５５記載の方法において、
シェルは、シート状の金属から形成される、方法。
【請求項６７】
アッセンブリであって、
表面を有する基体と、
基体の表面と金属シェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続された金属シェルであって、金属シェルの外部への開口を更に有する金属シェルと、を備える、アッセンブリ。
【請求項６８】
請求項６７記載のアッセンブリにおいて、
シェルは、シート状の金属から形成される、アッセンブリ。
【請求項６９】
請求項６７記載のアッセンブリにおいて、
シェルは、シェルを表面に溶接する又はろう付けすることによって、基体に接続される、アッセンブリ。
【請求項７０】
請求項６７記載のアッセンブリにおいて、
シェルは、表面の少なくとも一部分に適合する適合バンドを有する、アッセンブリ。
【請求項７１】
請求項７０記載のアッセンブリにおいて、
シェルは、適合バンドを表面の少なくとも一部分に溶接する又はろう付けすることによって、基体に接続される、アッセンブリ。
【請求項７２】
請求項６７記載のアッセンブリにおいて、
アッセンブリは、硬質粒子材料でキャビティを充填することにより表面に耐磨耗複合材コーティングを形成し、金属ろう付け材料をキャビティと連通して配置し、ろう付け材料の融点より高い温度までアッセンブリを加熱すると共にろう付け材料が溶融形態の粒状材料に浸透してツールの表面と接触するのに十分な時間その温度を保持し、マトリックス材を凝固すると共に表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにアッセンブリを冷却することによって、表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するように構成される、アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年４月６日に提出された米国仮出願第６１／４７２２４７０号に対して優先権を主張し、その出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成されている。
【０００２】
（開示の技術分野）
本開示は、浸透ろう付けまたは他のろう付け技術を用いて形成された、研磨環境で使用するための表面硬化された部品の様々な実施形態に関する。より具体的には、本開示は、そのような表面硬化された部品に関連する製品、システム及び方法に関する。例えば、そのような表面硬化された部品は、地面係合機械（例えば、掘削機のためのポイント）、デュアルロールクラッシャーのためのチップ、トロンメルスクリーン又は他の研磨アプリケーションなどの鉱物処理機器のために使用される耐磨耗ツールを含むことができる。
【背景技術】
【０００３】
硬質粒子の浸透によって製造された磨耗部品の例が、米国特許番号ＵＳ４８８４４７７号、ＵＳ４９４９５９８号及びＵＳ６０７３５１８号に開示されると共に、公開公報ＵＳ２０１００２７８６０４号、ＧＢ２０４１４２７号及びＷＯ２００８１０３６８８号に開示される。浸透プロセスによって超硬合金を製造することをより一般的に記載する古い公開公報は、ＵＳ１５１２１９１号及びＤＥ４２０６８９Ｃ号（シュレーター、１９２５年ドイツ帝国）を含む。これらの開示及び本明細書で参照される全ての他の公報は、全ての目的のためにそれらの全体が参照によって組み込まれる。本発明は、これらのデバイス及び他の既存のデバイスの特定の限界を克服すると共に、従来利用できない新しい機能を提供することを目的とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
経済的で効果的な表面硬化された磨耗部品が提供され、基体と、薄いシェルと、基体とシェルとの間に画定されたキャビティ内に保持された硬質粒子と、これらの要素を複合磨耗部品に結合する浸透ろう付け材とから形成される。薄い金属シェルは、一般的にこれらの表面硬化された磨耗部品の使用中に迅速に磨滅するので、消耗的である。また、浸透ろう付け及び消耗的な薄いシェルを使用するそのような磨耗部品を製造するための方法が提供される。
【０００５】
本発明の態様は、鋼基体と、基体とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接合された鋼シェルと、キャビティを充填する硬質な複合材を含む表面硬化された磨耗部品に関し、その複合材は、金属ろう付けで浸透された硬質粒子を含む。この表面硬化された磨耗部品は、好ましくは、シェルが基体よりも実質的に少なく重さを量るものである。さらに、シェルは、好ましくは、キャビティの外側にリザーバを画定し、より具体的には、キャビティの外側にフレアー状のリザーバを画定する。いくつかの実施形態では、シェルは、キャビティの外側に漏斗状のリザーバを画定する。いくつかの実施形態では、このシェルは、基体に溶接される。
【０００６】
また、本発明の態様は、基体と、基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続されたシート状の金属シェルと、キャビティを充填すると共に基体の表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材を含む、表面硬化された磨耗部品などの物品に関し、その複合材は、金属ろう付けで浸透された硬質粒子材料を含む。
【０００７】
一態様によれば、シェルは、表面硬化材の挿入及びろう付け材の供給を容易にするためにキャビティへのアクセスを提供する開口を有する。また、シェルは、シェルに接続されると共に、製造中においてろう付け材を当初保持するために開口と連通してキャビティの外側に配置されたリザーバを含む。
【０００８】
別の態様によれば、シェルは、溶接又はろう付けによって基体の表面に接続される。シェルは、さらに、シェルが少なくとも適合バンドを溶接又はろう付けすることによって基体に接続されるように、シェルの全周辺部の周りの基体の表面の一部分と面接触する適合バンドを含む。この構成では、基体は、適合バンドと面接触する接合面を有し、キャビティ内の基体の少なくとも一部分は、複合材が接合面と同一平面をなす外面を有するように接合面に対して差し込まれる。
【０００９】
さらなる態様によれば、ろう付け材基体の表面に接合され、そして、さらにシェルに接合されることができる。
【００１０】
さらに別の態様によれば、シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、前部分と後部分とは、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために互いに接合される。
【００１１】
付加的な態様によれば、粒状材料は、タングステンカーバイドにすることができ、又はタングステンカーバイドを含むことができ、金属ろう付け材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金粉末にすることができ、又はＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金粉末を含むことができる。
【００１２】
さらに別の態様によれば、基体は、その表面に穴を有し、挿入ロッドは、その穴が複合材によって覆われるようにその穴に収容される。
【００１３】
本発明の付加的な態様は、ツールのポイントにおける表面及びその表面に近接して配置された接合面を有するツールと、表面の少なくとも一部分にコーティングを形成するハードフェーシング（表面硬化）複合材料と、その複合材料と接触してその複合材料を囲むシート状の金属シェルとに関する。ハードフェーシング複合材料は、金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子材料を含み、金属ろう付け材料は、ハードフェーシング複合材料をツールに接続するためにその表面に接合される。シェルは、ツールの接合面と接触した適合バンドを有し、シェルは、少なくとも適合バンドと接合面との間に溶接又はろう付けによってツールに接合される。キャビティは、基体の表面とシェルとの間に画定され、ハードフェーシング複合材料は、シェルを充填する。
【００１４】
本発明の他の態様は、キャビティを画定する鋼シェルと、シェルと基体との間に空隙を画定するためにキャビティを部分的に充填する鋼基体と、空隙を少なくとも部分的に充填すると共に金属ろう付けで浸透された硬化粒子を含む硬質材料と、を備える、複合耐磨耗ツールに関する。
【００１５】
本発明の他の態様は、キャビティを画定する鋼シェルと、キャビティを部分的にだけ充填する鋼基体と、磨耗から基体を保護する硬質層を画定するためにシェル及び基体の双方と密接する硬質複合材と、を備える表面硬化された磨耗部品に関し、硬質複合材は、金属ろう付けで浸透された硬質粒子を含む。
【００１６】
本発明のさらに他の態様は、鋼基体と、基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定する基体の表面の少なくとも一部分に概ね適合する鋼シェルと、キャビティを少なくとも部分的に充填すると共に基体及びシェルの双方に接合する硬質複合材と、を備える土木機械用表面硬化された磨耗部品に関し、硬質複合材は、金属ろう付けで浸透された硬質粒子を含む。好ましくは、シェルは、シェルの平均厚さを有し、基体は、基体の平均厚さを有し、シェルの平均厚さは、基体の平均厚さよりも実質的に小さい。
【００１７】
本発明の更なる態様は、硬質複合材のための外周を画定する薄い金属シェルと、ツールのための主要な本体を画定する厚みのある、シェルによって少なくとも部分的に囲まれた金属基体と、シェル及び基体の双方に接合された硬質複合材を画定するろう付け合金で浸透された硬質粒子材料の層と、を備える複合耐磨耗ツールに関する。
【００１８】
本発明の更なる態様は、基体と、基体とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接合された金属シェルと、キャビティ内に配置された硬質材料と、硬質材料を基体の表面に接合する金属ろう付け材と、を含む物品に関する。上述のように、硬質材料及び金属ろう付け材料は、基体の表面を覆うハードフェーシング複合材料を形成する。一構成で
は、硬質材料は、ハードフェーシング複合材料を形成するために金属ろう付け材料によって浸透された粒子材料又は多孔質母材などの多孔質構造を有する。別の構成では、硬質材料は、モノリシック構造を有する。
【００１９】
また、本発明の態様は、基体に使用するための方法であって、シェルと基体との間にキャビティを画定するために基体の表面にシート状の金属シェルを接続することと、その表面に近接してキャビティ内に硬質粒子材料を配置することと、キャビティと連通して金属ろう付け材料を配置することと、ろう付け材料の融点より高い温度までろう付け材料を加熱すると共に、ろう付け材料が溶融形態の粒子材料を浸透させると共に基体の表面と接触させるために十分な時間その温度を保持することと、ろう付け材料を凝固すると共に基体の表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにろう付け材料を冷却することと、を含む。ろう付け材料は、ろう付け材料が凝固された後にその表面及び／又はシェルに接合される。
【００２０】
一態様によれば、シェルは、シェルの外部への開口を有し、フレアー状のリザーバがシェルに接続されると共に開口と連通してキャビティの外側に配置され、そして、ろう付け材料は、キャビティと連通されるためにリザーバ内に配置される。リザーバは、シェルと一体に形成されることができる。
【００２１】
別の態様によれば、シェルを基体に接続することは、シェルを基体の表面に溶接又はろう付けすることを含む。シェルは、さらに、シェルの周辺部の周りに延びる適合バンドを含む。この構成では、シェルを基体に接続することは、適合バンド全体の周りの基体の表面の一部分と面接触するように、適合バンドを基体の表面に溶接又はろう付けすることを含む。
【００２２】
さらなる態様によれば、シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含む。その方法は、さらに、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために前部分及び後部分を互いに接合することを含む。
【００２３】
さらなる別の態様によれば、ろう付け材料が、硬質粒子間の空間に浸透してそれらを互いにかつ基体に対して結合させることを許容するために十分な時間に対して、ろう付け材料を溶融するのに十分な温度までろう付け材料は加熱される。例えば、一炭化タングステン（ＷＣ）の硬質粒子及び純銅又はＡＷＳ  ＢＮｉ−２を使用する場合は、ろう付け材料は、多くのアプリケーションにおいて３０分から１時間の間、約２０５０°Ｆの温度まで加熱される。この加熱は、一構成において真空炉で行われることができる。
【００２４】
付加的な態様によれば、方法は、また、シェルを形成するために金属のシート片を互いに溶接又はろう付けすることなどによって、シェルを形成することを含む。
【００２５】
本発明の他の態様は、基体と消耗的なシート状の金属シェルとの間に閉じ込められた硬質粒子の層を浸透させる工程を含む複合耐磨耗ツールを製造するための方法に関する。シェルは、基体及びシェルの双方の輪郭によって画定された特定の厚さ及び形状で、基体上の所望の位置に硬質粒子を閉じ込めるように構成される。また、シェルは、浸透工程中に溶融される浸透性材料を収容するリザーバを画定するように構成される。溶接によって現在表面硬化されるほぼすべてのタイプのツール又はコンポーネントは、開示された方法によって表面硬化されることができる。これらの方法は、意図されたアプリケーションのための所望の程度の磨耗抵抗を付与するように粒子材料がタイプ及びサイズ分布で選択される工程を含む。これらの方法は、意図されたアプリケーションのための所望の程度の磨耗抵抗を付与するように粒子の材料、そのサイズ分布及び使用される浸透材料の種類が選択され、同時に、クラックや破砕を最小限に抑える又は排除するように浸透された層と基体との間の熱及び変態膨張の違いに適応する。
【００２６】
本発明の他の態様は、複合耐磨耗ツールを製造するための表面硬化された金属部品の製造方法に関し、この方法は、シート状の金属シェルで表面硬化される部品又は部品の一部分を取り囲むこと、キャビティを残すこと、加熱されるときにキャビティが溶融金属を保持するようにシェルを基体に溶接又は高温でろう付けすること、耐磨耗材料の粒状又は粉末状粒子でキャビティを少なくとも部分的に充填すること、及び、その後、加熱によってその粒子を互いにかつ基体に結合するために適当な低融点材料でその粒子を浸透させることを含む。方法のより具体的な実施形態は、シェルに一体であるリザーバを提供すること、リザーバにろう合金を配置すること、ろう合金が溶融して耐磨耗材料の粒子内の間隙に流れ込むように基体、シェル、耐磨耗材料の粒子、リザーバ及びろう合金の組み合わされたアッセンブリを加熱すること、及び、基体、シェル、耐磨耗材料の粒子、リザーバ及びろう合金が複合耐磨耗部品を形成するために互いに結合されるようにアッセンブリを冷却することを含む。
【００２７】
本発明の他の態様は、シェルと基体の表面との間にキャビティを画定するために金属シェルを基体の表面に接続すること、金属ろう付け材料をキャビティと連通して配置すること、ろう付け材料の融点より高い温度までろう付け材料を加熱すると共に、ろう付け材料が硬質材料及び溶融形態の基体の表面と接触するのに十分な時間その温度を保持すること、その後、ろう付け材料を凝固して硬質材料を基体の表面に結合するためにろう付け材料を冷却することを含む方法に関する。上述のように、シェルは、シート状の金属で形成される。また、上述のように、硬質材料は、耐磨耗複合材を形成するために溶融したろう付け材料によって浸透される。
【００２８】
また、本発明の態様は、地面を移動するために地面と係合するように構成された表面を有するツールと、ツールに接続されると共に、表面とシェルとの間にキャビティを画定するために表面の少なくとも一部分に適合する適合バンドを有するシート状の金属シェルと、を含むアッセンブリに関する。シェルは、シェルの外部への開口を更に有する。シェルは、表面の少なくとも一部分に適合バンドを溶接又はろう付けすることによってツールに接続される。
【００２９】
一態様によれば、アッセンブリは、硬質粒状材料を開口を通じてキャビティに少なくとも部分的に充填すること、金属ろう付け材料をキャビティと連通して配置すること、ろう付け材料の融点より高い温度までアッセンブリを加熱すること、ろう付け材料が粒状材料に浸透してツールの表面と接触するのに十分な時間その温度を保持すること、及び、マトリックス材を凝固すると共に表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにアッセンブリを冷却することによって、表面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するように構成される。また、アッセンブリは、シェルに接続されると共に開口と連通してキャビティの外側に配置されたフレアー状のリザーバを含み、そのリザーバは、キャビティと連通されるためにリザーバ内に配置されたろう付け材料を有するように構成される。このプロセスの後、アッセンブリは、キャビティを充填する（又は部分的に充填する）と共にツールの表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材を含み、複合材は、金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子状材料を含む。ろう付け材料は、その表面及び／又はシェルに結合される。
【００３０】
また、他の態様によれば、アッセンブリは、シェルに接続されると共に開口と連通してキャビティの外側に配置されたフレアー状のリザーバを含む。フレアー状のリザーバは、シェルと一体に形成されることができる。
【００３１】
更なる態様によれば、適合バンドは、シェルの周辺部全体の周りに延びると共にその表面の周辺部全体の周りに延びる。
【００３２】
更に別の態様によれば、シェルは、前部分の後端から横方向に延びる前フランジを有する前部分と、後部分の前端から横方向に延びる後フランジを有する後部分とを含み、前フランジを後フランジに溶接する又はろう付けすることによってシェルを形成するために前部分及び後部分を互いに接合される。
【００３３】
付加的な態様によれば、ツールは、その表面に穴を有し、アッセンブリは、その穴に収容される挿入ロッドを含む。この構成では、空間は、挿入ロッドと穴の内壁との間に画定される。
【００３４】
本発明の更なる態様は、作用面を有するツールと、作用面の少なくとも一部分を覆うと共にシェルと作用面との間にキャビティを画定するシート状の金属シェルと、ツール及びシェルと係合すると共にシェルからツールを分離する複数のスペーサと、を含むアッセンブリに関する。シェルは、シェルの外部への開口を有する。
【００３５】
一態様によれば、アッセンブリは、キャビティを硬質粒状材料で少なくとも部分的に充填し、金属ろう付け材料をキャビティと連通して配置し、ろう付け材料の融点より高い温度までアッセンブリを加熱すると共にろう付け材料が溶融形態の粒状材料に浸透してツールの作用面と接触するのに十分な時間その温度を保持し、マトリックス材を凝固すると共に作用面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するためにアッセンブリを冷却することによって、作用面上に耐磨耗複合材コーティングを形成するように構成される。このプロセスの後、アッセンブリは、キャビティを少なくとも部分的に充填すると共にツールの作用面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材を含み、複合材は、金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子状材料を含み、ろう付け材料は、その作用面に結合される。
【００３６】
別の態様によれば、アッセンブリは、シェルから延びると共に、シェルに接合されかつ開口と連通してキャビティの外側に配置されたフレアー状のリザーバを画定する壁を含み、そのリザーバは、キャビティと連通されるためにリザーバ内に配置されたろう付け材料を有するように構成される。
【００３７】
本発明の更なる態様は、ツール又は他の基体の表面上に表面硬化材料を形成するのに使用できるアッセンブリに関する。金属シェルは、基体に接続されると共に、表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体の表面の少なくとも一部分に適合する適合バンドを有する。シェルは、更に、シェルの外部への開口を有する。シェルは、一構成の金属シートで形成され、そして、上述のように基体に溶接され又はろう付けされる。
【００３８】
本開示の利点は、図面及び詳細な説明を考慮した後により容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の斜視図である。
【図４】図４は、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、図１乃至図４に示された、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の上面図である。
【図６】図６は、図１乃至図５に示された、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の底面図である。
【図７】図７は、図１乃至図６に示された、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の左側面図である。
【図８】図８は、図１乃至図７に示された、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の右側面図である。
【図９】図９は、シェルの内側に見え、基体を保護する表面硬化材料を有する、図１乃至図８に示された、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の一実施形態の正面図である。
【図１０】図１０は、図９の実施形態と同様に見える、取り付けられたシェルを有する完成された表面硬化磨耗部品の形態の、磨耗部品の代替の実施形態の正面図であり、図９に見られるシェルの部分が取り除かれている。
【図１１】図１１は、図１の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１２】図１２は、図２の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１３】図１３は、図３の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１４】図１４は、図４の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１５】図１５は、図５の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１６】図１６は、図６の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１７】図１７は、図７の図面に対応し、図１０の完成された表面硬化磨耗部品を示す図である。
【図１８】図１８は、漏斗として形成されたリザーバを含む、取り付けられたシェルを有する磨耗部品の別の実施形態の斜視図である。
【図１９】図１９は、垂直方向に示されたシェルを有する、更に別の実施形態のための二部品シェルの斜視図を示す。
【図２０】図２０は、垂直方向に示された磨耗部品及びシェルを有する、取り付けられた二部品シェルを有する磨耗部品を含む、図１９にかかるシェルの実施形態の上面図である。
【図２１】図２１は、取り付けられた二部品シェルを有する磨耗部品の図２０に示された実施形態の左側面図である。
【図２１ａ】図２１ａは、別の構成を有する取り付けられた二部品シェルで示された、図２０及び図２１の磨耗部品の左側断面図である。
【図２２】図２２は、図２０の線２２−２２に沿って概ね切り取られた、図２０及び図２１の実施形態の断面図である。
【図２３】図２３は、図２０及び図２１の線２３−２３に沿って概ね切り取られた、図２０及び図２１の実施形態の断面図である。
【図２４】図２４は、水平方向に示された基体及びシェルを有する、図２２の断面図を画定するために使用された平面と同じ平面に沿って概ね切り取られた、図１８の実施形態の断面図を示す。
【図２５Ａ】図２５Ａは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ａを示す。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｂを示す。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｃを示す。
【図２５Ｄ】図２５Ｄは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｄを示す。
【図２５Ｅ】図２５Ｅは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｅを示す。
【図２５Ｆ】図２５Ｆは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｆを示す。
【図２５Ｇ】図２５Ｇは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｇを示す。
【図２５Ｈ】図２５Ｈは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｈを示す。
【図２５Ｉ】図２５Ｉは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｉを示す。
【図２５Ｊ】図２５Ｊは、図１９−２３の実施形態に概ねかかる磨耗部品を製造する一部としての図ｊを示す。
【図２６】図２６は、表面硬化磨耗部品を製造するのに使用される基礎をなす基体の実施形態の斜視図を示し、基体、より具体的にはポイントは、垂直に配向されている。
【図２７】図２７は、表面硬化磨耗部品を製造するのに使用される基礎をなす基体の図２６とは異なる実施形態の斜視図を示し、基体、より具体的にはポイントは、垂直に配向されている。
【図２８】図２８は、各々硬化されたインサート及び二つのスペーサを含む二つの穴の概略図を有する、図２０及び図２５Ｃと同様に見た、基体及び取り付けられたシェルの正面図である。
【図２９】図２９は、図２８に示された基体と同様に使用するための二つの硬化されたインサートの写真である。
【図３０】図３０は、図２９に示されたスペーサの平面図である。
【図３１】図３１は、図２７に示された基体の実施形態の二つの例の写真であり、各例は、硬質粒子及び浸透ろう付け粉末の適量を受け入れるために準備された、適所に溶接されたシェルで示される。
【図３２】図３２は、図２８に示された基体及びシェルの実施形態の二つの例の写真であり、各例は、浸透ろう付け粉末で充填されたシェルで示される。
【図３３】図３３は、炉の中に装填された、図３２の二つの例の写真である。
【図３４】図３４は、シェルが初期掘削中に磨耗した後に、図３２及び図３３の例の一つの写真である。
【図３５】図３５は、中心の穴が硬化されたインサートを含む三つの穴の概略図を有する、図２８と同様に見た、基体及び取り付けられたシェルの正面図である。
【図３６】図３６は、図３５の線３６−３６に概ね沿って切り取られた、図３５の実施形態の断面図である。
【図３７】図３７は、基体とシェルとの間に画定されたキャビティを充填する粒状のカーバイド粒子を有する、図３６の実施形態の断面図である。
【図３８】図３８は、カーバイド粒子上にある、シェルによって形成されたリザーバを充填するろう付け材料を有する、図３７の実施形態の断面図である。
【図３９】図３９は、基体を囲んで保護する表面硬化材料を使用した浸透ろう付けサイクルの後の、図３５−３８の実施形態の断面図を示す。
【図４０】図４０は、右側は粒状カーバイドの写真であり、左側はろう合金粉末の写真である。
【図４１】図４１は、垂直軸に沿った温度及び水平軸に沿った時間を有する、試料炉サイクルを示すグラフである。
【図４２】図４２は、磨耗部品の別の実施形態を製造する一部としてのａ−ｋでラベルが付いた多数の図を示し、様々な図４２ａ−４２ｋは、デュアルロールクラッシャーチップの浸透表面硬化の一部として選択されたプロセス工程を示す。
【図４３】図４３は、磨耗部品の別の実施形態を製造する一部としてのａ−ｆでラベルが付いた多数の図を示し、様々な図４３ａ−４３ｆは、通気管が形成されたシェルを使用してデュアルロールクラッシャーチップの浸透表面硬化の一部として選択されたプロセス工程を示す。
【図４４】図４４は、特に複雑な表面形状をもつ球状構造を有する、表面硬化された磨耗部品の別の実施形態の斜視図を示す。
【図４５】図４５は、磨耗部品の別の実施形態を製造する一部としてのａ−ｋでラベルが付いた多数の図を示し、様々な図４５ａ−４５ｋは、選鉱で使用するためのトロンメルスクリーンを浸透表面硬化する一部としての選択されたプロセスステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、多くの異なる形態における実施形態が可能であり、本開示が発明の原理の例示のように考えられるべきであり、本発明の広い態様を図示され説明された実施形態に限定されるものではないとの理解で、本発明の好適実施形態は、図面に示され、本明細書中に詳細に記載される。
【００４１】
一般に、本開示は、ろう付け及び／又は浸透技術を使用して、磨耗部品などの基体の表面に複合材料又は他の耐磨耗材料を形成する金属シェルの使用、及び、そのような技術を使用して形成された物品、及び、そのような技術を組み込む方法及び装置に関する、例えば、そのような技術を使用して形成された物品（例えば、表面硬化された磨耗部品）は、基体、基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続されたシート状の金属シェル、及び、キャビティを充填（又は部分的に充填）すると共に基体の表面の少なくとも一部分にコーティングを形成する複合材料を含み、その複合材料は、金属ろう付け材料で浸透された硬質粒子材料を含む。より一般的な例では、そのような技術を使用して形成された物品は、基体、基体の表面とシェルとの間にキャビティを画定するために基体に接続された金属シェル、キャビティ内に配置された硬質及び／又は耐磨耗材料、及び、基体の表面に硬質材料を結合する金属ろう付け材料を含む。
【００４２】
表面硬化された磨耗部品１０の形態の物品の一実施形態は、採掘ポイントの形態の図１−９に示される。特に述べない限り、表面硬化された磨耗部品は、記載され、図示され、及び／又は本明細書中に組み込まれた、構造、構成要素、機能性、及び／又は変形の少なくとも一つを含む。表面硬化された磨耗部品１０の二つの基本的な構成要素は、構造要素１２又はより一般的には基体１２を形成する基本ツールと、表面硬化材料のための金型を形成する外側の消耗的金属シェル１４とを含む。好ましくは、基体１２は、地面係合ツールのための当技術分野で知られている合金鋼などの金属から形成され、シェル１４は、低炭素の“軟”鋼などのシート状金属で形成される。シェル１４のシート状金属は、特定の所望の形状に形成され又は作り上げられることができ、そして、浸透プロセス中、浸透材料によってあるいは概ね浸透ろう付けのために必要な温度によって、溶解、溶融又は過度に衰弱することができる、あらゆる材料で作られることができる。様々な他の部品及び構造は、基体１２を形成すると共にその上に表面硬化材料を有する表面硬化された磨耗部品１０を製造するために使用されることができる。そのような部品及び構造の例は、他のタイプのポイント、シュラウド又はランナー；バケット又は浚渫機のカッターヘッドのための歯；グレーダーやスクレーパーなどのブレード；シュート又はトラックボディなどのための様々なアプリケーションのための磨耗ライナー；例えば、採鉱、建設又は掘削で使用される地面係合装置；デュアルロールクラッシャーやトロンメルスクリーンのためのチップなどの鉱物処理装置のための部品；及び、ほぼ全ての他の所望の部品及び構造、を含む。また、本発明は、磨耗した部品を再生するために使用されることができ、磨耗した部品は、地面係合ツールなどの磨耗部品あるいはバケットのリップなどの支持構造にすることができる。
【００４３】
表面硬化材料は、基体１２に結合すると共に基体１２を保護するが、この表面硬化材料は、シェル１４によって囲まれるために図１−８で容易に示されていない。一般的に、表面硬化材料は、硬質材料と、基体１２に硬質材料を結合する金属ろう付け材料とを含む。硬質材料は、概ね、表面硬化される基体１２の表面よりも高い硬度を有する。また、硬質材料は、基体１２の表面よりも高い耐摩耗性を有する。後述されるように、表面硬化材料は、銅基又はニッケル基のろう合金などの粒状又は粉末状形態の一般的に入手可能な注入する金属ろう付け材料で浸透された、タングステンカーバイド粒子などの粒子状（例えば、粒状又は粉末状）形態の一般的に入手可能な硬質粒子の形態の硬質材料から形成された複合材にすることができる。“金属”材料は、純粋な金属及び一つ以上の金属を含む合金及び他の材料を含むことが理解されるべきである。他の実施形態では、硬質材料は、粒子材料、多孔性プリフォーム（例えば、焼結プリフォーム）、又は、ろう付け材料によって浸透されることができる他の多孔性構造を含む、多孔性材料の形態にすることができる。好ましくは、そのような多孔性材料は、５−５０％の多孔率を有するが、他の実施形態において異なる多孔率を有することができる。更なる実施形態では、硬質材料は、タイル、プレートなどの固体のモノリシック構造（又は複数の構造）、あるいは、ろう付け材料によって基体１２の表面に結合される他のモノリシック構造にすることができる。これらの実施形態の各々では、シェル１４は、基体１２の表面に近接してなどのろう付けする位置で、シェル１４と基体１２の外面との間に画定されたキャビティ５０に硬質材料を保持するために使用される。
【００４４】
シェル１４は、シェル本体１６の外部への開口１７と、シェル本体１６によって画定されたキャビティ５０と、開口１７と連通したリザーバ１７とを有する、シェル本体１６を含む。一実施形態では、リザーバ１７は、シェル本体１６と一体に形成されることができ、あるいは、リザーバ１８は、他の実施形態においてシェル本体１６に別個に形成されてシェル本体１６に接合されることができる。リザーバ１８は、磨耗部品１０の製造中に使用されるだけであり、以下により詳細に述べられるように、取り除かれる（例えば、分離される）あるいは磨耗部品１０の動作使用中に単に侵食されることが許容される。シェル１４は、それによってシェル１４が基体１２に溶接される適合バンド２０によって基体１２に接合される。適合バンド２０は、後述されるように、シェル及び基体の周辺の一部又は全部の周りで基体１２の一部分と面接触する。代替的に、シェル１４は、シェル１４を基体１２にろう付けするのに使用されるあらゆるろう付け材料が浸透ろう付け材料に対する溶融温度よりも高い溶融温度を有するという条件で、基体１２にろう付けされる。更なる実施形態では、シェルは、他の方法で基体１２に接続される。例えば、シェルは、キャビティを密閉してろう付け中のろう付け材料の漏れを防止するためにセラミックフェルト又は布のガスケットを使用して、基体１２上に配置される。
【００４５】
図９は、シェル１４が、基体１２の公称厚さよりも実質的に薄いシェルの厚さ２２を有する例示的な実施形態を最も明確に示す。例えば、シェル１４は、約０．１０５インチ（０．２６６７ｃｍ）の平均シェル厚さを有するのに対して、図１−９の基体１２は、シェルによって覆われた領域において、１．０００乃至３．４５０インチ（２．５４乃至８．７６３ｃｍ）の厚さを有する。一実施形態では、シェル１４は、広範囲な用途に有用である、１６Ｇａ（厚さ０．０６０インチ（０．１５２４ｃｍ））から１０Ｇａ（厚さ０．１３５インチ（０．３４２９ｃｍ））の領域のシート状の金属で作られる。他の実施形態では、シェル１４は、あらゆる他の適当な厚さを有する。例えば、更なる実施形態では、シェル１４は、約０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の厚さを有する鋼又は他の金属プレートで作られることができ、あるいは、バーストックから成型、機械加工されることができ、あるいは、異なる方法で形成されることができる。シェル１４の異なる部分は、異なる厚さを有することを理解されたい。また、図９を見ると、表面硬化複合材料の層は、概ね符号２４で示される。
【００４６】
基体１２と比較すると、シェル１４の相対的な薄さは、シェル１４が容易に比較的安価に形成されることを意味する。シェルの単純な形状のために、比較的低コストのシェル１４は、シート状の金属の片を切断し、それらの片を互いに溶接又はろう付けすることによって作られる。もう少し複雑な形状は、特定の構成にシート状の金属の片を曲げてその折り曲げたシート状の金属の片を互いに溶接することによって作られる。複雑な形状は、深絞り、ゲランプロセスによる成形（ゴムパッド成形）、ハイドロフォーミング、及び／又は爆発成形などのシート状金属成形プロセスによって作られる。ロストワックスのプロセスのコストはしばしば不経済であるが、（“ロストワックス”）鋳造の精度が、同様に使用されることができる。特に複雑な形状に対しては、シェルの片は、一つ以上のこれらのプロセスによって形成されることができ、その後、溶接又はろう付けによって接合されることができる。
【００４７】
非常に小さい材料が、比較的大きな基体でさえ、効果的な金型を形成するために必要とされる。例えば、採掘ポイント１０の場合には、シェル１４の重量は、たった約４．５ポンド（２．０４１２ｋｇ）であるのに対し、基体１２の重量は、２２４ポンド（１０１．６０６４ｋｇ）である。この特定の掘削ポイント及び基体の重量は、一つの特定の大きさのポイントに対する単なる一例である。大きな変更が、様々な動作のための使用における様々なポイントの大きさに対して可能である。しかしながら、本明細書中に記載された全ての実施形態は、シェルの重量が基体の重量よりも実質的に小さい、基体及びシェルを含む。
【００４８】
シェルは、消耗的であり、完成した製品における構造的な機能を実行せず、結果として生じる表面硬化された磨耗部品の使用中に通常迅速に磨耗する。従って、シェル１４を形成するのに使用される特定の金属は、浸透ろう付けの高温に耐えるために、もっぱら溶解に十分に強く十分に耐性がある必要がある。多くの容易に利用可能で、比較的低コストのシート状の鋼は、この基準を満たす。材料の最小量の組み合わせは、例えば、２２４ポンド（１０１．６０６４ｋｇ）の基体に対してシート状の鋼は５ポンド（２．２６８ｋｇ）未満であり、容易に入手可能なシート状の鋼の使用、及び、薄い金属シェル１４を作るための比較的簡単な製造技術の使用は、結果として生じる表面硬化された磨耗部品１０の市場価格と比較して、シェル１４のコストはしばしば最小限であることを意味する。
【００４９】
多くのアプリケーションでは、ツールの基体は、非常に大きくて重く、ツールの基体は、しばしば、基体が重力に対して特定の方向に向いた状態で搬送され又は処理される。例えば、非常に重い基体は、表面硬化される領域が上方を向いた状態で、スキップ又は固定具でしっかりと保持される。他の基体は、表面硬化される領域が上方に、横方向に又は下方に向いた状態で、ベース又は特定の表面で支持される。さらに他の基体は、多数の異なる方向に向いた、表面硬化される多数の別個の領域を有する。
【００５０】
本開示の軽量シート状金属シェルは、基体上の正確な位置合わせのために容易に移動させることができ、その後、基体のほとんどの配向に関係なく基板に溶接されることができる。薄い金属シェルは、クランプ又は固定具を必要とせずに、溶接又は高温でのろう付けによって、下に横たわる基体に対して確実に取り付けることが容易であり、形成されたジョイントは、浸透ろう付けに必要とされる高温時でさえも液密である。金型を含むあらゆるタイプの浸透表面硬化において、溶融金属ろう付け材料は、金型の内部に残存すべきである。本開示の薄い金属シェルに関し、基体への信頼性の高い取り付けは、余計なクランプや治具なしで達成される。従って、結果として生じるアッセンブリは、浸透ろう付けの炉の中により容易に配置され、重いアイテムの浸透表面硬化を実質的により容易にできる。
【００５１】
さらに、浸透表面硬化のための金型を画定する薄い金属シェルは、溶接又は高温ろう付けと協働して下に横たわる基体によって後で密閉される横方向に向いた開口及び／又は下に向いた開口を用いて、多数の部品から確実に組み立てることができる。これは、下に横たわる基体に密閉することがより困難であり、米国特許第４９３３２４０号に示されるように典型的には広い重なり面を必要とする、浸透ろう付けのための従来のグラファイト又はセラミック鋳型とは非常に異なる。このような従来のグラファイト又はセラミック鋳型が室温で基体に密閉されても、そのようなシールは、特に、基体及び金型が異なる熱膨張係数を有する場合には、浸透ろう付けのために必要とされる高温で失敗する可能性がある。従って、従来のグラファイト又はセラミック鋳型は、多くの場合、その中に基体が配置される必要がある上向き開口で作られる。これは、そのような従来技術の金型内の基体が、金型によって支持され、又は、治具や鋳型上のフレームワークによって懸架されなければならないことを意味する。
【００５２】
金型から重い基体を支持することは困難であり、表面硬化材料でよりよく覆われる場所において基体と金型の接触を必要とする。治具及びフレームワークの使用は、いっそうより重くてより広いアッセンブリを形成することができ、金型及び基体の組み合わせを炉の中に配置することがより困難にする。本開示の薄い金属シェルは、基体を支持する必要がなく、基体の様々な代替的配向及び単一の基体上への金型の多数の異なる配向を有する、多数の実施形態を可能とする。
【００５３】
図１０は、リザーバ１８を取り外した後の、図９の磨耗部品１０を表す磨耗部品１１０を示す。これは、リザーバ１８からのあらゆる干渉を受けないで磨耗部品１１０の輸送及び処理を可能にする。図１１−１７は、リザーバ１８がなく、図１−７に対応する。明確にするために、部品の符号は、図１−９の部品の符号に対応するが、“１”が前方に付加された状態で図１０−１７に使用され、基体１１２、シェル１１４、及び、表面硬化材料１２４の層を含む。
【００５４】
シェル１１４の薄さは、動作使用のために磨耗部品の所望の最終形状及び重量に厳密に適合する完成された磨耗部品１１０を生じることが、図１０−１７からわかるであろう。例えば、採掘ポイントは、特定のタイプの地面の中に掘削するために寸法づけられかつ形状づけられる。シェル１１４の薄さは、消耗的シェル１１４で囲まれた新しい未使用のポイント１１０が、シェル１１４が磨耗した後にそのような磨耗部品１１０の外径形状とほぼ同じ土を貫く外形を有するので、特に有利である。同様に、採掘装置は、バケット上のポイントなどのあらゆる取り付けられた地面係合ツールの重量に基づいた特定の方法で動作する。消耗的シェル１１４で囲まれた新しい未使用のポイント１１０は、シェル１１２が磨耗した後に、そのような磨耗部品１１０の重量とほぼ同じ重量を有する。上述の例では、シェルは、基体の重量のおよそ２％だけである重量を有する。表面硬化材料の重量を付加した後、消耗的シェルを有する又は有さないこの実施形態に係る完成した磨耗部品の重量の差は、２％未満に変化する。
【００５５】
図１−９の実施形態では、リザーバ１８は、基体１２の長手軸線及びシェル本体１６及びシェル１４の長手軸線に対して概ね共軸であるフレアー状の開口として示される。別の実施形態は、基体の長手軸線及びシェル本体及びシェルの長手軸線に対して概ね垂直であるリザーバを含む。そのような実施形態は、図１８に示され、部品の符号は、“２”が前方に付加された状態で図１−９の部品の符号に対応し、基体２１２、シェル２１４、及び、シェル２１２の開口２１７と連通したリザーバ２１８を含む。リザーバ２１８は、好ましくは、大きな口２１８ａであるが比較的小さなネック２１８ｂを有する、実質的に漏斗形状である。これは、新しいときに磨耗部品２１０をより視覚的に訴えるために作られるリザーバ２１８を取り除いた後に、シェル２１４のあらゆる結果として生じる傷を最小限に抑える。また、以下に述べられるように、注入ろう付け中に基体２１２及びシェル２１４の異なる配向を可能にし、その結果、基体及びシェルの様々な形状が、以下に説明されるように特定の処理施設に適合される。最後に、注入ろう付け中の基体１２、シェル１４及びリザーバ１８の典型的な配向と比較すると、重力に対し、注入ろう付け中の基体２１２、シェル２１４及びリザーバ２１８の異なる配向のために、注入ろう付け後に、わずかに異なる複合構造を可能にする。
【００５６】
シェルの本体上にシェルのそのようなリザーバ部分を配置することが通常最も簡単である。この配置は、浸透プロセス中に重力が毛管作用を補助することができるので、一般的に最も好ましい。重力の影響は、漏斗の首部の高さ２１８Ｈを増加させ、対応する漏斗形状のリザーバに収容された溶融したろう付け材料の有効な“ヘッド（ｈｅａｄ）”を増加させることにより、捕捉されることができる。しかしながら、単独の毛細管現象は、硬質粒子と溶融したろう付け材料との間でいくつかの場合で十分であり、溶融したろう付け材料が適度な距離に対して駆け上るのを許容する。
【００５７】
シェルのさらに別の実施形態が、二部分の適合バンド３２０を有する二部品シェル３１４として図１９に示される。シェル３１４の二部品シェル本体３１６は、前フランジ３３０を有する前半部分３２６と、後フランジ３３２を有する後半部分３２８とから形成される。前フランジ３３０は、前半部分３２６の後縁部から横方向に延在し、後フランジ３３２は、後半部分３２８の前端部から横方向に延在する。前フランジ３３０は、浸透される材料よりも高い溶融温度を有するろう付け材で溶接又はろう付けすることによって後フランジ３３２に接合される。二部品シェル３１４は、特定の構成において、対応する一部品シェルよりもより容易に形成されることができる。二部品シェル３１４は、対応する一部品シェルに関するそのような接合と比較すると、特定の構成において対応する基体により容易に接合されることができる。
【００５８】
二部品シェル３１４は、図２０及び図２１において、ポイントの形態の対応する基体３１２の一部分に接合されて示される。基体３１２に対する外側形状の詳細は、シェル３１４が部分的に透明に表されているので見ることができる。基体３１２に対する外側形状は、適合バンド３２０に溶接又はろう付けするための接合面３３５を画定する主要本体３３４を含む。基体３１２は、硬質材料の結合のための少なくともいくつかの凹部又は他のレリーフを提供する。例えば、図２０及び図２１に示された一実施形態では、基体３１２は、主要本体３３４の外面からわずかに差し込まれたプラトー３３６を有し、更にくぼみ３３８が差し込まれる。プラトー３３６は、棚部２４０及び傾斜部３４２を画定する。基体３１２の遠位端は、角張った縁３４４及び／又は丸みを帯びた表面３４６を画定するように形状づけられる。別の実施形態では、基体３１２は、硬質材料のためのあらゆる凹部又は他のレリーフを提供しないことができる。
【００５９】
図２０及び図２１の実施形態の断面図が図２２及び図２３に示される。シェル３１４は、適合バンド３２０から離れる方向に滑らかに延在し、基体３１２とシェル３１４との間にキャビティ３５０を画定する。キャビティ３５０は、くぼみ３３８によって画定された凹部と、基体３１２の遠位端がシェル３１４に対して減少した厚さで形成された他の相対的な凹部を含む。キャビティ３５０は、基体３１２に結合される表面硬化材料の結果として生じる厚さを画定し、シェル３１４の内部形状は、完成したポイントの最終的な外側形状を画定する。図２０−２３の実施形態では、基体３１２に結合される表面硬化材料は、基体３１２の外面とほぼ同じ高さで、結果として生じる表面硬化材料の後方へ、基体３１２の隣接部分から適当に滑らかに概ね延在する。図２２及び２３では、シェル３１４の内面は、基体３１２の部分と同一平面となる。例えば、これは、適合バンド３２０で、基体３１２に対して正確にシェル３１４を配置するために結合表面３３５に対してしまりばめを提供する。プラトー３３６などの他の場所では、表面硬化材料が必要とされないかあるいはそのような場所で望ましくないので、この同一平面取り付けは、簡単である。結果として生じる表面硬化材料３２４は、基体１２の隣接する部分と同一平面である。例えば、図示の実施形態では、表面硬化材料３２４は、結合表面３３５と同一平面であると共に、シェル３１４の内面と接する基体３１２の他の表面（例えば、プラトー３３６）と同一平面である。表面硬化材料３２４を基体３１２の隣接するひょうめんよりも高く立ち上げないことによって、ポイント３１０を地面の中に押すのに必要な力は下げられる。また、表面硬化されたポイント３１０の美学は、基体３１２の表面を取り囲む上に突出する視覚的厚い表面硬化層を必要としないで優れている。しかしながら、図２１ａに示された他の実施形態では、シェル３１４は、適合バンド３２０から広がり、その結果、基体に接合される表面硬化材料は、ポイントの厚さに実質的に追加し、接合表面３３５に対することを含む基体３１２の隣接部分に対し、ポイントの遠位端を拡大する。
【００６０】
図２４は、図２２の断面図と同様に見た、図１８の実施形態の断面図を示すが、基体２１２は水平方向に示されている。
【００６１】
図２５は、磨耗部品３１０の製造の一部としての多数の図ａ−ｊを示す。様々な図２５ａ−２５ｊは、採鉱バケットポイントを浸透表面硬化する一部としての選択されたプロセスステップを説明する。図２５ａは、あらゆるシェルの取り付け前の、そして、基体３１２に表面硬化材料の層を形成する前の、採鉱バケットのために使用されるタイプのポイント３１２の形態の基体を示す。
【００６２】
図２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、図１９、２０、２１に直接的に対応する。基体３１２は、概ね基体３１２として上述で言及されている。基体３１２の一部分だけが図２５ｃ及び２５ｄに示され、その部分は、図２５ａの基体３１２の概ね水平方向に配向と比べて、概ね垂直に配向されている。シェル３１４は、シェル３１４は、二つの半部で形成され、上述のようにフランジに沿って互いに溶接される。シェル３１４は、基体３１２に取り付けられ、その後、適合バンド３２として上述した底縁に沿って適所に溶接される。代替的に、シェル３１４の二つの半分は、最初に、基体３１２に適所にクランプされる又は基体３１２に保持され、その後、基体３１２及びシェル３１４の様々な表面形状をよりよく収容するように、互いに溶接され及び／又は基体３１２に溶接される。スチールシェル３１４が基体３１２に接合されると、スチールシェル及び基体は、基体とシェルとの間にキャビティ３５０を画定する。
【００６３】
図２５ｅでは、硬質粒子３５２の形態の硬質材料が、フレアー状のリザーバ３１８が硬質粒子３５２で注ぐことをより容易にした状態で、キャビティ３５０と連通した開口３１７を通じて注ぐことによって画定されたキャビティ３５０の中に導入される。これらの硬質粒子３５２は、重力による供給でキャビティ３５０を単に充填させることができ、あるいは、硬質粒子３５２は、突き固め及び／又は振動され、あるいは、画定されたキャビティ３５０の内部の適所に充填されることができる。別の実施形態では、上述のものを含む、様々なタイプの硬質材料が使用されることができる。付加的に、粒子３５２は、必要に応じて、別の実施形態において、キャビティ３５０を完全に充填されなくてもよい。図２５ｆに示されるように、粉末形態の浸透ろう付け材料３５４は、シェル３１４のリザーバ３１８に保持された硬質粒子層上に注がれる。ろう付け材料３５４は、以下に説明されるように、別の実施形態において、異なる（すなわち、粉末ではない）形態にすることができる。図２５ｇに示されるように、リザーバ３１８は、キャビティ３５０及びキャビティ３５０に保持された硬質粒子層３５２の画定された体積に対して、浸透ろう付け粉末３５４がリザーバ３１８を実質的に充填するのに使用されていれば、浸透ろう付け粉末３５４の正しい量を画定するように寸法づけられる。基体３１２、シェル３１４、硬質粒子の層３５２及び浸透ろう付け粉末３５４を含む図２５ｇの全体のアッセンブリは、後述されるように、浸透サイクルの準備ができている。
【００６４】
浸透サイクルは、図２５ｈに示されたタイプの炉内で行われる。好ましくは、炉は、真空炉であるが、他のタイプの炉が使用されることができる。図２５ｇの全体のアッセンブリは、浸透サイクルのためのそのような炉内に配置され、その間、全体のアッセンブリは、浸透ろう付け粉末３５４を溶融するのに十分な高温まで加熱される。これは、溶融ろう付け材料が硬質粒子３５２の層を浸透し、注入された金属ろう付け材料３５４で注入された硬質粒子３５２で作り上げられた複合材３２４を形成する。注入ろう付け材料は、基体３１２及び硬質粒子３５２に結合する。
【００６５】
また、注入するろう付け材料は、シェル３１４に結合するが、これは必須ではない。従って、浸透後、シェル３１４は、典型的に、基体３１２に永久的に結合される。結果として生じる耐摩耗ポイントが掘削のために使用されると、シェル３１４は、単に磨耗して、その耐磨耗機能を実行するための浸透層３２４を露出させる。
【００６６】
図２５ｊでは、シェル３１４のリザーバ部分３１８は、取り除かれ、表面硬化された磨耗部品３１０、より具体的には表面硬化されたポイント３１０としての完成した製品を残す。
【００６７】
図２６及び図２７は、表面硬化された磨耗部品を製造するのに使用される下に横たわる基体の二つの異なる実施形態を示す。図２６は、垂直に配向された図２５ａの基体３１２を示す。図２７は、二つの穴４５８が基体４１２の掘削端近傍に形成された、ポイント４１２の形態の基体の実施形態を示す。
【００６８】
この実施形態では、穴４５８は、基体４１２と、結果として生じる硬質粒子及びろう付け材料との間の結合を向上させる表面侵入を提供する。穴４５８の結果として生じる浸透硬質材料は、結果として生じる方面硬化された磨耗部品が動作中にいかに磨耗するかを変更する。いくつかの実施形態では、穴４５８の結果として生じる浸透硬質材料は、“切れ味”及び掘削効率を維持するのに役立つ。この性質の更なる利点は、穴４５８に予め製造された硬質金属インサートを取り付けることにより得られる。
【００６９】
図２８は、シェル４１４が基体４１２に溶接された、図２７の実施形態を示す。各穴４５８に保持されたインサート４６０が概略的に示される。穴４５９の内壁とそのようなインサート４６０の各々との間の適当な間隔は、一つ以上のスペーサ４６２によって提供される。二つのスペーサ４６２は、各インサート４６０に取り付けられて示される。別の実施形態では、スペーサ４６２は使用されない。スペーサ４６２によって形成された間隙は、膨張差のせいでインサート４６０のクラックに抵抗するために基体４１２とインサート４６０との間に移行を提供する。間隙に形成するろう付け材料は、必要である場合には、膨張及び収縮のそのような差に対応するために変形することができる。付加的な実施形態では、浸透材料の熱膨張率は、インサート４６０の熱膨張率と基体４１２の熱膨張率との間になるように選択されて、以下に同様に述べられるように、膨張差によるクラックを減少させるのに役立つ。
【００７０】
好ましくは、焼結タングステンカーバイドから作られた、二つのそのようなインサート４６０が図２９に示される。別の実施形態では、インサート４６０は、一つ以上の他のカーバイド（例えば、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化バナジウムなど）の焼結体の形状にすることができる。また、様々なカーバイドの多孔質プリフォームは、別の実施形態で使用されることができ、タングステンカーバイド（ＷＣ／Ｗ２Ｃ）、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化バナジウム、およびその他の炭化物を含む。そのような多孔質プリフォームは、一実施形態において純粋なカーバイド形態で提供される。更なる実施形態では、インサート４６０は、セラミック又は他の材料で形成されることができる。セラミックが使用される場合、セラミック表面上へのろう付け材料のはんだぬれ及び／又は結合を強化するための一つ以上の技術（例えば、活性ろう材）が使用され、以下に述べられるそのような技術を含む。好ましくは、スペーサ４６２は、スチールから作られ、スプリットフープ４６４及び多数の脚部４６６を有し、スプリットフープ４６４は、スプリングに似ており、スペーサ４６２は、一方のインサート４６０上に摺動するときに適所にとどまる。そのようなスペーサ４６２は、図３０において詳細に示される。
【００７１】
図３１は、さらに別の代替的な実施形態の二つの例の図であり、各々がポイント５１２の形態の基体を含み、各々が概ね上述したように、硬質粒子及び浸透ろう付け材料の適切な量を受け入れる準備ができた、適所に溶接されたシェル５１４を有して示される。図３２は、浸透サイクルのための準備ができた二つのアッセンブリを示し、各々が、ポイント５１２と、硬質粒子（図示されない）及びろう付け材料５５４で充填されたシェル５１４を有する。任意的に、治具５６８が各ポイント５１２に取り外し可能に取り付けられ、処理中、図３３に示された炉の装填及び非装填ちゅうに各ポイント５１２を安定化するのに役立つ。
【００７２】
図３１−３３の実施形態にかかる表面硬化されたポイント５１０の形態の完成された部分的に磨耗された基体が図３４に示される。表面硬化されたポイント５１０は、炉の中に図３２及び３３のアッセンブリを配置し、その後、以下に述べるように浸透サイクルの一部分としてアッセンブリを加熱及び冷却することが行われる。結果として生じる表面硬化されたポイント１０は、掘削で使用されて、消耗的なシェル５１４を磨耗し、図３４では見ることができない。表面硬化されたポイント５１０を囲む灰色の背景は、材料が表面硬化されたポイント５１０の使用中にどのくらい磨耗したかを測定する取り外し可能なゲージである。図示のように、表面硬化されたポイント５１０は、表面硬化材料５２４がポイント５１２の主要な表面の“上部”にあるように表面硬化され、その結果、符号５２４ａで示された、表面硬化材料５２４上のポイント５１２から前進する、その外面の鋭くて角張った遷移がある。特定のアプリケーションでは、この角張った表面形状は、特定の利点を提供する。特に、表面硬化材料５２４がポイント５１２の周囲面の上方に立っている、結果として生じるポイントの拡大された掘削端部は、表面硬化材料の費用や重量を必要とすることなく、影効果によって隣接する表面硬化されていない表面を効果的に保護することができる。表面硬化材料の選択的な追加は、実質的な摩耗の対象領域を保護することができ、そのような表面硬化材料は、ポイントの他の領域に不必要である。
【００７３】
本開示の薄い金属シェルは、砂型鋳造で製造されるポイントに表面硬化材料を付加するときに特に有益である。生砂鋳造プロセスを使用する採鉱ポイント鋳型に対して、本開示のシェルが取り付けられる本明細書中で述べられた適合バンドに対応する領域において０．０６０インチ（０．１５２４ｃｍ）まで変更できる厚さなどの実質的な寸法変化を有することは典型的である。従って、そのような生砂鋳造ポイントは、セラミックモールドやグラファイトモールドなどの非屈曲型で密閉することが特に困難である。しかしながら、本明細書中で述べられた様々なシェルの薄い金属は、容易に変形でき、必要に応じて曲げることができ、薄い金属シェルの適当な溶接を生砂鋳造ポイントに可能とする。
【００７４】
更なる別の実施形態が図３５に概略的に示され、３つの穴６５８を有するポイントの形態の基体６１２を含むが、スペーサがなくて、穴６５８の中央の穴の中の一つのインサート６６０だけを含む。シェル６１４を、硬質粒子及びろう付け材料の混合で充填し、その後、このアッセンブリを浸透サイクルを通じて加熱及び冷却をすると、表面硬化された磨耗部品が得られる。図３６−３９は、穴６５８の中央の穴を通る断面を示し、表面的な表面硬化が基体６１２に適用されると同時に、硬質金属インサート６６０が穴６５８に結合されるプロセスステップを示す。これらのステップは、図３６−３９の断面図で示され、図３９は、基体６１２の遠位端を取り囲んで保護する表面硬化材料の層６２４を含む、完成された表面硬化された磨耗部品６１０の断面図を示す。他の実施形態では、インサート６６０は、異なる穴６５８に受け入れられることができ、及び／又は、基体６１２は多数の穴にインサート６６０を含むことができる。
【００７５】
基体６１２、シェル６１４、表面硬化材料の層６２４に対するおおよその相対的な厚さが図３９に示される。例えば、厚さ６７２は、基体６１２に対して識別され、厚さ６７４は、シェル６１４に対して識別され、そして、厚さ６７６は、表面硬化材料６２４の層に対して識別される。また、厚さ６７６は、キャビティ６５０に対する厚さを表す。これらの厚さのサンプル値は、以下の通りである。
【００７６】
適合バンド近傍の基体の厚さ６７２：３．４５０インチ（８．７６３ｃｍ）
シェル全体のシェルの厚さ６７４：０．１０５インチ（０．２６６７ｃｍ）
表面硬化の厚さ６７６：０．４３８インチ（１．１１２５２ｃｍ）
図４０は、右側にある粒状カーバイド５２と、左側にあるろう付け合金粉末５４を含む、二つの粉末を示す。
【００７７】
タングステンカーバイドは、本開示に従って作られた表面硬化磨耗部品の一部として使用するのに特に適している硬質粒子の一例である。ＷＣ又はＷＣ／Ｗ２Ｃなどの純粋なカーバイドは、様々なカーバイドの混合物と同様に使用されることができる。また、好適な粒状材料は、リサイクル機械工具インサートなどの砕いた焼結炭化物材料から作られることができる。粒子材料の最適な大きさは、摩耗部品の使用目的にもよるが、−５０メッシュ乃至＋７０メッシュの範囲の大きさが多くの用途に適している。以下のタングステンカーバイド、炭化チタン及びコバルトの合金は、採鉱ポイント又はツールチップなどの硬質表面磨耗部品を特に有効に製造することがわかった。
【００７８】
【表１】
2014511785.tif 000003
【００７９】
複合材料の硬質粒子として使用されることができる他のカーバイドは、そのような材料の混合物を含む、他の材料の中で、キャストタングステンカーバイド（ＷＣ／Ｗ２Ｃ）、タングステン単炭化物（ＷＣ）、炭化クロム、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化バナジウム、炭化コロンビウム、クロム白鋳鉄ショット又はグリット（chrome white iron shot or grit）を含む。上述のように、硬質材料は、多孔性プリフォーム、一体形の部品、又は他の構造などの様々な形態で使用されることができる。更なる実施形態では、硬質材料は、セラミック材料で形成されることができる。セラミックが使用される場合、一つ以上の技術が、ろう付け材料によってセラミック表面のはんだぬれ及び／又は結合を強化するために組み込まれる。例えば、セラミックの表面は、ろう付け材料によるはんだぬれを強化するために金属材料又は他の材料でコーティングされる。別の例として、活性ろう付け技術は、ろう付け材料が、セラミック表面に対するろう付け材料のはんだぬれ及び結合を強化するためにセラミック表面上に堆積する材料（例えば、チタン）を含む場合に使用されることができる。更なるタイプの硬質材料が他の実施形態において使用される。上述のように、硬質材料は、好ましくは、硬質材料が結合される基体の表面に対する高い硬度と優れた耐摩耗性を有する。
【００８０】
ろう付け合金粉末の特に良好な選択は、ＡＷＳ（アメリカ溶接協会）Ａ５．１８によるクラスＢＮｉ−２に準拠したＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金粉末を含む。
【００８１】
【表２】
2014511785.tif 000004
【００８２】
そのような材料が基体及び硬質粒子の双方と適合でき、そして、そのような材料が特定のろう付け方法に適している限り、他のタイプのろう付け材料が使用されることができる。ろう付け材料は、銅又は銀などの純金属を含むが、ニッケル基、銅基又は銀基を有するより典型的に標準的なろう付け合金である。また、ろう付け材料は、他の銅が豊富な合金や低融点の銅−ニッケル合金を含むことができる。使用されることができる他のタイプのろう付け材料は、純銅、シリコン青銅、チタン銅、クロム銅、スピノーダル青銅、スズ青銅、商業的なニッケル基ろう付け合金（ＢＮｉ−１、ＢＮｉ−２など）、商業的なコバルト基ろう合金（例えば、ＢＣｏ−１）、あるいは、貴金属合金を含むろう付け金属合金の他のタイプを含む。上述のように、ろう付け材料は、一実施形態において、粉末形態又は他の粒子形態で提供されることができる。ろう付け材料は、別の実施形態では異なる（すなわち、非粉末）形態にすることができる。例えば、一実施形態では、ろう付け材料は、鋳造又は鍛錬材料の一つ以上のスラグの形態にすることができる。そのようなスラグは、特定のろう付けアプリケーションを対象とした予め決められた重量で作られ、アッセンブリへのろう付け材料の迅速で効率的な取り付けを提供する。
【００８３】
図４１は、垂直軸に沿った温度で、タングステンカーバイド及びＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのろう付け合金粉末を含む硬質材料を使用するろう付け動作のための炉サイクルの一例を示す。一般的に、ろう付け動作のための熱サイクルは、最初に、ろう付け材料の溶融温度よりもわずかに低い温度まで加熱し、アッセンブリ全体（厚い部分及び薄い部分を含む）の温度を安定化して保持する。次に、アッセンブリは、ろう付け材料を溶融し、硬質粒子間の空間に侵入できるように、ろう付け材料の融点よりも高い温度まで加熱（好ましくは迅速に）される。この期間は、一実施形態において３０分乃至１時間などの比較的短くすることができる。次に、その温度がろう付け材料の固相線温度より低い温度まで冷却されて、ろう付け材料が硬質粒子及び基体に固体化的に結合するのを可能にし、その温度がアッセンブリ全体を通じて安定化されるまで保持する。最後に、温度は、冷却されて、部品が炉から取り除かれることができる。温度がアッセンブリ全体を通じて安定化するように保持されなければならない時間の長さは、より長い／より厚い部品はよろ長く加熱または冷却する必要があるので、基体及び／又はシェルの大きさ及び形状によって影響されることが理解される。炉及び鋳物（基体、シェル、硬質粒子及びろう付け材料のアッセンブリなど）の温度は、図示されるように、上昇し、その後で時間の経過と共に低下する。図４１のサンプル炉のサイクルは、水平軸に沿って表されるようにおよそ７時間かかり、ろう付けステップは、一実施形態において３０−６０分の間およそ２０５０°Ｆで実行される。
【００８４】
図４２は、磨耗部品７１０の別の実施形態の製造の一部としてのａ−ｋでラベルが付いた多数の図を示す。様々な図４２ａ−４２ｋは、デュアルロールクラッシャーチップを浸透表面硬化の一部として選択されたプロセス工程を示す。結果として生じる硬質な表面が付されたロールクラッシャーチップは、実質的に分離されるが基体と薄い金属シェルとの最小限の接触で浸透された表面硬化複合材によって互いに結合された基体と薄い金属シェルを有する。
【００８５】
図４２ａは、機械加工、鋳造又は鍛造によって準備された基体７１２を示す。シェルの離間配置されたピン穴７８０は、図４２ｂに示されるように、基体７１２に穿孔され、形成され、又は形状づけられ、ピン７８２の形態の対応するシェルスペーサは、図４２ｃに示されるように、穴７８０に取り付けられる。ピン７８２は、ピン７８２の長さによって画定された基体７８２とシェルとの間の所望な間隙で、薄い金属シェル内に基体７１２を懸架するのに使用される。ピン７８２の主要な目的は、キャビティ７５０が硬質粒子７５２で充填されるまでシェル７１４と基体７１２を適切に離間しておくことである。ピン７８２は、本明細書中に記載された方法のこの充填ステップを存続するのに十分な大きさだけ必要である。従って、ピン７８２は、軟鋼ピンから予め製造された硬化した焼結炭化タングステンピンまでの範囲に及ぶ様々な材料から作られる。
【００８６】
図４２ｄは、シート状の金型を形成する当技術分野で知られている、深絞り、ハイドロフォーミング及び／又は切断及び溶接によって準備されるシート状金属シェル７１４を示す。次に、突出ピン７８２を有する基体７１２は、図４２ｅに示されるようにシェル７１４の内部に配置される。図４２ｆを参照すると、硬質粒子７５２は、基体７１２とシェル７１４との間に画定されたキャビティ７５０の中に配置され、そして、選択的に突き固め、振動、あるいはキャビティ７５０の中に詰められて、基体７１２とシェル７１４との間に硬質粒子層を画定する。図５２ｇでは、浸透粉末７５４は、この硬質粒子層上に配置され、好ましくはシェル７１４の一体部分として形成されたリザーバ７１８の予め画定された容積内に保持されて示される。リザーバ７１８は、硬質粒子７５２を複合表面硬化層の中に浸透して結合するために浸透ろう付け材料７５４の最適な量を提供するためにキャビティ７５０に対して寸法づけられる。これは、浸透サイクルに対して準備されたアッセンブリで、図４２ｈに図的に表されている。
【００８７】
図４２ｉは、上述した浸透サイクルに対して準備された炉を示す。図４２ｊは、リザーバ７１８が適所にある状態の、浸透サイクル完了後の図４２ｉのアッセンブリを示す。好ましくは、リザーバ７１８は、切断又は他の技術によってシェル７１４から取り除かれ、図４２ｋに示されるように完成された耐磨耗複合製品７１０が残る。
【００８８】
シェル７１４は、典型的に固定具に保持される必要がある球状下面を有して示されるが、同様の形状のシェルの他の実施形態は、自立型であってもよい。さらに、シェルスペースピン７８２は、基体７１２が基体７１２に対して所望な位置にシェル７１４を配置する耐熱合金固定具によって保持される場合には、省略される。基体７１２は、それによって浸透プロセス中にシート状金属シェル７１４上にその内部で懸架される。他の実施形態では、基体７１２に対して所望な位置にシェル７１４を配置するあらゆるそのような固定具は、硬質粒子７５２が適所に詰められた後に取り除かれる。硬質粒子７５２は、一般的に、浸透プロセス中に溶解又は浸透せず、硬質粒子７５２は、浸透プロセス中基体７１２を確実に支持する。これは、基体７１２、シェル７１４、硬質粒子７５２及びろう付け材料７５４のアッセンブリなどの炉内でのコンポーネントのあらゆるアッセンブリを配置する前にそのような固定具が取り除かれるのを可能にする。さらに他の実施形態は、基体７５２からシェル７１４をつるすことができる。例えば、シェル７１４は、基体７１２の一部分として形成されたハブのステムに図示しない溝からつるすように行われることができる。
【００８９】
本開示にかかる方法は、炉あるいは真空炉の代わりに水素の雰囲気、アルゴン又は空気を低減又は不活性にする他のタイプを利用するレトルトを使用されることができる。そのような非真空炉でろう付けするとき、浸透が進むにつれて、硬質粒子内のガスの巻き込みを防止することが最善である。ろう付け粉末は、顕著に融解し、同時に、硬質粒子を通じて連続した溶融層として浸透する。薄いシェルの低いポイントでベントを追加することは、硬質粒子に補足されたガスが溶融ろう付け材料が浸透するにつれて漏出するのを可能にする。好ましくは、ベントチューブ又は多数のベントチューブが適当な低いポイントで薄い金属シェルに取り付けられ、チューブ又は複数のチューブは、浸透ろう付けの最終段階の間溶融ろう付け材料の最終レベルよりも高いレベルまで上方に延在する。
【００９０】
非真空炉で使用するためのスチールシェル８１４の一実施形態が、図４３ａ―４３ｆに示される。ベントチューブ８８４は、シェル８１４の低いポイントから延在して、浸透ろう付け中にガスの閉じ込めを防止する。ベントチューブ８８４は、ガスの閉じ込めを受ける場所又は複数の場所でシェル８１４に取り付けられる。図４３ｂは、基体８１２、シェル８１４及びベントチューブ８８４の断面図を示す。硬質粒子材料８５２は、図４３ｃに示されるように基体８１２とシェル８１４との間のキャビティ８５０の中に注入される。浸透材料８５４は、そのあと、図４３ｄに示されるように硬質粒子層８５２上に付加される。溶融浸透材料は、図４３ｅにおいてガスがベントチューブ８８４から漏出した状態で、硬質粒子８５２の層を部分的に貫通して示される。冷却後、硬質粒子層及び浸透材料は、図４３ｆに示されるように少なくともいくつかの浸透材料８５４がベントチューブ８８４を充填した状態で複合材８２４を形成する。ベントチューブ８８４及び浸透材料８５４は、結果として生じる磨耗部品８１０を典型的に容易に切断する。
【００９１】
図４４は、特に複雑な表面形状を有する球状構造を示す。この磨耗部品は、本明細書中の開示にかかる表面硬化されることができる複雑なツールを表示する以外に、あらゆる特定のツールを表すことを意図するものではない。例えば、特に複雑な外面形状を有する浸透表面硬化された研削ボールを表すことができる。完成された耐磨耗複合製品９１０は、あらかじめ製造された硬化した焼結炭化タングステンインサートを含み、その二つが点線９６０として概略的に示され、注入された複合表面硬化材料で下に横たわる基体に結合される。従来技術を使用する研削ボール９１０の製造は、おそらくグラファイト又はセラミック材料を用いて作られた複雑なマルチピース金型を必要とするであろう。薄いシート状の金属金型、予め形成された基体、硬化した炭化物粒子、及び浸透ろう材の組み合わせは、複雑な表面形状を有する表面硬化ツールを製造するためのはるかに経済的なプロセスを生成する。
【００９２】
図４５は、磨耗部品１０１０の別の実施形態を製造する一部としてのａ−ｋでラベルが付いた多数の図を示す。様々な図４５ａ−４５ｋは、選鉱で使用するためのトロンメルスクリーンを浸透表面硬化する一部としての選択されたプロセスステップを示す。結果として生じる表面硬化されたトロンメルスクリーンは、実質的に分離されるが基体と薄い金属シェルとの最小限の接触で浸透された表面硬化複合材によって互いに結合された基体と薄い金属シェルを有する。代替的に、基体及び薄い金属シェルは、シェルが浸透サイクル中基体を支持する状態で、選択された位置において接触することができる。例えば、複数の肩部（図示せず）は、シェル１０１４の選択された位置において形成され、基体は、これらの肩部上に載置し、かつこれらの肩部によって支持される。他の例では、適合バンド又はシェルの適合部分（図示せず）は、基体１０１２に溶接されることができる。
【００９３】
図４５ａは、通常、機械加工、鋳造又は鍛造によって準備された基体１０１２を示す。図４５ｂは、対応するシェル１０１４を示し、基体１０１２は、図４５ｃにおいてシェル１０１４に支持されて示される。ピン（図示せず）は、図４２に示されたのと同様に、ピン（図示せず）の長さによって画定された基体１０１２とシェル１０１４との間の所望な間隙で、薄い金属シェル１０１４内に基体１０１２を懸架するのに使用される。
【００９４】
図４５ｄは、基体１０１２上に注入される硬質粒子１０５２を示す。硬質粒子１０５２は、基体１０１２とシェル１０１４との間に画定されたキャビティ１０５０の中に押し込まれ、選択的に突き固め、振動、あるいはキャビティ１０５０の中に詰められて、基体１０１２とシェル１０１４との間に硬質粒子層を画定する。図４５ｅでは、浸透材料粉末１０５４は、硬質粒子層１０５２上のリザーバ１０１８の中に配置されて示される。図４５ｆは、浸透サイクルに対して準備された炉を示す。図４５ｇは、浸透材料粉末の適当な量で完全に充填された後、及び完全な浸透サイクルを通じて加熱され冷却された後の、図４５ｅのアッセンブリを示す。好ましくは、シート状金属の選択された部分は、切断又は他の技術によってシェル１０１４から取り除かれ、図４５ｈに示されるように完成された耐磨耗複合製品１０１０が残る。例えば、周囲壁の上縁部１０１８ａは切り離され、貫通穴を画定する上キャップ１０１８ｂは切り離される。
【００９５】
ツール用基体材料、シェル材料及びろう付け材料、並びに、表面硬化層の粒子材料の種類及び大きさ分布に関して適当な選択が行われた場合には、表面硬化層及びあらゆる硬質金属インサートのクラックを防止するように、熱及び変態歪に適応することが可能である。一実施形態では、ろう付けプロセスは、浸透材料が、硬質粒子の熱膨張率と基体の熱膨張率の間の熱膨張率の全部を有するように設計される。例えば、本明細書中に開示された多くの実施形態は、浸透された鋳造タングステンカーバイド粒子の表面硬化層を有する、鋼基体及び軟鋼シェルを有する製品を含む。特定のスチールは、ＡｌＳｌ１００８スチールに対してわかるようにオーステナイト領域以下の温度である華氏に対しインチあたりおよそ６．５マイクロインチの熱膨張率を有する。浸透材料としての銅又は銅基合金を選択すること及び５０％の鋳造タングステンカーバイドを与える粒径分布を選択することは、浸透材料における華氏に対しインチあたり６．１マイクロインチの平均熱膨張率を与える。下に横たわる基体及びシート状金属の外層に対する熱膨張率に比較的類似する平均熱膨張率を有する浸透材料を提供することは、すべてのコンポーネントがほぼ同じ率で膨張及び収縮することを意味する。これは、特に浸透サイクル後の冷却中、あるいは表面硬化されたツールの使用において後で生じる加熱中にクラック又は破砕する浸透材料の傾向を制限する。
【００９６】
図４５ｈに示された例などのトロンメルスクリーンは、多くの場合、長さ及び幅寸法が１メートルを超えることができる。このようなアイテムは、本発明が浸透プロセス中の熱膨張問題を克服するという点で重要な利点を提供することができる明確な実例を提供する。耐摩耗性のために選択される可能性がある硬質材料は、基体として使用される可能性がある硬化鋼材料、消耗的シェルとして使用される可能性がある低炭素鋼材料、あるいは、ろう付け材料として使用される可能性がある銅−ニッケルろう付け合金の熱膨張特性とは著しく異なる熱膨張特性を有することができる。これらのアイテムは、長さ及び幅が１メートルなどのより大きくなるので、様々な要素の熱膨張率はより重要になる。
【００９７】
セラミック及び黒鉛金型は、磨耗部品用基体として典型的に使用される鋼合金の種類の熱膨張率とは非常に異なる熱膨張率を有する。これは、完成部品の歪み、表面硬化の厚さの予期しない変化、あるいは溶融浸透材料が炉の中にこぼれるのを許容する熱処理中の金型アッセンブリの様々な分離などの問題につながる。本開示の低炭素鋼材は、典型的に、基体などに使用される鋼合金の種類の熱膨張率により類似している熱膨張率を有するのにより適当である。従って、鋼合金基体、低炭素鋼の薄い金属シェル、約５０％の鋳造タングステンカーバイドを与える粒径分布を与える硬質粒子、及び、浸透材料としての銅の組み合わせは、セラミック及びグラファイト金型の使用が必要な従来技術の表面硬化の鋼基体に比べて大きな利点を提供する。
【００９８】
次の表は、低炭素鋼（典型的にシェル材料）及び銅（典型的にろう付け材）のための、選択された硬質材料の熱膨張率のいくつかの例を示す。なお、この表は、例示のための例を提供し、他の材料が硬質材料、シェル、ろう付け材料などに使用されることができるが理解される。
【００９９】
【表３】
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【０１００】
鋼基体、薄い金属シェル、および特定の粒度分布を有する硬質粒子の適当に選択された混合物、及び浸透材料の組み合わせは、実質的有益をもたらす。この組み合わせは、従来のグラファイトまたはセラミックモールドに比べて、熱及び変態歪及び結果として生じる寸法変化に適応するより大きな能力を提供する。本開示の製品及び方法は、焼曲りのリスクを少なくし、結果として生じる表面硬化の望ましくない厚さの変化のリスクを少なくし、浸透サイクル中の炉の内の溶融金属ろう付け材料をこぼす損傷した金型のリスクを少なくすることをもたらす。
【０１０１】
さらに、鋼のような材料は、寸法変化を伴って相転移を受ける。例えば、カーボン及び低合金鋼を扱うとき、鋼は、温度上昇に伴って膨張する。しかしながら、約１３３３°Ｆで、異なる結晶構造への鋼の変換が始まる。この変換は、変換が完了するまで寸法を減少させ、そのあと材料が更なる温度上昇で（異なる率で）再度膨張する。冷却時には、変換は、浸透サイクルが完了するまで、関連した寸法の膨張‐収縮‐膨張で、再度生じる。これらの膨張及び収縮の全てに適応することは、黒鉛鋳型またはセラミック鋳型を使用する場合に比べて、金型として薄い金属シェルを使用する開示された方法で容易である。本開示の方法に関し、表面硬化される基体及び表面硬化材料の成分を含有する金型の双方は、鋼から作られ、基体及びシェルの双方は、同じ変換、膨張及び収縮を通じて進行する。熱膨張率及び変態温度に関していくつかの変形があるかもしれないが、薄い金属金型及び金属基体に対するこれらの変形は、黒鉛鋳型またはセラミック鋳型及び金属基体に対するそのような変形よりも、実質的に少ない。従って、表面硬化コーティングのクラック及び／又は剥離の大きなリスクなしで、図４５ｈに示された例などの大きくて平らなトロンメルスクリーンを作るために、金属基体と共に黒鉛鋳型またはセラミック鋳型を使用することは非常に困難である。
【０１０２】
さらに、粒子材料が、耐摩耗性機能を実行することを意図している場合、粒度分布の考慮が、十分な耐摩耗性を与えるために人用とされる。一般的にそのような場合、サイズ分布は、相互粒子間隔はアプリケーションで接する砥粒のサイズよりも小さいようにしなければならない。これは、硬質粒子が削られて失われるのを防止する。一実施形態では、（上述のように）−５０メッシュ乃至＋７０メッシュの範囲の粒子の大きさが、アプリケーションにおける砥粒が７０メッシュよりもかなり小さくない場合など、ほとんどのアプリケーションに対して十分である。微細な研磨材に対しては、粒度分布が、研磨材の大きさとほぼ同じであるか小さい大きさである。
【０１０３】
また、開示された実施形態は、磨耗された、前に使用した表面硬化磨耗部品を再び新しくするかリフレッシュするために利用される。例えば、一実施形態では、上述のシェルは、表面硬化された磨耗部品の形態で基体に接続され、硬質材料（例えば、硬質粒子）は、基体に近接するようにシェルの中に導入される。次に、硬質材料は、上述のようにろう付けによって基体に結合されることができる。ろう付け材料は、予め存在する（磨耗した）表面硬化材料、下に横たわる元の基体、あるいはその双方に結合されることを理解される。硬質材料及び／又はろう付け材料は、一実施形態において元の表面硬化材料に使用されたものと同じにすることができる。
【０１０４】
いくつかの開示された実施形態は、硬質材料が、磨耗部品の外側の動作表面（例えば地面係合表面）全体又は実質的に全体を覆った状態で磨耗部品を形成するために使用される鋼基体を示す。これは、鋼の全体が表面硬化材料によって保護されるために、軟鋼の使用を許容する。これらの実施形態は、軟らかい鋼が他の硬い鋼よりも高い靭性を持っている場合など、特に軟らかい鋼が破砕に優れた耐性を持っている場合に利点を提供する。また、軟らかい基体の材料は、より優れた溶接性を有する。さらに、軟らかい基体の材料は、表面硬化される初期の基体に作ることが通常はるかに容易であり、従って、そのような軟鋼で作られた初期の基体は、硬い鋼から作られた同様の形状の初期の基体を作るよりも安価である。
【０１０５】
あらゆる開示された実施形態のシェルは、基体の正確な形状に密接に一致する必要がないことを理解されるべきである。例えば、シェルは、ポイントの角部や角度が付いた縁部などの磨耗がひどい位置でより厚い厚さを与えるように形成されることができる。同様に、“リブ”又は“羽根”は、ツールの基体上の特定の位置で結果として生じる表面硬化層によって形成される。そのようなリブ又は羽根は、コンポーネントが動作することが可能な研磨材の流れを制御するため又は結果として生じる複合耐磨耗ツールによって影響を受ける土の移動を導くために役立つ。
【０１０６】
また、本明細書中の一実施形態に関して記載された任意の特徴、構成要素、構造体、技術等は、明示的に断らない限り、本明細書に記載されたあらゆる他の実施形態に関連して使用される又は使用できることを理解されるべきである。
【０１０７】
なお、本明細書中の開示は、独立したユーティリティを有する複数の別個の発明を包含すると考えられる。これらの発明の各々が、その好適な形態で開示され、本掲載所に開示され図示されたそれらの具体的な実施形態は、多数の変形が可能であるように限定的な意味で考慮されるべきではない。各例は、前述の開示で開示された実施形態を定義するが、あらゆる例は、最終的に特許請求の範囲に記載される全ての特徴又は組み合わせを包含する必要は必ずしもない。説明は、“一つ”又は“第１の”の要素又はその等価物を表現する場合、そのような記述は、一つ以上のそのような要素を含み、二つ以上のそのような要素を必要とすることでも除外することでもない。さらに、識別された要素に対するこのような第１、第２、又は第３などの序数指標は、要素を区別するために使用され、そのような要素の必須とされるまたは限られた数を示すものではなく、明記していない限り、そのような要素の特定の位置または順序を示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014511785.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２１Ａ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
2014511785.tif 000031
【図２５Ｂ】
2014511785.tif 000032
【図２５Ｃ】
2014511785.tif 000033
【図２５Ｄ】
2014511785.tif 000034
【図２５Ｅ】
2014511785.tif 000035
【図２５Ｆ】
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【図２５Ｇ】
2014511785.tif 000037
【図２５Ｈ】
2014511785.tif 000038
【図２５Ｉ】
2014511785.tif 000039
【図２５Ｊ】
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【図２６】
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【図２７】
2014511785.tif 000042
【図２８】
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【図２９】
2014511785.tif 000044
【図３０】
2014511785.tif 000045
【図３１】
2014511785.tif 000046
【図３２】
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【図３３】
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【図３５】
2014511785.tif 000049
【図３６】
2014511785.tif 000050
【図３７】
2014511785.tif 000051
【図３８】
2014511785.tif 000052
【図３９】
2014511785.tif 000053
【図４２ａ】
2014511785.tif 000054
【図４２ｂ】
2014511785.tif 000055
【図４２ｃ】
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【図４２ｄ】
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【図４２ｅ】
2014511785.tif 000058
【図４２ｆ】
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【図４２ｇ】
2014511785.tif 000060
【図４２ｈ】
2014511785.tif 000061
【図４２ｉ】
2014511785.tif 000062
【図４２ｊ】
2014511785.tif 000063
【図４２ｋ】
2014511785.tif 000064
【図４４】
2014511785.tif 000065
【図４５ａ】
2014511785.tif 000066
【図４５ｂ】
2014511785.tif 000067
【図４５ｃ】
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【図４５ｄ】
2014511785.tif 000069
【図４５ｅ】
2014511785.tif 000070
【図４５ｆ】
2014511785.tif 000071
【図４５ｇ】
2014511785.tif 000072
【図４５ｈ】
2014511785.tif 000073
【図３４】
2014511785.tif 000074
【図４０】
2014511785.tif 000075
【図４１】
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【図４３】
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【国際調査報告】
2014511785.tif 000078
2014511785.tif 000079