KR101910218B1 - 브레이징을 이용한 하드페이스 마모품, 관련된 방법, 및 제조를 위한 어셈블리 - Google Patents

Abstract

하드페이스 마모품과 같은 물품은 기재, 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 연결된 시트 금속 쉘, 및 상기 캐비티를 채우고 상기 기재의 표면의 적어도 일부에 코팅을 형성하는 복합 재료를 포함하고, 상기 복합 재료는 금속성 브레이징 재료가 침윤된 경질 미립자 재료를 포함한다. 상기 쉘은 용접이나 브레이징에 의해 상기 기재에 연결될 수 있고, 사용 동안에 마모될 수 있다. 상기 쉘과 기재는 물품을 제조하기 위한 어셈블리의 부분으로서 사용될 수 있고, 상기 쉘은 경질 미립자 재료로 쉘을 채운 후에 브레이징 재료로 침윤시킴으로써 상기 복합 재료를 형성하기 위한 금형으로서 사용된다.

Description

브레이징을 이용한 하드페이스 마모품, 관련된 방법, 및 제조를 위한 어셈블리{HARDFACED WEARPART USING BRAZING AND ASSOCIATED METHOD AND ASSEMBLY FOR MANUFACTURING}

본 출원은 2011년 4월 6일자에 출원된 미국 가출원 제61/472,470호에 대한 우선권을 주장하고, 이 출원은 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합되며 이의 일부가 된다.

본 발명은 침윤 브레이징 또는 다른 브레이징 기술을 이용하여 형성된 연마 환경에서 사용하기 위한 하드페이스 부품의 다양한 실시예에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 하드페이스 부품과 관련된 제품, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 하드페이스 마모품은 그라운드 인게이징 기계(예를 들면, 굴착기용 포인트), 이중 롤 분쇄기용 팁과 같은 광물 처리 장비, 트로멜 스크린, 또는 다른 연마 어플리케이션에서 사용되는 내마모 도구를 포함할 수 있다.

경질 입자의 침윤에 의해 생성된 마모품의 예는 미국 특허 US4884477, US4949598, 및 US6073518, 및 특허 공보 US20100278604, GB2041427, 및 WO2008103688에 개시되어 있다. 침윤 공정에 의해 초경 합금의 제조를 더 일반적으로 설명한 오래된 공보로는 US1512191 및 DE420689C(Schroter, 1925, Deutsches Reich)를 포함한다. 이러한 공보 및 본 명세서에 참조된 다른 모든 공보의 내용은 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로서 통합된다. 본 발명은 이러한 장치 및 다른 기존 장치의 특정 한계를 극복하여 지금까지는 이용가능하지 않은 새로운 특징을 제공하는 것을 추구한다.

기재(substrate), 얇은 쉘(shell), 상기 기재와 쉘 사이에 형성된 캐비티 내에 유지되는 경질 입자, 및 이러한 요소를 복합 마모품으로 결속하는 침윤 브레이징 재료(infiltration brazing material)로 형성된 경제적이면서 효과적인 하드페이스 마모품이 제공된다. 상기 얇은 금속 쉘은 통상적으로 이러한 하드페이스 마모품의 사용 시에 빠르게 부식되기 때문에 소모품이다. 또한, 침윤 브레이징 및 소모성 얇은 쉘을 이용하여 이러한 마모품을 제조하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 관점은 스틸 기재, 상기 기재와 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 결합되는 스틸 쉘, 및 상기 캐비티를 채우는 복합 재료를 포함하는 하드페이스 마모품에 관한 것으로, 상기 복합 재료는 금속 브레이징이 침윤된 경화 입자를 포함한다. 이러한 하드페이스 마모품은 상기 쉘 무게가 기재보다 대략 적은 하드페이스 마모품인 것이 바람직하다. 또한, 상기 쉘은 캐비티의 외측에 리저버를 형성하는 것이 바람직하고, 더 구체적으로는 상기 캐비티의 외측에 나팔형 리저버를 형성하는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 상기 쉘은 캐비티의 외측에 퍼넬형 리저버를 형성한다. 일부 실시예에서, 이러한 쉘은 기재에 용접된다.

또한, 본 발명의 관점은 기재, 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 연결된 시트 금속 쉘, 및 상기 캐비티를 채우고 상기 기재의 표면의 적어도 일부에 코팅을 형성하는 복합 재료를 포함하는 하드페이스 마모품과 같은 물품에 관한 것으로, 상기 복합 재료는 금속성 브레이징 재료가 침윤된 경질 미립자 재료를 포함한다.

일 관점에 따르면, 상기 쉘은 하드페이싱 재료의 삽입 및 브레이징 재료의 이송을 용이하게 하기 위하여 상기 캐비티로의 접근을 제공하기 위한 개구를 갖는다. 또한, 상기 쉘은 쉘에 연결되고 상기 개구와 연통하게 캐비티의 외측에 위치되는 리저버를 포함하여 상기 브레이징 재료를 제조 시에 초기에 유지시킨다.

다른 관점에 따르면, 상기 쉘은 용접이나 브레이징에 의해 상기 기재의 표면에 연결될 수 있다. 상기 쉘은 쉘의 전체 주연부 둘레에서 상기 기재의 표면의 일부와 면대면 접촉하는 등각 밴드를 더 포함할 수 있고, 이에 따라 상기 쉘은 적어도 등각 밴드에서 용접이나 브레이징에 의해 상기 기재에 연결된다. 이러한 구성에서, 상기 기재는 등각 밴드와 면대면 접촉하는 접합면을 가질 수 있고, 상기 캐비티 내에서 기재의 적어도 일부는 상기 접합면에 대하여 인서트일 수 있고, 이에 따라 상기 복합 재료는 접합면과 동일 평면에 있는 외면을 갖는다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 브레이징 재료는 기재의 표면에 접합될 수 있고, 또한 상기 쉘에 더 접합될 수 있다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 쉘은 전방편의 후방 에지로부터 횡방향으로 연장되는 전방 플랜지를 갖는 전방편 및 후방편의 전방 에지로부터 횡방향으로 연장되는 후방 플랜지를 갖는 후방편을 포함할 수 있고, 상기 전방편과 후방편은 상기 전방 플랜지를 후방 플랜지에 용접하거나 브레이징함으로써 상기 쉘을 형성하기 위하여 함께 접합된다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 미립자 재료는 텅스텐 탄화물이거나 포함할 수 있고, 상기 금속성 브레이징 재료는 Ni-Cr-Si-B 브레이징 합금 분말이거나 포함할 수 있다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 기재는 표면에 홀을 가질 수 있고, 상기 홀에 인서트 로드가 수용될 수 있고, 이에 따라 상기 홀은 복합 재료에 의해 커버된다.

본 발명의 부가적인 관점은 도구의 포인트에서의 표면 및 상기 표면에 근접하게 위치된 접합면을 갖는 도구, 상기 표면의 적어도 일부에 코팅을 형성하는 복합 하드페이싱 재료, 및 상기 복합 재료와 접촉하며 상기 복합 재료를 둘러싸는 시트 금속 쉘에 관한 것이다. 상기 복합 하드페이싱 재료는 금속성 브레이징 재료가 침윤된 경질 미립자 재료를 포함하고, 상기 금속성 브레이징 재료는 표면에 접합되어 상기 복합 하드페이싱 재료를 도구에 연결한다. 상기 쉘은 도구의 접합면과 접촉하는 등각 밴드를 갖고, 상기 쉘은 적어도 상기 등각 밴드와 접합면 사이에서 용접이나 브레이징에 의해 상기 도구에 연결된다. 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티가 형성되고, 상기 복합 하드페이싱 재료는 상기 쉘을 채운다.

본 발명의 다른 관점은 캐비티를 형성하는 스틸 쉘, 상기 쉘과 기재 사이에 공동을 형성하기 위하여 상기 캐비티를 부분적으로 채우는 스틸 기재, 및 상기 공동을 적어도 부분적으로 채우고 금속 브레이징이 침윤된 경화 입자를 포함하는 경화 재료를 포함하는 복합 내마모성 도구에 관한 것이다.

본 발명의 다른 관점은 캐비티를 형성하는 스틸 쉘, 상기 캐비티를 부분적으로만 채우는 스틸 기재, 및 상기 쉘과 기재 양자와 밀착 접촉하여 상기 기재를 마모로부터 보호하는 경질 층을 형성하는 경질 합성물을 포함하는 하드페이스 내마모품에 관한 것으로, 상기 합성물은 금속 브레이징이 침윤된 경화 입자를 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점은 스틸 기재, 상기 기재의 표면의 적어도 일부를 대체로 따르고 상기 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하는 스틸 쉘, 및 상기 캐비티를 적어도 부분적으로 채우고 상기 기재와 쉘 양자에 접합하는 경질 합성물을 포함하는 흙 이동 장비용 하드페이스 내마모품에 관한 것으로, 상기 합성물은 금속 브레이징이 침윤된 경화 입자를 포함한다. 바람직하게는, 상기 쉘은 평균 쉘 두께를 갖고, 상기 기재는 평균 기재 두께를 갖고, 상기 평균 쉘 두께는 평균 기재 두께보다 대략 작다.

본 발명의 또 다른 관점은 경질 합성물의 외주부를 형성하는 얇은 금속 쉘, 도구용 주요 바디를 형성하고 상기 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 두꺼운 금속 기재, 및 금속 브레이징이 침윤되고 상기 쉘과 기재 양자에 접합되는 경질 합성물을 형성하는 경질 미립자 재료의 층을 포함하는 복합 내마모성 도구에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 관점은 기재, 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 연결된 금속 쉘, 상기 캐비티 내에 위치된 경질 재료, 및 상기 경질 재료를 기재의 표면에 접합시키는 금속성 브레이징 재료를 포함하는 물품에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 상기 경질 재료와 금속성 브레이징 재료는 상기 기재의 표면을 커버하는 복합 하드페이싱 재료를 형성할 수 있다. 일 구성에서, 상기 경질 재료는 복합 하드페이싱 재료를 형성하기 위하여 상기 금속성 브레이징 재료에 의해 침윤되는 미립자 재료나 다공성 프리폼과 같은 다공성 구조를 가질 수 있다. 다른 구성에서, 상기 경질 재료는 일체식 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 관점은 기재의 표면에 시트 금속 쉘을 연결하여 상기 쉘과 표면 사이에 캐비티를 형성하고, 상기 표면과 매우 근접하게 상기 캐비티 내에 경질 미립자 재료를 배치하고, 상기 캐비티와 연통하게 금속성 브레이징 재료를 배치하고, 용융 형태로 미립자 재료를 침윤시켜 상기 기재의 표면과 접촉시키기 위하여 상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 브레이징 재료를 가열하고 상기 브레이징 재료에 대하여 충분한 시간 동안 상기 온도를 유지하고, 상기 브레이징 재료를 응고시키고 상기 기재의 표면에 내마모성 복합 코팅을 형성하기 위하여 상기 브레이징 재료를 냉각시키는 것을 포함하는 기재에서 사용하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 브레이징 재료가 응고된 후에 상기 브레이징 재료는 표면 및/또는 쉘에 접합될 수 있다.

일 관점에 따르면, 상기 쉘은 쉘의 외부로의 개구를 갖고, 나팔형 리저버는 상기 쉘에 연결되고 상기 개구와 연통하게 상기 캐비티의 외측에 위치되고, 상기 브레이징 재료는 캐비티와 연통하도록 상기 리저버 내에 배치된다. 상기 리저버는 쉘과 일체로 형성될 수 있다.

다른 관점에 따르면, 상기 쉘을 기재에 연결하는 것은 상기 쉘을 기재의 표면에 용접하거나 브레이징하는 것을 포함한다. 상기 쉘은 쉘의 주연부 둘레로 연장되는 등각 밴드를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 쉘을 기재에 연결하는 것은 상기 등각 밴드를 기재의 표면에 용접하거나 브레이징하는 것을 포함할 수 있고, 이에 따라 상기 등각 밴드는 전체의 등각 밴드 둘레에서 상기 기재의 표면의 일부와 면대면 접촉한다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 쉘은 전방편의 후방 에지로부터 횡방향으로 연장되는 전방 플랜지를 갖는 전방편 및 후방편의 전방 에지로부터 횡방향으로 연장되는 후방 플랜지를 갖는 후방편을 포함한다. 상기 방법은 전방 플랜지를 후방 플랜지에 용접하거나 브레이징함으로써 상기 쉘을 형성하기 위하여 상기 전방편과 후방편을 함께 접합시키는 것을 더 포함할 수 있다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 브레이징 재료는 브레이징 재료가 경질 입자 사이에 스페이서를 침윤시켜 이들을 함께 접합하고 그리고 상기 기재에 접합시키기에 충분한 시간 동안에 상기 브레이징 재료를 용융시키는데 충분한 온도로 가열된다. 예를 들어, 텅스텐 일탄화물(WC) 경질 입자 및 순수 구리나 AWS BNi-2를 이용하는 경우, 상기 브레이징 재료는 여러 어플리케이션에서 30분에서 1시간 동안 약 2050℉의 온도로 가열될 수 있다. 일 구성에서, 이러한 가열은 진공 용광로에서 행해질 수 있다.

부가적인 관점에 따르면, 상기 방법은 쉘을 형성하기 위하여 시트 금속편을 함께 용접하거나 브레이징하는 것과 같이 상기 쉘을 형성하는 것을 또한 포함한다. 다른 기술이 부가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 기재와 소모성 시트 금속 쉘 사이에 국한된 경질 입자의 층을 침윤하는 단계를 포함하는 복합 내마모성 도구를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 쉘은 기재 상의 원하는 위치에 경질 입자를 국한시키고, 상기 기재와 쉘 양자의 형상에 의해 구체적인 두께와 형상이 정해지도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 쉘은 침윤 단계 시에 용융될 침윤 재료를 포함하기 위한 리저버를 형성하도록 구성될 수 있다. 현재 용접에 의해 하드페이스된 거의 모든 유형의 도구나 구성요소는 본 발명의 방법에 의해 하드페이싱될 수 있다. 이러한 방법은 상기 미립자 재료가 의도된 어플리케이션에 대하여 원하는 정도의 내마모성을 부여하도록 유형과 크기 분포로 선택되는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 이용되는 침윤 재료의 유형뿐만 아니라 상기 미립자 재료 및 그의 크기 분포가 의도된 어플리케이션에 대하여 원하는 정도의 내마모성을 부여하도록 선택되는 단계를 포함하면서, 동시에 크랙킹 및 파쇄를 최소화 또는 제거하도록 상기 침윤된 층과 기재 간의 열 및 변형 팽창 차이를 수용할 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 하드페이스될 부품 또는 부품의 일부를 시트 금속 쉘로 둘러싸고, 캐비티를 남기고, 상기 캐비티가 가열될 때 용융된 금속을 유지할 수 있도록 상기 쉘을 기재에 용접하거나 고온 브레이징하고, 내마모 재료의 과립형 또는 분말형 입자로 상기 캐비티를 적어도 부분적으로 채우고, 그 후에 상기 입자에 적절한 저용융 재료를 침윤시켜 상기 입자를 서로 접합시키고 그리고 가열에 의해 상기 기재에 접합시키는 것을 포함하는 내마모성 복합 제품을 제조하기 위한 하드페이싱 금속 부품의 방법에 관한 것이다. 보다 구체적인 실시예의 방법은 상기 쉘과 일체인 리저버를 제공하고, 상기 리저버에 브레이징 합금을 배치하고, 기재, 쉘, 내마모성 재료의 입자, 리저버, 및 브레이징 합금의 조합된 어셈블리를 가열하여 상기 브레이징 합금이 용융되어 상기 내마모성 재료의 입자 내의 간극으로 유입되고, 상기 기재, 쉘, 내마모성 재료의 입자, 및 브레이징 합금이 함께 접합되어 복합 내마모성 마모품을 형성하도록 상기 어셈블리를 냉각하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 관점은 기재의 표면에 금속 쉘을 연결하여 상기 쉘과 표면 사이에 캐비티를 형성하고, 상기 캐비티 내에 경질 재료를 배치하고, 상기 캐비티와 연통하게 금속성 브레이징 재료를 배치하고, 상기 경질 재료와 기재의 표면을 용융 형태로 접촉시키기 위하여 상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 브레이징 재료를 가열하고 상기 브레이징 재료에 대하여 충분한 시간 동안 상기 온도를 유지하고, 그리고 나서 상기 브레이징 재료를 응고시키고 상기 경질 재료를 기재의 표면에 접합시키기 위하여 상기 브레이징 재료를 냉각시키는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 상기 쉘은 시트 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 경질 재료는 용융된 브레이징 재료에 의해 침윤되어 내마모성 복합 재료를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 관점은 흙을 이동시키기 위하여 흙과 결합하도록 구성된 표면을 갖는 도구, 및 상기 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 도구에 연결되고 상기 표면의 적어도 일부를 따르는 등각 밴드를 갖는 시트 금속 쉘을 포함하는 어셈블리에 관한 것이다. 상기 쉘은 쉘의 외부로의 개구를 더 가질 수 있다. 상기 쉘은 등각 밴드를 상기 표면의 적어도 일부에 용접하거나 브레이징함으로써 상기 도구에 연결된다.

일 관점에 따르면, 상기 어셈블리는 경질 미립자 재료로 상기 개구를 통해 캐티비를 적어도 부분적으로 채움으로써 상기 표면에 내마모성 복합 코팅을 형성하고, 상기 캐비티와 연통하게 금속성 브레이징 재료를 배치하고, 용융 형태로 미립자 재료를 침윤시켜 상기 도구의 표면과 접촉시키기 위하여 상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 어셈블리를 가열하고 상기 브레이징 재료에 대하여 충분한 시간 동안 상기 온도를 유지하고, 상기 매트릭스 재료를 응고시키고 상기 표면에 내마모성 복합 코팅을 형성하기 위하여 상기 어셈블리를 냉각시키기 위해 구성된다. 또한, 상기 어셈블리는 쉘에 연결되고 상기 개구와 연통하게 캐비티의 외측에 위치되는 나팔형 리저버를 더 포함할 수 있고, 상기 리저버는 그 내부에 배치된 브레이징 재료가 상기 캐비티와 연통하도록 구성된다. 이러한 공정 후에, 상기 어셈블리는 캐비티를 채우고(또는 부분적으로 채우고) 상기 도구의 표면의 적어도 일부에 코팅을 형성하는 복합 재료를 포함할 수 있고, 상기 복합 재료는 금속성 브레이징 재료가 침윤된 경질 미립자 재료를 포함한다. 상기 브레이징 재료는 표면 및/또는 쉘에 접합될 수 있다.

다른 관점에 따르면, 상기 어셈블리는 쉘에 연결되고 상기 개구와 연통하게 캐비티의 외측에 위치되는 나팔형 리저버를 또한 포함한다. 상기 나팔형 리저버는 쉘과 일체로 형성될 수 있다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 등각 밴드는 쉘의 전체 주연부 둘레로 그리고 상기 표면의 전체 주연부 둘레로 연장된다.

또 다른 관점에 따르면, 상기 쉘은 전방편의 후방 에지로부터 횡방향으로 연장되는 전방 플랜지를 갖는 전방편 및 후방편의 전방 에지로부터 횡방향으로 연장되는 후방 플랜지를 갖는 후방편을 포함할 수 있고, 상기 전방편과 후방편은 상기 전방 플랜지를 후방 플랜지에 용접하거나 브레이징함으로써 상기 쉘을 형성하기 위하여 함께 접합된다.

부가적인 관점에 따르면, 상기 도구는 표면에 홀을 갖고, 상기 어셈블리는 홀에 수용된 인서트 로드를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 인서트 로드와 홀의 내벽 사이에 스페이서가 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 작업면을 갖는 도구, 상기 작업면의 적어도 일부를 커버하고 상기 작업면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하는 시트 금속 쉘, 및 상기 도구와 쉘을 결합시키고 상기 도구를 쉘로부터 분리시키는 복수의 스페이서를 포함하는 어셈블리에 관한 것이다. 상기 쉘은 쉘의 외부로의 개구를 갖는다.

일 관점에 따르면, 상기 어셈블리는 경질 미립자 재료로 상기 개구를 통해 캐티비를 적어도 부분적으로 채움으로써 상기 작업면에 내마모성 복합 코팅을 형성하고, 상기 캐비티와 연통하게 금속성 브레이징 재료를 배치하고, 용융 형태로 미립자 재료를 침윤시켜 상기 도구의 작업면과 접촉시키기 위하여 상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 어셈블리를 가열하고 상기 브레이징 재료에 대하여 충분한 시간 동안 상기 온도를 유지하고, 상기 매트릭스 재료를 응고시키고 상기 작업면에 내마모성 복합 코팅을 형성하기 위하여 상기 어셈블리를 냉각시키기 위해 구성된다. 이러한 공정 후에, 상기 어셈블리는 캐비티를 적어도 부분적으로 채우고 상기 도구의 작업면의 적어도 일부에 코팅을 형성하는 복합 재료를 포함할 수 있고, 상기 복합 재료는 금속성 브레이징 재료가 침윤된 경질 미립자 재료를 포함하고, 상기 브레이징 재료는 작업면에 접합된다.

다른 관점에 따르면, 상기 어셈블리는 쉘로부터 연장되고 상기 쉘에 연결되고 상기 개구와 연통하게 캐비티의 외측에 위치되는 리저버를 형성하는 벽을 또한 포함할 수 있고, 상기 리저버는 그 내부에 배치된 브레이징 재료가 상기 캐비티와 연통하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 관점은 도구나 다른 기재의 표면에 하드페이싱 재료를 형성하기 위해 사용될 수 있는 어셈블리에 관한 것이다. 금속 쉘은 상기 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 연결되고 상기 표면의 적어도 일부를 따르는 등각 밴드를 갖는다. 상기 쉘은 쉘의 외부로의 개구를 더 갖는다. 일 구성에서, 전술한 바와 같이, 상기 쉘은 시트 금속으로 형성될 수 있고, 상기 기재에 용접되거나 브레이징될 수 있다.

본 발명의 이점은 도면 및 상세한 설명을 고려한 후에 더 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1-4는 부착 쉘을 구비한 마모품의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1-4에 도시된 바와 같이 부착 쉘을 구비한 마모품의 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 1-5에 도시된 바와 같이 부착 쉘을 구비한 마모품의 실시예를 나타낸 저면도이다.
도 7은 도 1-6에 도시된 바와 같이 부착 쉘을 구비한 마모품의 실시예를 나타낸 좌측면도이다.
도 8은 도 1-7에 도시된 바와 같이 부착 쉘을 구비한 마모품의 실시예를 나타낸 우측면도이다.
도 9는 도 1-8에 도시된 바와 같이 부착 쉘을 구비한 마모품의 실시예를 나타낸 정면도로서, 상기 쉘 내부에 보이는 하드페이싱 재료는 기재를 보호한다.
도 10은 도 9의 실시예와 유사한 도면으로서, 부착 쉘을 구비한 완성된 하드페이스 마모품의 형태로 마모품의 대안적인 실시예를 나타낸 정면도이다. 도 9에 도시된 쉘의 부분은 제거되어 있다.
도 11-17은 도 1-7의 도면에 각각 대응하는 도면이지만, 도 10의 완성된 하드페이스 마모품을 도시하고 있다.
도 18은 퍼넬로서 형성된 리저버를 포함하는 부착 쉘을 구비한 마모품의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 대한 2부분 쉘을 나타낸 사시도로서, 상기 쉘은 수직 방향으로 도시되어 있다.
도 20은 도 19에 따른 쉘의 실시예를 나타낸 평면도이지만, 부착된 2부분 쉘을 구비한 마모품을 포함하고, 상기 마모품과 쉘은 수직 방향으로 도시되어 있다.
도 21은 부착된 2부분 쉘을 구비한 마모품의 도 20에 도시된 실시예를 나타낸 좌측면도이다.
도 21a는 도 20 및 21의 마모품의 좌측 단면도로서, 다른 구성을 갖는 부착된 2부분 쉘이 도시되어 있다.
도 22는 대체로 도 20의 22-22 라인에 따른 도 20 및 21의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 23은 대체로 도 20 및 21의 23-23 라인에 따른 도 20 및 21의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 24는 대체로 도 22의 단면도를 규정하는데 사용된 평면과 유사한 평면에 따른 도 18의 실시예를 나타낸 단면도이지만, 기재와 쉘은 수평 방향으로 도시되어 있다.
도 25는 대체로 도 19-23의 실시예에 따른 마모품을 제조하는 부분으로서 a-j로 나타낸 다수 도면이다.
도 26 및 27은 하드페이스 마모품을 제조하는데 사용될 수 있는 기본적인 기재의 상이한 두 실시예를 나타낸 사시도이다. 도 26 및 27 양자에서, 상기 기재, 구체적으로 포인트는 수직으로 향하고 있다.
도 28은 도 20 및 25c와 유사한 도면으로서 기재 및 부착 쉘의 정면도이고, 두 홀이 개략적으로 도시되어 있고 각 홀은 경화 인서트 및 두 스페이서를 포함한다.
도 29는 도 28에 도시된 기재와 마찬가지로 사용하기 위한 두개의 경화 인서트를 나타낸 사진이다.
도 30은 도 29에 도시된 스페이서의 평면도이다.
도 31은 도 27에 도시된 기재의 실시예의 두 예를 나타낸 사진으로서, 각 예에는 경질 입자와 침윤 브레이징 분말의 적절한 양을 수용할 준비가 된 제 위치에 용접된 쉘이 도시되어 있다.
도 32는 도 28에 도시된 기재와 쉘의 실시예의 두 예를 나타낸 사진으로서, 각 예에는 침윤 브레이징 분말로 채워진 쉘이 도시되어 있다.
도 33은 용광로에 적재된 도 32로부터의 두 예를 나타낸 사진이다.
도 34는 쉘이 초기 굴착 시에 마모된 후 도 32 및 33으로부터의 예들 중 하나를 나타낸 사진이다.
도 35는 도 28과 유사한 도면으로서 기재 및 부착 쉘의 정면도이고, 세 홀이 개략적으로 도시되어 있고 중앙 홀은 경화 인서트를 포함한다.
도 36은 대체로 도 35의 36-36 라인에 따른 도 35의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 37은 도 36의 실시예를 나타낸 단면도로서, 과립형 탄화물 입자가 기재와 쉘 사이에 형성된 캐비티를 채운다.
도 38은 도 37의 실시예를 나타낸 단면도로서, 브레이징 재료가 탄화물 입자 위에 쉘에 의해 형성된 리저버를 채운다.
도 39는 하드페이싱 재료가 기재를 둘러싸며 보호하면서 침윤 브레이징 사이클 후의 도 35-38의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 40은 우측에 과립형 탄화물 및 좌측에 브레이징 합금 분말을 나타낸 사진이다.
도 41은 수직축을 따라 온도 및 수평축을 따라 시간과 함께 샘플 용광로 사이클을 나타낸 그래프이다.
도 42는 마모품의 다른 실시예를 제조하는 부분으로서 a-k로 나타낸 다수 도면이다. 상이한 도면인 42a-42k는 이중 롤 분쇄기 팁을 침윤 하드페이싱하는 부분으로서 선택된 처리 단계를 도시하고 있다.
도 43은 마모품의 다른 실시예를 제조하는 부분으로서 a-f로 나타낸 다수 도면이다. 상이한 도면인 43a-43f는 통기 튜브가 형성된 쉘을 이용하여 이중 롤 분쇄기 팁을 침윤 하드페이싱하는 부분으로서 선택된 처리 단계를 도시하고 있다.
도 44는 하드페이스 마모품의 다른 실시예를 나타낸 사시도로서, 구체형 구조체는 특히 복잡한 표면 형상을 갖는다.
도 45는 마모품의 다른 실시예를 제조하는 부분으로서 a-k로 나타낸 다수 도면이다. 상이한 도면인 45a-45k는 광물 드레싱에서 사용하기 위한 트로멜 스크린을 침윤 하드페이싱하는 부분으로서 선택된 처리 단계를 도시하고 있다.

본 발명은 여러 상이한 형태의 실시예를 허용하지만, 본 내용이 본 발명의 원리의 예시로서 간주되며 예시되고 설명된 실시예에 대하여 본 발명의 다양한 측면을 제한하도록 의도된 것이 아니라는 점의 이해와 함께 본 발명의 바람직한 실시예가 도면에 도시되고 본 명세서에서 상세하게 설명될 것이다.

일반적으로, 본 발명은 브레이징 및/또는 침윤 기술을 이용하여 마모품 및 이러한 기술과 방법 및 이러한 기술을 포함하는 장비를 이용하여 형성된 물품과 같이 기재의 표면에 복합 재료 또는 다른 내마모 재료를 형성하는데 있어서 금속 쉘의 사용에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 기술을 이용하여 형성된 물품(예를 들면, 하드페이스 마모품)은 기재, 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 연결된 시트 금속 쉘, 및 상기 캐비티를 채우고(또는 부분적으로 채우고) 상기 기재의 표면의 적어도 일부에 코팅을 형성하는 복합 재료를 포함할 수 있고, 상기 복합 재료는 금속성 브레이징 재료가 침윤된 경질 미립자 재료를 포함한다. 더 일반적인 예에서, 이러한 기술을 이용하여 형성된 물품은 기재, 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 상기 기재에 연결된 금속 쉘, 상기 캐비티 내에 위치되는 경질 및/또는 내마모 재료, 및 상기 경질 재료를 기재의 표면에 접합시키는 금속성 브레이징 재료를 포함할 수 있다.

하드페이스 마모품(10)의 형태로 된 물품의 일 실시예가 채굴 포인트(mining point)의 형태로 도 1-9에 도시되어 있다. 달리 명시되지 않는 한, 하드페이스 마모품은 본 명세서에서 설명되고, 예시되고, 및/또는 포함된 구조, 구성요소, 기능성, 및/또는 변형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하드페이스 마모품(10)의 두 가지 기본 구성요소는 구조적 구성요소(12)나 더 일반적으로는 기재(12)를 형성하는 주요 도구, 및 재료를 하드페이싱하기 위한 금형을 형성하는 소모성 외부 금속 쉘(14)을 포함한다. 바람직하게는, 기재(12)는 그라운드 인게이징 도구(ground-engaging tool)에 대한 기술에서 공지된 바와 같이 스틸 합금과 같은 금속으로 이루어지고, 쉘(14)은 저탄소 "연"강과 같은 시트 금속으로 이루어진다. 상기 쉘(14)의 시트 금속은 침윤 공정 시에 침윤 재료에 의해 또는 일반적으로 침윤 브레이징에 요구되는 온도에 의해 용해, 용융, 또는 과도한 약화를 견딜 수 있으면서 특정한 요망 형상으로 형성되거나 제조될 수 있는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 다양한 다른 부품 및 구조체는 기재(12)를 형성하고 상기 기재(12) 상에 하드페이싱 재료를 갖는 하드페이스 마모품(10)을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 부품 및 구조체의 예로는 다른 유형의 포인트, 슈라우드, 또는 러너; 버킷이나 드렛지(dredge) 커터 헤드용 치형; 그레이더, 스크레이퍼 등을 위한 블레이드; 슈트나 트럭 바디에서와 같은 다양한 어플리케이션을 위한 마모 라이너; 예를 들면 채굴, 건설, 또는 시추에 사용되는 어스 인게이징 장비(earth-engaging equipment); 이중 롤 분쇄기나 트로멜 스크린용 팁과 같은 광물 처리 장비용 부품; 및 대체로 임의 다른 요망 부품이나 구조체를 포함한다. 또한, 본 발명은 마모 부분을 교체하는데 사용될 수 있고; 상기 마모 부분은 그라운드 인게이징 도구와 같은 마모 부품이나 버킷의 립과 같은 지지 구조체일 수 있다.

하드페이싱 재료는 기재(12)에 접합되고 기재(12)를 보호하지만, 이러한 하드페이싱 재료는 쉘(14)에 의해 둘러싸여 있기 때문에 도 1-8에서 쉽게 볼 수 없다. 일반적으로, 상기 하드페이싱 재료는 경질 재료 및 상기 경질 재료를 기재(12)에 접합시키는 금속성 브레이징 재료를 포함한다. 일반적으로, 상기 경질 재료는 하드페이스된 기재(12)의 표면보다 높은 경도를 갖는다. 또한, 상기 경질 재료는 기재(12)의 표면보다 큰 내마모성을 가질 수 있다. 더 상세하게 후술될 바와 같이, 상기 하드페이싱 재료는 경질 입자의 형태로 경질 재료로 형성되고, 통상적으로 텅스텐 탄화물 입자와 같은 미립자(예를 들면, 과립형이나 분말형) 형태로 이용가능하고, 통상적으로 구리-기반 또는 니켈-기반의 브레이징 합금과 같은 과립형이나 분말형 형태로 이용가능한 주입 금속성 브레이징 재료가 침윤된 합성물일 수 있다. "금속성" 재료는 합금뿐만 아니라 순수 금속, 및 하나 이상의 금속을 포함하는 다른 재료를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 경질 재료는 미립자 재료를 포함하는 다공성 재료, 다공성 프리폼(예를 들면, 소결 프리폼), 또는 브레이징 재료에 의해 침윤될 수 있는 다른 다공성 구조의 형태일 수 있다. 바람직하게는, 이러한 다공성 재료는 5-50%의 공극율을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서 다른 공극율을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 경질 재료는 고형, 타일과 플레이트와 같은 단일 구조(또는 다중 구조), 또는 브레이징 재료에 의해 상기 기재(12)의 표면에 접합되는 다른 단일 구조일 수 있다. 이러한 실시예들의 각각에서, 상기 쉘(14)은 기재(12)의 표면에 매우 근접한 것과 같은 브레이징을 위한 위치에서 상기 기재(12)의 외면과 쉘(14) 사이에 형성된 캐비티(50)에 경질 재료를 유지시키는데 사용된다.

쉘(14)은 쉘 바디(16), 상기 쉘 바디(16)의 외부로의 개구(17), 상기 쉘 바디(16)에 의해 형성된 캐비티(50), 및 상기 개구(17)와 연통하는 리저버(18)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 리저버(18)는 쉘 바디(16)와 일체로 형성될 수 있거나, 또는 다른 실시예에서, 상기 리저버(18)는 별도로 형성되어 상기 쉘 바디(16)에 결합될 수 있다. 리저버(18)는 마모품(10)의 제조 시에만 사용되고, 더 상세하게 후술될 바와 같이 제거(예를 들면, 절단)될 수 있거나 또는 마모품(10)의 가용 시에 간단히 부식되게 할 수 있다. 쉘(14)은 등각 밴드(20)에 의해 기재(12)에 결합되고, 이에 의해 쉘(14)은 기재(12)에 용접될 수 있다. 상기 등각 밴드(20)는, 후술될 바와 같이 상기 쉘과 기재의 주연부의 일부나 전부 둘레에서 상기 기재(12)의 일부와 면대면 접촉할 수 있다. 대안적으로, 쉘(14)을 기재(12)에 브레이징하는데 사용된 임의의 브레이징 재료가 주입 브레이징 재료에 대한 용융 온도보다 높은 용융 온도를 갖는다면, 쉘(14)은 기재(12)에 브레이징될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 쉘은 다른 방식으로 기재(12)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉘은 세라믹 펠트나 직물의 가스킷을 이용하여 상기 기재(12) 위에 배치되어 상기 캐비티를 밀봉하고 브레이징 시에 상기 브레이징 재료의 누설을 방지할 수 있다.

도 9는 쉘(14)이 기재(12)의 공칭 두께 보다 대략 작은 쉘 두께(22)를 갖는 경우의 예시적인 실시예를 가장 명확하게 도시하고 있다. 예를 들어, 쉘(14)은 약 0.105인치의 평균 쉘 두께를 가질 수 있는데 반해, 도 1-9의 기재(12)는 상기 쉘에 의해 커버된 영역에서 1.000에서 3.450인치 범위의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 쉘(14)은 16Ga(0.060인치 두께)에서 10Ga(0.135인치 두께)의 범위에서 시트 금속으로 이루어질 수 있고, 이는 넓은 범위의 어플리케이션에 유용할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 쉘(14)은 임의의 다른 적절한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 또 다른 실시예에서, 상기 쉘(14)은 약 0.25인치의 두께를 갖는 스틸이나 다른 금속성 플레이트로 이루어질 수 있거나, 또는 주조되거나 바 스톡(bar stock)으로 기계가공되거나 다른 방식으로 형성될 수 있다. 상기 쉘(14)의 상이한 부분은 상이한 두께를 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 대체로 참조 부호 24로 나타낸 복합 하드페이싱 재료의 층을 도 9에서 볼 수 있다.

기재(12)와 비교할 때 쉘(14)의 상대적인 얇음은 용이하면서 비교적 저렴하게 형성될 수 있다. 쉘의 간단한 형상에 대해, 비교적 저비용의 쉘(14)은 시트 금속편을 절단하고 이러한 금속편을 함께 용접이나 브레이징함으로써 이루어질 수 있다. 약간 더 복잡한 형상은 특히 구성에서 시트 금속편을 절곡한 후에 상기 절곡된 시트 금속편을 함께 용접함으로써 이루어질 수 있다. 복잡한 형상은 딥 드로잉, 게린 공정에 의한 성형(고무 패드 성형), 하이드로포밍, 및/또는 폭발 성형과 같은 시트 금속 형성 공정에 의해 이루어질 수 있다. 정밀 주조("로스트 왁스(lost wax)")가 또한 사용될 수 있지만, 상기 로스트 왁스 공정의 비용은 흔히 비경제적일 수 있다. 특히 복잡한 형상에 대해, 상기 쉘의 부분은 이러한 하나 이상의 공정에 의해 형성된 후에 용접이나 브레이징에 의해 결합될 수 있다.

비교적 큰 기재를 위한 경우에도 효과적인 금형을 형성하는데 매우 적은 재료가 필요하다. 예를 들어, 채굴 포인트(10)의 경우, 쉘(14)의 무게는 단지 약 4½파운드일 수 있는데 반해, 상기 기재(12)의 무게는 224파운드일 수 있다. 이러한 채굴 포인트와 쉘의 특정 무게는 하나의 특정 크기로 된 포인트에 대해 일례일뿐이다. 상이한 작업을 위해 사용되는 상이한 포인트의 크기에 대해 큰 변동이 가능할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 모든 실시예는 기재 및 쉘을 포함하고, 상기 쉘은 기재보다 대략 적은 무게를 갖는다.

상기 쉘은 소모품이고, 완성품에서 어떠한 구조적 기능도 수행하지 않고, 그 결과로 인한 하드페이스 마모품의 사용 시에 통상 빠르게 마모된다. 따라서, 쉘(14)을 형성하는데 사용된 특정 금속은 침윤 브레이징의 고온을 견디기 위하여 용해에 충분히 강하면서 충분히 저항될 것을 필요로 한다. 쉽게 이용가능하고 비교적 저비용의 여러 시트 스틸은 이러한 기준을 충족할 것이다. 예를 들어, 224파운드 기재에 대해 5파운드의 시트 스틸보다 적은 재료의 채굴량, 쉽게 이용가능한 시트 스틸의 사용, 및 얇은 금속 쉘(14)을 만들기 위한 비교적 용이한 제조 기술의 사용의 조합은 상기 쉘(14)의 비용이 그 결과로 인한 하드페이스 마모품(10)의 시장 가치와 비교할 때 흔히 최소인 것을 의미한다.

여러 어플리케이션에 있어서, 상기 도구 기재는 꽤 크고 무거울 수 있고, 상기 도구 기재는 중력에 대하여 특정 방향으로 기재와 더불어 흔히 운반되거나 처리된다. 예를 들어, 매우 무거운 기재는 상방향으로 향하는 하드페이스될 영역을 구비하면서 스킵(skip)이나 고정구에 견고하게 유지될 수 있다. 다른 기재는 상방향, 측면방향, 또는 하방향으로 향하는 하드페이스될 영역을 구비하면서 베이스나 비표면에 의해 지지될 수 있다. 또 다른 기재는 다수의 상이한 방향으로 향하는 하드페이스될 다수의 별도 영역을 가질 수 있다.

본 발명의 광 시트 금속 쉘은 기재의 대부분의 방향과 관계없이, 기재 상에 정밀한 정렬을 위해 용이하게 이동된 후에 상기 기재에 용접될 수 있다. 상기 얇은 금속 쉘은 클램핑이나 고정구의 필요 없이 용접이나 고온 브레이징에 의해 기본 기재에 확실하게 부착하기가 쉽고, 생성된 조인트는 침윤 브레이징에 요구되는 고온에서도 유체 밀봉된다. 관련 금형을 침윤 하드페이싱하는 임의의 유형에서, 상기 용융된 금속 브레이징 재료는 금형 내부에 잔류해야 한다. 본 발명의 얇은 금속 쉘의 기재로의 신뢰가능한 부착은 추가적인 클램핑이나 고정구 없이 달성된다. 그러므로, 그 결과로 인한 어셈블리는 침윤 브레이징용 용광로에 더 용이하게 배치되어, 무거운 물품을 대략 훨씬 용이하게 침윤 하드페이싱할 수 있다.

또한, 상기 침윤 하드페이싱하기 위해 금형을 형성하는 얇은 금속 쉘은 다수의 부품으로 신뢰가능하게 조립될 수 있고, 용접이나 고온 브레이징으로 상기 기본 기재에 의해 후에 밀봉되는 측면방향 개구 및/또는 하방향 개구를 구비한다. 이는 기본 기재에 밀봉하기가 더 어려워 통상적으로 US4933240에 도시된 바와 같이 넓은 중첩면을 필요로 하는 침윤 브레이징을 위한 종래의 그래파이트 또는 세라믹 금형과 매우 다르다. 이러한 종래의 그래파이트 또는 세라믹 금형이 상온에서 기재에 밀봉되는 경우에도, 이러한 밀봉은, 특히 상기 기재와 금형이 상이한 열팽창 계수를 갖는 경우에 침윤 브레이징에 요구되는 고온에서 실패할 수 있다. 따라서, 종래의 그래파이트 또는 세라믹 금형은 흔히 상기 기재가 배치되어야 하는 상방향 개구를 갖도록 이루어진다. 이는 이러한 종래 기술 금형에서의 기재가 금형에 의해 지지되거나, 또는 상기 금형 위의 지그나 프레임워크에 의해 걸려야 되는 것을 의미한다.

금형으로부터 무거운 기재를 지지하는 것은 어려울 수 있고, 하드페이싱 재료로 양호하게 코팅될 수 있는 위치에서 기재-금형 접촉을 필요로 할 수 있다. 지그와 프레임워크를 사용하면 훨씬 더 무거우면서 대형 어셈블리를 생성할 수 있어서, 금형과 기재의 결합물을 용광로에 투입하기가 더 어렵게 된다. 본 발명의 얇은 금속 쉘은 기재를 지지할 필요가 없어서, 기재와 금형의 여러 대안적인 방향으로 그리고 심지어는 단일 기재 상에서 금형의 다수의 상이한 방향으로 다수의 실시예를 가능하게 한다.

도 10은 리저버(18)의 제거 후에 도 9의 마모품(10)을 나타낸 마모품(110)을 도시하고 있다. 이는 리저버(18)로부터의 어떠한 간섭도 없이 마모품(110)의 운반 및 처리를 가능하게 한다. 도 11-17은 리저버(18)가 없는 도 1-7에 대응한다. 명확성을 위해, 도 1-9의 부품 번호에 대응하지만, 기재(112), 쉘(114), 및 하드페이싱 재료의 층(124)을 포함하는 추가된 앞자리 "1"을 갖는 부품 번호가 도 10-17에서 사용된다.

쉘(114)의 얇음은 가용 동안에 마모품의 요망하는 최종 형상과 무게에 가깝게 부합하는 완성된 마모품(110)을 야기한다는 것을 도 10-17로부터 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 채굴 포인트는 특정 유형의 흙 재료를 굴착하기 위한 크기와 형상으로 이루어진다. 쉘(114)의 얇음은 특히 이점을 갖는데, 이는 소모성 쉘(114)로 둘러싸인 새로운 비사용 포인트(110)가 쉘(114)의 마모 후에 이러한 마모품(110)의 외형과 거의 동등한 흙 재료를 관통할 것인 외형을 갖기 때문이다. 유사하게, 채굴 장비는 버킷 상의 포인트와 같은 임의의 부착된 그라운드 인게이징 도구의 무게에 기초하여 특정 방식으로 작동한다. 소모성 쉘(114)로 둘러싸인 새로운 비사용 포인트(110)는 쉘(112)의 마모 후에 이러한 마모품(110)의 무게와 거의 동등한 무게를 갖는다. 전술한 예에서, 상기 쉘은 기재 무게의 약 2%만인 무게를 갖는다. 상기 하드페이싱 재료의 무게를 합한 후에, 소모성 쉘을 갖는 그리고 갖지 않는 본 실시예에 따른 완성된 마모품의 무게 차이는 2%보다 적게 달라질 것이다.

도 1-9의 실시예에서, 리저버(18)는 쉘 바디(16) 및 쉘(14)의 장축뿐만 아니라 기재(12)의 장축과 대체로 동축인 나팔형 개구로 도시되어 있다. 다른 실시예는 쉘 바디 및 쉘의 장축뿐만 아니라 기재의 장축과 대체로 수직한 리저버를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 도 18에 도시되어 있는데, 도 1-9의 부품 번호에 대응하지만, 기재(212), 쉘(214), 및 상기 쉘(212)의 개구(217)와 연통하는 리저버(218)를 포함하는 추가된 앞자리 "2"를 갖는 부품 번호가 도 18에서 사용된다. 리저버(218)는 대략 퍼넬 형상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 대형 마우스(mouth)(218a) 및 비교적 소형 넥(neck)(218b)을 구비한다. 이는 쉘(214)에서 임의의 결과적인 흠을 최소화하여, 리저버(218)의 제거 후에 새롭게 될 때 더 시각적으로 미려한 마모품(210)이 될 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이 주입 브레이징 시에 기재(212)와 쉘(214)의 상이한 방향을 고려하여, 기재와 쉘의 다양한 형상이 후술될 특정 처리 시설에 제공될 수 있다. 최종적으로, 주입 브레이징 시에 기재(12), 쉘(14), 및 리저버(18)의 정상 방향과 비교할 때, 중력에 대하여 주입 브레이징 시에 기재(212), 쉘(214), 및 리저버(218)의 상이한 방향으로 인하여, 주입 브레이징 후에 약간 상이한 복합 구조체를 고려할 수 있다.

상기 쉘의 바디 위에 쉘의 임의의 이러한 리저버 부분을 위치시키는 것을 통상적으로 가장 간단하다. 이러한 배치는 일반적으로 중력이 침윤 공정 시에 모세관 작용을 도울 수 있으므로 가장 바람직하다. 중력의 효과는 퍼넬의 넥의 높이(218H)를 증가시킴으로써 획득될 수 있어, 대응하는 퍼넬 형상의 리저버에 포함된 용융된 브레이징 재료의 유효 "헤드(head)"를 증가시킨다. 그러나, 경화 입자와 용융 브레이징 재료 사이에서 일부 경우에 모세관 작용만으로도 충분할 수 있어, 상기 용융 브레이징 재료가 적당한 거리에 대해 "업힐 실행(run uphill)"을 가능하게 한다.

쉘의 또 다른 실시예가 2부분 등각 밴드(two-part conformal band)(320)를 갖는 2부분 쉘(314)로서 도 19에 도시되어 있다. 쉘(314)의 2부분 쉘 바디(316)는 전방 플랜지(330) 또는 후방 플랜지(332)를 각각 갖는 전방 절반편(326) 및 후방 절반편(328)으로 초기에 형성될 수 있다. 전방 플랜지(330)는 전방 절반편(326)의 후방 에지로부터 횡방향으로 연장되고, 후방 플랜지(332)는 후방 절반편(328)의 전방 에지로부터 횡방향으로 연장된다. 전방 플랜지(330)는 침윤을 위해 의도된 재료보다 높은 용융 온도를 갖는 브레이징 재료로 용접이나 브레이징에 의해 후방 플랜지(332)에 결합될 수 있다. 일부 구성에 있어서, 2부분 쉘(314)은 대응하는 일부분 쉘보다 더 용이하게 형성될 수 있다. 일부 구성에 있어서, 2부분 쉘(314)은 대응하는 일부분 쉘과의 이러한 결합과 비교할 때 대응하는 기재에 더 용이하게 결합될 수도 있다.

포인트의 형태로 대응하는 기재(312)의 일부에 결합된 2부분 쉘(314)이 도 20 및 21에 도시되어 있다. 기재(312)에 대한 외부 기하학적 구조의 상세가 보여질 수 있는데, 이는 쉘(314)이 부분적으로 투명하게 표현되어 있기 때문이다. 기재(312)에 대한 외부 기하학적 구조는 등각 밴드(320)에 용접이나 브레이징을 위한 접합면(335)을 형성하는 기본 바디(334)를 포함할 수 있다. 상기 기재(312)는 경질 재료의 접합을 위한 적어도 일부의 오목부 또는 다른 릴리프(relief)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 20 및 21에 도시된 실시예에서, 상기 기재(312)는 기본 바디(334)의 외면으로부터의 작은 인서트인 플래토(plateau)(336)를 갖고, 추가적인 인서트는 밸리(valley)(338)이다. 플래토(336)는 레지(340) 및 램프(342)를 형성할 수 있다. 기재(312)의 원위단은 환형 에지(344) 및/또는 라운드면(346)을 형성하기 위한 형상으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 기재(312)는 경질 재료를 위한 어떠한 오목부나 다른 릴리프도 제공하지 않을 수 있다.

도 20 및 21의 실시예의 단면도가 도 22 및 23에 도시되어 있다. 쉘(314)은 등각 밴드(320)로부터 원활하게 멀리 연장되어, 기재(312)와 쉘(314) 사이에 캐비티(350)를 형성한다. 캐비티(350)는 밸리(338)에 의해 형성된 오목부 및 기재(312)의 원위단이 쉘(314)에 대해 감소된 두께로 형성되는 다른 상대적인 오목부를 포함한다. 캐비티(350)는 기재(312)에 접합된 하드페이싱 재료의 결과적인 두께를 형성하고, 쉘(314)의 내부 기하학적 구조는 완성된 포인트의 최종적인 외부 기하학적 구조를 형성한다. 도 20-23의 실시예에서, 기재(312)에 접합될 하드페이싱 재료는 기재(312)의 인접부로부터 기재(312)의 외면과 대략 평행하게 결과적인 하드페이싱 재료의 후방으로 상당히 원활하게 대체로 연장된다. 도 22 및 23에서, 쉘(314)의 내면은 기재(312)의 부분과 동일 평면에 있다. 예를 들어, 등각 밴드(320)에서, 이는 접합면(335)에 억지 끼워맞춤을 제공하여 기재(312)에 대하여 쉘(314)을 정확하게 위치시킨다. 플래토(336)와 같은 다른 위치에서, 하드페이싱 재료가 필요 없고 또는 심지어 하드페이싱 재료가 이러한 위치에서 바람직하지 않기 때문에 이러한 동일 평면의 장착은 간단하다. 그 결과로 인한 하드페이싱 재료(324)는 상기 기재(12)의 인접부와 동일 평면에 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 상기 하드페이싱 재료(324)는 쉘(314)(예를 들면, 플래토(336))의 내면과 접촉하는 기재(312)의 다른 면뿐만 아니라 접합면(335)과 동일 평면에 있다. 하드페이싱 재료(324)가 기재(312)의 인접면보다 높게 위치되지 않음으로써, 포인트(310)를 흙 재료로 미는데 필요한 힘은 낮게 된다. 또한, 하드페이스 포인트(310)의 심미감은 시각적으로 두꺼운 하드페이싱 층이 기재(312)의 주위 표면 위로 돌출하지 않고도 양호할 수 있다. 그러나, 도 21a에 도시된 다른 실시예에서, 쉘(314)은 등각 밴드(320)로부터 펼쳐질 수 있고, 이에 따라 상기 기재에 접합될 하드페이싱 재료는 포인트의 두께에 대략 더해져서, 접합면(들)(335)과 관련된 부분을 포함하여 상기 기재(312)의 인접부에 대하여 상기 포인트의 원위단을 확대시킨다.

도 24는 도 22의 단면도와 유사한 도면이지만, 수평 방향으로 도시된 기재(212)를 구비한 도 18의 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 25는 마모품(310)을 제조하는 부분으로서 a-j로 나타낸 다수의 도면이다. 여러 도면인 25a-25j는 채굴 버킷 포인트를 침윤 하드페이싱하는 부분으로서 선택된 처리 단계를 도시하고 있다. 도 25a는 임의의 쉘의 부착 전이며 기재(312) 상에 하드페이싱 재료의 임의의 층을 형성하기 전에 포인트(312)의 형태로 되고 채굴 버킷에 사용되는 유형의 기재를 도시하고 있다.

도 25b, 25c, 및 25d는 도 19, 20, 및 21에 직접적으로 대응한다. 기재(312)는 위에서 더 일반적인 기재(312)로 나타낸다. 도 25c 및 25d에 기재(312)의 일부분만이 도시되어 있고, 그 부분은 도 25a의 기재(312)의 수평 방향과 비교할 때 대체로 수직으로 향하고 있다. 전술한 바와 같이, 쉘(314)은 두개의 절반으로 형성된 후에 플랜지를 따라 함께 용접된다. 쉘(314)은 기재(312)에 설치된 후에 등각 밴드(320)로서 위에서 설명된 하부 에지를 따라 제 위치에 용접된다. 대안적으로, 상기 쉘(314)의 두개의 절반은 먼저 제 위치에 클램핑되거나 그 밖에 기재(312)에 유지된 후에 함께 용접 및/또는 기재(312)에 용접되어 기재(312)와 쉘(314)의 다양한 표면 기하학적 구조를 양호하게 수용할 수 있다. 스틸 쉘(314)이 기재(312)에 결합되는 경우, 상기 스틸 쉘과 기재는 상기 기재와 쉘 사이에 캐비티(350)를 형성한다.

도 25e에서, 경질 입자(352) 형태의 경질 재료는 상기 캐비티(350)와 연통하는 개구(317)를 통해 주입됨으로써 상기 형성된 캐비티(350)로 유입되는데, 리저버(318)의 나팔 모양은 경질 입자(352)가 주입되는 것을 용이하게 한다. 이러한 경질 입자(352)는 중력 공급법으로 캐비티(350)를 간단히 채울 수 있고, 또는 상기 경질 입자(352)는 다져지고 및/또는 진동되거나, 그 밖에 상기 형성된 캐비티(350) 내의 위치에 채워질 수 있다. 다른 실시예에서, 상이한 유형의 경질 재료가 위에서 설명된 것을 포함하여 사용될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 상기 입자(352) 원하는 대로 상기 캐비티(350)를 완전히 채우지 않을 수 있다. 그리고 나서, 도 25f에 도시된 바와 같이, 분말 형태의 침윤 브레이징 재료(354)는 경질 입자층 위에 주입되어 쉘(314)의 리저버(318) 내에 유지될 수 있다. 상기 브레이징 재료(354)는 후술할 바와 같이 다른 실시예에서 상이한(즉, 비분말) 형태로 있을 수 있다. 도 25g에 도시된 바와 같이, 침윤 브레이징 분말(354)이 리저버(318)를 대략 채우는데 사용되는 경우, 리저버(318)는 캐비티(350)의 형성된 용적 및 캐비티(350)에 유지된 경질 입자층(352)에 대하여 침윤 브레이징 재료(354)의 정확한 용적을 형성하기 위한 크기로 이루어질 수 있다. 기재(312), 쉘(314), 경질 입자(352)의 층, 및 침윤 브레이징 분말(354)의 층을 포함하는 도 25g의 전체 어셈블리는 후술할 바와 같이 침윤 사이클을 할 준비가 된다.

상기 침윤 사이클은 도 25h에 나타낸 유형의 용광로에서 실행된다. 상기 용광로는 진공 용광로인 것이 바람직하지만, 다른 유형의 용광로가 사용될 수 있다. 도 25g의 전체 어셈블리는 상기 전체 어셈블리가 침윤 브레이징 분말(354)을 용융시키기에 충분히 높은 온도까지 가열되는 동안에 상기 침윤 사이클을 위한 이러한 용광로에 배치된다. 이는 용융된 브레이징 재료가 경질 입자(352)의 층을 침윤시키게 하여, 주입 금속성 브레이징 재료(354)가 주입된 경질 입자(352)로 이루어진 합성물(324)을 형성한다. 상기 주입 브레이징 재료는 기재(312) 및 경질 입자(352)에 접합된다.

상기 주입 브레이징 재료는 쉘(314)에 접합될 수도 있지만, 이는 본질적인 것은 아니다. 그러므로, 침윤 후에, 쉘(314)은 통상적으로 기재(312)에 영구적으로 접합된다. 그 결과로 인한 내마모 포인트가 굴착을 위해 사용되는 경우, 쉘(314)은 간단히 마모되어, 그의 내마모 기능을 수행하기 위한 침윤된 층(324)을 노출시킨다.

도 25j에서, 쉘(314)의 리저버부(318)는 제거되어, 완성품을 하드페이스 마모품(310), 더 구체적으로는 하드페이스 포인트(310)로서 남긴다.

도 26 및 27은 하드페이스 마모품을 제조하는데 사용될 수 있는 기본 기재의 두 상이한 실시예를 도시하고 있다. 도 26은 수직으로 향하는 도 25a의 기재(312)를 도시하고 있다. 도 27은 기재(412)의 굴착단 근처에 형성된 두개의 홀(458)을 구비하고, 포인트(412)의 형태로 된 기재의 대안적인 실시예를 도시하고 있다.

본 실시예에서, 홀(458)은 경질 입자와 브레이징 재료의 결과론적 합성물과 기재(412) 간의 접합을 향상시키는데 도움을 주는 표면 관입을 제공한다. 그 결과로 인해 홀(458)에 침윤된 경질 재료는 상기 결과로 인한 하드페이스 마모품이 사용 중에 마모되는 방법을 변경한다. 일부 실시예에서, 그 결과로 인해 홀(458)에 침윤된 경질 재료는 "날카로움" 및 굴착 효율을 유지하는데 도움을 준다. 이러한 특성의 추가적인 이점은 홀(458)에 기제조된 경금속 인서트를 설치함으로써 얻어질 수 있다.

도 28은 기재(412)에 용접된 쉘(414)을 구비한 도 27의 실시예를 도시하고 있다. 각 홀(458)에 유지된 인서트(460)가 개략적으로 도시되어 있다. 홀(458)의 내벽과 이러한 각 인서트(460) 간의 적절한 간격은 하나 이상의 스페이서(462)에 의해 제공될 수 있다. 각 인서트(460)에 장착된 두개의 스페이서(462)가 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 어떠한 스페이서(462)도 사용되지 않을 수 있다. 상기 스페이서(462)에 의해 생성된 간격은 기재(412)와 인서트(460) 사이에 과도(transition)를 제공하여 팽창 차이로 인한 상기 인서트(460)의 크랙킹을 저지할 수 있다. 상기 간격에 형성하는 브레이징 재료는 필요한 경우에 이러한 팽창과 수축 차이를 수용하도록 변형될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 유사하게 후술할 바와 같이, 상기 침윤 재료의 열팽창 계수는 상기 인서트(460)의 열팽창 계수와 기재(412)의 열팽창 계수 사이에 있도록 선택되어 팽창 차이로 인한 크랙킹을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.

이러한 두개의 인서트(460)가 도 29에 도시되어 있고, 소결 텅스텐 탄화물로 이루어지는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 상기 인서트(들)(460)는 하나 이상의 다른 탄화물(예를 들면, 크롬 탄화물, 몰리브덴 탄화물, 바나듐 탄화물 등)의 소결된 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 텅스텐 탄화물(WC/W₂C), 크롬 탄화물, 몰리브덴 탄화물, 바나듐 탄화물, 및 다른 탄화물을 포함하는 다양한 탄화물의 다공성 프리폼이 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 이러한 다공성 프리폼은 순수한 탄화물 형태로 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 인서트(들)(460)는 세라믹이나 다른 재료로 형성될 수 있다. 세라믹이 사용되는 경우, 후술될 바와 같은 기술을 포함하여 세라믹 표면에 브레이징 재료의 습윤 및/또는 접합을 향상시키기 위한 하나 이상의 기술이 사용될 수 있다(예를 들면, 활성 브레이징). 바람직하게는, 스페이서(462)는 스플릿 후프(split hoop)(464) 및 다수의 다리(466)를 갖는 스틸로 이루어지고, 스플릿 후프(464)는 스페이서(462)가 인서트(460) 중 하나로 미끄러질 때 제 위치에 머무르도록 스프링 모양이다. 이러한 하나의 스페이서(462)가 도 30에 상세하게 도시되어 있다.

도 31은 또 다른 대안적인 실시예의 두 예에 대한 설명이고, 각각은 포인트(512) 형태의 기재를 포함하고, 각각에는 전술한 바와 같이 일반적으로 경질 입자 및 침윤 브레이징 재료의 적절한 양을 수용할 준비가 되고 제 위치에 용접된 쉘(514)이 도시되어 있다. 도 32는 침윤 사이클에 대해 준비된 두개의 어셈블리를 도시하고 있고, 각각은 경질 입자(미도시) 및 브레이징 재료(554)로 채워진 포인트(512) 및 쉘(514)을 갖는다. 선택적으로, 도 33에 도시된 바와 같이, 지그(568)는 처리 시에 그리고 용광로의 하역 시에 각 포인트(512)를 안정화시키는데 도움을 주기 위하여 각 포인트(512)에 제거가능하게 부착된다.

도 31-33의 실시예에 따른 하드페이스 포인트(510) 형태의 완성되고 부분적으로 마모된 기재가 도 34에 도시되어 있다. 하드페이스 포인트(510)는 도 32 및 33의 어셈블리를 용광로에 배치한 후에 후술할 바와 같이 침윤 사이클의 일부로서 상기 어셈블리를 가열 및 냉각하도록 이루어져 있다. 그 결과로 인한 하드페이스 포인트(10)는 도 34에서는 더 이상 보이지 않는 소모성 쉘(514)을 마모하기 위하여 굴착하는데 사용되었다. 회색 바탕의 주변의 하드페이스 포인트(510)는 하드페이스 포인트(510)의 사용 시에 얼마나 많은 재료가 마모되는 지를 측정하는 제거가능한 게이지이다. 도시된 바와 같이, 하드페이싱 재료(524)가 포인트(512)의 주요 표면의 "상부에(on top)" 있는 방식으로 하드페이스 포인트(510)는 하드페이싱되고, 이에 따라 참조 부호 524a로 나타낸, 포인트(512)로부터 하드페이싱 재료(524)로 진행하는 외면의 날카로운 각도 변환부(angular transition)가 있다. 일부 어플리케이션에서, 이러한 각도 표면 구성은 특정 이점을 제공할 수 있다. 특히, 하드 페이싱 재료(524)가 포인트(512)의 주위면 위에 위치하는 그 결과로 인한 포인트의 확대된 굴착단은 하드페이싱 재료의 비용이나 무게에 대한 필요 없이 음영 효과에 의하여 인접한 하드페이스되지 않은 표면을 효과적으로 보호할 수 있다. 하드페이스된 재료의 선택적인 추가는 상당한 마모를 받는 영역을 보호할 수 있어서, 이러한 하드페이싱 재료는 포인트의 다른 영역에서 불필요할 수 있다.

본 발명의 얇은 금속 쉘은 모래 주조에 의해 만들어진 포인트에 하드페이싱 재료를 추가할 때 특히 유용하다. 본 발명의 쉘이 부착될 수 있는 본 명세서에서 설명된 등각 밴드에 대응하는 영역에서 0.060인치만큼 달라질 수 있는 두께와 같은 상당한 치수 변동을 갖는 것은 생형 주철법을 이용하는 채굴 포인트 주조에 대해서는 통상적이다. 따라서, 이러한 생형 주조 포인트는 세라믹 금형 및 그래파이트 금형과 같은 비굴곡형 금형으로 밀봉하기가 특히 어렵다. 그러나, 본 명세서에 개시된 다양한 쉘의 얇은 금속은 필요에 따라 쉽게 변형 및 굴곡되어 생형 주조 포인트에 얇은 금속 쉘의 적절한 용접을 가능하게 할 수 있다.

3개의 홀(658)을 갖지만 어떠한 스페이서도 없이 홀(658) 중 중앙 홀에 단일 인서트(660)만을 갖는 포인트 형태의 기재(612)를 포함하는 또 다른 실시예가 도 35에 개략적으로 도시되어 있다. 쉘(614)을 경질 입자 및 브레이징 재료의 혼합물로 채운 후에 이러한 어셈블리를 침윤 사이클을 통해 가열 및 냉각하면 하드페이스 마모품이 된다. 도 36-39는 홀(658) 중 중앙 홀을 통한 섹션을 도시하고 있고, 경금속 인서트(660)가 홀(658)에 접합되면서 동시에 외부 하드페이싱이 기재(612)에 적용되는 처리 단계를 도시하고 있다. 이러한 단계는 도 36-39의 단면도로 나타나 있고, 도 39는 기재(612)의 원위단을 둘러싸며 보호하는 하드페이싱 재료(624)의 층을 포함하는 완성된 하드페이스 마모품(610)의 단면을 도시하고 있다. 다른 실시예에서, 상기 인서트(660)는 상이한 홀(658)에 수용될 수 있고, 및/또는 상기 기재(612)는 다수의 홀에 인서트(660)를 포함할 수 있다.

기재(612), 쉘(614), 및 하드페이싱 재료(624)의 층에 대한 대략 상대적인 두께가 도 39에 도시되어 있다. 예를 들어, 기재(612)에 대한 두께(672)가 식별되고, 쉘(614)에 대한 두께(674)가 식별되고, 하드페이싱 재료(624)의 층에 대한 두께(676)가 식별된다. 또한, 두께(676)는 캐비티(650)에 대한 두께를 나타낸다. 이러한 두께에 대한 샘플 값은 다음과 같다.

등각 밴드 근처의 기재 두께(672): 3.450인치;

쉘 전체에 걸친 쉘 두께(674): 0.105인치;

하드페이싱 두께(676): 0.438인치.

도 40은 우측에 과립형 탄화물(52) 및 좌측에 브레이징 합금 분말(54)을 포함하는 두개의 분말을 도시하고 있다.

텅스텐 탄화물은 본 발명에 따른 하드페이스 마모품의 부분으로서 사용하는데 특히 매우 적합한 경질 입자의 일례이다. 다양한 탄화물의 혼합물뿐만 아니라 WC 또는 WC/W₂C와 같은 순수 탄화물이 사용될 수 있다. 또한, 적절한 과립형 재료는 재생 기계 도구 인서트와 같이 분쇄된 소결 탄화물 재료로 이루어질 수 있다. 상기 미립자 재료의 가장 적절한 크기는 마모품의 의도된 사용에 따라 좌우되지만, -50메시(Mesh)에서 +70메시 범위의 크기는 여러 어플리케이션에 대해 적절하다. 텅스텐 탄화물, 티타늄 탄화물, 및 코발트의 다음 합금은 채굴 포인트나 도구 팁과 같은 특히 유효한 하드페이스 마모품을 만드는 것으로 알게 되었다.

복합 재료에서 경질 입자로 사용될 수 있는 다른 탄화물은 다른 재료 중에서 주조 텅스텐 탄화물(WC/W₂C), 텅스텐 일탄화물(WC), 크롬 탄화물, 티타늄 탄화물, 몰리브덴 탄화물, 바나듐 탄화물, 컬럼븀 탄화물, 크롬 백주철 샷(shot)이나 그릿(grit)을 포함하고, 이러한 재료의 혼합물을 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 경질 재료는 다공성 프리폼, 일체식 조각, 또는 다른 구조와 같은 상이한 형태로 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 경질 재료는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 세라믹이 사용되는 경우, 브레이징 재료에 의해 세라믹 표면의 습윤 및/또는 접합을 향상시키기 위하여 하나 이상의 기술이 통합될 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹의 표면은 금속성 재료나 다른 재료로 코팅되어 상기 브레이징 재료에 의한 습윤을 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 상기 브레이징 재료가 세라믹 표면(예를 들면, 티타늄)에 증착하는 재료를 포함하여 상기 세라믹 표면에 브레이징 재료의 습윤 및 접합을 향상시키는 활성 브레이징 기술이 사용될 수 있다. 또 다른 유형의 경질 재료가 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 경질 재료는 경질 재료가 접합되는 기재의 표면에 대하여 높은 경도 및 우수한 내마모성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

브레이징 합금 분말의 특히 바람직한 선택으로는 AWS A5.18에 대하여 등급 BNi-2를 따르는 Ni-Cr-Si-B 브레이징 합금 분말을 포함한다.

다른 유형의 브레이징 재료가 사용될 수 있는데, 이는 이러한 재료가 기재와 경질 입자 양자와 양립가능하고 이러한 재료가 특정 브레이징 방법에 적절하다면 가능하다. 브레이징 재료는 구리나 은과 같은 순수 금속을 포함할 수 있지만, 더 일반적으로는 니켈 기반, 구리 기반, 또는 은 기반의 표준 브레이징 합금이다. 또한, 브레이징 재료는 다른 구리가 풍부한 합금 및 저용융 구리-니켈 합금을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 유형의 브레이징 재료는 순수 구리, 실리콘 청동, 티타늄 구리, 크롬 구리, 스피노달 청동, 주석 청동, 상업적인 니켈 기반 브레이징 합금(BNi-1, BNi-2 등), 상업적인 코발트 기반 브레이징 합금(예를 들면, BCo-1), 또는 귀금속과 합금을 포함하는 다른 유형의 브레이징 금속과 합금을 포함한다. 전술한 바와 같이, 일 실시예에서, 상기 브레이징 재료는 분말형이나 다른 미립자 형태로 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 브레이징 재료는 상이한(즉, 비분말) 형태로 될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 브레이징 재료는 주조나 가공된 재료의 하나 이상의 슬러그 형태로 될 수 있다. 이러한 슬러그는 구체적 브레이징 어플리케이션의 대상이 되는 소정 무게에서 이루어져서, 상기 어셈블리에서 브레이징 재료의 신속하며 효율적인 설치를 제공할 수 있다.

도 41은 수직축을 따르는 온도와 함께, 텅스텐 탄화물 및 Ni-Cr-Si-B 브레이징 합금 분말을 포함하는 경질 재료를 이용하여 브레이징 작업에 대한 용광로 사이클의 일례를 도시하고 있다. 일반적으로, 상기 브레이징 작업에 대한 열 사이클은 먼저 상기 브레이징 재료의 용융 온도보다 약간 낮은 온도로 가열하고 (두껍고 얇은 섹션을 포함하는) 상기 전체 어셈블리에서 상기 온도를 안정화시키도록 유지하는 것을 포함한다. 그리고 나서, 상기 어셈블리는 브레이징 재료를 용융시키기 위하여 상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 가열되어(빠른 것이 바람직함) 상기 경질 입자 사이의 스페이서를 침윤시키게 한다. 일 실시예에서, 이러한 기간은 30분에서 1시간과 같이 비교적 짧을 수 있다. 그리고 나서, 상기 온도는 브레이징 재료의 고상 온도 직하까지 냉각되어, 상기 브레이징 재료가 경질 입자 및 기재를 응고시키고 이에 접합되게 하고, 상기 온도가 어셈블리 전체에 걸쳐 안정화될 때까지 유지시킨다. 최종적으로, 상기 부품이 용광로에서 제거될 수 있도록 상기 온도는 냉각된다. 온도가 어셈블리 전체에 걸쳐 안정화시키기 위해 유지되어야 하는 시간의 길이는 상기 기재 및/또는 쉘의 크기와 기하학적 구조에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있는데, 이는 대형/두꺼운 구성요소는 더 오래 가열이나 냉각을 할 필요가 있을 수 있기 때문이다. 도시된 바와 같이, (기재, 쉘, 경질 입자, 및 브레이징 재료의 어셈블리와 같은) 용광로 및 주조의 온도는 증가한 후에 시간이 지남에 따라 감소한다. 일 실시예에서, 도 41의 샘플 용광로 사이클은 수평축을 따라 나타낸 바와 같이 약 7시간이 소요되고, 브레이징 단계는 30-60분 동안 약 2050℉에서 수행될 수 있다.

도 42는 마모품(710)의 다른 실시예를 제조하는 부분으로서 a-k로 나타낸 다수의 도면이다. 상이한 도면인 42a-42k는 이중 롤 분쇄기 팁을 침윤 하드페이싱하는 부분으로서 선택된 처리 단계를 도시하고 있다. 그 결과로 인한 하드페이스된 롤 분쇄기 팁은 대략 분리되지만 주입된 복합 하드페이싱 재료에 의해 함께 접합되는 기재 및 얇은 금속 쉘을 갖고, 상기 기재와 얇은 금속 쉘 사이에 최소의 접촉을 갖는다.

도 42a는 기계가공, 주조, 또는 단조에 의해 마련된 기재(712)를 도시하고 있다. 쉘 간격 핀 홀(780)은 도 42b에 도시된 바와 같이 기재(712)에 천공되고, 형성되고, 또는 형상으로 되고, 핀(782) 형태의 대응하는 쉘 스페이서는 도 42c에 도시된 바와 같이 홀(780)에 설치된다. 핀(782)은 핀(782)의 길이에 의해 형성된 기재(712)와 쉘 간의 원하는 간격으로 얇은 금속 쉘 내에 기재(712)를 거는데 사용될 것이다. 핀(782)의 주요 목적은 캐비티(750)가 경질 입자(752)로 채워질 때까지 쉘(714)과 기재(712)가 적절하게 이격되게 유지하는 것이다. 핀(782)은 본 명세서에 개시된 이러한 충전 단계의 방법을 견디기에 충분할 만큼 크기만 하면 된다. 따라서, 핀(782)은 연강 핀에서 기제조된 경화 소결 텅스텐 탄화물 핀에 이르기까지 다양한 재료로 이루어질 수 있다.

도 42d는 시트 금속 금형을 형성하는 기술에서 알려진 바와 같이, 딥 드로잉, 하이드로포밍, 및/또는 절단과 용접에 의해 마련될 수 있는 시트 금속 쉘(714)을 도시하고 있다. 이때, 돌출 핀(782)을 갖는 기재(712)는 도 42e에 도시된 바와 같이 쉘(714) 내부에 배치된다. 도 42f를 참조하면, 경질 입자(752)는 기재(712)와 쉘(714)에 의해 형성된 캐비티(750) 내에 배치될 수 있고, 선택적으로 다져지고, 진동되거나, 그 밖에 기재(712)와 쉘(714) 사이에 경질 입자층을 형성하기 위하여 캐비티(750)에 채워질 수 있다. 이러한 경질 입자층 위에 배치되고, 리저버(718)의 미리 정해진 용적 내에 유지되고, 쉘(714)의 일체형 부분으로 형성되는 것이 바람직한 침윤 재료 분말(754)이 도 42g에 도시되어 있다. 리저버(718)는 죄적량의 침윤 브레이징 재료(754)를 제공하기 위하여 캐비티(750)에 대해 상대적인 크기로 이루어져서 경질 입자(752)를 복합 하드페이싱 층으로 침윤시켜 접합한다. 이는 침윤 사이클에 대해 준비된 어셈블리와 함께 도 42h에 상세하게 나타나 있다.

도 42i는 위에서 설명된 바와 같이 침윤 사이클에 대해 준비된 용광로를 도시하고 있다. 도 42j는 리저버(718)는 여전히 제 위치에 있으면서 침윤 사이클이 완료된(j) 후의 도 42i의 어셈블리를 도시하고 있다. 바람직하게는, 리저버(718)는 절단이나 다른 기술에 의해 쉘(714)로부터 제거되어, 완성된 내마모 합성품(710)이 도 42k에 도시된 바와 같이 남게 된다.

통상적으로 고정구에 유지될 필요가 있는 구체형 하면을 갖는 쉘(714)이 도시되어 있지만, 유사한 형상으로 된 쉘의 다른 실시예가 독자적으로 이루어질 수 있다. 또한, 기재(712)에 대하여 원하는 위치에 쉘(714)을 또한 위치시키는 열저항 합금 고정구에 의해 기재(712)가 유지되면 쉘 간격 핀(782)은 생략될 수 있다. 이에 의하여, 기재(712)는 침윤 공정 시에 시트 금속 쉘(714) 위에 그리고 그 내부에서 걸리게 된다. 또 다른 실시예에서, 기재(712)에 대하여 원하는 위치에 쉘(714)을 위치시키는 임의의 이러한 고정구는 경질 입자(752)가 위치에 채워진 후에 제거될 수 있다. 경질 입자(752)는 일반적으로 침윤 공정 시에 용해되거나 용융되지 않고, 그래서 경질 입자(752)는 침윤 공정 시에 기재(712)를 신뢰가능하게 지지할 것이다. 이는 이러한 고정구가 기재(712), 쉘(714), 경질 입자(752), 및 브레이징 재료(754)의 어셈블리와 같은 구성요소의 임의의 어셈블리를 용광로에 배치하기 전에 제거되게 한다. 또 다른 실시예는 쉘(714)을 기재(712)로부터 걸 수 있다. 예를 들어, 쉘(714)은 기재(712)의 일부로 형성된 허브의 스템에서 미도시된 홈으로부터 걸려지도록 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 진공 용광로 대신에, 수소, 아르곤의 대기 또는 다른 유형의 환원성이나 불활성 대기를 이용하는 용광로나 리토트(retort)에서 사용될 수 있다. 이러한 비진공 용광로에서 브레이징하는 경우, 침윤이 진행함에 따라 경질 입자 내에서 가스의 포집을 방지하는 것이 최선이다. 상기 브레이징 분말은 상당히 용융될 수 있고, 동시에 상기 경질 입자를 통해 인접한 용융 층으로서 하방향으로 침투된다. 상기 얇은 금속 쉘에서 낮은 지점에 통기를 부가하면 상기 경질 입자에 포집된 가스는 용융된 브레이징 재료가 하방향으로 침투됨에 따라 방출될 수 있다. 바람직하게는, 통기 튜브 또는 다수의 통기 튜브는 적절한 낮은 지점에서 얇은 금속 쉘에 부착되고, 상기 튜브 또는 튜브들은 침윤 브레이징의 최종 단계 시에 용융된 브레이징 재료의 최종 레벨보다 높은 레벨까지 상방향으로 연장된다.

비진공 용광로에서 사용하기 위한 스틸 쉘(814)의 일 실시예가 도 43a-43f에 도시되어 있다. 통기 튜브(884)는 쉘(814)의 낮은 지점으로부터 연장되어 브레이징 침윤 시에 가스 포집을 방지한다. 통기 튜브(884)는 가스 포집에 영향을 받는 부위 또는 부위들에서 쉘(814)에 부착된다. 도 43b는 기재(812), 쉘(814), 및 통기 튜브(884)의 단면도를 나타낸다. 도 43c에 도시된 바와 같이, 경질 미립자 재료(852)는 기재(812)와 쉘(814) 사이의 캐티비(850)에 주입된다. 그리고 나서, 침윤 재료(854)는 도 43d에 도시된 바와 같이 경질 입자층(852) 위에 부가된다. 가스가 통기 튜브(884)로부터 방출하면서 경질 입자(852)의 층을 부분적으로 관통하는 용융된 침윤 재료(854)가 도 43e에 도시되어 있다. 냉각 후에, 상기 경질 입자층 및 침윤 재료는 도 43f에 도시된 바와 같이 통기 튜브(884)를 채우는 적어도 일부의 침윤 재료(854)를 갖는 합성물(824)을 형성한다. 통기 튜브(884)와 침윤 재료(854)는 결과적인 하드페이스 마모품(810)을 통상적으로 용이하게 절단한다.

도 44는 특히 복잡한 표면 형상을 갖는 구체형 구조를 도시하고 있다. 이러한 마모 부분은 본 명세서의 내용에 따라 하드페이싱될 수 있는 복잡한 도구를 보여주는 것 외에 임의의 특정 도구를 나타내도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 특히 복잡한 외형을 갖는 침윤 하드페이스된 연삭 볼을 나타낼 수 있다. 완성된 내마모 합성품(910)은 기제조된 경화 소결 텅스텐 탄화물 인서트를 포함하고, 이중 두개가 파선(960)으로 개략적으로 도시되어 있으며 주입된 복합 하드페이싱 재료로 기본 기재에 접합된다. 종래 기술을 이용한 연삭 볼(910)의 제조는 그래파이트나 세라믹 재료를 이용하여 만들어진 복잡한 다수 부품 금형을 필요로 할 수 있다. 얇은 시트 금속 금형, 프리폼 기재, 경화 탄화물 입자, 및 침윤 브레이징의 조합은 복잡한 표면 기하학적 구조를 갖는 하드페이스된 도구를 제조하기 위한 훨씬 경제적인 공정을 생성한다.

도 45는 마모품(1010)의 다른 실시예를 제조하는 부분으로서 a-k로 나타낸 다수의 도면이다. 상이한 도면인 45a-45k는 광물 드레싱에서 사용하기 위한 트로멜 스크린을 침윤 하드페이싱하는 부분으로서 선택된 처리 단계를 도시하고 있다. 그 결과로 인한 하드페이스된 트로멜 스크린은 대략 분리되지만 주입된 복합 하드페이싱 재료에 의해 함께 접합되는 기재 및 얇은 금속 쉘을 가질 수 있고, 상기 기재와 얇은 금속 쉘 사이에 최소의 접촉을 갖는다. 대안적으로, 상기 기재와 얇은 금속 쉘은 선택된 위치에서 접촉할 수 있고, 상기 쉘은 침윤 사이클 동안에 기재를 지지한다. 예를 들어, 복수의 쇼울더(미도시)가 쉘(1014)의 선택된 위치에 형성될 수 있고, 기재는 이러한 쇼울더에 받쳐지고 쇼울더에 의해 지지될 수 있다. 다른 예에서, 쉘(1014)의 등각 밴드 또는 등각부(미도시)는 기재(1012)에 용접될 수 있다.

도 45a는 기계가공, 주조, 또는 단조에 의해 통상적으로 마련된 기재(1012)를 도시하고 있다. 도 45b는 대응하는 쉘(1014)을 도시하고 있고, 도 45c에 쉘(1014)에 지지되는 기재(1012)가 도시되어 있다. 도 42에 유사하게 도시된 바와 같이, 핀(미도시)은 핀(미도시)의 길이에 의해 형성된 기재(1012)와 쉘(1012) 간의 원하는 간격으로 얇은 금속 쉘(1014) 내에 기재(1012)를 거는데 사용될 수 있다.

도 45d는 경질 입자(1052)가 기재(1012)에 주입되는 것을 도시하고 있다. 경질 입자(1052)는 기재(1012)와 쉘(1014)에 의해 형성된 캐비티(1050)로 밀어질 수 있고, 선택적으로 다져지고, 진동되거나, 그 밖에 기재(1012)와 쉘(1014) 사이에 경질 입자층을 형성하기 위하여 캐비티(1050)에 채워질 수 있다. 침윤 재료 분말(1054)이 리저버(1018) 내에 배치되고, 경질 입자층(1052) 위에 배치되는 것이 도 45e에 도시되어 있다. 도 45f는 침윤 사이클에 대해 준비된 용광로를 도시하고 있다. 도 45g는 적절한 양의 침윤 재료 분말이 완전히 적재된 후에 그리고 완료된 침윤 사이클을 통해 가열되고 냉각된 후의 도 45e의 어셈블리를 도시하고 있다. 바람직하게는, 시트 금속의 선택된 부분은 절단이나 다른 기술에 의해 쉘(1014)로부터 제거되어, 완성된 내마모 합성품(1010)이 도 45h에 도시된 바와 같이 남게 된다. 예를 들어, 주위 벽의 상부 에지(1018a)는 절단될 수 있고, 관통홀을 형성하는 상부 캡(1018b)은 절단될 수 있다.

상기 하드페이싱 층에서 미립자 재료의 유형과 크기 분포뿐만 아니라 도구에 대한 기재 재료, 쉘 재료, 및 브레이징 재료를 고려하여 적절한 선택이 이루어지면, 임의의 경금속 인서트뿐만 아니라 하드페이싱 층의 크랙킹을 방지하도록 열 변형과 변태 변형을 수용할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 침윤 재료가 경질 입자의 열팽창 계수와 기재의 열팽창 계수 사이에 있는 전체의 열팽창 계수를 갖도록 상기 브레이징 공정이 설계될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 여러 실시예는 침윤된 주조 텅스텐 탄화물 입자의 하드페이싱 층을 구비하고 스틸 기재와 연강 쉘을 갖는 제품을 포함한다. 일부 스틸은 AISI 1008 스틸에 밝혀진 바와 같이, 오스테나이트 범위 아래의 온도에서 화씨로 도당 인치당 약 6.5마이크로인치의 열팽창 계수를 갖는다. 침윤 재료로서 구리나 구리 기반의 합금을 선택하고 50% 주조 텅스텐 탄화물을 부여하는 입자 크기 분포를 선택하면 상기 침윤 재료에서 화씨로 도당 인치당 6.1마이크로인치의 평균 열팽창 계수를 부여할 것이다. 기본 기재 및 시트 금속의 외층에 대한 열팽창 계수와 비교적 유사한 평균 열팽창 계수를 갖는 침윤 재료를 제공하는 것은 모든 구성요소가 대략 유사한 비율로 팽창하고 수축할 것이라는 것을 의미한다. 이는 특히 하드페이스된 도구의 사용 중에 나중에 발생할 수 있는 침윤 사이클 후의 냉각 시에 또는 가열 시에 크랙이나 파쇄에 대해 침윤 재료의 임의의 성향을 제한한다.

도 45h에 도시된 예와 같은 트로멜 스크린은 흔히 그 길이와 폭 치수가 1미터를 초과할 수 있다. 이와 같은 항목은 본 발명이 침윤 공정 시에 열팽창 문제를 극복하는 면에서 상당한 이점을 제공할 수 있는 명확한 예시를 제공한다. 내마모를 위해 선택될 수 있는 경질 재료는 기재로서 사용될 수 있는 경화 스틸, 소모성 쉘로 사용될 수 있는 저탄소 스틸 재료, 또는 브레이징 재료로 사용될 수 있는 구리-니켈 브레이징 합금과 현저히 다른 열팽창 특성을 가질 수 있다. 이러한 항목이 길이와 폭 치수가 1미터와 같이 커짐에 따라, 상이한 요소의 열팽창률도 더 중요하게 된다.

세라믹 및 그래파이트 금형은 마모품을 위한 기재로서 통상적으로 사용되는 스틸 합금 유형에 대한 열팽창률과 매우 다른 열팽창률을 갖는다. 이는 완성품의 왜곡, 하드페이싱 두께의 예상치 못한 변동, 또는 심지어 열 공정 시에 금형 어셈블리의 여러 부품의 분리와 같은 문제를 야기하여, 용융된 침윤 재료가 용광로에서 유출되게 한다. 본 발명의 저탄소 스틸 재료는 이러한 기재로서 통상적으로 사용되는 스틸 합금 유형에 대한 열팽창률과 더 유사한 열팽창률을 더욱 가질 수 있다. 따라서, 스틸 합금 기재, 저탄소 스틸 얇은 금속 쉘, 약 50% 주조 텅스텐 탄화물을 부여하는 입자 크기 분포, 및 침윤 재료로서의 구리의 조합은 세라믹 및 그래파이트 금형의 사용을 필요로 하는 스틸 기재의 종래 하드페이싱을 넘는 상당한 이점을 제공한다.

다음의 표는 선택된 경질 재료, 저탄소 스틸(통상적인 쉘 재료), 및 구리(통상적인 브레이징 재료)에 대한 열팽창 계수의 여러 예를 제공한다. 이러한 표는 예시를 위하여 예를 제공하고 다른 재료가 경질 재료, 쉘, 브레이징 재료 등으로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

스틸 기재, 얇은 금속 쉘, 및 특정 크기 분포를 갖는 경질 입자와 침윤 재료의 적절한 선택된 혼합물의 조합은 상당한 이점을 발생시킨다. 이러한 조합은, 특히 종래의 그래파이트나 세라믹 금형과 비교할 때 열 변형과 변태 변형 및 그 결과로 인한 치수 변화를 수용할 수 있는 더 큰 능력을 제공한다. 본 발명의 제품과 방법은 뒤틀림의 적은 위험, 결과적인 하드페이싱의 원치않는 두께 변동, 및 침윤 사이클 동안에 용광로 내부에서 용융된 금속 브레이징 재료를 유출하는 손상된 금형의 적은 위험을 발생시킨다.

또한, 스틸과 같은 재료는 치수 변화에 의해 수반되는 상변태를 받는다. 예를 들어, 탄소와 저합금 스틸을 처리하는 경우, 상기 스틸은 온도 증가로 팽창한다. 그러나, 화씨 약 1333도에서, 상이한 결정 구조로의 스틸의 변태가 시작된다. 이러한 변태는 상기 변태가 완료된 후에 상기 재료가 온도의 추가적인 증가로 다시 (상이한 비율로) 팽창할 때까지 치수의 감소를 일으킨다. 냉각에서, 상기 침윤 사이클이 완료될 때까지 변태는 치수의 관련된 팽창-수축-팽창으로 다시 발생한다. 이러한 모든 팽창과 수축의 수용은 그래파이트 금형이나 세라믹 금형을 이용할 때보다 금형으로서 얇은 금속 쉘을 이용하는 본 발명의 방법으로 용이하게 한다. 본 발명의 방법과 더불어, 하드페이스될 기재와 하드페이싱 재료의 구성요소를 포함하는 금형 양자는 스틸로 이루어지고, 그래서 상기 기재와 쉘 양자는 유사한 변형, 팽창, 및 수축을 거칠 것이다. 열팽창 계수와 변태 온도에 대해 일부 변동이 있을 수 있지만, 얇은 금속 쉘 및 금속 기재에 대한 이러한 변동은 그래파이트 금형이나 세라믹 금형 및 금속 기재에 대한 그러한 변동보다 상당히 적게 된다. 그러므로, 하드페이싱 코팅의 크랙킹 및/또는 파쇄의 상당한 위험 없이, 도 45h에 예시된 바와 같은 대형이며 평면의 트로멜 스크린을 만들기 위하여 금속 기재와 함께 그래파이트 금형 또는 세라믹 금형을 이용하는 것은 매우 어렵게 된다.

또한, 미립자 재료가 내마모 기능을 수행하도록 의도되면, 입자 크기 분포의 고려가 충분한 내마모성을 부여하기 위하여 요구될 수 있다. 일반적으로 이러한 경우에 대해, 상기 입자간 간격이 어플리케이션에서 발생되는 연마재 입자의 크기보다 작도록 상기 크기 분포가 이루어져야 한다. 이는 경질 입자가 약화되고 분실되는 것을 방지한다. 일 실시예에서, (전술한 바와 같이) -50에서 +70메시의 입자 크기는 어플리케이션에서의 연마재 입자가 70메시보다 현저하게 작지 않은 경우에서와 같이 대부분의 어플리케이션에 대해 충분할 수 있다. 더 미세한 연마재를 위하여, 상기 입자 크기 분포는 연마재 크기와 대략 같거나 이보다 작은 크기로 이루어져야 한다.

또한, 본 개시된 실시예는 마모된 이전에 사용된 하드페이스 마모품을 재생하거나 개조하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전술한 바와 같은 쉘은 하드페이스 마모품의 형태로 기재에 연결되고, 상기 경질 재료(예를 들면, 경질 입자)는 쉘에 유입되어 상기 기재와 매우 근접하여 있다. 그리고 나서, 상기 경질 재료는 전술한 바와 같은 브레이징에 의해 상기 기재에 접합될 수 있다. 상기 브레이징 재료가 기존의(마모된) 하드페이싱 재료, 기본적인 원래의 기재, 또는 양자에 접합될 수 있다는 것을 알 수 있다. 일 실시예에서, 상기 경질 재료 및/또는 브레이징 재료는 원래의 하드페이싱 재료에서 사용된 것과 동일할 수 있다.

본 개시된 여러 실시예는 마모품의 전체 외부 작업면(예를 들면, 그라운드 인게이징 표면)을 전부 또는 상당히 커버하는 경질 재료를 구비하고, 마모품을 형성하는데 사용된 스틸 기재를 도시하고 있다. 이는 연강의 사용을 가능하게 하는데, 이는 스틸의 전체가 하드페이싱 재료에 의해 보호되기 때문이다. 이러한 실시예는, 특히 연강이 다른 경강보다 높은 인성을 갖는 경우와 같이 연강이 파괴에 대해 양호한 저항성을 갖는 경우에 이점을 제공한다. 또한, 연한 기재 재료는 더 나은 용접성을 가질 수 있다. 또한, 연한 기재 재료는 하드페이스될 초기 기재로 만들기가 통상적으로 훨씬 용이하고, 그러므로 연강으로 이루어진 이러한 초기 기재는 유사한 형상의 초기 기재를 경강으로 만드는 것보다 비용이 덜 든다.

본 개시된 임의의 실시예에서 쉘은 기재의 정확한 형상에 가깝게 반드시 따라야 할 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 상기 쉘은 포인트의 코너나 각도 에지와 같은 높은 마모 위치에 더 두꺼운 두께를 부여하도록 형성될 수 있다. 유사하게, "리브" 또는 "베인"이 도구의 기재 상의 특정 위치에 결과적인 하드페이싱 층에 의해 생성될 수 있다. 이러한 리브나 베인은 구성요소가 작동될 수 있는 연마 재료의 흐름을 제어하는데, 또는 흙 재료의 이동이 결과적인 복합 내마모 도구에 의해 영향을 받게 유도하는데 도움이 될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 일 실시예에 대하여 설명된 임의의 특징, 구성요소, 구조, 기술 등은, 달리 명확하게 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 설명된 임의의 다른 실시예와 관련하여 사용될 수 있거나 사용가능하다는 것을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 제시된 내용은 독립적인 유용성과 함께 다수의 특징적인 본 발명을 포함하는 것으로 여겨진다. 이러한 발명의 각각이 바람직한 형태로 개시되었지만, 본 명세서에서 개시되고 설명된 바와 같은 구체적인 실시예는 다수의 변형이 가능하므로 제한하는 의미로 간주되지 않을 것이다. 각 예는 상기 내용에 개시된 실시예를 규정하지만, 임의의 하나의 예는 결국 청구될 수 있는 모든 특징이나 조합을 반드시 포함하는 것은 아니다. 상기 설명이 "부정관사(a)"나 "제1" 요소 또는 이의 동등한 것을 인용하는 경우, 이러한 설명은 이러한 하나 이상의 요소를 포함하고, 이러한 둘 이상의 요소를 필요로 하지 않으며 배제하지도 않는다. 또한, 식별된 요소에 대한 제1, 제2, 또는 제3 같은 서수 표시는, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 상기 요소들 간을 구별하는데 사용되고, 이러한 요소의 필요나 제한된 수를 나타내지 않고, 이러한 요소의 특정 위치나 순서를 나타내지 않는다.

Claims (72)

1. 어스 인게이징 장비(earth-engaging equipment)용 마모품을 제조하기 위한 방법이며,
   어스 인게이징 장비에 부착을 위해 형성된 금속 기재를 제공하며, 상기 기재는 표면을 구비하고;
   기재와 함께 금형을 형성하고 상기 기재의 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여, 용접 또는 브레이징에 의해 소모성 시트 금속 쉘을 기재의 표면에 연결하고;
   상기 표면 및 쉘과 근접하게 상기 캐비티 내에 경질 미립자 재료를 배치하고;
   상기 캐비티와 연통하게 금속성 브레이징 재료를 배치하고;
   상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 브레이징 재료를 가열하고, 브레이징 재료가 용융 형태로 경질 미립자 재료를 침윤하여 쉘과 기재가 금형 내부에 용융된 금속을 담고 있는 상태로 기재의 표면과 쉘에 접촉하기에 충분한 시간 동안 상기 온도를 유지하고;
   상기 브레이징 재료를 응고시켜 상기 경질 미립자 재료를 기재 및 쉘에 접합시킴으로써 상기 기재의 표면에 내마모성 복합 코팅을 형성하기 위하여 상기 브레이징 재료를 냉각시키는 것을 포함하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 쉘은 쉘의 외부로의 개구를 갖고, 리저버가 상기 쉘에 연결되고 상기 개구와 연통하게 상기 캐비티의 외측에 위치되고, 상기 브레이징 재료는 캐비티와 연통하도록 상기 리저버 내에 배치되는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 리저버는 쉘과 일체로 형성되는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘은 쉘의 주연부 둘레로 연장되는 등각 밴드를 포함하고, 상기 쉘을 기재에 연결하는 것은 상기 등각 밴드를 기재의 표면에 용접하거나 브레이징하는 것을 포함하고, 이에 따라 상기 등각 밴드는 유체 밀봉 조인트를 생성하기 위해 전체의 등각 밴드 둘레에서 상기 기재의 표면의 일부와 면대면 접촉하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘은 쉘의 주연부 둘레로 연장되는 등각 밴드를 포함하고, 상기 쉘을 기재에 연결하는 것은 상기 등각 밴드를 기재의 표면에 용접하거나 브레이징하는 것을 포함하고, 이에 따라 상기 등각 밴드는 전체의 등각 밴드 둘레에서 상기 기재의 표면의 일부와 면대면 접촉하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘은 전방편 및 후방편을 포함하고, 전방편의 후방 에지로부터 횡방향으로 전방 플랜지가 연장되고 후방편의 전방 에지로부터 횡방향으로 후방 플랜지가 연장되며, 상기 방법은 전방 플랜지를 후방 플랜지에 용접하거나 브레이징함으로써 상기 쉘을 형성하기 위하여 상기 전방편과 후방편을 함께 접합시키는 것을 포함하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 미립자 재료는 텅스텐 탄화물을 포함하고, 상기 금속성 브레이징 재료는 Ni-Cr-Si-B 브레이징 합금을 포함하고, 상기 브레이징 재료는 30분에서 60분의 시간 동안 적어도 2050℉의 온도로 가열되는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, (a) 시트 금속편을 함께 용접 또는 브레이징하거나 (b) 특정 구성에서 시트 금속을 절곡함으로써 쉘을 형성하는 것을 포함하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘의 두께는 기재의 공칭 두께보다 실질적으로 작거나, 16Ga 내지 10Ga의 범위의 두께를 갖는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘은 기재의 무게의 2% 이하인 무게를 갖는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 두께 감소 부분을 갖도록 형성되고, 쉘은 두께 감소 부분에 인접한 기재에 연결되어 기재의 두께 감소 부분만으로 캐비티를 둘러싸고 형성하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 모래 주조법에 의해 형성되는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 표면은 복수의 상이한 방향으로 향하는 복수의 별도 영역을 갖고, 상기 쉘은 캐비티를 형성하기 위하여 각각의 영역들 위에 놓이는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘은 캐비티를 형성하기 위하여 기재를 적어도 부분적으로 둘러싸는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 굴착 버킷에의 장착 및 그라운드 내에서의 굴착을 위한 구성을 갖는 기재를 형성하는 것을 포함하는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금형을 형성하는 연결된 쉘과 기재는 경질 미립자 재료의 침윤 동안에 경질 미립자 재료와 브레이징 재료를 담고 있도록 협력적으로 구성되는, 어스 인게이징 장비용 마모품을 제조하기 위한 방법.
17. 소모성 시트 금속 쉘을 기재의 표면에 용접 또는 브레이징하여, 상기 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하고;
    상기 캐비티 내에 경질 미립자 재료를 배치하고;
    상기 캐비티와 연통하게 금속성 브레이징 재료를 배치하고;
    상기 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 브레이징 재료를 가열하고, 브레이징 재료가 상기 경질 미립자 재료를 침윤하여 용융 형태로 기재의 표면에 접촉하기에 충분한 시간 동안 상기 온도를 유지하고; 및
    상기 브레이징 재료를 응고시켜 상기 경질 미립자 재료를 쉘과 기재의 표면에 접합시키기 위하여 상기 브레이징 재료를 냉각시키는 것을 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 시트 금속 쉘을 기재의 표면에 용접 또는 브레이징하는 것은 기재와 함께 금형을 형성하고, 기재와 쉘은 경질 미립자 재료의 침윤 동안에 경질 미립자 재료와 브레이징 재료를 담고 있도록 협력적으로 구성되는, 방법.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 쉘은 쉘의 외부로의 개구를 갖고, 리저버가 상기 쉘에 연결되어 상기 개구와 연통하게 상기 캐비티의 외측에 위치되고, 상기 브레이징 재료는 캐비티와 연통하도록 상기 리저버 내에 배치되는, 방법.
20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 쉘은 쉘의 주연부 둘레로 연장되는 등각 밴드를 더 포함하고, 상기 등각 밴드를 용접하거나 브레이징하는 것은 상기 등각 밴드가 전체의 등각 밴드 둘레에서 상기 기재의 표면의 일부와 면대면 접촉하도록 실행되는, 방법.
21. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 브레이징 재료가 응고된 후에 상기 브레이징 재료는 쉘에 접합되는, 방법.
22. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 쉘은 전방편 및 후방편을 포함하고, 전방편의 후방 에지로부터 횡방향으로 전방 플랜지가 연장되고 후방편의 전방 에지로부터 횡방향으로 후방 플랜지가 연장되며, 상기 방법은 전방 플랜지를 후방 플랜지에 용접하거나 브레이징함으로써 상기 쉘을 형성하기 위하여 상기 전방편과 후방편을 함께 접합시키는 것을 더 포함하는, 방법.
23. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 경질 미립자 재료는 텅스텐 탄화물을 포함하고, 상기 금속성 브레이징 재료는 Ni-Cr-Si-B 브레이징 합금을 포함하고, 상기 브레이징 재료는 30분에서 60분의 시간 동안 적어도 2050℉의 온도로 가열되는, 방법.
24. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 쉘을 형성하기 위하여 시트 금속편을 함께 용접하거나 브레이징하는 것을 더 포함하는, 방법.
25. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 경질 미립자 재료와 금속성 브레이징 재료는 상기 기재의 표면을 커버하는 복합 하드페이싱 재료를 형성하는, 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 경질 미립자 재료는 복합 하드페이싱 재료를 형성하기 위하여 용융 상태의 상기 금속성 브레이징 재료에 의해 침윤되는 다공성 구조를 갖는, 방법.
27. 제25항에 있어서, 상기 경질 미립자 재료는 복합 하드페이싱 재료를 형성하기 위하여 용융 상태의 상기 금속성 브레이징 재료에 의해 침윤되는 미립자 재료를 포함하는, 방법.
28. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 쉘은 시트 금속으로 형성되는, 방법.
29. 그라운드 인게이징 기계(ground-engaging machinery)를 효과적으로 보호하기 위한 그라운드 인게이징 마모품이며,
    그라운드 인게이징 기계에의 부착을 위한 장착 구조와, 그라운드 인게이징 기계의 작업 동안 흙 재료와 상호 작용하며, 표면을 갖는 작동부를 갖는 기재;
    상기 표면에 코팅을 형성하기 위해 쉘과 기재의 표면에 접합되는 금속 브레이징 재료에 의해 침윤되는 경질 미립자 재료를 포함하는 내마모성 복합 재료;
    기재와 함께 금형을 형성하고 상기 표면과 쉘 사이에 캐비티를 형성하기 위하여 용접 또는 브레이징에 의해 상기 기재에 연결된 시트 금속 쉘로서, 상기 기재와 쉘은 경질 미립자 재료의 침윤 동안에 경질 미립자 재료와 브레이징 재료를 담고 있도록 협력적으로 구성되는 시트 금속 쉘을 포함하는
    그라운드 인게이징 마모품.
30. 제29항에 있어서, 상기 쉘은 기재의 전체 주연부 둘레로 연장되는, 그라운드 인게이징 마모품.
31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 기재는 표면에 홀을 갖고, 상기 홀에 수용된 인서트 로드를 포함하는, 그라운드 인게이징 마모품.
32. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 기재는 복합 재료가 그 위에 수용되는 제1 표면과, 시트 금속 쉘이 고정되고 제1 표면에 인접한 제2 표면을 포함하고, 복합 재료가 제2 표면과 동일 평면에 있도록 제1 표면이 제2 표면에 대해 오목한, 그라운드 인게이징 마모품.
33. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 장착 구조는 그라운드 인게이징 기계에 기재를 장착하기 위한 캐비티를 포함하는, 그라운드 인게이징 마모품.
34. 제33항에 있어서, 상기 작동부는 굴착을 용이하게 하기 위한 협폭 비트를 포함하고, 시트 금속 쉘과 복합 재료는 비트의 적어도 일부에 놓이는, 그라운드 인게이징 마모품.
35. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 기재는 복합 재료에 의해 각각 적어도 부분적으로 커버되는, 상이한 방향들로 향하는 복수의 표면들을 포함하는, 그라운드 인게이징 마모품.
36. 제29항 또는 제30항에 있어서, 복합 재료는 기재의 표면상의 연속적이고 중단없는 코팅인, 그라운드 인게이징 마모품.
37. 제29항 또는 제30항에 있어서, 기재의 작동부는 어스 인게이징 장비의 작업 동안 흙 재료에 대한 마모품의 이동 방향으로 향한 전방 단부를 포함하고, 복합 재료와 쉘은 전방 단부 위에 놓여 이들을 커버하는, 그라운드 인게이징 마모품.
38. 어스 인게이징 장비를 효과적으로 보호하기 위한 마모품이며,
    어스 인게이징 장비에 부착하기 위한 베이스부와 흙 재료를 인게이징하는 작동부를 갖는 기재;
    용접 또는 브레이징에 의해 기재에 직접 고정되는 고정부와, 기재로부터 이격된 컨테이닝부를 포함하는 쉘로서, 기재와 함께 금형을 형성하는 쉘; 및
    쉘의 컨테이닝부 내에 담기는 금속 브레이징 재료에 의해 침윤되는 경질 미립자 재료를 포함하는 복합 재료로서, 기재의 작동부의 적어도 일부를 커버하고 쉘과 기재에 접합되는 복합 재료를 포함하는, 마모품.
39. 제38항에 있어서, 기재의 작동부는 복합 재료에 의해 각각 적어도 부분적으로 커버되는, 상이한 방향들로 향하는 복수의 표면들을 포함하는, 마모품.
40. 제39항에 있어서, 복합 재료는 작동부 상의 연속적이고 중단없는 코팅인, 마모품.
41. 제38항에 있어서, 복합 재료는 작동부 상의 연속적이고 중단없는 코팅인, 마모품.
42. 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘은 시트 금속으로 형성될 수 있는, 마모품.
43. 제42항에 있어서, 쉘은 기재를 실질적으로 둘러싸는, 마모품.
44. 제43항에 있어서, 상기 기재는 복합 재료가 그 위에 수용되는 제1 표면과, 쉘이 직접 고정되고 제1 표면에 인접한 제2 표면을 포함하고, 복합 재료가 제2 표면과 동일 평면에 있도록 제1 표면이 제2 표면에 대해 오목한, 마모품.
45. 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘은 기재를 실질적으로 둘러싸는, 마모품.
46. 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 복합 재료가 그 위에 수용되는 제1 표면과, 쉘이 직접 고정되고 제1 표면에 인접한 제2 표면을 포함하고, 복합 재료가 제2 표면과 동일 평면에 있도록 제1 표면이 제2 표면에 대해 오목한, 마모품.
47. 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 기재의 베이스부는 어스 인게이징 장비에 기재를 장착하기 위한 캐비티를 포함하는 마모품.
48. 제47항에 있어서, 상기 작동부는 굴착을 용이하게 하기 위한 협폭 비트를 포함하는, 마모품.
49. 제48항에 있어서, 기재의 작동부는 어스 인게이징 장비의 작업 동안 흙 재료에 대한 마모품의 이동 방향으로 향한 전방 단부를 포함하고, 복합 재료와 쉘은 전방 단부 위에 놓이고 이들을 커버하는, 마모품.
50. 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 기재의 작동부는 어스 인게이징 장비의 작업 동안 흙 재료에 대한 마모품의 이동 방향으로 향한 전방 단부를 포함하고, 복합 재료와 쉘은 전방 단부 위에 놓이고 이들을 커버하는, 마모품.
51. 삭제
52. 삭제
53. 삭제
54. 삭제
55. 삭제
56. 삭제
57. 삭제
58. 삭제
59. 삭제
60. 삭제
61. 삭제
62. 삭제
63. 삭제
64. 삭제
65. 삭제
66. 삭제
67. 삭제
68. 삭제
69. 삭제
70. 삭제
71. 삭제
72. 삭제

Images