JPH03230866A - チタン合金製機械摺動部品の製造方法および肉盛材料 - Google Patents
チタン合金製機械摺動部品の製造方法および肉盛材料Info
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- JPH03230866A JPH03230866A JP2587390A JP2587390A JPH03230866A JP H03230866 A JPH03230866 A JP H03230866A JP 2587390 A JP2587390 A JP 2587390A JP 2587390 A JP2587390 A JP 2587390A JP H03230866 A JPH03230866 A JP H03230866A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、優れた耐摩耗性を存するチタン合金製機械摺
動部品の製造方法および肉盛材料に関するものである。
動部品の製造方法および肉盛材料に関するものである。
（従来の技術）
近年産業機械メーカは、機械摺動部品にチタン合金を採
用し、軽量化することを検討推進中であるが、チタン合
金は耐摩耗性が十分ではない。そこで、摺動部には耐摩
耗処理を行う必要がある。
用し、軽量化することを検討推進中であるが、チタン合
金は耐摩耗性が十分ではない。そこで、摺動部には耐摩
耗処理を行う必要がある。
しかして、チタン合金への耐摩耗硬化肉盛処理としては
、 ■ 特開昭６２−５６５６１号公報に記載されている通
りの、チタンおよびチタン合金母材の表面層を高エネル
ギー照射で溶解し、この溶融池にＴｉｃやＷＣなどの金
属炭化物粉末やＴｉＮなどの金属窒化物粉末、さらにＦ
ｅ、 ＳｉおよびＭＯなどの金属粉末を混入させて表面
を硬化する方法、 ■ 特開昭６１ｉ３１１５１号公報に記載されている通
りの、チタンおよびチタン合金母材の表面にＴｉＯ２な
どの金属酸化物粉末、ＴｉｃやＷＣなどの金属炭化物粉
末、さらにＴｉＮなとの金属窒化物粉末、ＴｉＢｚなど
の金属はう化物粉末、およびＦｅ、 八Ｑなどの金属粉
末を表面に付着させた後、この粉末付着物に高エネルギ
ービームを照射して、前記チタンおよびチタン合金母材
と前記付着粉末とを母材表面部で融合一体化させ、もっ
て表面部を硬化する方法、 があり、これらをチタン合金製機械摺動部品に適用する
ことが検討されている。
、 ■ 特開昭６２−５６５６１号公報に記載されている通
りの、チタンおよびチタン合金母材の表面層を高エネル
ギー照射で溶解し、この溶融池にＴｉｃやＷＣなどの金
属炭化物粉末やＴｉＮなどの金属窒化物粉末、さらにＦ
ｅ、 ＳｉおよびＭＯなどの金属粉末を混入させて表面
を硬化する方法、 ■ 特開昭６１ｉ３１１５１号公報に記載されている通
りの、チタンおよびチタン合金母材の表面にＴｉＯ２な
どの金属酸化物粉末、ＴｉｃやＷＣなどの金属炭化物粉
末、さらにＴｉＮなとの金属窒化物粉末、ＴｉＢｚなど
の金属はう化物粉末、およびＦｅ、 八Ｑなどの金属粉
末を表面に付着させた後、この粉末付着物に高エネルギ
ービームを照射して、前記チタンおよびチタン合金母材
と前記付着粉末とを母材表面部で融合一体化させ、もっ
て表面部を硬化する方法、 があり、これらをチタン合金製機械摺動部品に適用する
ことが検討されている。
（発明が解決しようとする課題）
しかし、上記した■および■の方法によって、例えば歯
車等のチタン合金製摺動部に、硬化肉盛を実施しても、
使用される粉末が金属酸化物粉末、金属炭化物粉末、金
属窒化物粉末、および金属はう化物粉末の場合には、母
材の表面硬さはビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００〜１ｏ
ｏｏ程度に上昇して、非常に硬くなるが、逆にもろくな
って、使用中および硬化処理中に硬化部に割れが生じた
り、硬化処理部に気泡が発生したりして健全な硬化部を
形成することができない場合が多く発生する。また現行
の鉄系シート材との耐摩耗テストにおいても大部分の硬
質粉末は耐摩耗性の改善が不十分であった。
車等のチタン合金製摺動部に、硬化肉盛を実施しても、
使用される粉末が金属酸化物粉末、金属炭化物粉末、金
属窒化物粉末、および金属はう化物粉末の場合には、母
材の表面硬さはビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００〜１ｏ
ｏｏ程度に上昇して、非常に硬くなるが、逆にもろくな
って、使用中および硬化処理中に硬化部に割れが生じた
り、硬化処理部に気泡が発生したりして健全な硬化部を
形成することができない場合が多く発生する。また現行
の鉄系シート材との耐摩耗テストにおいても大部分の硬
質粉末は耐摩耗性の改善が不十分であった。
また、粉末が金属粉末である場合には、母材の表面硬さ
は、Ｈｖ３００〜３８０程度しか上昇せず、耐摩耗性改
善の面から十分ではなかった。
は、Ｈｖ３００〜３８０程度しか上昇せず、耐摩耗性改
善の面から十分ではなかった。
本発明は、上記したような従来の問題点を解消できる優
れた耐摩耗性を有するチタン合金製機械摺動部品の製造
方法並びにそのための肉盛材料を提供することを目的と
している。
れた耐摩耗性を有するチタン合金製機械摺動部品の製造
方法並びにそのための肉盛材料を提供することを目的と
している。
（課題を解決するための手段）
本発明者等は、上述のような観点から、チタン合金製機
械摺動部品に、耐摩耗性にすぐれ、かつ硬化処理中に割
れや気泡などの欠陥の発生がなく、また使用中にも割れ
の発生がない硬化肉盛層を形成すべく種々研究を行った
。その結果、機械摺動部品の表面に公知のＰＴＡ法、Ｔ
ＩＧ法およびＭＩＧ法、さらにレーザビーム法および電
子ビーム法などを用いて硬化肉盛層を形成するに際して
、肉盛用粉末として、公知の材料である純Ｔｉ、α型Ｔ
ｉ合金、（α＋β）型Ｔｔ金合金たはβ型Ｔｉ合金を、
アトマイズ法によらず、例えば水素化チタン粉砕法によ
って形状を望ましくは多角形状とすると共に粒度範囲を
６０〜２５０メツシユに調整してなるＴｉまたはＴｉ合
金粉末をベース粉とした混合粉末を使用することにより
、肉盛部をβチタン相に炭化チタンが晶出および／また
は析出・分散した金属組織構造またはβチタン相に炭化
チタンと硬質物質が分散および／または析出・分散した
金属組織構造とすることで耐摩耗性を向上させ得ること
を知り、本発明を完成した。
械摺動部品に、耐摩耗性にすぐれ、かつ硬化処理中に割
れや気泡などの欠陥の発生がなく、また使用中にも割れ
の発生がない硬化肉盛層を形成すべく種々研究を行った
。その結果、機械摺動部品の表面に公知のＰＴＡ法、Ｔ
ＩＧ法およびＭＩＧ法、さらにレーザビーム法および電
子ビーム法などを用いて硬化肉盛層を形成するに際して
、肉盛用粉末として、公知の材料である純Ｔｉ、α型Ｔ
ｉ合金、（α＋β）型Ｔｔ金合金たはβ型Ｔｉ合金を、
アトマイズ法によらず、例えば水素化チタン粉砕法によ
って形状を望ましくは多角形状とすると共に粒度範囲を
６０〜２５０メツシユに調整してなるＴｉまたはＴｉ合
金粉末をベース粉とした混合粉末を使用することにより
、肉盛部をβチタン相に炭化チタンが晶出および／また
は析出・分散した金属組織構造またはβチタン相に炭化
チタンと硬質物質が分散および／または析出・分散した
金属組織構造とすることで耐摩耗性を向上させ得ること
を知り、本発明を完成した。
ここに、本発明の要旨は、
■少なくとも摺動部に、外皮がチタンまたはチタン合金
であって、内蔵物がチタンのβ安定化元素を含む炭化物
と、さらに必要に応じてチタンまたはチタン合金と、ま
たさらに必要に応じて硬質物質を含む粉末であるコアー
ドヮイヤを用いて肉盛りして、少なくともβチタン相に
炭化チタンを晶出および／または析出分散させ、または
これらと硬質物質を分散させるチタン合金製機械摺動部
品の製造方法であり、 ■少なくとも摺動部に、βチタン中に炭化チタンまたは
炭化チタンと硬質物質を含むチタン複合合金線材を用い
て肉盛りして、少なくともβチタン相に炭化チタンを晶
出および／または析出分散させ、またはこれらと硬質物
質を分散させるチタン合金製機械摺動部品の製造方法で
あり、■外皮がチタンまたはチタン合金であって、内蔵
物がチタンのβ安定化元素を含む炭化物、または必要に
応じてチタンまたはチタン合金、さらにまたは必要に応
じて硬質物質を含む粉末であるコアードワイヤ型の肉盛
材料であり、 ■βチタン素地に炭化チタンまたは炭化チタンと硬質物
質を含むチタン複合合金線材または粉末肉盛材料である
。
であって、内蔵物がチタンのβ安定化元素を含む炭化物
と、さらに必要に応じてチタンまたはチタン合金と、ま
たさらに必要に応じて硬質物質を含む粉末であるコアー
ドヮイヤを用いて肉盛りして、少なくともβチタン相に
炭化チタンを晶出および／または析出分散させ、または
これらと硬質物質を分散させるチタン合金製機械摺動部
品の製造方法であり、 ■少なくとも摺動部に、βチタン中に炭化チタンまたは
炭化チタンと硬質物質を含むチタン複合合金線材を用い
て肉盛りして、少なくともβチタン相に炭化チタンを晶
出および／または析出分散させ、またはこれらと硬質物
質を分散させるチタン合金製機械摺動部品の製造方法で
あり、■外皮がチタンまたはチタン合金であって、内蔵
物がチタンのβ安定化元素を含む炭化物、または必要に
応じてチタンまたはチタン合金、さらにまたは必要に応
じて硬質物質を含む粉末であるコアードワイヤ型の肉盛
材料であり、 ■βチタン素地に炭化チタンまたは炭化チタンと硬質物
質を含むチタン複合合金線材または粉末肉盛材料である
。
（作用）
機械摺動部品として用いられているチタン合金トシテハ
、 （α＋β）型Ｔｉ系（７）Ｔｉ −６ＡＱ −４Ｖ
合金やＮｅａｒ α型Ｔｉ系のＴｉ ６ＡＱ２Ｓｎ−
４Ｚｒ−２Ｍｏ等があるが、本発明に使用するチタン合
金は強度が１００ ｋｇ／ｍｍ”程度以上のものが望ま
しい。
、 （α＋β）型Ｔｉ系（７）Ｔｉ −６ＡＱ −４Ｖ
合金やＮｅａｒ α型Ｔｉ系のＴｉ ６ＡＱ２Ｓｎ−
４Ｚｒ−２Ｍｏ等があるが、本発明に使用するチタン合
金は強度が１００ ｋｇ／ｍｍ”程度以上のものが望ま
しい。
チタン部品の製造に当たっては望ましくは、そのような
Ｔｉ合金を用いて、熱間鍛造により一体物として製造す
るが、これはこの方法によるのが最もコストが安いから
である。そしてこの熱間鍛造にて製造された機械摺動部
品を切削加工によって、スケール除去、寸法だしを行い
、摺動部に硬化肉盛溶接を実施するのである。
Ｔｉ合金を用いて、熱間鍛造により一体物として製造す
るが、これはこの方法によるのが最もコストが安いから
である。そしてこの熱間鍛造にて製造された機械摺動部
品を切削加工によって、スケール除去、寸法だしを行い
、摺動部に硬化肉盛溶接を実施するのである。
本発明において、コアードライヤー中の硬化肉盛粉末の
粒度範囲、形状、混合粉末の種類について、望ましい範
囲と理由を以下に説明する。
粒度範囲、形状、混合粉末の種類について、望ましい範
囲と理由を以下に説明する。
（ａ）チタンまたはチタン合金粉末
チタンまたはチタン合金粉末とβ安定化元素を含む炭化
物との混合粉を用いるのは、成分と混合量を目的、部品
材質、肉盛り量に応じてβ相とする成分とＴｉＣの晶出
および／または析出・分散量を制御し、均一化するため
である。肉盛り工程に供する部品は完成品から肉盛り部
が欠如した形状とするのが良好な使用方法であり、この
欠如部にＴｉＣが晶出および／または析出・分散した主
としてβ相からなる新合金を形成させるのである。この
相はβ相であることが望ましく、α相が存在していても
良い。従ってその新合金は、適当な硬さと延性を持つ必
要があるためチタンまたはチタン合金との混合粉である
ことが必要である。
物との混合粉を用いるのは、成分と混合量を目的、部品
材質、肉盛り量に応じてβ相とする成分とＴｉＣの晶出
および／または析出・分散量を制御し、均一化するため
である。肉盛り工程に供する部品は完成品から肉盛り部
が欠如した形状とするのが良好な使用方法であり、この
欠如部にＴｉＣが晶出および／または析出・分散した主
としてβ相からなる新合金を形成させるのである。この
相はβ相であることが望ましく、α相が存在していても
良い。従ってその新合金は、適当な硬さと延性を持つ必
要があるためチタンまたはチタン合金との混合粉である
ことが必要である。
チタン合金粉末の形状は多角形状とするのが好ましい。
この理由は、ＰＲＥＰ法やアトマイズ法などより製造さ
れた球状粉末に比して、硬化肉盛時に溶融池での溶解性
および分散均質化性が良好であると共に、炭化タングス
テン、炭化クロムや純金属粉末等の粉末との均一混合性
がよく、均一な混合粉末を得るのが容易となるからであ
る。なお、混合粉末ではな（、β相素地にＴｉｃが分散
した粉末をＰＲ［！Ｐ法にてつくることができ、そのよ
うな粉末でも問題はない。
れた球状粉末に比して、硬化肉盛時に溶融池での溶解性
および分散均質化性が良好であると共に、炭化タングス
テン、炭化クロムや純金属粉末等の粉末との均一混合性
がよく、均一な混合粉末を得るのが容易となるからであ
る。なお、混合粉末ではな（、β相素地にＴｉｃが分散
した粉末をＰＲ［！Ｐ法にてつくることができ、そのよ
うな粉末でも問題はない。
ところで、上記の多角形粉末の製造方法としては、主要
工程が、Ｔｉ合金鋳塊→水素化→粉砕→リーチング、乾
燥→ふるいわけ→水素化Ｔｉ合金粉末→脱水素→粉砕→
ふるいわけ→Ｔｉ合金粉末からなる水素化チタン粉砕法
によって製造するのが望ましい。
工程が、Ｔｉ合金鋳塊→水素化→粉砕→リーチング、乾
燥→ふるいわけ→水素化Ｔｉ合金粉末→脱水素→粉砕→
ふるいわけ→Ｔｉ合金粉末からなる水素化チタン粉砕法
によって製造するのが望ましい。
チタン合金粉末の含有酸素量は特に限定されないが、０
．２〜０．５ｗｔ％が望ましい。酸素には、母材へのぬ
れ性および溶は込み性を良好ならしめ、かつ硬さを向上
せしめ、例えば衝撃的な力のかかる摩耗時の塑性変形を
防止する働きがある。したがって、この範囲内であれば
肉盛部の硬さがＨｖ３７０〜５５０程度となって、衝撃
時の塑性変形を防止するからである。
．２〜０．５ｗｔ％が望ましい。酸素には、母材へのぬ
れ性および溶は込み性を良好ならしめ、かつ硬さを向上
せしめ、例えば衝撃的な力のかかる摩耗時の塑性変形を
防止する働きがある。したがって、この範囲内であれば
肉盛部の硬さがＨｖ３７０〜５５０程度となって、衝撃
時の塑性変形を防止するからである。
チタン合金粉末の含有酸素量を０．２〜０．５ ｖｖｔ
％が望ましいとしたが、この範囲より少ない場合は含有
酸素量を調整するためにＴｉＯ□粉末を用いてもよい。
％が望ましいとしたが、この範囲より少ない場合は含有
酸素量を調整するためにＴｉＯ□粉末を用いてもよい。
高酸素のＴｉ合金粉末を製造することは、特別に高酸素
のＴｉ合金鋳塊をつくらねばならないことがあるため、
Ｔｉｅ、等チタン酸化物で酸素量を調整すればコストが
安くなるからである。
のＴｉ合金鋳塊をつくらねばならないことがあるため、
Ｔｉｅ、等チタン酸化物で酸素量を調整すればコストが
安くなるからである。
（ｂ）混合粉末の種類
混合粉末として、用いるβ安定化元素を含む炭化物とし
ては、例えば炭化タングステン、炭化モリブデンおよび
／または炭化クロム粉末等のβ安定化元素を含む炭化物
を１種以上用いるのが望ましい。さらに硬質物質を加え
てもよい。
ては、例えば炭化タングステン、炭化モリブデンおよび
／または炭化クロム粉末等のβ安定化元素を含む炭化物
を１種以上用いるのが望ましい。さらに硬質物質を加え
てもよい。
混合粉末として、上記したものを用いるのは、各種硬質
粉末を混合して肉盛りを実施し、肉盛部の鉄系材料への
耐摩耗性を調査したところ、炭化タングステン例えばＷ
、Ｃ，炭化クロム例えばＣｒ５Ｃｚを混合して肉盛した
肉盛部の耐摩耗性がきわめて良好だったからである。そ
の場合、”２Ｃ％ Ｃｒ３Ｃ２は一部マトリックスに一
部または全部溶解し、マトリックスをβ相Ｔｉとなし、
溶解したＣがＴｉと反応１ してＴｉＣとなる。そして、このＴｉＣとβ相が相乗的
に作用し耐摩耗性を発揮されるものと考えられる。
粉末を混合して肉盛りを実施し、肉盛部の鉄系材料への
耐摩耗性を調査したところ、炭化タングステン例えばＷ
、Ｃ，炭化クロム例えばＣｒ５Ｃｚを混合して肉盛した
肉盛部の耐摩耗性がきわめて良好だったからである。そ
の場合、”２Ｃ％ Ｃｒ３Ｃ２は一部マトリックスに一
部または全部溶解し、マトリックスをβ相Ｔｉとなし、
溶解したＣがＴｉと反応１ してＴｉＣとなる。そして、このＴｉＣとβ相が相乗的
に作用し耐摩耗性を発揮されるものと考えられる。
β化安定化元素を含む他の炭化物として、バナジウムカ
ーバイドがある。要するにチタンまたはチタン合金中に
溶解してβ安定化元素を分離し、β安定化元素はチタン
またはチタン合金中に溶解して素地をβ相化し、炭素は
チタンと結合してＴｉＣとなり易い元素を含む炭化物を
用いる。
ーバイドがある。要するにチタンまたはチタン合金中に
溶解してβ安定化元素を分離し、β安定化元素はチタン
またはチタン合金中に溶解して素地をβ相化し、炭素は
チタンと結合してＴｉＣとなり易い元素を含む炭化物を
用いる。
硬質物質とは、各種酸化物（例： Ａ（１２０３，５ｔ
（ｈ、ＴｉＯ□） 、窒化物（例： ＴｉＮ 、 Ｚｒ
Ｎ 、 ＨｆＮ）、炭化物（例：ＳｉＣ，ＡＱａＣｓ
、ＨｆＣ）、ホウ化物（例： Ｔｉ８２、ＺｎＢ２）
、金属間化合物等のβ安定化元素を含まない物質である
。
（ｈ、ＴｉＯ□） 、窒化物（例： ＴｉＮ 、 Ｚｒ
Ｎ 、 ＨｆＮ）、炭化物（例：ＳｉＣ，ＡＱａＣｓ
、ＨｆＣ）、ホウ化物（例： Ｔｉ８２、ＺｎＢ２）
、金属間化合物等のβ安定化元素を含まない物質である
。
（Ｃ）炭化物の混合量
β安定化元素を含む炭化物の混合量は肉盛部の素地にβ
Ｔｉ相を生成させるのに必要な量以上の炭化物を混合す
る必要がある。βＴｉ相の量が多い程、耐摩耗性は向上
する。
Ｔｉ相を生成させるのに必要な量以上の炭化物を混合す
る必要がある。βＴｉ相の量が多い程、耐摩耗性は向上
する。
また必要に応じてＭｏ、 ５ｎＳＺｒ、 Ｎｉ等の純金
属粉２ を、β相の硬度調整のために用いてもよい。
属粉２ を、β相の硬度調整のために用いてもよい。
上述の炭化物の混合割合は特に限定されないが、混合粉
末の主成分であるチタン合金が、例えばＴｉ６Ａ（ｉ−
４Ｖ合金であって、β安定化元素を含む炭化物がＷ２Ｃ
の場合は１５−ｔ％以上、Ｃｒ３Ｃ２の場合は５ｗｔ％
以上が望ましく、この割合以下では全ての素地がβＴｉ
相とならず、さらに生成するＴｉＣ量が少ないため、使
用条件によっては所望の耐摩耗性改善効果が乏しい。上
限はＷ２Ｃの場合８０−ｔ％以下、Ｃｒ５Ｃｚの場合は
３０ｗｔ％以下が望ましい。この割合を越えると肉盛部
に割れが生じたり、靭性が劣化する場合がある。またー
、Ｃ、Ｃｒ、、Ｃ２等の粒度も前記混合割合と同様、特
に限定されないが、例えば６０メツシユ以下の細粒であ
ればよい。なお、−２Ｃ混合粉を用いた場合、ＬＣの未
溶解粒子が肉盛部に残る場合があるが耐摩耗性は特に問
題ない。また、肉盛部を３５０〜５５０°Ｃの温度範囲
で時効処理すれば、αチタン相が析出して（α十β）相
となり、相手材との耐摩耗適合性を向上させるが、コス
トとの兼ね合いで実施すればよい。
末の主成分であるチタン合金が、例えばＴｉ６Ａ（ｉ−
４Ｖ合金であって、β安定化元素を含む炭化物がＷ２Ｃ
の場合は１５−ｔ％以上、Ｃｒ３Ｃ２の場合は５ｗｔ％
以上が望ましく、この割合以下では全ての素地がβＴｉ
相とならず、さらに生成するＴｉＣ量が少ないため、使
用条件によっては所望の耐摩耗性改善効果が乏しい。上
限はＷ２Ｃの場合８０−ｔ％以下、Ｃｒ５Ｃｚの場合は
３０ｗｔ％以下が望ましい。この割合を越えると肉盛部
に割れが生じたり、靭性が劣化する場合がある。またー
、Ｃ、Ｃｒ、、Ｃ２等の粒度も前記混合割合と同様、特
に限定されないが、例えば６０メツシユ以下の細粒であ
ればよい。なお、−２Ｃ混合粉を用いた場合、ＬＣの未
溶解粒子が肉盛部に残る場合があるが耐摩耗性は特に問
題ない。また、肉盛部を３５０〜５５０°Ｃの温度範囲
で時効処理すれば、αチタン相が析出して（α十β）相
となり、相手材との耐摩耗適合性を向上させるが、コス
トとの兼ね合いで実施すればよい。
ところで、肉盛材料の形態としては、前述のように、■
チタンまたはチタン合金粉末とβ安定化元素を含む炭化
物、硬質物質の粉末との混合粉を内蔵物とし、外皮がチ
タンまたはチタン合金であるコアードワイヤを用いて肉
盛する方法と、■βチタン中に炭化チタン、硬質物質が
分散したチタン基複合合金線材および粉末を用いる方法
とがある。
チタンまたはチタン合金粉末とβ安定化元素を含む炭化
物、硬質物質の粉末との混合粉を内蔵物とし、外皮がチ
タンまたはチタン合金であるコアードワイヤを用いて肉
盛する方法と、■βチタン中に炭化チタン、硬質物質が
分散したチタン基複合合金線材および粉末を用いる方法
とがある。
肉盛用コアードワイヤの製造方法としては、チタンまた
はチタン合金薄帯を用いて、上記混合粉末を捲き込んで
線材にするという溶接肉盛用コアードワイヤを製造する
慣用の方法またはチタンまたはチタン合金管に上記混合
粉末を入れてスェージングする等の方法で作ればよい。
はチタン合金薄帯を用いて、上記混合粉末を捲き込んで
線材にするという溶接肉盛用コアードワイヤを製造する
慣用の方法またはチタンまたはチタン合金管に上記混合
粉末を入れてスェージングする等の方法で作ればよい。
この場合、薄帯または管としてチタンまたはチタン合金
は、混合粉の場合のチタンまたはチタン合金粉に相当す
る。
は、混合粉の場合のチタンまたはチタン合金粉に相当す
る。
また、肉盛用材料としてのチタン基炭化物分散複合合金
線材の製造方法としては、ＶＡＲ等を利用し、Ｔ１合金
粉末例えばＴｌ−６八Ｑ−４ＶとＣｒ５Ｃｚ、Ｗ。Ｃ粉
末を混合した電極をつくり、溶解することで、βチタン
相素地に炭化チタンを晶出および／または析出・分散し
たインゴットとする。このインゴットを約１１５０°Ｃ
に加熱、仕上げ温度８００℃以上の圧延条件により、直
径５．５１の熱間圧延線材となし、続いて冷間伸線する
ことで、直径１〜４ｍｍ程度の肉盛用チタン基複合線材
を製造することができる。なお、硬質物質を同時に混合
溶解し、分散させることもできる。
線材の製造方法としては、ＶＡＲ等を利用し、Ｔ１合金
粉末例えばＴｌ−６八Ｑ−４ＶとＣｒ５Ｃｚ、Ｗ。Ｃ粉
末を混合した電極をつくり、溶解することで、βチタン
相素地に炭化チタンを晶出および／または析出・分散し
たインゴットとする。このインゴットを約１１５０°Ｃ
に加熱、仕上げ温度８００℃以上の圧延条件により、直
径５．５１の熱間圧延線材となし、続いて冷間伸線する
ことで、直径１〜４ｍｍ程度の肉盛用チタン基複合線材
を製造することができる。なお、硬質物質を同時に混合
溶解し、分散させることもできる。
コアードワイヤ、肉盛用複合合金線材を使用し、ＴＩＧ
、旧Ｇ１電子ビーム法、レーザ、プラズマトーチ等を用
いて、Ｔｉ合金摺動部に肉盛りすることで、肉盛部には
、βチタン相に炭化チタンが晶出および／または析出・
分散した金属組織構造を得ることができ、摺動部の耐摩
耗性は改善される。
、旧Ｇ１電子ビーム法、レーザ、プラズマトーチ等を用
いて、Ｔｉ合金摺動部に肉盛りすることで、肉盛部には
、βチタン相に炭化チタンが晶出および／または析出・
分散した金属組織構造を得ることができ、摺動部の耐摩
耗性は改善される。
なお、ＰＲＥＰ法を用いれば上記鍛伸材より、チタン基
複合合金粉末をつくることができる。これによる肉盛部
の耐摩耗性も良好である。
複合合金粉末をつくることができる。これによる肉盛部
の耐摩耗性も良好である。
（実施例１）
水素化チタン粉砕法により多角形状としたそれ５
ぞれ下記第１表に示される成分組成のＴｉ合金粉末と、
いずれも粒度範囲が１００〜３５０メツシユのＴｉ０ｚ
粉末、ＭＯ２Ｃ，ＬＣおよびＣｒ＋Ｃｚ粉末を用意し、
これらの粉末を用いて、同じく第１表に示される混合割
合の本発明に使用する添加粉末■〜■を調製し、次いで
、これらの添加粉末■〜■を用いて純Ｔｉの０．４厚×
幅１１ｍｍ薄帯を外皮とし、通常の溶接用コアードワイ
ヤ製造方法である単頭伸線機により、連続的に被覆加工
し、外径が３．５ｍｍで、内蔵物が■〜■の混合粉末で
あるコアードワイヤを製造した。
いずれも粒度範囲が１００〜３５０メツシユのＴｉ０ｚ
粉末、ＭＯ２Ｃ，ＬＣおよびＣｒ＋Ｃｚ粉末を用意し、
これらの粉末を用いて、同じく第１表に示される混合割
合の本発明に使用する添加粉末■〜■を調製し、次いで
、これらの添加粉末■〜■を用いて純Ｔｉの０．４厚×
幅１１ｍｍ薄帯を外皮とし、通常の溶接用コアードワイ
ヤ製造方法である単頭伸線機により、連続的に被覆加工
し、外径が３．５ｍｍで、内蔵物が■〜■の混合粉末で
あるコアードワイヤを製造した。
このコアードワイヤを用い、第１図に概略図で示される
プラズマトーチ法、またはＴＩＧ法にて、電流１５０Ａ
、電圧３５ｖ１ シールド＾ｒガス量１５１ ／ｍｉｎ
。
プラズマトーチ法、またはＴＩＧ法にて、電流１５０Ａ
、電圧３５ｖ１ シールド＾ｒガス量１５１ ／ｍｉｎ
。
プラズマ＾ｒガス量３ Ａ ／ｍｉｎ、肉盛速度５００
ｍｍ／ｍｉｎの条件で、直径１００ ｍｍＸ高さ４０ｍ
ｍのＴｉ−６Ａ（！−４Ｖ合金円板母材３上に肉盛硬化
層４を形成した。肉盛部はβＴｉ相素地にＴｉｃが微細
に晶出および／または析出し、一部の例ではさらに硬質
物質が分散した金属組織構造となっている。
ｍｍ／ｍｉｎの条件で、直径１００ ｍｍＸ高さ４０ｍ
ｍのＴｉ−６Ａ（！−４Ｖ合金円板母材３上に肉盛硬化
層４を形成した。肉盛部はβＴｉ相素地にＴｉｃが微細
に晶出および／または析出し、一部の例ではさらに硬質
物質が分散した金属組織構造となっている。
６
また、比較を目的として、同じくプラズマトーチ法また
はＴＩＧ法を用い、添加粉末として硬質粉末のみをその
ままノズル２にて供給する従来法■〜［相］および添加
粉末を用いず、酸素の吹き込みだけを行う従来法■、さ
らに、Ｔｉ合金粉末と肉盛部硬度アップのため、ＴｉＯ
□のみを混合した粉末を■〜■と同様にコアードワイヤ
ーとして用いた肉盛＠および＠、他の硬質セラミックス
粉末を混合した肉盛［相］〜■を実施した。
はＴＩＧ法を用い、添加粉末として硬質粉末のみをその
ままノズル２にて供給する従来法■〜［相］および添加
粉末を用いず、酸素の吹き込みだけを行う従来法■、さ
らに、Ｔｉ合金粉末と肉盛部硬度アップのため、ＴｉＯ
□のみを混合した粉末を■〜■と同様にコアードワイヤ
ーとして用いた肉盛＠および＠、他の硬質セラミックス
粉末を混合した肉盛［相］〜■を実施した。
次いで、この結果の表面硬化処理を施して母材３および
これらの処理を行う前の母材３から直径： １０ｍｍＸ
長さ：４０１１Ｉｌｌの摩耗試験片５を切り出し、その
表面を研磨した状態で摩耗試験に供した。
これらの処理を行う前の母材３から直径： １０ｍｍＸ
長さ：４０１１Ｉｌｌの摩耗試験片５を切り出し、その
表面を研磨した状態で摩耗試験に供した。
摩耗試験は、第２図に概略斜視図で示されるように、摩
耗試験片５の硬化部６をディスク７の上面に当接させた
状態で立役配置し、前記摩耗試験片５に荷重を作用させ
ながらディスク７を回転させるビンオンディスク方式に
て、 荷重 ：２ｋｇ 摺動速度 ： ６２．８ ｍ／ｌｌ１ｉｎ７ ６ 摺動距離 ： ２．５Ｘ１０’ ｍ相手材 ：
ＨＴ６０高張力鋼 潤滑油 ： なし の条件で行い、試験合金の摩耗試験片５の重量減を測定
した。これらの測定結果を併せて下記第１表に示した。
耗試験片５の硬化部６をディスク７の上面に当接させた
状態で立役配置し、前記摩耗試験片５に荷重を作用させ
ながらディスク７を回転させるビンオンディスク方式に
て、 荷重 ：２ｋｇ 摺動速度 ： ６２．８ ｍ／ｌｌ１ｉｎ７ ６ 摺動距離 ： ２．５Ｘ１０’ ｍ相手材 ：
ＨＴ６０高張力鋼 潤滑油 ： なし の条件で行い、試験合金の摩耗試験片５の重量減を測定
した。これらの測定結果を併せて下記第１表に示した。
なお、第１表には硬化層の硬さＨνを示すと共に、硬化
層の観察結果も示した。なお、この時のＴｉ６ＡＬ−４
Ｖ母材の硬度はＨｖ３３０であった。
層の観察結果も示した。なお、この時のＴｉ６ＡＬ−４
Ｖ母材の硬度はＨｖ３３０であった。
（以下余白）
一
８
第
１
表
第１表に示されるように、添加粉末としてＷｚＣとＣｒ
５Ｃｚ 、ＭｏｚＣ粉末を混合したＴｉ合金粉末（本発
明に使用する添加粉末■〜■）を用いて形成した肉盛硬
化層は、Ｔｉ合金母材との硬さ比較から明らかなように
、表面硬さが著しく上昇している。さらに、摩耗減量が
きわめて少なくなっており、耐摩耗性向上が見られる。
５Ｃｚ 、ＭｏｚＣ粉末を混合したＴｉ合金粉末（本発
明に使用する添加粉末■〜■）を用いて形成した肉盛硬
化層は、Ｔｉ合金母材との硬さ比較から明らかなように
、表面硬さが著しく上昇している。さらに、摩耗減量が
きわめて少なくなっており、耐摩耗性向上が見られる。
しかも肉盛硬化層には割れや気泡の発生がなく、良好な
状態を示している。
状態を示している。
これに対して、従来法■〜■で形成された硬化層におい
ては、いずれの場合も硬化層の硬さは上昇するものの、
割れや気泡が発生し、実用に供することができないもの
である。
ては、いずれの場合も硬化層の硬さは上昇するものの、
割れや気泡が発生し、実用に供することができないもの
である。
また、比較用の肉盛法＠■では硬化層の硬度は高く、気
泡の発生はないが、耐摩耗性の改善はあまり認められな
い。さらに、同しく比較用の肉盛法［相］〜■に示すよ
うに、単に硬質セラミックス粉末を混合しただけでは耐
摩耗性の改善は図れず、Ｗ２Ｃ、Ｍｏ□ＣまたはＣｒ５
Ｃｚ等のβ安定化元素を含む炭化物のみ耐摩耗性を改善
することが判明した。
泡の発生はないが、耐摩耗性の改善はあまり認められな
い。さらに、同しく比較用の肉盛法［相］〜■に示すよ
うに、単に硬質セラミックス粉末を混合しただけでは耐
摩耗性の改善は図れず、Ｗ２Ｃ、Ｍｏ□ＣまたはＣｒ５
Ｃｚ等のβ安定化元素を含む炭化物のみ耐摩耗性を改善
することが判明した。
なお、Ｔｉ合金粉中の酸素量が０．２％以下でＷ、Ｃ１
０ Ｃｒ３Ｃｚを混合しない場合は、肉盛の硬度が低くなり
、摩耗試験片の摺動部が塑性変形しているのが認められ
た。
０ Ｃｒ３Ｃｚを混合しない場合は、肉盛の硬度が低くなり
、摩耗試験片の摺動部が塑性変形しているのが認められ
た。
（実施例２）
実施例１の■の成分となるように、Ｔｉスポンジ、Ｍ−
Ｖ母合金、Ｃｒ３Ｃ２粉末、Ｍ合金粉末を用いて、ＶＡ
Ｒ電極となし、ＶＡＲ溶解ニテ、直径３００ ｍｍＸ長
さ５００ ｍｍの１５０ ｋｇインゴットとした。
Ｖ母合金、Ｃｒ３Ｃ２粉末、Ｍ合金粉末を用いて、ＶＡ
Ｒ電極となし、ＶＡＲ溶解ニテ、直径３００ ｍｍＸ長
さ５００ ｍｍの１５０ ｋｇインゴットとした。
このインゴットを１１５０°Ｃの温度で熱間鍛伸し、直
径９０ｉｎｍの鍛伸材とし、続いて、熱間圧延（加熱温
度１１５０°Ｃ）にて、直径５．５１の線材とした。
径９０ｉｎｍの鍛伸材とし、続いて、熱間圧延（加熱温
度１１５０°Ｃ）にて、直径５．５１の線材とした。
この線材を冷間伸線し、直径３．５開の肉盛線材を作成
した。この肉盛用線材を用い、実施例１の方法で、Ｔｉ
−６ＡＩ２−４Ｖ合金上に肉盛したところ、肉盛部はβ
Ｔｉ相素地に、ＴｉＣの微細品出および／または析出し
た組織となっており、実施例１と同一の耐摩耗試験にお
いて、実施例１の■のサンプルとほとんど差のない優れ
た耐摩耗性を示した。
した。この肉盛用線材を用い、実施例１の方法で、Ｔｉ
−６ＡＩ２−４Ｖ合金上に肉盛したところ、肉盛部はβ
Ｔｉ相素地に、ＴｉＣの微細品出および／または析出し
た組織となっており、実施例１と同一の耐摩耗試験にお
いて、実施例１の■のサンプルとほとんど差のない優れ
た耐摩耗性を示した。
また、直径９０關の鍛伸材より、ＰＲＥＰ用電極を作成
し、ＰＲＥＰ法により、＃６０〜＃２００の球状粉末を
製造した。この粉末を用い、プラズマ法にて直径１００
ｍｍＸ高さ４０ｍｍのＴｉ−６ＡＱ−４Ｖの組成をもっ
たＴｉ合金材からなる母材の表面に、第１図に概略図で
示される方法にて、プラズマトーチ１の速度： ５００
ｍｍ／ｍｉｎ、電流：１５〇八、電圧： ３５Ｖ 、プ
ラズマＡｒガス量： ３ ｌ／ｍｉｎ、シールドＡｒ
ガス量： １５１ ／ｍｉｎ、ノズル２からの粉末供給
量： ６ｃｃ／ｍｉｎ ％キャリアーＡｒガス量：２ｊ
！／ｍｉｎの条件でＴｉ−６Ｍ４Ｖ合金上に肉盛したと
ころ、肉盛部はβＴｉ相素地に、ＴｉＣの微細晶出およ
び／または析出した組織となっており、実施例１と同一
の耐摩耗試験において、実施例１の■のサンプルとほと
んど差のない優れた耐摩耗性を示した。
し、ＰＲＥＰ法により、＃６０〜＃２００の球状粉末を
製造した。この粉末を用い、プラズマ法にて直径１００
ｍｍＸ高さ４０ｍｍのＴｉ−６ＡＱ−４Ｖの組成をもっ
たＴｉ合金材からなる母材の表面に、第１図に概略図で
示される方法にて、プラズマトーチ１の速度： ５００
ｍｍ／ｍｉｎ、電流：１５〇八、電圧： ３５Ｖ 、プ
ラズマＡｒガス量： ３ ｌ／ｍｉｎ、シールドＡｒ
ガス量： １５１ ／ｍｉｎ、ノズル２からの粉末供給
量： ６ｃｃ／ｍｉｎ ％キャリアーＡｒガス量：２ｊ
！／ｍｉｎの条件でＴｉ−６Ｍ４Ｖ合金上に肉盛したと
ころ、肉盛部はβＴｉ相素地に、ＴｉＣの微細晶出およ
び／または析出した組織となっており、実施例１と同一
の耐摩耗試験において、実施例１の■のサンプルとほと
んど差のない優れた耐摩耗性を示した。
（発明の効果）
上述したように、本発明法によって製造したＴｆ合金製
機械摺動部品は耐摩耗性に非常に優れているので、長時
間ノンメインテナンスで使用することができるので歯車
その他の機械摺動部品に適用でき、産業の発展に寄与す
るところが大きい。
機械摺動部品は耐摩耗性に非常に優れているので、長時
間ノンメインテナンスで使用することができるので歯車
その他の機械摺動部品に適用でき、産業の発展に寄与す
るところが大きい。
第１図は、
プラズマトーチ法を示す概略断面図、
および
第２図は、摩耗試験態様を示す概略斜視図であプラズマ
トーチ ノズルまたはコアードワイヤー 母材 ４：肉盛硬化層 摩耗試験片 ６：硬化部 ディスク
トーチ ノズルまたはコアードワイヤー 母材 ４：肉盛硬化層 摩耗試験片 ６：硬化部 ディスク
Claims (8)
- （１）少なくとも摺動部に、外皮がチタンまたはチタン
合金であって、内蔵物がチタンのβ安定化元素を含む炭
化物と必要によりチタンまたはチタン合金を含む粉末で
あるコアードワイヤを用いて肉盛りして、少なくともβ
チタン相に炭化チタンを晶出および／または析出・分散
させて成る金属組織構造を形成させることを特徴とする
チタン合金製機械摺動部品の製造方法。 - （２）少なくとも摺動部に、外皮がチタンまたはチタン
合金であって、内蔵物がチタンのβ安定化元素を含む炭
化物と必要によりチタンまたはチタン合金と、さらに必
要により硬質物質を含む粉末であるコアードワイヤを用
いて肉盛りして、少なくともβチタン相に炭化チタンを
晶出および／または析出・分散させ、さらに硬質物質を
分散させて成る金属組織構造を形成させることを特徴と
するチタン合金製機械摺動部品の製造方法。 - （３）少なくとも摺動部に、βチタン中に炭化チタンを
含むチタン基複合合金線材を用いて肉盛りして、少なく
ともβチタン相に炭化チタンを晶出および／または析出
・分散させて成る金属組織構造を形成させることを特徴
とするチタン合金製機械摺動部品の製造方法。 - （４）少なくとも摺動部に、βチタン中に炭化チタンと
硬質物質を含むチタン基複合合金線材を用いて肉盛りし
て、少なくともβチタン相に炭化チタンを晶出および／
または析出・分散させ、さらに硬質物質を分散させて成
る金属組織構造を形成させることを特徴とするチタン合
金製機械摺動部品の製造方法。 - （５）外皮がチタンまたチタン合金であって、内蔵物が
チタンのβ安定化元素を含む炭化物とチタンまたはチタ
ン合金を含む粉末であることを特徴とするコアードワイ
ヤ型の肉盛材料。 - （６）外皮がチタンまたチタン合金であって、内蔵物が
チタンのβ安定化元素を含む炭化物とチタンまたはチタ
ン合金と硬質物質を含む粉末であることを特徴とするコ
アードワイヤ型肉盛材料。 - （７）βチタン中に炭化チタンを含むチタン基複合合金
線材または粉末であることを特徴とする肉盛材料。 - （８）βチタン中に炭化チタンと硬質物質を含むチタン
基複合合金線材または粉末であることを特徴とする肉盛
材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2587390A JPH03230866A (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | チタン合金製機械摺動部品の製造方法および肉盛材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2587390A JPH03230866A (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | チタン合金製機械摺動部品の製造方法および肉盛材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03230866A true JPH03230866A (ja) | 1991-10-14 |
Family
ID=12177909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2587390A Pending JPH03230866A (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | チタン合金製機械摺動部品の製造方法および肉盛材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03230866A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100517479B1 (ko) * | 2002-06-03 | 2005-09-28 | 김병두 | 내마모성이 우수한 티타늄계 용접와이어 |
| JP2024519304A (ja) * | 2021-05-03 | 2024-05-10 | エンベー ベカルト ソシエテ アノニム | パウダーインチューブ型のチタン堆積ワイヤ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5465144A (en) * | 1977-10-20 | 1979-05-25 | Pennwalt Corp | Surface hardening treatment of metal article |
| JPS6460707A (en) * | 1987-08-29 | 1989-03-07 | Sumitomo Metal Ind | Titanium alloy engine valve |
| JPH01212741A (ja) * | 1988-02-17 | 1989-08-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ＴｉおよびＴｉ合金母材の表面硬化肉盛用添加粉末 |
-
1990
- 1990-02-05 JP JP2587390A patent/JPH03230866A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5465144A (en) * | 1977-10-20 | 1979-05-25 | Pennwalt Corp | Surface hardening treatment of metal article |
| JPS6460707A (en) * | 1987-08-29 | 1989-03-07 | Sumitomo Metal Ind | Titanium alloy engine valve |
| JPH01212741A (ja) * | 1988-02-17 | 1989-08-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ＴｉおよびＴｉ合金母材の表面硬化肉盛用添加粉末 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100517479B1 (ko) * | 2002-06-03 | 2005-09-28 | 김병두 | 내마모성이 우수한 티타늄계 용접와이어 |
| JP2024519304A (ja) * | 2021-05-03 | 2024-05-10 | エンベー ベカルト ソシエテ アノニム | パウダーインチューブ型のチタン堆積ワイヤ |
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