JPH03238193A - アルミニウム合金基材への硬化肉盛方法 - Google Patents
アルミニウム合金基材への硬化肉盛方法Info
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- JPH03238193A JPH03238193A JP2031400A JP3140090A JPH03238193A JP H03238193 A JPH03238193 A JP H03238193A JP 2031400 A JP2031400 A JP 2031400A JP 3140090 A JP3140090 A JP 3140090A JP H03238193 A JPH03238193 A JP H03238193A
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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〕
木兄“咽は、金属の便化肉盛（ハードフェーシング）に
関し、より詳しくは、アルミニウム合金基材への硬化肉
盛に関するものである。
関し、より詳しくは、アルミニウム合金基材への硬化肉
盛に関するものである。
アルミニウム合金基材の表面に肉盛層（溶着金属層）を
形成することは、−膜内に難しく、肉盛材料としてアル
ミニウム系ないし銅系の金属材料が使用されている。こ
れらの金属材料以外でのアルミニウム合金基材への肉盛
は困難であり、アルミニウム系ないし銅系の肉盛材料で
もってその組成比を変えるなりして、用途に応じた肉盛
を行っている。
形成することは、−膜内に難しく、肉盛材料としてアル
ミニウム系ないし銅系の金属材料が使用されている。こ
れらの金属材料以外でのアルミニウム合金基材への肉盛
は困難であり、アルミニウム系ないし銅系の肉盛材料で
もってその組成比を変えるなりして、用途に応じた肉盛
を行っている。
アルミニウム系の肉盛材料あるいは銅系の肉盛材料では
、硬度および耐熱性に限界があって、高温かつ耐摩耗性
が要求されるところには使用できなかった。
、硬度および耐熱性に限界があって、高温かつ耐摩耗性
が要求されるところには使用できなかった。
本発明の目的は、従来のアルミニウム系ないし銅系の肉
盛層に代わる硬化肉盛層を形成する方法を提供すること
である。
盛層に代わる硬化肉盛層を形成する方法を提供すること
である。
上述の目的が、下記組成ニ
クロム （Ｃｒ） ： １０〜７０ｗｔ％炭素
（Ｃ） ： ０．３〜３ｗｔ％鉄および不可避的
不純物：残部 の肉盛材料をアルミニウム合金基材の上に載せ、レーザ
照射によって溶着金属層にすることを特徴とするアルミ
ニウム合金基材への硬化肉盛方法によって達成される。
（Ｃ） ： ０．３〜３ｗｔ％鉄および不可避的
不純物：残部 の肉盛材料をアルミニウム合金基材の上に載せ、レーザ
照射によって溶着金属層にすることを特徴とするアルミ
ニウム合金基材への硬化肉盛方法によって達成される。
また、上述の肉盛材料に３０ｗｔ％以下のニッケル（Ｎ
ｉ ）、２０ｗｔ％以下のコバルト（ＣＯ）および１０
ｗｔ％以下の炭化物形成元素の少なくともいずれか一種
を添加して耐食性ないし耐摩耗性を向上させることが出
来る。
ｉ ）、２０ｗｔ％以下のコバルト（ＣＯ）および１０
ｗｔ％以下の炭化物形成元素の少なくともいずれか一種
を添加して耐食性ないし耐摩耗性を向上させることが出
来る。
本発明に係る硬化肉盛層の組成は基本的には鉄（Ｆｅ
）ベースの金属材料であり、広く採用されているＴＩＧ
ないしＭＩＧアークの熱源でアルミニウム合金基材へ肉
盛することは出来ないが、レーザのエネルギーを利用し
て肉盛材料だけを溶融するようにすれば、肉盛できるこ
とを本発明者らは見出した。
）ベースの金属材料であり、広く採用されているＴＩＧ
ないしＭＩＧアークの熱源でアルミニウム合金基材へ肉
盛することは出来ないが、レーザのエネルギーを利用し
て肉盛材料だけを溶融するようにすれば、肉盛できるこ
とを本発明者らは見出した。
硬化肉盛層の組成範囲を上述のように規定した理由は次
の通りである。
の通りである。
クロム含有量が１０ｗｔ％以下であると、肉盛が困難と
なり、一方７０ｗｔ％以上であると、ビード割れが発生
し易くなる。炭素含有量が０．３ｗｔ％以下であると、
母材のアルミニウム合金に希釈され（合金化され）て肉
盛層が脆くなり、一方ａｗｔ％以上であると、ビード割
れが発生する。ニッケルおよびコバルトは耐食性を向上
させる元素であるが、ニッケルが３０ｗｔ％以上では肉
盛が困難となり、また、コバルトが２０ｗｔ％以上でも
肉盛が困難となる。そして、炭化物形成元素とはタング
ステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などであり、耐摩耗
性を向上させるが、１０ｗｔ％以上添加したものは肉盛
が困難である。
なり、一方７０ｗｔ％以上であると、ビード割れが発生
し易くなる。炭素含有量が０．３ｗｔ％以下であると、
母材のアルミニウム合金に希釈され（合金化され）て肉
盛層が脆くなり、一方ａｗｔ％以上であると、ビード割
れが発生する。ニッケルおよびコバルトは耐食性を向上
させる元素であるが、ニッケルが３０ｗｔ％以上では肉
盛が困難となり、また、コバルトが２０ｗｔ％以上でも
肉盛が困難となる。そして、炭化物形成元素とはタング
ステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などであり、耐摩耗
性を向上させるが、１０ｗｔ％以上添加したものは肉盛
が困難である。
本発明では上述の肉盛材料を合金粉末として用意し、ア
ルミニウム合金基材の表面へ載せ、そこヘレーザを下記
条件で走査照射して溶着金属層（肉盛層）とすることが
好ましい。
ルミニウム合金基材の表面へ載せ、そこヘレーザを下記
条件で走査照射して溶着金属層（肉盛層）とすることが
好ましい。
レーザ出力 〜３．５〜１０ｋＷ
レ一ザビーム面積：０．１〜５ｍｍ２
肉盛形成速度 ＝３００〜１５００ｍｍ／ｍｉｎ母材
（基材）のアルミニウム合金は比較的低融点（約５００
〜６００℃）の金属であり、本発明での鉄ベース肉盛材
料（Ｆｅ−Ｃｒ材、融点約１３００〜１４００℃）と比
較して溶融しやすいので、加熱エネルギーを肉盛材料の
みに集中させる必要があり、加熱エネルギー印加面積を
絞ることのできるレーザビームを用いる。レーザビーム
面積である照射面積が０．１ｍｍ”以下では処理面積が
小さすぎて、肉盛時間がかかりすぎる。一方５ｍｍ２以
上にすると、エネルギー密度が低くなることになり、鉄
ベース肉盛材料が溶融しなくなり、レーザ出力を上げて
溶融する場合には基材へも熱エネルギーが流れてアルミ
ニウム合金基材をも溶解することになってしまう。この
場合の合金形成層は、特に鉄濃度が高いと、硬く、脆く
かつ不均質であり、好ましくない。レーザ出力が３．５
ｋＷ以下では投入エネルギー不足で肉盛形成が困難であ
り、一方１０ｋＷ以上では基材までも溶融して好ましく
ない合金層が形成されてしまう。さらに、肉盛形成速度
（形成した肉盛層の長さを時間で割ったもの）が３００
ｍｍ／ｍｉｎ以下では、生産性が低く、一方１５００ｍ
ｍ／ｍｉｎ以上では、ビード割れが発生する。
（基材）のアルミニウム合金は比較的低融点（約５００
〜６００℃）の金属であり、本発明での鉄ベース肉盛材
料（Ｆｅ−Ｃｒ材、融点約１３００〜１４００℃）と比
較して溶融しやすいので、加熱エネルギーを肉盛材料の
みに集中させる必要があり、加熱エネルギー印加面積を
絞ることのできるレーザビームを用いる。レーザビーム
面積である照射面積が０．１ｍｍ”以下では処理面積が
小さすぎて、肉盛時間がかかりすぎる。一方５ｍｍ２以
上にすると、エネルギー密度が低くなることになり、鉄
ベース肉盛材料が溶融しなくなり、レーザ出力を上げて
溶融する場合には基材へも熱エネルギーが流れてアルミ
ニウム合金基材をも溶解することになってしまう。この
場合の合金形成層は、特に鉄濃度が高いと、硬く、脆く
かつ不均質であり、好ましくない。レーザ出力が３．５
ｋＷ以下では投入エネルギー不足で肉盛形成が困難であ
り、一方１０ｋＷ以上では基材までも溶融して好ましく
ない合金層が形成されてしまう。さらに、肉盛形成速度
（形成した肉盛層の長さを時間で割ったもの）が３００
ｍｍ／ｍｉｎ以下では、生産性が低く、一方１５００ｍ
ｍ／ｍｉｎ以上では、ビード割れが発生する。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例を含む
実験例によって本発明の詳細な説明する。
実験例によって本発明の詳細な説明する。
実験−上
クロム、炭素および鉄（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ）の成分からな
り、かつクロムおよび炭素の含有量を第１図に示したよ
うにした多数のサンプルでの合金溶湯を作り、アトマイ
ズ法によって合金粉末として肉盛材料を用意した。
り、かつクロムおよび炭素の含有量を第１図に示したよ
うにした多数のサンプルでの合金溶湯を作り、アトマイ
ズ法によって合金粉末として肉盛材料を用意した。
アルミニウム合金基材としてアルミニウム合金鋳物（Ａ
Ｃ２Ｂ ： ＪＩＳ Ｈ５２０２）板を用意して、合
金粉末の肉盛材料を該板の上に連続的に載せ、そこに下
記条件でレーザを照射した。
Ｃ２Ｂ ： ＪＩＳ Ｈ５２０２）板を用意して、合
金粉末の肉盛材料を該板の上に連続的に載せ、そこに下
記条件でレーザを照射した。
レーザ出力 ：４ｋＷ
レーザビーム面積：０．５ｍｍ２
肉盛形成速度 ： ３ Ｑ Ｑｒｎｍ／ｍｉｎレーザ
オシレーション幅：６ｍｍ オシレーション数：２００Ｈｚ レーザ照射によって肉盛材料を溶解し、溶着金属層（肉
盛層）をアルミニウム合金鋳物板上に形成して、その外
観、硬度などを調べ、第１図に示す結果が得られた。第
１図中、Ａは肉盛出来ていなかったサンプル、Ｂは溶着
金属層が鋳物板に希釈（合金化）されてしまったサンプ
ル、およびＣはビード割れの発生したサンプルを示す。
オシレーション幅：６ｍｍ オシレーション数：２００Ｈｚ レーザ照射によって肉盛材料を溶解し、溶着金属層（肉
盛層）をアルミニウム合金鋳物板上に形成して、その外
観、硬度などを調べ、第１図に示す結果が得られた。第
１図中、Ａは肉盛出来ていなかったサンプル、Ｂは溶着
金属層が鋳物板に希釈（合金化）されてしまったサンプ
ル、およびＣはビード割れの発生したサンプルを示す。
図中の丸棒のある組成割合にて肉盛層が形成出来て、そ
れぞれの硬度（ビッカース硬さＨＶ）を丸棒の上方に記
入した。
れぞれの硬度（ビッカース硬さＨＶ）を丸棒の上方に記
入した。
組成Ｆｅ−３０Ｃｒ−１，５Ｃの肉盛層（ＨＶ ３７４
）のアルミニウム合金鋳物板との断面（Ｘｉｏ）を第２
図に示し、そして、肉盛層の組織（Ｘ４００）を第３図
に示す。
）のアルミニウム合金鋳物板との断面（Ｘｉｏ）を第２
図に示し、そして、肉盛層の組織（Ｘ４００）を第３図
に示す。
さらに、クロム含有量（３０ｗｔ％）および炭素含有量
（１，５ｗｔ％）を一定にして、ニッケルを３０ｗｔ％
添加したＦｅ−３０Ｃｒ−３ＯＮｉ−１，５Ｃの肉盛層
（ＨＶ２９３）の組織を第４図に示し、コバルトを２０
ｗｔ％添加したＦｅ−３０Ｃｒ−２０Ｃｏ−１，５Ｃの
肉盛層（ＨＶ３９５．３）の組織を第５図に示し、タン
グステンを１０ｗｔ％添加したＦｅ−３０Ｃｒ−１０Ｗ
−１，５Ｃの肉盛層（ＨＶ４Ｂ５．３）の組織を第６図
に示し、およびモリブデンを１０ｗｔ％添加したＦｅ−
３０Ｃｒ−１０Ｍ。
（１，５ｗｔ％）を一定にして、ニッケルを３０ｗｔ％
添加したＦｅ−３０Ｃｒ−３ＯＮｉ−１，５Ｃの肉盛層
（ＨＶ２９３）の組織を第４図に示し、コバルトを２０
ｗｔ％添加したＦｅ−３０Ｃｒ−２０Ｃｏ−１，５Ｃの
肉盛層（ＨＶ３９５．３）の組織を第５図に示し、タン
グステンを１０ｗｔ％添加したＦｅ−３０Ｃｒ−１０Ｗ
−１，５Ｃの肉盛層（ＨＶ４Ｂ５．３）の組織を第６図
に示し、およびモリブデンを１０ｗｔ％添加したＦｅ−
３０Ｃｒ−１０Ｍ。
１．５Ｃ（７）肉盛層（ＨＶ４４５．７ ） ノ組織を
第７図に示す。これら肉盛層は上述した条件で形成され
たものであり、ニッケルとコバルトの添加によって耐食
性が向上し、タングステンとモリブデンの添加によって
硬度が高くなる。
第７図に示す。これら肉盛層は上述した条件で形成され
たものであり、ニッケルとコバルトの添加によって耐食
性が向上し、タングステンとモリブデンの添加によって
硬度が高くなる。
失駿−主
組成Ｆｅ−３０Ｃｒ−１，５Ｃの肉盛材料を用いて、第
１表に示すレーザ処理条件にて肉盛層をアルミニウム合
金鋳物（ＡＣ２Ｂ）板上に形成した。
１表に示すレーザ処理条件にて肉盛層をアルミニウム合
金鋳物（ＡＣ２Ｂ）板上に形成した。
第１表
なお、レーザオシレーション幅を６ｍｍ、オシレーショ
ン数を２００Ｈｚとした。
ン数を２００Ｈｚとした。
第１表の太線で囲んだ条件を基準として、レーザ出力、
ビーム面積および肉盛形成速度のいずれかを変更して（
例えば、出力のみを変えて、ビーム面積および肉盛形成
速度を太線内設定値の条件にて）肉盛形成し、その結果
を第２表に示す。
ビーム面積および肉盛形成速度のいずれかを変更して（
例えば、出力のみを変えて、ビーム面積および肉盛形成
速度を太線内設定値の条件にて）肉盛形成し、その結果
を第２表に示す。
第２表
なお、表中の○は肉盛性が良好であり、×は肉盛性が悪
く、△はこれらの中間である。そして、＊はレーザ出力
が大きく、基材との合金化が生じでおり、＊＊はビード
割れが生じていた。
く、△はこれらの中間である。そして、＊はレーザ出力
が大きく、基材との合金化が生じでおり、＊＊はビード
割れが生じていた。
上述したように、本発明によれば、アルミニウム合金基
材に鉄ベース肉盛層を形成することができ、従来のアル
ミニウム系ないし銅系の肉盛層よりもはるかに高硬度で
かつ高耐熱性の肉盛層なので、従来対応出来なかった高
温にさらされるアルミニウム合金部品（例えば、アルミ
ニウム合金製のピストンのスカート部、リング溝、シリ
ンダヘッドシート部等）の肉盛硬化が出来る。
材に鉄ベース肉盛層を形成することができ、従来のアル
ミニウム系ないし銅系の肉盛層よりもはるかに高硬度で
かつ高耐熱性の肉盛層なので、従来対応出来なかった高
温にさらされるアルミニウム合金部品（例えば、アルミ
ニウム合金製のピストンのスカート部、リング溝、シリ
ンダヘッドシート部等）の肉盛硬化が出来る。
第１図は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ組成の肉盛材料をレーザ照射
で溶着金属層を形成したときの、合金組成と肉盛形成層
との関係を示すグラフであり、第２図は、Ｆｅ−３０Ｃ
ｒ−１，５Ｃ肉盛層のアルミニウム合金鋳物板との断面
を示す金属組織の顕微鏡写真であり、 第３図は、Ｆｅ−３０Ｃｒ−１，５Ｃ肉盛層の金属組織
の顕微鏡写真であり、 第４図は、Ｆｅ−３０Ｃｒ−３ＯＮｉ−１，５Ｃ肉盛層
の金属組織の顕微鏡写真であり、第５図は、Ｆｅ−３０
Ｃｒ−２０Ｇｏ −１，５Ｃ肉盛層の金属組織の顕微鏡
写真であり、第６図は、Ｆｅ−３０Ｃｒ−１０Ｗ−１，
５Ｃ肉盛層の金属組織の顕微鏡写真であり、および第７
図は、Ｆｅ−３Ｆｅ−３０Ｃｒ−１０，５Ｃ肉盛層の金
属組織の顕微鏡写真である。 Ａ ・・・ 肉盛不可サンプル Ｂ ・・・ 希釈（合金化）サンプル（溶着金属層への
アルミニウム合金鋳物材の希釈（合金化）してしまった
サンプル） Ｃ・・・ ビード割れサンプル （Ｘ４ｔＪ（Ｊ）
で溶着金属層を形成したときの、合金組成と肉盛形成層
との関係を示すグラフであり、第２図は、Ｆｅ−３０Ｃ
ｒ−１，５Ｃ肉盛層のアルミニウム合金鋳物板との断面
を示す金属組織の顕微鏡写真であり、 第３図は、Ｆｅ−３０Ｃｒ−１，５Ｃ肉盛層の金属組織
の顕微鏡写真であり、 第４図は、Ｆｅ−３０Ｃｒ−３ＯＮｉ−１，５Ｃ肉盛層
の金属組織の顕微鏡写真であり、第５図は、Ｆｅ−３０
Ｃｒ−２０Ｇｏ −１，５Ｃ肉盛層の金属組織の顕微鏡
写真であり、第６図は、Ｆｅ−３０Ｃｒ−１０Ｗ−１，
５Ｃ肉盛層の金属組織の顕微鏡写真であり、および第７
図は、Ｆｅ−３Ｆｅ−３０Ｃｒ−１０，５Ｃ肉盛層の金
属組織の顕微鏡写真である。 Ａ ・・・ 肉盛不可サンプル Ｂ ・・・ 希釈（合金化）サンプル（溶着金属層への
アルミニウム合金鋳物材の希釈（合金化）してしまった
サンプル） Ｃ・・・ ビード割れサンプル （Ｘ４ｔＪ（Ｊ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、下記組成； クロム：１０〜７０ｗｔ％ 炭素：０．３〜３ｗｔ％ 鉄および不可避的不純物；残部 の肉盛材料をアルミニウム合金基材の上に載せ、レーザ
照射によって溶着金属層にすることを特徴とするアルミ
ニウム合金基材への硬化肉盛方法。 ２、下記組成； クロム：１０〜７０ｗｔ％ 炭素：０．３〜３ｗｔ％ ３０ｗｔ％以下のニッケル、２０ｗｔ％以下のコバルト
および１０ｗｔ％以下の炭化物形成元素の少なくともい
ずれか一種； 鉄および不可避的不純物；残部 の肉盛材料をアルミニウム合金基材の上に載せ、レーザ
照射によって溶着金属層にすることを特徴とするアルミ
ニウム合金基材への硬化肉盛方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2031400A JP2811866B2 (ja) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | アルミニウム合金基材への硬化肉盛方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2031400A JP2811866B2 (ja) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | アルミニウム合金基材への硬化肉盛方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03238193A true JPH03238193A (ja) | 1991-10-23 |
| JP2811866B2 JP2811866B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=12330207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2031400A Expired - Fee Related JP2811866B2 (ja) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | アルミニウム合金基材への硬化肉盛方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811866B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102126093A (zh) * | 2011-01-06 | 2011-07-20 | 山东建筑大学 | 一种铁基粉末合金及应用该合金的氩弧堆焊技术 |
| JP2013056447A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Castem:Kk | ハイブリッド金型 |
| CN113118579A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-07-16 | 复旦大学 | 在金属板材表面进行Fe-Cr-Al合金焊材焊接工艺 |
-
1990
- 1990-02-14 JP JP2031400A patent/JP2811866B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102126093A (zh) * | 2011-01-06 | 2011-07-20 | 山东建筑大学 | 一种铁基粉末合金及应用该合金的氩弧堆焊技术 |
| JP2013056447A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Castem:Kk | ハイブリッド金型 |
| CN113118579A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-07-16 | 复旦大学 | 在金属板材表面进行Fe-Cr-Al合金焊材焊接工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2811866B2 (ja) | 1998-10-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |