JPH05293671A - Surface hardening method for titanium or titanium alloy - Google Patents
Surface hardening method for titanium or titanium alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、チタンまたはチタン合
金の表面硬化方法に関し、例えば、ＴｉまたはＴｉ合金
で製作した自動車等の機械部品の表面を硬化させてその
耐久性を向上させるのに利用されるチタンまたはチタン
合金の表面硬化方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface hardening method for titanium or a titanium alloy, and is used, for example, to harden the surface of mechanical parts such as automobiles made of Ti or a titanium alloy to improve its durability. The present invention relates to a surface hardening method for titanium or titanium alloy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近における自動車の高性能化・燃費向
上に対する要求に従って、エンジン部品においてＴｉま
たはＴｉ合金を使用して軽量化することが試みられてい
る。この場合、ＴｉおよびＴｉ合金は耐摩耗性が十分と
はいえないので、種々の表面処理が検討されないしは実
施されてきている。2. Description of the Related Art In response to the recent demand for higher performance and improved fuel economy of automobiles, attempts have been made to reduce the weight of engine parts by using Ti or Ti alloys. In this case, since Ti and Ti alloys do not have sufficient wear resistance, various surface treatments have been studied or carried out.
【０００３】この表面処理においては、ガス窒化，陽極
酸化，モリブデンコーティング，炭化物の肉盛り等が採
用されることが多く、特に炭化物の肉盛りに関しては、
特開平２−１６３４０３号で多角形状をした炭化物の肉
盛りについての開示がなされ、特開平２−２０７９７４
号ではクロム炭化物（Ｃｒ３Ｃ２）の肉盛りについての
開示がなされている。In this surface treatment, gas nitriding, anodic oxidation, molybdenum coating, build-up of carbide, etc. are often adopted. Particularly, as for build-up of carbide,
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-163403 discloses a buildup of a carbide having a polygonal shape.
The publication discloses a build-up of chromium carbide (Cr 3 C 2 ).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の肉盛りにあっては、特殊な形状の粉末を使用しなけれ
ばならなかったり、時間がかかったり、耐摩耗性が不十
分であったりする等の問題点があり、このような問題点
を解決することが課題となっていた。However, in these paddings, it is necessary to use a powder having a special shape, it takes time, the wear resistance is insufficient, etc. However, there has been a problem to solve such a problem.
【０００５】[0005]
【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、特殊な形状の粉末を使用す
る必要がなく、短時間の表面硬化処理で済むと共に、Ｔ
ｉまたはＴｉ合金からなる母材の表面に十分な厚さの硬
化層を高い密着性をもって設けることが可能であって、
耐摩耗性を十分なものとすることが可能であるチタンま
たはチタン合金の表面硬化方法を提供することを目的と
している。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. It is not necessary to use a powder having a special shape, and a surface hardening treatment can be performed in a short time.
It is possible to provide a hardened layer having a sufficient thickness on the surface of a base material made of i or Ti alloy with high adhesion,
It is an object of the present invention to provide a surface hardening method for titanium or titanium alloy, which has sufficient wear resistance.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に係わるチタンま
たはチタン合金の表面硬化方法は、ＴｉまたはＴｉ合金
からなる母材の表面に、Ｍｏ炭化物単体もしくはＭｏ炭
化物とＴｉまたはＴｉ合金との混合物からなる肉盛り材
を用い、高密度エネルギ熱源の照射により前記母材と混
合を生じるように溶融させて、ＴｉまたはＴｉ合金から
なる母材の表面を肉盛り硬化する構成としたことを特徴
としている。The surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention comprises the steps of forming a Mo carbide alone or a mixture of Mo carbide and Ti or Ti alloy on the surface of a base material made of Ti or Ti alloy. It is characterized in that the surface of a base material made of Ti or a Ti alloy is hardened by being melted by irradiation with a high-density energy heat source so as to mix with the base material. ..
【０００７】本発明に係わるチタンまたはチタン合金の
表面硬化方法において、溶融の熱源として用いる高密度
エネルギ熱源に、電子ビームまたはレーザを使用するこ
とができ、また、Ｍｏ炭化物がＭｏ２Ｃであるようにす
ることができ、肉盛り材中のＭｏ炭化物の含有量が１０
重量％以上であるものとすることができ、さらに、肉盛
りをＡｒガス雰囲気中で行なうことも場合によっては望
ましく、また、肉盛り後において肉盛り部分を再溶融さ
せるようになすことができ、肉盛り部分を再溶融させる
際に用いる熱源が肉盛り時の熱源と同一であるものとす
ることができる。In the surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention, an electron beam or a laser can be used as a high-density energy heat source used as a heat source for melting, and Mo carbide is Mo 2 C. And the content of Mo carbide in the padding material is 10
In addition, it may be desirable to carry out the build-up in an Ar gas atmosphere, and it is possible to remelt the build-up portion after the build-up. The heat source used when re-melting the build-up portion may be the same as the heat source used when building up.
【０００８】そして、本発明に係わるチタンまたはチタ
ン合金の製造方法は、エンジン部品に適用することが可
能であり、とくに、Ｔｉ合金製バルブのバルブフェース
に適用することが可能である。The method for producing titanium or titanium alloy according to the present invention can be applied to engine parts, and particularly to the valve face of a valve made of Ti alloy.
【０００９】本発明に係わるチタンまたはチタン合金の
表面硬化方法は、上記したように、ＴｉまたはＴｉ合金
からなる母材の表面に、Ｍｏ炭化物単体もしくはＭｏ炭
化物とＴｉまたはＴｉ合金との混合物からなる肉盛り材
を用い、高密度エネルギ熱源の照射により前記母材と混
合を生じるように溶融させて、ＴｉまたはＴｉ合金から
なる母材の表面を肉盛り硬化する構成としたことを特徴
としているものであるが、Ｔｉ以外に、本発明を適用で
きるＴｉ合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに代表され
るような、Ｔｉを主成分としてそれに比較的少量の合金
成分を含有させたもののほか、金属間化合物であるＴｉ
Ａｌを主成分とするもののような、Ｔｉに対して比較的
多量の合金成分を添加したものも包含する。As described above, the surface hardening method of titanium or titanium alloy according to the present invention comprises the surface of the base material made of Ti or Ti alloy and the mixture of Mo carbide alone or Mo carbide and Ti or Ti alloy. It is characterized in that a build-up material is used and is melted so as to cause mixing with the base material by irradiation of a high-density energy heat source, and the surface of the base material made of Ti or a Ti alloy is build-up and hardened. However, in addition to Ti, Ti alloys to which the present invention can be applied include Ti alloys represented by Ti-6Al-4V containing Ti as a main component and a relatively small amount of alloy components, and metal. Ti which is an intermetallic compound
It also includes those containing a relatively large amount of alloying components added to Ti, such as those containing Al as a main component.
【００１０】そして、肉盛りに使用する肉盛り材として
のＴｉまたはＴｉ合金は、母材と同種のものが望ましい
が、母材がＴｉ合金であっても肉盛り材として純Ｔｉを
使用してもよいし、母材と異なるＴｉ合金であっても差
し支えない。また、肉盛りに用いるＭｏ炭化物として
は、ＭｏＣ，Ｍｏ２Ｃ等があるが、経済性や肉盛り特性
からは、Ｍｏ２Ｃを使用することが望ましい。The Ti or Ti alloy used as the overlay material for the overlay is preferably the same as the base material. However, even if the base material is a Ti alloy, pure Ti is used as the overlay material. A Ti alloy different from the base material may be used. As the Mo carbide to be used for padding, MoC, there are Mo 2 C, etc., from the economy and padding properties, it is desirable to use Mo 2 C.
【００１１】肉盛りにあたっては、Ｍｏ炭化物単体で用
いても良いし、ＴｉまたはＴｉ合金との混合物としても
良い。この場合、Ｍｏ炭化物の含有量としては、３重量
％〜５０重量％が望ましく、特に、１０重量以上含有し
たものとすることが望ましい。この混合物は、単なる粉
末の混合体であっても良いし、また、適宜のバインダー
を用いてワイヤ，棒等に成形したものを用いても良い。In the buildup, Mo carbide alone may be used, or a mixture with Ti or Ti alloy may be used. In this case, the content of the Mo carbide is preferably 3% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 10% by weight or more. This mixture may be a simple powder mixture, or may be formed into a wire, a rod or the like using an appropriate binder.
【００１２】溶融は、肉盛り材と母材との混合が生じる
ように、十分な熱を供給して行なう必要があり、それに
は、高密度エネルギ熱源である電子ビームやレーザ等を
使用するのが適当である。The melting needs to be performed by supplying sufficient heat so that the build-up material and the base material are mixed with each other by using an electron beam or a laser which is a high-density energy heat source. Is appropriate.
【００１３】溶融の雰囲気としては、Ａｒのような不活
性ガスを使用して行なうことが望ましく、いったん肉盛
りを行なった後、再度肉盛り部分を溶融させると、硬さ
の分布が均一になり、さらに耐摩耗特性が向上すること
から、場合によっては肉盛り部分を再溶融させるように
なすことも望ましく、この場合、再溶融の熱源として、
肉盛りと同一の熱源を利用することも可能である。As a melting atmosphere, it is desirable to use an inert gas such as Ar, and once the padding is performed and the padding portion is melted again, the hardness distribution becomes uniform. , In order to further improve the wear resistance, it is desirable to remelt the build-up portion in some cases. In this case, as a heat source for remelting,
It is also possible to use the same heat source as the buildup.
【００１４】本発明に係わるチタンまたはチタン合金の
表面硬化方法においては、Ｍｏ炭化物単体もしくはＭｏ
炭化物とＴｉまたはＴｉ合金との混合物からなる肉盛り
材を用いるようにしているが、表面硬化手法として、ガ
ス窒化，陽極酸化，モリブデンコーティング，炭化物の
肉盛り等のなかから炭化物の肉盛りを選んだのは、耐摩
耗性が高く、量産性があるためである。In the surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention, Mo carbide alone or Mo is used.
Although the overlay material made of a mixture of carbide and Ti or Ti alloy is used, as the surface hardening method, a carbon overlay is selected from gas nitriding, anodic oxidation, molybdenum coating, overlay of carbide and the like. This is because it has high wear resistance and mass productivity.
【００１５】そして、炭化物については、市場性のある
ＷＣ，Ｗ２Ｃ，Ｃｒ３Ｃ２，ＭｏＣ，Ｍｏ２Ｃ等を検討
した結果、経済性および耐摩耗性の観点からＭｏ２Ｃを
選定するのが良いことを確認した。この場合、Ｍｏ２Ｃ
の粒径は特に限定しないが、２１０μｍ以下であること
が望ましく、これよりも粒径が大きい場合には熱源のエ
ネルギーを大きくしないと溶解しないことがある。As for the carbide, as a result of studying WC, W 2 C, Cr 3 C 2 , MoC, Mo 2 C, etc. which have marketability, Mo 2 C is selected from the viewpoint of economical efficiency and wear resistance. I confirmed that it is good. In this case, Mo 2 C
The particle size of is not particularly limited, but is preferably 210 μm or less, and if the particle size is larger than this, it may not dissolve unless the energy of the heat source is increased.
【００１６】[0016]
【発明の作用】本発明に係わるチタンまたはチタン合金
の表面硬化方法において、ＴｉまたはＴｉ合金からなる
母材の表面に、Ｍｏ２ＣなどのＭｏ炭化物単体もしくは
Ｍｏ２ＣなどのＭｏ炭化物とＴｉまたはＴｉ合金との混
合物からなる肉盛り材を用いて高密度エネルギ熱源の照
射を行なって溶接すると、まず、母材が溶融し、続い
て、肉盛り材が溶融し、全体が溶融してほぼ均質にな
り、その後冷却されて凝固する過程でチタンの炭化物
（ＴｉＣ）が析出し、これが溶融金属中に微細に分布す
ることによって肉盛り層が硬化する。この溶融は、母材
と肉盛り材との混合が生じるように行なうのであるか
ら、溶融金属の母材に近い部分程Ｔｉ成分の含有量が多
く、肉盛り表面に近づく程ＴｉＣの析出量が多くなって
くるので、このような傾斜的組織分布をもつものとする
ことができ、熱応力の緩和に寄与すると共に、高温での
耐摩耗性を向上させるものとなる。また、本発明の肉盛
りによる表面硬化方法では、母材と肉盛り層との間に脆
い金属間化合物の相が発生しないので、肉盛り部分の脱
落等の心配もない。この場合、肉盛り材中のＭｏ炭化物
の含有量を１０重量％以上とすることによって、肉盛り
後に母材がβ相生成元素であるＭｏの含有によりβ型チ
タンとなって耐摩耗性が向上するものとなる。In the surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention, a Mo carbide alone such as Mo 2 C or Mo carbide such as Mo 2 C and Ti or Ti on the surface of the base material made of Ti or Ti alloy. When welding is performed by irradiating a high-density energy heat source with a build-up material made of a mixture with a Ti alloy, first, the base material is melted, then the build-up material is melted, and the whole is melted to be almost homogeneous. Then, carbide (TiC) of titanium is precipitated in the process of cooling and solidifying, and this is finely distributed in the molten metal, whereby the buildup layer is hardened. Since this melting is performed so that the base material and the build-up material are mixed, the content of the Ti component is greater in the portion of the molten metal closer to the base material, and the amount of TiC precipitation is greater in the portion closer to the build-up surface. Since the number of grains increases, it is possible to have such a gradient structure distribution, which contributes to the relaxation of thermal stress and improves the wear resistance at high temperatures. Further, in the surface-hardening method according to the present invention, since a brittle intermetallic compound phase is not generated between the base material and the overlay layer, there is no concern that the overlay portion will fall off. In this case, by setting the content of Mo carbide in the build-up material to 10% by weight or more, the base material after the build-up becomes β-type titanium due to the inclusion of Mo which is a β-phase forming element, and wear resistance is improved. It will be done.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明に係わるチタンまたはチタン合
金の表面硬化方法の実施例について説明する。EXAMPLES Examples of the surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention will be described below.
【００１８】（実施例１〜５）Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
の平板を母材として使用し、１００μｍのＭｏ２Ｃ粉末
と、母材と同じＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの１５０μｍの粉末
を表１に示した割合で混合したものを肉盛り材として用
いて同じく表１に示す粉末供給速度で供給し、Ａｒ雰囲
気中で、高密度エネルギ熱源としてレーザーを用いて表
２に示す条件下で肉盛り溶接を行ない、表１に示すよう
に、場合によってはレーザーにより肉盛り部の再溶融を
行なった。(Examples 1 to 5) A flat plate of Ti-6Al-4V alloy was used as a base material, and 100 µm of Mo 2 C powder and the same Ti-6Al-4V powder of 150 µm of Ti-6Al-4V as the base material are shown in Table 1. The mixture was mixed at the indicated ratios and used as a build-up material, and was supplied at the powder supply rate shown in Table 1 as well. Then, as shown in Table 1, the built-up portion was remelted by a laser in some cases.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】[0020]
【表２】 [Table 2]
【００２１】この結果、いずれの肉盛り部においても割
れなどの不具合の発生は認められず、また、母材と肉盛
り層との間に金属間化合物の相が発生しておらず、肉盛
り層の密着性が著しく良好なものになっていると共に、
肉盛り層の硬さもＨｖ４２０以上と高硬度のものとなっ
ており、再溶融したものでは肉盛り層の硬さがＨｖ５０
０以上とさらに硬くなっており、耐摩耗性を大きく向上
させることができるものとなっていた。As a result, no defects such as cracks were found in any of the built-up portions, and no intermetallic compound phase was generated between the base material and the built-up layer, and The adhesion of the layer is extremely good, and
The hardness of the build-up layer is as high as Hv 420 or higher, and the hardness of the build-up layer is Hv 50 when it is remelted.
The hardness was 0 or more, and the wear resistance could be greatly improved.
【００２２】（実施例６〜８）純Ｔｉの平板を母材とし
て使用し、１２０μｍのＭｏ２Ｃ粉末と、Ｔｉ−３Ａｌ
−２Ｖの１００μｍの粉末を表３に示した割合で混合し
たものを肉盛り材として用いて同じく表３に示す粉末供
給速度で供給し、Ａｒ雰囲気中で、高密度エネルギ熱源
としてレーザーを用いて表４に示す条件下で肉盛り溶接
を行ない、表３に示すように、場合によってはレーザー
により肉盛り部の再溶融を行なった。(Examples 6 to 8) A pure Ti flat plate was used as a base material, and 120 μm of Mo 2 C powder and Ti-3Al were used.
-2V 100 μm powder mixed at a ratio shown in Table 3 was used as a build-up material and was supplied at the same powder supply rate as shown in Table 3, and a laser was used as a high-density energy heat source in an Ar atmosphere. The build-up welding was performed under the conditions shown in Table 4, and as shown in Table 3, in some cases, the build-up portion was remelted by a laser.
【００２３】[0023]
【表３】 [Table 3]
【００２４】[0024]
【表４】 [Table 4]
【００２５】この結果、いずれの肉盛り部においても割
れなどの不具合の発生は認められず、また、母材と肉盛
り層との間に金属間化合物の相が発生しておらず、肉盛
り層の密着性が著しく良好なものになっていると共に、
肉盛り層の硬さもＨｖ４２０以上と高硬度のものとなっ
ており、再溶融したものでは肉盛り層の硬さがＨｖ５０
０以上とさらに硬くなっており、耐摩耗性を大きく向上
させることができるものとなっていた。As a result, no defects such as cracks were found in any of the built-up portions, and no intermetallic compound phase was generated between the base material and the built-up layer, and The adhesion of the layer is extremely good, and
The hardness of the build-up layer is as high as Hv 420 or higher, and the hardness of the build-up layer is Hv 50 when it is remelted.
The hardness was 0 or more, and the wear resistance could be greatly improved.
【００２６】（比較例１〜５）Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
の平板を母材として使用し、１００μｍの各種炭化物粉
末と、母材と同じＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの１５０μｍの粉
末を表５に示した割合で混合したものを肉盛り材として
用いて同じく表５に示す粉末供給速度で供給し、同じく
表５に示す各種雰囲気下で、プラズマを用いて肉盛り溶
接を行ない、肉盛り部の再溶融は行なわなかった。Comparative Examples 1 to 5 Table 5 shows various carbide powders of 100 μm and a Ti-6Al-4V powder of 150 μm, which is the same as the base metal, using a flat plate of Ti-6Al-4V alloy as a base material. The mixture is mixed at different ratios as a build-up material and supplied at the powder feed rate shown in Table 5 as well. Under the various atmospheres shown in Table 5, the build-up welding is performed using plasma to re-build the build-up portion. No melting was done.
【００２７】[0027]
【表５】 [Table 5]
【００２８】この結果、比較例Ｎｏ．３，５には割れの
発生が認められ、比較例Ｎｏ，１，２，４では割れの発
生は見られなかったが、硬さがＨｖ４００未満と低いも
のであった。As a result, Comparative Example No. Cracking was observed in Nos. 3 and 5, and no cracking was observed in Comparative Examples Nos. 1, 2, and 4, but the hardness was as low as less than Hv400.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明に係わるチタンまたはチタン合金
の表面硬化方法では、ＴｉまたはＴｉ合金からなる母材
の表面に、Ｍｏ炭化物単体もしくはＭｏ炭化物とＴｉま
たはＴｉ合金との混合物からなる肉盛り材を用い、高密
度エネルギ熱源の照射により前記母材と混合を生じるよ
うに溶融させて、ＴｉまたはＴｉ合金からなる母材の表
面を肉盛り硬化する構成としたから、特殊な形状の粉末
を使用しなくとも、短時間の表面硬化処理で、Ｔｉまた
はＴｉ合金の表面に、十分な厚さの硬化層を高い密着性
をもって設けることが可能であって、耐摩耗性を十分良
好なものとすることが可能であり、従って、本発明によ
るチタンまたはチタン合金の表面硬化方法は、内燃機関
のバルブ，ロッカーアーム，コンロッド，ピストンピン
等の軽量で且つ優れた耐摩耗性が要求される部品の製造
にとって有効であるという著大なる効果がもたらされ
る。In the surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention, a surfacing material made of a Mo carbide alone or a mixture of Mo carbide and Ti or Ti alloy is formed on the surface of a base material made of Ti or Ti alloy. Is used to melt the base material by irradiation with a high-density energy heat source so as to cause mixing with the base material, and the surface of the base material made of Ti or a Ti alloy is built up and hardened. It is possible to provide a hardened layer having a sufficient thickness on the surface of Ti or a Ti alloy with high adhesion by a surface hardening treatment for a short time without doing so, and to make the wear resistance sufficiently good. Therefore, the surface hardening method for titanium or titanium alloy according to the present invention is lightweight and excellent for valves, rocker arms, connecting rods, piston pins, etc. of internal combustion engines. Wear resistance leads to Chodai Naru effect that is effective for the production of parts that are request.
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Claims (1)
に、Ｍｏ炭化物単体もしくはＭｏ炭化物とＴｉまたはＴ
ｉ合金との混合物からなる肉盛り材を用い、高密度エネ
ルギ熱源の照射により前記母材と混合を生じるように溶
融させて、ＴｉまたはＴｉ合金からなる母材の表面を肉
盛り硬化することを特徴とするチタンまたはチタン合金
の表面硬化方法。1. A surface of a base material made of Ti or a Ti alloy, and Mo carbide alone or Mo carbide and Ti or T.
Using a build-up material made of a mixture with an i alloy and melting it so as to cause mixing with the base material by irradiation with a high-density energy heat source, and hardening the surface of the base material made of Ti or a Ti alloy by build-up hardening. A characteristic method for surface hardening titanium or a titanium alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4085610A JPH05293671A (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Surface hardening method for titanium or titanium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4085610A JPH05293671A (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Surface hardening method for titanium or titanium alloy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05293671A true JPH05293671A (en) | 1993-11-09 |
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ID=13863605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4085610A Pending JPH05293671A (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Surface hardening method for titanium or titanium alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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- 1992-04-07 JP JP4085610A patent/JPH05293671A/en active Pending
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