JPH06172915A

JPH06172915A - 耐摩耗性合金粉末並びにそれを用いた耐摩耗性複合部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06172915A
Application number: JP13970892A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Okubo; 一宏大久保; Teruo Asai; 輝雄浅井; Yuji Yanagida; 裕二柳田
Original assignee: Kuroki Kogyosho Co Ltd
Current assignee: Kuroki Kogyosho Co Ltd
Priority date: 1992-05-01
Filing date: 1992-05-01
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】鉄基部材の耐摩耗性を向上させるための合金
粉末、並びに該粉末を用いて耐摩耗性複合部材を得るこ
と。【構成】合金粉末の化学成分として、重量％で、Ｃ２
〜４％，Ｓｉ２％以下，Ｎｉ１〜４％，Ｃｒ２〜３０
％，Ｖ２〜１０％，Ｗ５〜１５％，Ｍｏ３〜１０％，Ｃ
ｏ１〜１５％，残部Ｆｅ及び不可避不純物であり、この
合金粉末を熱間等方圧加圧法により焼結させると共に炭
素鋼あるいは低合金鋼に拡散接合せしめた耐摩耗性複合
部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄基部材の耐摩耗性を
向上させるために用いられる合金粉末並びにそれを用い
た耐摩耗性部材及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、製鉄機械部品等の耐摩耗性を向上
させるためには、部材の素材そのものを改善するほか、
各種溶融溶接法により硬化層を形成し、部材表面の複合
化が行われている。また一部では、熱間等方圧加圧（以
下ＨＩＰとする）法による粉末材料の加圧接合、拡散接
合技術を利用して、市販のプラズマ溶射用粉末材料を用
いた複合部材の製作が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、溶融溶接
法では各種の添加元素量を増加させて高合金化すると、
溶接材料自体の製造や溶接施工が困難になり、これらの
両面から、添加出来る合金元素の成分範囲には限界があ
った。また、機械部品の長寿命化を図るために、表面硬
化層の肉厚を厚くする方案が採用される場合も多いが、
一般に高硬度を有する溶接材料ほど多層盛りは困難とな
り、たとえ施工可能であっても、施工条件等、非常に厳
密な管理が要求される場合が多い。またこのような厚肉
施工、即ち多層盛り施工では溶接施工が長時間に渡り、
作業者の健康管理、製品コスト等での問題点も多い。

【０００４】さらに肉盛溶接では溶接施工の熱履歴等に
より、溶接ビードの組織、硬さ分布が必ずしも一定とな
らず、そのためビードマークが発生し、相手材である製
品に転写されるといった問題も生じる。プラズマ溶射法
では比較的高合金のものでも施工可能であり、それゆえ
に高硬度を有する表面層を形成することが可能となる
が、これらの場合一般的には多層盛りは不可能であり、
表面に薄く硬化層が形成されるのみである。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解消す
る合金粉末を得ることを目的としており、さらに該合金
粉末を用いた耐摩耗性複合部材及びその製造方法を提供
することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の耐摩耗性合金粉末では、化学成分が重量
％で、Ｃ２〜４％，Ｓｉ２％以下，Ｎｉ１〜４％，Ｃｒ
２〜３０％，Ｖ２〜１０％，Ｗ５〜１５％，Ｍｏ３〜１
０％，Ｃｏ１〜１５％，残部Ｆｅ及び不可避不純物から
成るものである。

【０００７】また、本発明の耐摩耗性複合部材は、上記
合金粉末を用いて、該合金粉末がＨＩＰ法により焼結さ
れると共に炭素鋼あるいは低合金鋼に拡散接合されてい
るものである。

【０００８】さらに、上記複合部材は、それを１０００
℃以下の温度で熱処理を施すとより一層耐摩耗性が向上
して好ましいものである。

【０００９】以下、本発明の合金粉末の化学成分につい
て説明する。なお以下％は全て重量％を示すものとす
る。Ｃはマトリックスに固溶し、またＶを始め、Ｃｒや
Ｗと結合して炭化物を形成することにより焼結合金の硬
度を高める。Ｃ量が２％未満では炭化物の量が少なく耐
摩耗性が不足し、焼結合金を高合金化したことの効果が
十分に得られない。一方４％を越えると、ＶやＷの炭化
物の粗大化等による靱性の低下や、マトリックスへの固
溶による液相温度の低下が生じ、炭化物の生成を考慮し
た安定した施工が困難になる。

【００１０】Ｓｉは、粉末材料製造時の脱酸材として有
効であるが、量を多くすると基地を脆くするので、上限
を２％としたが、出来れば１．０％以下とすることが望
ましい。

【００１１】Ｎｉは、基地硬度を高めるが、反面組織の
高温安定性を減じる。従って良好な硬度及び高温安定性
を付与する範囲として１〜４％とした。

【００１２】Ｃｒは、Ｃと結合してＣｒ炭化物を形成
し、耐摩耗性を向上させ、併せて基地の耐食性を向上さ
せるが、２％未満では炭化物が少なく十分な耐摩耗性が
期待できない。一方１５％を越えると常温硬さへの効果
はなくなるが、マトリックスへ固溶するＣｒ量が増え、
耐食性及び高温硬さはさらに著しく改善される。そのた
め特に高温での使用に対してはその含有量が１５％未満
ではこれらの効果が少なく、また、含有量が３０％を越
えると合金の融点が高くなり、焼結性が悪くなる。

【００１３】Ｖは、Ｃと化合してＶ炭化物を形成する。
Ｖ炭化物は高度が高く、また球状に析出し靱性も良好に
するが、２％未満では耐摩耗性が不足であり、合わせて
基地に固溶するＣ量が増えるために適正焼結温度範囲が
大きく変化する。１０％を越えると基地に固溶するＶ量
が増加して焼入れ性の低下が生じ、さらにＶは非常に酸
化され易いことから基地の耐食性が低下する。

【００１４】Ｗは、Ｃと化合して炭化物を形成し、また
Ｍｏと化合して金属間化合物を形成し、耐摩耗性に寄与
する。添加量を増すほど、その効果は増大するが、多量
に含有すると析出炭化物の粗大化により、靱性等の機械
的性質が劣化する。従って良好な耐摩耗性と共に耐クラ
ック性を備える範囲として５〜１５％と限定した。

【００１５】Ｍｏは、炭化物中に入り、炭化物高度を高
めると同時に焼戻し軟化抵抗を向上させるのに有効であ
る。また、Ｗと化合して金属間化合物を形成し、耐摩耗
性に寄与する。しかしその含有量が３％未満ではこのよ
うな効果がなく、一方１０％を越えるとその効果はほぼ
飽和する。

【００１６】Ｃｏは、大部分基地に固溶し、耐熱性（高
温硬さ）及び焼戻し硬さの向上に寄与するが、１％未満
ではこの効果が十分でなく、一方１５％を越えるとその
効果はほぼ飽和する。

【００１７】

【作用】ＨＩＰ法による粉末焼結では、一般的に液相を
出現させることなく、粉末同士の固相拡散接合によって
焼結し、母材となるべき部材への拡散接合も同時に行わ
れる。このため施工可能となる合金成分範囲が非常に広
く、またその適用材料自体も粉末製造に際してはアトマ
イズ等の急冷凝固法によって製造されるので、高合金化
が容易である。

【００１８】また、粉末焼結時に故意に部分的に液相を
出現させることによって、マトリックス中の析出炭化物
等の成長を促すことも可能である。このように成長した
炭化物等の効果により、優れた耐摩耗性を発揮すること
が出来る。この場合、液相の存在が局部的な微小な領域
であるので、結晶粒が粗大化するような全体的な溶融凝
固反応ではなく、主として炭化物，析出物の成長におい
てのみその効果が発揮される。また焼結及びその後の高
温域での冷却時には、周囲から高い等方圧が付加されて
いるため、一般に鋳造や溶融溶接等で生じる引け巣，引
き割れのような欠陥は発生しにくく、健全な焼結層が得
られる。

【００１９】どちらの場合も得られた焼結層は全域に渡
って微細で均一な組織を呈し、その硬さもあらゆる方向
について均一な値となり、良好な耐摩耗性、耐食性を備
え、十分な表面複合層の厚さを容易に得ることができ
る。

【００２０】また、粉末，鋼材を問わず、高速度鋼系の
材料であれば、焼入れ，焼戻し処理により高硬度が得ら
れるが、その場合一般に焼入れ温度が１０００℃以上と
高く、熱処理施工が特殊なものとなるための難しさや、
コスト高等の問題点がある。しかし乍ら本発明における
合金粉末であれば、より低温でのごく一般的な熱処理に
より高度な特性を発揮することができる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の実施例を比較例と共に説明す
る。表１に本発明合金及び比較合金の化学成分と硬さを
示す。表１中、ＨＩＰとは熱間等方圧加圧のことを示
す。また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９が本発明合金で、Ｎｏ．
１０〜Ｎｏ．１４は比較合金である。

【００２２】

【表１】

【００２３】化学式等を記載した書面中、〔Ａ〕はａｓ
−ＨＩＰ（熱処理なし）状態での常温硬さ、〔Ｂ〕はａ
ｓ−ＨＩＰ（熱処理なし）状態での８００℃における高
温硬さ、〔Ｃ〕は５００℃焼戻し後の常温硬さ、〔Ｄ〕
は９００℃焼入れ後の常温硬さを示す。尚、＊は割れ発
生を示す。（１）表１のＮｏ．３の合金粉末を用いて、ＨＩＰ処理
条件、１２００℃，１０００kg/cm²，２ｈｒにて、棒鋼
圧延用ロールを製作した。焼結層はマトリックス中に１
０〜３０μｍの球状炭化物が均一に分散した組織を呈し
た。

【００２４】（２）表１のＮｏ．６の合金粉末を用い
て、ＨＩＰ処理条件、１２００℃，１０００kg/cm²，２
ｈｒにて、棒鋼圧延用ロールを製作した。焼結層はマト
リックス中に１０〜３０μｍの球状炭化物が均一に分散
した組織を呈した。

【００２５】（３）表１のＮｏ．９合金粉末を用いて、
ＨＩＰ処理条件、１２００℃，１０００kg/cm²，２ｈｒ
にて、棒鋼圧延用ロールを製作した。焼結層はマトリッ
クス中に微細な炭化物等が均一に分散した組織を呈し
た。

【００２６】（４）表１のＮｏ．３の合金粉末を用い
て、ＨＩＰ処理条件、１１００℃，１０００kg/cm²，２
ｈｒにて、棒鋼圧延用ロールを製作した。焼結層はマト
リックス中に微細な炭化物等が均一に分散した組織を呈
した。

【００２７】上記実施例（１）〜（４）のいずれの場合
も、棒鋼圧延用ロールとは外径１００mm，長さ１００mm
で、ロール外周にＲ３０の溝を有する形状であり、母材
としてはＳ３５Ｃを用いた。これについて、ロール表面
から厚さ１０mmの粉末焼結層を形成した。いずれの場合
も、ａｓ−ＨＩＰ，熱処理後とも焼結層中に欠陥等は認
められず、表１に示したものと同様の硬さを有する焼結
層が得られた。

【００２８】これらのＨＩＰ製ロールは、合金チルドロ
ールと比較して１０倍以上の寿命延長が認められた。ま
た自溶性合金溶射ロールとの比較では、耐摩耗性での比
較において６倍以上の寿命延長が認められ、さらに硬化
層の厚さが増大した効果を併せて比較すれば、製品寿命
としては１０倍以上の寿命延長が認められた。勿論これ
らについての適用部品の大きさに対する制約は、処理す
るＨＩＰ炉の大きさによるもののみであり、より大きな
部材への適用が可能であることは言うまでもない。また
表面の焼結層の厚さについても、数mmから数十mmまで任
意に設定可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明して来たように、本発明の耐摩
耗性合金粉末によれば、それを簡単に熱間等方圧加圧す
ることで容易に焼結され、得られる焼結部材は硬さが大
で耐摩耗性に富むものである。またこの合金粉末の焼結
体を炭素鋼あるいは低合金鋼に拡散させた複合部材は、
簡単に製作出来、焼結部材が耐摩耗性に富むために圧延
ロール等として用いるときその寿命を大幅に延長するこ
とができる。なおこの複合部材の硬度は、それを１００
０℃以下の温度で熱処理することで表１に示す様に、よ
り一層向上させることが出来、従って耐摩耗性も向上す
るものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学成分が重量％で、Ｃ２〜４％，Ｓｉ
２％以下，Ｎｉ１〜４％，Ｃｒ２〜３０％，Ｖ２〜１０
％，Ｗ５〜１５％，Ｍｏ３〜１０％，Ｃｏ１〜１５％，
残部Ｆｅ及び不可避不純物から成ることを特徴とする耐
摩耗性合金粉末。
【請求項２】請求項１に記載の合金粉末を用いて、該
合金粉末が熱間等方圧加圧法により焼結されると共に炭
素鋼あるいは低合金鋼に拡散接合されていることを特徴
とする耐摩耗性複合部材。
【請求項３】請求項２に記載の複合部材を、１０００
℃以下の温度で熱処理を施すことを特徴とする耐摩耗性
複合部材の製造方法。