JPS5924916B2 - 誘導硬化肉盛法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接、特に誘導硬化肉盛法に関する。

本発明は、稼働中に摩損に曝される部品表面の硬化肉盛
を実施する際に使用できる。最近の溶接において硬化肉
盛は部品の抵抗性と耐久性とを増大させるために広く用
いられている技術であり、誘導加熱は屡々用いられる手
段である。

摩損に曝される部品を超硬質合金で硬化肉盛すると、確
かにその耐摩耗性はより大きくなる。

しかしながら、その合金は十分な硬度をもちながらむし
ろ脆性であり、静的屈曲における極限強度（これは合金
の硬度の関数である）はσ＝２２〜３２ｋｇ／一であり
、これでは屈曲を受ける部品を硬化肉盛するのにその合
金を使用することはできず、従つてそれらの硬化肉盛の
適用分野をせばめている。部品の曲つた表面が稼働中に
苛酷な摩損に曝されそれで硬化肉盛を必要とする曲線を
もつた多様な部品がある。

その曲つた表面の外部基体上に硬化肉盛されている部品
を屈曲させると、その硬質合金は亀裂を生じ易く、その
亀裂は基体金属に伸び、それによつてその硬化肉盛した
部品の強度と耐久性とを、硬化肉盛を施こしてない部品
と比較してさえも低下させ、その硬化肉盛した部品を実
際上使用に不適当なものとしてしまう。

従つて、問題は物品の可塑性に何等の悪影響を及ぼすこ
となしで耐摩耗性と耐久性とを増大させるような硬化肉
盛法を提供することである。

耕耘機の耐摩耗性作業ブレードの製造法であつて、ブレ
ードに波形をつけてそのブレードを自己研摩性にする目
的で、より硬質の金属をブレードの平滑表面上に断続的
に且つ切断縁と平行に配置する方法が知られている。こ
の方法の欠点は、その表面の硬化肉盛を施してない部分
が低い耐摩耗性を示し、それでその物品の全体としての
耐摩耗性と耐久性とを低下させるということにある。

比較的可塑性で溶接可能な基体金属上に硬質で脆性の物
質を付与し、続いてパンチとダイの助けによる機械的作
用によつてその硬質物質中に７５ｕ間隔で割れ目を生じ
させることによる耐摩耗性シートの製造法も知られてい
る。

それによりシートの厚さの２０倍までのアールでそのシ
ートを屈曲させうるようになる。その割れ目は基体金属
中には伸びて行かない。そのシートに圧延、鍛造、溶接
及びその他の加工を施こしうる。例えば炭素鋼に、２７
重量％のＣｒ、３．５重量％のＣ１残余が鉄からなる合
金を３ｍ１１Ｌの厚さの層として硬ロウ付け、即ち硬化
肉盛し、次に１５〜１９ｍｍ間隔で割れ目を形成させる
（米国特許第３４０７４７８号明細書参照）。この方法
の欠点は、その硬質物質中に機械的手段によつて割れ目
を形成させるとその単一体特性に悪影響を及ぼし、その
脆い金属を砕けやすくし、そのためにその物品の耐摩耗
性や強度を低下させるということにある。

補強すべき物品の表面上に粉末材料を載せ、次にその粉
末材料が硬質合金とスラグとに融解するまでそれを誘導
機の電磁場中で加熱し、次にその硬質合金層が完全に固
化するまでその物品を冷却することからなる誘導硬化肉
盛法が知られている。

（例えばＶ．Ｎ．Ｔｋａｃｈｅｖ等による１１１ｎｄｕ
一ＫｔｓｉＯｎｎａｙａｎａｐｉａｖｋａｔｖｅｒｄｙ
ｈｓｐｌａｖＯｖ９ｌ（ＩｎｄｕｃｔｉＯｎＨａｒｄ−
Ｆａｃｉｎｇ）２１１Ｍａｃｈｉｎ０ｓｔｒ０ｅｎｎｉ
ｙｅ１１Ｐｕｂ１１ｓｈｅｒｓラＭＯｓｃＯｗ，ｌ９７
Ｏ、第１５〜１７頁参照）。この硬化肉盛表面は補強す
べき表面全体に一様に分布した硬質合金単一体であり、
その硬化肉盛層を横切る成帯構造を特色とする。

例えば重量％でＣ＝２．５〜３．５：Ｓｉ二２．８〜４
．２；Ｍｎ＝０．５〜１．５；Ｃｒ＝２５〜３１；Ｎｉ
＝３．０〜５．０；Ｆｅ＝残余；の化学組成の合金で表
面被覆された部分の代表的な微細構造は次の６つの異な
る構造帯から成る：Ｉ 実質的に過剰のカーバイドと、
構造的に遊離のオーステナイト領域を有するカーパイド
共晶とから構成されており、ＨＲＣ硬度数５６〜５７を
有している過共晶帯、レデブライト型カーバイド共晶で
あるＨＲＣ硬度数５０〜５３の共晶帯。

デンドライト固溶体とカーバイド共晶との存在を特徴と
するＨＲＣ硬度数４６の亜共晶帯。

合金化オーステナイトからなるＨ硬度数５３０〜７２０
ｋ９／ＭＴｌＬの境界帯。

ｖ薄い層状パーライトの縁であるＨＶ硬度数２３０〜３
３０ｋｇ／Ｍｄの拡散帯。

基体金属。

その硬質合金構造帯、即ち過共晶帯、共晶帯及び亜共晶
帯の耐摩耗性の比は１：０．６７：０．５７である。

上記方法の欠点は、それが同一の化学組成の粉末材料に
ついても、上記の各硬質合金構造帯の分布とその硬質被
覆部分の全長にわたつての耐摩耗性とを制御するための
手段を有しないことである。

本発明の目的は上記の欠点を除くことにある。本発明は
、その目的として、硬質合金の耐摩耗性と物品の耐久性
とを増大させ、屈曲される部品の硬化肉盛を可能にする
、即ち、その硬化肉盛操作の合理化によつて誘導硬化肉
盛の応用分野を著しく拡大するような誘導硬化肉盛法を
提供する。この目的は、物品の表面上に粉末材料を載せ
、その粉末材料が融解して硬質合金とスラグとを生じる
までその粉末と共にその物品を誘導機の電磁場内で加熱
し、次いでその硬質合金が固化するまでその物品を冷却
させることによる硬化肉盛法において、本発明に従つて
、その融解体に対面する表面に山と谷とをもつ成形型に
よりスラグ層を介してその融解した硬質合金を型押して
その物品上に硬質合金構造成分からなる山部と可塑性成
分からなる谷部とを形成させ、その型押をその硬質合金
が完全に固化するまで続けることによる、物品の表面を
硬化肉盛する方法の提供によつて達成される。この融解
した硬質合金を１１００〜１４５０成Ｃの範囲の温度で
型押することが実際上好ましい。

この硬質構造成分を好適な山に成形することは過共晶帯
の範囲を増大させる（例えば、既知の硬化肉盛法では０
．８５〜０．９５ｍｍであるのに対して１．９〜２．２
ｍｍである）。この山における耐摩耗性過共晶帯の相対
値は対応して増大する（例えば、６０％から７１％に）
。同時に、耐摩耗性過共晶帯は亜共晶帯より量的に大き
く、またこの層の示す耐摩耗性は主として過共晶帯のそ
れによるものであるので、その効果は物品の耐摩耗性を
全体として一層大きくすることにある。その硬化肉盛さ
れた物品上に、硬質構造成分からなる山と可塑性成分か
らなる谷とを交互に設けると、その物品の機械的強度と
耐久性とに悪影響を与えることなしで、その硬化肉盛さ
れた物品の屈曲が可能となり、このことは誘導硬化肉盛
の応用分野を曲線をもつ表面の部品に拡大する。

本発明による誘導硬化肉盛法は、成形型の設計を調節す
ることにより、物品についての要求に応じて、その付着
硬質合金の構造帯の比を縦方向にも垂直方向にも制御す
ることを可能にし、このことはこの誘導硬化肉盛の応用
分野を拡大する。本発明の態様を例示として添付図を参
照して記載する。ここでは提案の誘導硬化肉盛法の実施
について考えよう。

硬化肉盛すべき部品１の表面（添付図参照）に、硬質合
金、例えばソルマイト（ＳＯｒｍｉｔｅ）と融剤とから
なる粉末材料を付与する。

部品上に粉末材料を載せているその部品を誘導機内に置
き、そしてその粉末材料が硬質合金２とスラグ３とから
なる融解体に転化するまで、その電磁場によつて加熱す
る。次に、その融解体に面する表面上に特定の間隔で配
置された山と谷とを備えた成形型を用いて、そのスラグ
層３を介してその硬質合金２を型押してその融解体を硬
質構造成分からなる山４と可塑性構造成分からなる谷５
とに成形する。その成形型による型押はその硬質合金が
完全に固化するまで継続させる。この成形型の型押は１
１００〜１４５『Ｃの範囲の融解温度で達成される。実
施例 １重量％でＣ、０．６〜０．７；Ｍｎ．Ｏ．９〜
１．２；ＳｌｌＯ．ｌ７〜０．３７；Ｆｅ、残余の化学
組成を有するシート鋼から作つた２５Ｘ１００×４翻の
寸法の部品を誘導硬化肉盛した。

重量％でＣ、２．５〜３．５；Ｓｌｌ２．８〜４．２：
ＭｎｌＯ．５〜１．５：Ｃｒ、２５〜３１：Ｎｉ、３，
０〜５．０：鉄、残余の化学組成をもつソルマイトを用
いてその部品の全表面に硬化肉盛を実施した。その硬化
肉盛層の厚さは１．５ｍｍであつた。使用した融剤はホ
ウ酸ω％、ソーダ灰６％、ホウ酸カルシウム９％、ケイ
酸カルシウム９％及び溶接マンガン融剤１６％からなる
ものであつた。使用する成形型の関数である山及び谷の
ピツチ間隔は５゛關又は１０ｍｍ′（：あつた。表面形
状は、各山部の容積及び各谷部の容積がそれぞれ同一で
あり、谷部の容積が山部の容積より小さいように作られ
た。部品上に粉末を載せているその部品を硬質合金とス
ラグとからなる融解体に融解するまで誘導機の電磁場内
で加熱した。

その粉末材料が融解した時に、その融解した硬質合金を
、その融解体に面する表面上に特定の山一谷比をもつ成
形型によりスラグを介して１２８０〜１３５０℃の温度
範囲にわたつて成型した。その成型ぱその硬質合金が完
全に固化するまで続けた。その部品を冷却し、その表面
からスラグを除いた後、その部品の研摩切片と試片とを
それぞれ金属組織学的研究用と耐摩耗性試験用として製
造した。

硬化肉盛の直後と、再加熱後とにその部品の硬化肉盛層
における亀裂を調べるために若干の試料を９４０〜１０
００℃の温度において直径３０ｍ１Ｌの曲線に曲げた。
屈曲は硬化肉盛層が外側になるようにして行なつた。誘
導硬化肉盛法の試験結果を表１にまとめる。

長されるその伸長値の３０〜４０％にすぎず、即ち発生
亀裂の数はかなりすくなく、亀裂は硬化肉盛層の山部の
みに発生していて、基体金属近くまで伸びているが、基
体金属中には入つていない。谷部には亀裂は全く認めら
れなかつた。実施例 ２化学組成が重量％でＣ．Ｏ．６
〜０．７：Ｍｎ，Ｏ．９〜１．２：Ｓｉ，Ｏ．ｌ７〜０
．３７：Ｆｅ、残余であるシート鋼から製造された２５
×１００×４ｍ７！ｔの寸法の部品について硬化肉盛を
行なつた。

その部品をその全表面にわたつて、６０％のソルマイト
（重量％による化学組成：Ｃ、２．５〜 ３．５：Ｓｉ
、２．８〜４．２：Ｍｎ，．Ｏ．５〜１．５：Ｃｒ）
２５〜３１二Ｎｉ） ３．０〜５．０：Ｆｅ）残余）と
４０％のタングステンカーバイトとからなる粉末複合合
金によつて硬化肉盛した。、一そ′の硬化肉盛した層の
厚さは１．５ｍｍであつた。使用した融剤は実施例１で
使用したものと同じであつた。山及び谷の間隔は使用し
た成形型のものと同じであり、５７７！ｍ又は１０ｍ７
ｎのピツチであつた。表面形状は、各山部の容積及び各
谷部の容積がそれぞれ同じであり、谷部の容積が山部の
容積よりも小さいように作られた。粉末材料を載せた部
品を、硬質合金とスラグとからなる融解体が形成される
まで誘導機の電磁場内で加熱した。融解が完了した時に
、その融解体を、それを覆つているスラグ層を介して、
１２８０〜１３５０℃の範囲内の温度で、融解体に対面
する面上に特定比の山と谷とをもつ成形型によつて変形
させた。その変形はその硬質合金が完全に固化するまで
続けた。その部品を冷却し、その表面からスラグを除い
た後、金属組織学的研究用と耐摩耗性試験用にその部品
からそれぞれ研摩切片と特定試片とを製造した。

その亀裂を調べるために、部品の一部を硬化肉盛の直後
及び再加熱後に９４０〜１０００℃の温度で直径３０ｍ
ｍの曲線に曲げた。この屈曲は硬化肉盛層が外側になる
ようにして行なつた。６０％のソルマイトと４０％のタ
ングステンカーバイトとからなる複合合金の微細構造は
２つの構造帯を含有する。

その一つはその硬質合金の深さの６０〜６５容量％を占
める不完全溶体の帯域である。この帯域は高融点成分（
タングステンカーバイト）の鋭角をもつた非融解粒子、
硬質溶体のデンドライト、及び結合剤であるカーバイト
共晶体から成る。もう一つの帯域は構成合金の３５〜４
０容量％を占めており且つ上記不完全溶体の帯域の上に
位置する完全溶体の帯域である。

この帯域は主として過剰のカーバイトと、構造的に遊離
のオーステナイト領域をもつカーバイト共晶体とから成
る。誘導硬化肉盛試験の結果を表２に示す。本発明の誘
導硬化肉盛法は先行技術と比べて次の利点を保証する：
硬化肉盛した表面についての摩耗がより少なく、相対耐
摩耗性が増加する：部品の耐久性がより大きくなる： 硬化肉盛した合金の亀裂を伴うことなしで部品の硬化肉
盛した表面を曲げうるようになる。

このことは部品の硬化肉盛した表面の耐摩耗性と耐久性
とをかなり増大させ、誘導硬化肉盛の適用分野を拡大す
る。表１及び表２から容易にわかるように、不完全溶体
の過共晶体の好適な拡がりと層の厚さの増大によるその
山の部分の金属の一層高い耐摩耗性によつて、その部品
の耐摩耗性と耐久性とぱ著しく上昇する：この硬化肉盛
された表面の長さ方向に沿つた耐摩耗性と性質との変動
は曲つた表面を硬化肉盛することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の態様の説明図である。 １・・・・・・硬化肉盛される部品、２・・・・・・硬
質合金、３・・・・・・スラグ、４・・・・・・山、５
・・・・・・谷、Ｉ・・・・・・過共晶体、・・・・・
・共晶体、・・・・・・亜共晶体、・・・・・・境界帯
、Ｖ・・・・・・拡散帯、・・・・・・基体金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物品の表面に粉末材料を付与し、その粉末材料が硬
   質合金とスラグとからなる融解体に転化されるまでその
   物品をその上にその粉末材料を載せたまゝ誘導機の電磁
   場中で加熱し、その硬質合金層が完全に固化するまでそ
   の物品を冷却することを包含する誘導硬化肉盛法におい
   て、その融解体に対面する表面に山と谷とを備えた成形
   型によりスラグ層を介してその融解した硬質合金を型押
   してその融解体の硬質構造成分からなる山部と可塑性成
   分からなる谷部とを形成させ、その型押をその硬質合金
   が完全に硬化するまで継続させることを特徴とする上記
   の方法。 ２ その融解した硬質合金を１１００〜１４５０℃の範
   囲の融解温度で型押することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。