JPS6043460A

JPS6043460A - ニツケルを基にした硬質合金

Info

Publication number: JPS6043460A
Application number: JP8627884A
Authority: JP
Inventors: ラインホルト・ルツツ; ヘルゴ・ベント; ヘルムート・マインハルト; ハインツ・エシエンアウアー; エーリツヒ・ルークシヤイダー
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: HC Starck GmbH
Priority date: 1983-05-02
Filing date: 1984-05-01
Publication date: 1985-03-08
Also published as: DE3315920C1

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はニッケルークロム−はう素−珪素合金を基に１
７でおりそして硬度および靭性に関して特に有利な性質
を右する硬質合金に関するものである。

ニッケルークロム−はう素−珪素硬質合金の一１−なｉ
Ｐ　ｒＪＷ性は多数の文献に記されており、それらから
多イの可能な用途がわかる。これらの可能な用途の中で
は耐摩耗性の一ト塗すコーティングが特に重要であり、
これらのコーティングはある種の基質物質十に熱噴霧ま
たは析出−溶接させることにより得られる。

ニッケルを基にした硬質合金類の化学的組成の広範囲の
論評はｒＳｔ　ａｈｌ−Ｅｉ　５ｅｎ−Ｂ’ｕＣｈｅｒ
Ｊの２０巻、デュッセルトルフ、１９７５．７８および
７９頁（表１）中にＵ斤耗保護用の硬質合金類」という
題で示されている。この文献の他の部分には多くの可能
な用途に関する情報が記されている。

さらに、ドイツ公開明細書３，０１８，００７には粉末
状の複合充填剤物質が記されており、この物質にはニッ
ケルークロム−はう素−珪素合金の他に、タングステン
、炭素および鉄が加えられている二、ケル−クロト−は
う素−珪素合金が包含されている。公知の硬質合金類で
は、炭素含有、ｒＪはできるだけ低く、多くとも１東１
−％のｔ（ｚに、保たれている。

公知のニッケルークロム−はう素−珪素合金類の中では
、上記の文献の表１中に＃吟４３．５３．５８および８
５で示されているものが特に興味がある。これらの４種
の型の合金を特徴づけそして記載するためにはその次に
ある表２を参照すべきであり、そしてそれにより合金組
成と特性の間の関係がわかるであろう。この合金類の性
質と組成の間の関係をこれから記す。

硬度（ロアフラニル硬１ｉＨＲｃおよびビッカース硬石
ＨＶ　５０）の増加が該合金類の特徴であり、この硬度
測定はこれらの合金類からなる保護層）−で行われた。

クロム、はう素、珪、もおよび炭素含有域が増加するに
つれて硬俄か増加することは明白である。しかしながら
、ｌＩ！Ｉ！度が増加するにつれて合金は次第にもろく
なりはじめ、この影響はピンカース測定工程中に生じる
角における角錐状の形の勇しい亀裂状態などいろいろな
ところに現われ、これらの亀裂は顕微鏡で観察できそし
て表２および３中に「亀裂距離の合計」またはＳＣＬと
して記されている（全部で４個の角に対する）合泪距離
で示されている。比較的高度に合金化されたニッケルを
ノＳにした合金が抗−摩耗層として使用されるときには
−特に他の硬質物質粒子が埋め込まれているときには−
１それのもろさにより望ましくない副作用が生じ、その
結果この型の埋め込まれた物質類は機械的な応力が適用
されるときには容易に破壊してしまい、そのため望まし
くないことにその」二塗すコーティングが適用されてい
る物質の操作寿命が短かくなる。最低のメタロイド含有
４１を有する合金、すなわちほう素、珪素および炭素の
合金、は一般に認められているように亀裂は示さないが
それの硬度は充分な高さではない。

一］二記の型の硬質合金類を抗−摩耗層生成用の被析出
物質として例えば熱噴霧または析出−溶接により使用す
るときには、−ヒ塗すコーティングを加熱を含む技術に
より適用する間またはその後熱をかける際に異なる熱膨
張係数のために該コーティングが破壊してしまうため、
多くの等級の鋼が基質物質として不適当であったりまた
は限定された適合性しか有さない、従って上記の欠点が
生じるため全種類の高度に合金化された鋼類を公知のも
ろい硬質合金類に対するコーティング用に考えることは
できず、そのような物質の例は特に弁用の鋼、部品用の
鋼およびスプリング用の鋼類である。

！−記の型の硬質合金類を粉末状で、これも粉末状であ
る複数の他の型の硬質物質と組合わされて抗−摩Ｊ〔層
としての被析出物質類として使用するときには、硬質−
物質粒子用のマトリフクスとして作用する硬質合金は衝
突、衝撃または振動の結果としての抗−摩耗表面上塗り
の応力に酎えるのに光分な靭性を４１し、一方向時に摩
擦−誘発応力を受けたときには埋められた硬質物質粒子
を結合させるということが改良である。

従っ−１本発明の目的は表２に従うような互いに矛盾し
ている性質、すなわち高い靭性および高゛〜い（硬度、
を兼備できるようにニッケルを基にした合金類の性質を
改良することである。

表１に挙げられているニッケルークロム−はう素−珪素
合金を基にした硬質合金類の１種が２２〜２７千♀−％
のクロムおよび２．５〜３．５重量％の炭化クロム、好
適にはＣｒａ　Ｃ２、および／または元素状炭素の形の
炭素を含有しており、公知の硬質合金の他の成分類はそ
れに対応して各場合とも木質的には同一割合だけ減しら
れているよ〕なときに、この問題の−・解決法が得られ
る。こねは特に表２に挙げられている公知のニッケルを
店にした場合に適用される。すなわち、表２に例として
挙げられているｒｃｏｌｍｏｎｏｙ　４Ｊ（ウオール◆
コルモノイ・カンパニイの合金−表出）として知られる
合金の場合、特定４にの炭化クロムを加えることにより
ＨＲＣ６０すなわち８８０ＨＶ５０の硬度値がイワられ
、同時に合計亀裂距離で表わして５０重ｍだけの値を生
しる高度の靭性を示す合金が得られる。表２に挙げられ
ているほぼ等しい硬度のｒｃｏｌｍｏｎｏｙ　８Ｊ合金
と比較すると、この靭性は茗しく高いものである。ｒｃ
ｏｌｍｏｎｏｙ　４Ｊとして知ら、ｔＬテｌｒ％るＮ　
ｉ　−Ｃｒ−Ｂ−３ｉ合金にＣｒ３Ｃ２を基礎合金に関
して１５〜２３＠量％の範囲のＣｒ３Ｃ２Ｍ３で加える
と、物質の硬度は増加するが同時にノル碌合金の靭性は
保有されている。

特に硬質合金の組成が下記の濃度範囲：２２〜２７千敏
％のクロム、３〜４改量％の珪素。

２．５〜３　、５　ｌ［ｊ早％の炭素、４〜４．５Φ：
都％の鉄、２．５〜２．７小ｉ％％のほう素、および夕ｌりの埴の
ニッケルを構成しているときに」二足の性質が得られる。

適当！−の炭化クロム、々ｆ適にはＣｒ３Ｃ２、を合金
用話加物として例えば表２に挙げられているような公知
の硬質合金類に加えることによるか、または適当な割合
の個々の成分類、すなわちクロムおよび元素状炭素、か
ら組成物を製造することにより、］二記の型の合金が得
られる。

さらに、周期律表の第５副族に属する金属類の炭化物類
、主として炭化タンタル、もニッケルを基にした硬質合
金類の性質に対して炭化クロムＣｒ３Ｃ，と同様な効果
を示すことが見出されている。

例えば本発明に従う硬質合金を製造するためには、もと
もと１３．５％のクロム、３％のほう素、４．２５％の
珪素、０．７５％の炭素、４゜７５％の鉄および残りの
にの二・ンケル紮含有している公知のｒｃｏｌｍｏｎｏ
ｙ　４Ｊ型合金を真空誘４炉中で融解し、そして各場合
に適した５、１０または２０重ら）％の炭化物類ＶＣ，
ＮｂＣまたはＴ　ａ　Ｃを合金融解物中に加えた。固化
した融解物からなる構造物を鋳造後に金属組織学的に試
験し、そして生成した物質を硬度および靭性試験にかけ
た。

これらの融解試験の結果を表３にまとめた。

Ｎｉを基にした合金であるｒｃｏｌｍｏｎｏｙ６」を対
照用物質として使用した。表中の値が示す如く、本発明
に従い硬質物質類ｖｃ、　Ｎｂｃ薫たはＴａＣを添加す
ると新規な合金類中では硬度（ＨＶ５０またはＨＲＣ）
はそれに対応して増加し、　・方靭性を表わしている［
亀裂距離の合、ｉｔＪ　、ｐＬｍ、は大多数の場合著し
く減少しそしてその他の場合でもわずかに減少した（実
験４）。

実験３における亀裂距離の合計の鋭い増加およびＶＣ含
イー（品の増加の関係は、２０％のＶＣを合金に添加す
るとすでに最適値をはるかに越えていることを）Ｊ＼し
ている。

イ１１られた測定値によると、炭化タンタルは本発明に
従う意味において優れた効果を４１しており、それは合
金の５重ψ％だけに相当する割合で存在すればほとんど
完全な効果が得られることを示している。炭化タンタル
は２重量％の割合で存在しているときでさえそして特に
２５〜３０重量％の範囲内の割合で存在しているときに
は、本発明にｆう意味において非常に良好な効果を有す
る９本発明に従うＶＣ，ＮｂＣまたはＴａＣの添加は公
知の合金Ｃｏ１ｍｏｎｏｙ　６に対して限定されるもの
ではなく、表１に挙げられているニッケルークロム−は
う素−珪素合金を基にした全ての公知の合金型用に適し
ている。表２に挙げられている硬質合金類が特に興味が
ある。

本発明に従う上記の型の硬質物質類の使用はもちろん」
−記の純粋な金属炭化物類に限冗されるものではなく、
その理由はこれらの炭化物類の二元および一：、元混合
物類により製造された固溶体類もイ」効でありそして有
利であるからである。北記の炭化物類およびそれらの混
合物類の他に、上記の尤素類のカーボナイトライド類（
ｃａｒｂｏｎｉｐｒｉｄｅｓ）またはこれらのカーポナ
イトライト類の［−４溶体相知も本発明の意味において
いずれの割合においても適しているとみなされる。

もちろん本発明に従う新規な合金類の利点の応用は鋳造
により製造される製品類にだけ限定されるものではない
。これらの合金類を使用できる他の形状は、熱−噴％目
的用または噴霧−溶接目的用、析出−溶接目的用などの
ための純粋形または他の硬質物質類と組合わされた形の
合金粉末である。

さらに、該合金類は電極、棒、線状充填剤または鋳ｔシ
物（流出型）用の並びに静止−型（ｄｅａｄ−ｍｏｌｄ
）ＰＪ造および成型−焼結などの製品用の原料として適
している。

抗−摩耗物質類としてまたは腐食保護用物質としてのＯ
ｆ能な用途は非常に多く、そしてｒＳｔａｈｌ−Ｅｉｓ
ｅｎ−ＢｉｉｃｈｅｒＪＩ７）２０巻、デ。ッセルドル
フ、１９７５中の「度肝保護用の硬質金くり類」という
題の文献を参照するとよい。

本発明に従う合金の使用時の特に有利な形状には、摩耗
関連技術においてそれらの異る熱膨張性能のために杵通
は非常の硬い抗−摩耗層を装着させることができないよ
うな基質物質に対する合金の適用が包含される。そのよ
うな場合、本発明に従う合金は析出層が高い硬度を有し
ているにもかかわらず複合物質に熱をかけたときに確実
に良好に接着し、そのことは当技術の現状に従う硬質合
金類の場合には生じないことである。粉末または線状の
木発す１に従う合金は好適にはド敷き物質に熱析出−噴
霧（炎−噴霧またはプラズマ−噴１＠）法により適用さ
れ、その後それは例えば粉砕および研斤または他の同様
な方法により一般的な従来技術を用いて機械的加工処理
を受ける。

別の好適な使用形は棒であり、基質物質に対するそれら
の適用はアーク析出−溶接により行われる。

線の代わりに硬質−合金粉末をいわゆる「コーロ　（プ
ラスチックフィルムまたは金属箔で外装された粉末−ス
トランド）の形で熱−噴霧１′！的川に使用することも
できる。さらに、合金を棒状で高温ハンダとして使用す
ることもできる。

１２　／１３　／１４　／１５　／１６　／１７　／　１．０１８　／　１．２１９　／　５．’（＋２０　／　５．０２１　、／　５．０２２　／　５．５２３　／　７．０２４　／　７．０２５　／７．０２６　／　７．３２７　／　７゜５２８　７　７．５３．４　１．３５　＜３．０３、５　１．９　０．４４、０　３．３４、５　２．９４、５　３．００．０（ｉ　２．５　Ｌ、５　１．５２、５　１．３０．２５　３．０　１．０　３．５０２５　、う２５　１．２５　３．００．２５　４．０　１．２５　２．００．２　ｚｏ　ｔ、ｓ　ｔ、ａ４．０　２．５　３．０４、　ｓ　２．　Ｑ　３．　。

Ｏ，１４，５３，２３，０６ＦＯ，６３，６２，，７１，９４、０１，５１，５０，０９４，５２２，６３２＋７２２９　／　８．Ｑ３０　／　９．０３１　／　９．０３２　９０３３　／３４　／　９．　ｓ　ａ３５　／　９．６３ｆｉ　／　９．９；う７　／　１０．０３８　／　１０．０３９　／　１０．０４０　／　１０．０４１　／　１０．０４２　／　１０．０４３　／　１０．０４４　／　１０．０４５　／　１０，００．２　４．６　３．１　−３．３０．３　３，２５　１．８　３．２５０．３　３．５　２．５　３．６０．４５　３．０　２．０　３７５合金番号　３２＋３５％　（ＷＣ＋　１０　Ｃｏ　ｌＯ
，１４３，２９１，８８３，５４０，１３，７２，２６０，１３０、６２＋５　１．７　２４４、０　１．５　４．０３、０　１．９　４．００、０４　３．５　２．０　０．５　０．３　Ａ／　ｎ
Ｏ，１５２，５２，５Ｚ５０．４　３．５　２．０　３．００．４　３．５　２．５　３．５　１２　メｒＯ，＋５
　２．２３　２０２．５０、’）５　２．５　２．（１１５０，６４，５３，２４６／　１０．５４７　／　ｉｏ、ｇ４８　／　１１．０４９　／　１１．０５０　／　１１．０５１　／　１１．０５２　／　１１．Ｅ５３　／　１１．５５４　／　１１．９５５　／　１′２．０５６　／　１２．５５７　／　１３．０５８　／　１３．５５９　／　１３．５６０　／　１４．（＋６１　／　１４．０６２　／　１４．０２０　２０　３．００．１　３．２　２．０　１．５３．２　２０４．０４、０　２．０　４．００．０？　４．２６　Ｚｎ２　３．７５０．４５　２．
２５　２．５　２２５ｏ、ｓＳ３，２５　２．５　３．７５　１６ＦＯ，６５
３，７５２，５４，２５０，３８３，５４２，１５３，：（８ｏ、　３　３．６　１６　３．３０、？　４．０　２．７５　４．５０．８　３．７　２．８　３．２５　１２１Ｊ’０．７
５　４．２５　３．０　４．７５０．１　４．５　３．
５　４．５０、５　４．０　３．０　４．００．６　３．５　２，７５　４．００．６５　３．８　２．８　３．７５６３　／　１４．０　０．６５６４　／　１４．０　０．６６６５　／　１４．０　０．７６６　／　１４．０　０．７５６７　／　１４．５　０．７５６８　／　１５．０６９　／　１５．０　０．６７０　／　１６０７１　／　１６．０７２　／’　１６．（１０，４７３／　１６．０　０．５７４　／　１６．０　０．７７５　／　１６．５　０９７６　／　１７．０　０．２８７７　／　合金番号３．７５　２，７５　３．７５４．２５　３，１５　４．５４．５　３．５　４．５４．０　３．２５　４．０１１４°５３５４°５４、５　３．０　４．５４、２　３．　Ｏａ　７４、５　３．６　４．０４、５　３．５　４．０２．５Ｃｕ４．０　４．ＯＺ５　３ｍｏ　３ｃｒｔ４、３　３．０
　３．９４．２５　３，２５　３．７５４．２５　３，７５　０．３．げりｔ７６＋５０％　ｔＦＣ７８／　１７．０　０．２８７８　／　合金番号８０　／　１７．０　０．９５８１　／　合金番号８２　／　合金番号８３　／　１７．０　１．０８４　／　１７．ＯＬ、０３５　／　２６．０　０．０５８６　／　２０．０　Ｚ３５４．２５　３．７５　１３Ａ／。

０．３Ａｆｎ７８＋５０％　ＷＣ３，９３，３２，０８０＋１５％　ＩＷＣ＋１０Ｃｏ　１８０＋５０％　（１１’Ｃ＋１０Ｃｏ）４、０　３．５
　４．０４、５　３．５　４．０４．０　３．５　１．００・６　１　０Ｃ。

５Ｆ人ヱニッケル　フにした合會頷Ω性月組成　Ｃｏ１Ｉ１１．４　Ｃｏ１ａ、５　Ｃｏ１ｍ；６
　Ｃｏ１ｍ、８　本発明（４３）才　（５３）よ　（５
８）木　（８５）＊ＸＮ　ｉ　ＩＮ’、　Ｊｒ！：　９
ｋ　’６−　残量　残量　８５−７０Ｅｒ　１０　１１
．５　１３．５　２８．０２２−２７訃　２．０　２．
５　３．０　３．５　約２．５＄Ｓｉ　２．２５　３．
７５　４．２５　４．０　３−４Ｅ　Ｏ，４５０，＋３
５　０．７５　０．Ｅ１５　２．５−３．５％Ｆｅ　２
．５’　４，２５　４．７５　１．０　４−４．５硬度
比較（１）ｉ有測定）ＨＲＣ３０４４５３５５６０ＨＶ５０　Ｂｏ　５３５　６２５　６９０　８８０ＳＣ
Ｌ、　０　２３　２５５　３４４　５０＋靭性の測定値
としての亀裂距＃（固有測定）の合計１色ｍ針入１中の合金を示す番号人】周期１１″、表の第５副族の元素類の炭化物類が種々の
、（Ａで加えられであるＣＢｔ型のニッケルを基にした
硬質合金類の性質実験　合金　ビッカース　ロックウェル　ＳＣｔ＋番吋
　および　硬度　硬度　（弘！Ｂ）添加’　）ＩＶ５０
　ＨＲＣｏ　ｃｅ才型　６２５　５３　２５５添加物なし１　Ｇ８Ｎ！　６９８　５５　８１＋　５％ＶＣ２Ｃ８型　７７９　５８　１Ｂ２＋　１（１％Ｖｌｌ：３　Ｃ６型　８８９　８０　３７１＋　２０％ＶＣ４ＣＢ型　７７８５５２１５＋　５％Ｎｂ１ｌ：５　０Ｂ型　８１８．　５８　１２２＋　１０ＸＮｂＣ６０１３型　８７８　５８　１３３＋　２０ＸＮｂＣ７Ｃ１（型　７７０　５Ｂ　７０＋　５＄ＴａＣ８ＣＢ型　８０２　５？　７４＋　ＩＯ％Ｔａｃ９　ＣＢ型　７９７．５８　７１＋　２０％ＴａＣｊ　１３．５％のクロム、３％のほう素、４．２５％の
珪素、０．７５％の炭素、４．７５％の鉄および残量の
ニッケルを含有している′）＆礎合金＋ピンカース硬度
測定により生じる角錐状の形から発する放射状の亀裂距
離の合計表３に示されている如く、硬度および靭性に関して良好
な結果を得るためにはバナジウム、ニオブおよび／また
はタンタル元素類の炭化物類を公知の硬質合金類に５．
１０または２０重量％の量で加えることができ、炭化タ
ンタルの場合にはその割合は５＠量％以下または２０重
量％以上であってもよい。一方、２０巾量％の炭化バナ
ジウムは比較的長い亀裂距離の合一１を与え、そのこと
が本発明に従うとなぜ炭化バナジウムが２０％以下であ
るのかという理由である。

上記の元素類の炭化物類を加えるときには、公知の硬質
合金を構成している他の成分類はそれに対応して各場合
とも同一割合だけ減少し、その結１社例えば１０重量％
９炭化タンタルを添力ｌける場合には公知の硬質合金が
構成している成分類の合計は９０屯量％となる。

Claims

【特許請求の範囲】１、硬度および靭性に関して特に有利な性質を有しそし
てバナジウム、ニオブ、タンタルおよび／またはクロム
元素類の炭化物類を含有している、ニッケルークロム−
はう素−珪ふを＾（にした硬質合金。２、　２２〜２７屯量％のクロム、２．５〜２，７屯量％のほう巣、３〜４嘔晴％の珪素。４〜４．５屯１ｉ１−％の鉄。？、５〜３．５セＩ−：％の炭素、および１（５りの〜
１の二ンケルを含イ］シている、特許請求の範囲第１項記載の硬質合
金。３、炭素が炭化クロム、好適にはＣｒａ　ｃ２．の形で
および／または元素状炭素の形で加えられている、特許
請求の範囲第２項記載の硬質合金。４、バナジウム、ニオブおよび／またはタンタル元素類
の炭化物類を基礎合金に関して５〜２０毛都％の範囲内
の覗で含有しており、硬質合金を構成している他の成分
類はそれに対応して木質的には各場合とも同〜割合だけ
減じられている、特許請求の範囲第１項記載の硬質合金
。５、へナジウム、ニオブおよび／またはタンタル元素類
の炭化物類を、１０−１５屯１ｔ−％のクロム、２〜３屯昂％のほうホ、２〜５呪ｒ、１（％の珪素、０．４〜ｏ、ｓ＝Ｂ；−％の炭素、２〜５利量％の鉄、および残りの贋のニッケルを含有している合金に、基礎合金に関して５〜２０徂量
％の範囲内の炭化物添加量で加える、特許請求の範囲第
４項記載の硬質合金。６．２〜３０重量％の炭化タンタルを含イ１している、
特許請求の範囲第４および５項に記載の硬質合金。゛７．炭化物類を個別的にまたは２もしくは３種の炭化
物類の混合物として加える、特許請求の範囲ｔ＋５４〜
６項に記載の硬質合金。８．１−記の元素類のカーボナイＩ・ライド類を個別的
にまたはｉｒｌ、合物として加える、特許請求の範囲第
４〜６項に記載の硬質合金。