JP7274304B2 - 金属部材 - Google Patents
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Description
前記母材上にFeを主成分とする第2の高速度鋼合金で形成された肉盛層とを備え、
前記第1の高速度鋼合金及び前記第2の高速度鋼合金が、
C:1.0質量%以上2.6質量%以下、
Si:0.05質量%以上1.0質量%以下、
Mn:0.08質量%以上1.0質量%以下、
Cr:10.0質量%以下、
Mo:0.01質量%以上10.0質量%以下、
W:0.01質量%以上15.0質量%以下、
V:1.0質量%以上10.0質量%、
Co:15.0質量%以下を含有し、
残部はFeおよび不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をX線回折分析して得られる回折ピークのうちγ(111)の積分面積Aとα(110)の積分面積Bとの和に対する前記積分面積Aの比A/(A+B)が、0.01以上0.20以下であることを特徴とする。
33≦X-26HW≦65 ・・・(I)
12.5≦S+5HW≦18.0 ・・・(II)
この合金のベース元素は、Feである。換言すれば、この合金は、Fe基合金である。Fe基合金は、強度及び耐摩耗性に優れる。この合金からなる粉末は、特に金属部材の補修に適している。
Cは、Feに固溶する。Cは、合金の硬度、強度及び耐摩耗性に寄与しうる。Cの含有率が1.0質量%以上である合金は、硬さに優れる。この観点から、Cの含有率は1.0質量%以上が好ましい。Cの含有率が2.6質量%以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Cの含有率は2.6質量%以下が好ましい。
Siは、Feに固溶する。Siは、合金の強度及び耐ヒートチェック性に寄与しうる。この観点から、Siの含有率は0.05質量%以上が好ましい。Siの含有率が1.0質量%以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Siの含有率は1.0質量%以下が好ましい。
Mnは、合金の硬度及び強度に寄与しうる。この観点から、Mnの含有率は0.08質量%以上が好ましい。Mnの含有率が1.0質量%以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Mnの含有率は1.0質量%以下が好ましい。
Crは、Feへの他の元素の固溶に寄与する。Crは、合金の耐食性及び耐ヒートチェック性に寄与しうる。この観点から、Crの含有率は3.05質量%以上が好ましい。Crの含有率が10.0質量%以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Crの含有率は10.0質量%以下が好ましい。
モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及び、バナジウム(V)は、Cと微細な炭化物を形成し、合金の強度改善に寄与する。しかしながら、これらの元素の過剰の添加は延靭性の低下等を招く。このような観点から、Moの含有率は、0.01質量%以上が好ましく、10.0質量%以下が好ましい。Wの含有率は、0.01質量%以上が好ましく、15.0質量%以下が好ましい。Vの含有率は、1.0質量%以上が好ましく、10.0質量%以下が好ましい。
Coは、Feと共に合金のベースになりうる。CoはFeに固溶することで焼入性が増し、合金の強度向上に寄与する。このような観点から、Coの含有率は、0.01質量%以上が好ましく、15.0質量%以下が好ましい。
合金粉末は、アトマイズ法、粉砕法等によって製造されうる。アトマイズ法として、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、及び、ディスクアトマイズ法が例示される。合金に不純物が混入しにくいとの観点から、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法が好ましい。合金に不純物が混入しにくいとの観点から、不活性ガス雰囲気でのアトマイズが好ましい。量産性の観点から、ガスアトマイズが好ましい。
ここで、本発明に係る金属部材の適用例として、肉盛層で補修された金属部材について説明する。この金属部材(即ち、母材)は、第1の高速度鋼合金の粉末が粉末冶金法を用いて成形されたものである。但し、母材は、粉末成形体に限定されない。この金属部材の補修箇所に、第2の高速度鋼合金の粉末を溶接材料として肉盛溶接が施されることによって、肉盛層が形成される。肉盛溶接方法としては、レーザークラッディング法やプラズマ粉体肉盛溶接法などの粉体肉盛溶接法が用いられる。具体的には、肉盛溶接は以下の手順で行われる。合金粉末の粒子に圧縮ガス等によって速度が与えられ、加速されて進行中の粒子が加熱手段にて加熱される。加熱手段として、ガスの燃焼炎、プラズマ、レーザー等が挙げられる。加熱により、粒子は溶融状態又は半溶融状態となる。この粒子が金属部材に衝突させられ、凝固することにより、粒子同士が結合する。粒子は、下地である金属部材とも結合し、この結合により金属部材の表面に肉盛層が形成される。粒子が金属部材に衝突した後に、加熱がなされてもよい。粒子が金属部材に接触した状態で、加熱がなされてもよい。
33≦X-26HW≦65 ・・・(I)
12.5≦S+5HW≦18.0 ・・・(II)
表1に示す合金1~3の所定の組成を有する原料を、準備した。この原料を、真空中にてアルミナ製坩堝で、高周波誘導加熱法にて加熱した。この加熱によって原料を溶融させ、溶湯を得た。坩堝下にある直径が5mmのノズルから、溶湯を落下させた。この溶湯に、高圧アルゴンガスを噴霧し、300kgの粉末を得た。
実施例1~51及び比較例1~15の試料に対し、以下の測定を行った。
X線回折分析装置を用いて、熱処理前状態の各試料についてX線回折分析を行うことにより、各試料のγ(111)の積分面積Aとα(110)の積分面積Bとを測定し、積分面積Aと積分面積Bとの和に対する積分面積Aの比A/(A+B)を求めた。
X線回折分析装置を用いて、熱処理後状態の各試料についてX線回折分析を行うことにより、各試料のα(110)の半価幅HWを測定した。
エネルギー分散型分析装置を用いて、熱処理後状態の各試料についてエネルギー分散型分析を行うことにより、各試料のFe値[原子%]を測定した。
「JIS Z 2244」の規定に準拠して、熱処理後状態の各試料について母材及び肉盛層のビッカース硬度を測定した。
熱処理後状態の各試料について母材及び肉盛層から、幅が5mmであり、長さが50mmであり、厚さが3mmである試験片を切り出した。この試験片を用い、「JIS Z 2248」の規定に準拠して、抗折強度を測定した。表2~4に示す抗折強度は、5回の測定の平均値である。抗折強度に基づいて靭性を評価することができる。
熱処理後状態の各試料について、光学顕微鏡で写真を撮影し、得られた組織写真を元に画像解析ソフトウェアを用いて炭化物面積率[%]を測定した。
表2~4に、各測定結果、第1~3指標の値、及び、総合評価を示す。
表2に示す実施例1~17の試料は、第1指標の値が0.01以上0.20以下である。実施例1~17の試料は、70~54HRCの十分な硬さを有し、且つ、1600MPa以上の十分な抗折強度を有する。比較例1~5の試料は、第1指標の値が0.01以上0.20以下の範囲を外れている。比較例1~5の試料は、硬さが54HRC未満であり、硬さが不十分である。
A:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が2400MPa以上
B:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が2000MPa以上2400MPa未満
C:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が1500MPa以上2000MPa未満
F:硬さが54HRC未満
第1~3指標の全てが所定の条件を満たす実施例11~15の試料の総合評価はAとなった。第1,2指標のみが所定の条件を満たす実施例6~10の試料の総合評価はBとなった。第1,3指標のみが所定の条件を満たす実施例16,17の試料の総合評価はAとなった。第1指標のみが所定の条件を満たす実施例1~5の試料の総合評価はCとなった。第1指標が所定の条件を満たさない比較例1~5の試料の総合評価はFとなった。
表3に示す実施例18~34の試料は、第1指標の値が0.01以上0.20以下である。実施例18~34の試料は、70~54HRCの十分な硬さを有し、且つ、1600MPa以上の十分な抗折強度を有する。比較例6~10の試料は、第1指標の値が0.01以上0.20以下の範囲を外れている。比較例6~10の試料は、硬さが54HRC未満であり、硬さが不十分である。
A:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が2500MPa以上
B:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が2100MPa以上2500MPa未満
C:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が1600MPa以上2100MPa未満
F:硬さが54HRC未満
第1~3指標の全てが所定の条件を満たす実施例28~32の試料の総合評価はAとなった。第1,2指標のみが所定の条件を満たす実施例23~27の試料の総合評価はBとなった。第1,3指標のみが所定の条件を満たす実施例33,34の試料の総合評価はAとなった。第1指標のみが所定の条件を満たす実施例18~22の試料の総合評価はCとなった。第1指標が所定の条件を満たさない比較例6~10の試料の総合評価はFとなった。
表4に示す実施例35~51の試料は、第1指標の値が0.01以上0.20以下である。実施例35~51の試料は、70~54HRCの十分な硬さを有し、且つ、1700MPa以上の十分な抗折強度を有する。比較例11~15の試料は、第1指標の値が0.01以上0.20以下の範囲を外れている。比較例11~15の試料は、硬さが54HRC未満であり、硬さが不十分である。
A:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が2600MPa以上
B:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が2200MPa以上2600MPa未満
C:硬さが70~54HRC、且つ、抗折強度が1700MPa以上2200MPa未満
F:硬さが54HRC未満
第1~3指標の全てが所定の条件を満たす実施例45~49の試料の総合評価はAとなった。第1,2指標のみが所定の条件を満たす実施例40~44の試料の総合評価はBとなった。第1,3指標のみが所定の条件を満たす実施例50,51の試料の総合評価はAとなった。第1指標のみが所定の条件を満たす実施例35~39の試料の総合評価はCとなった。第1指標が所定の条件を満たさない比較例11~15の試料の総合評価はFとなった。
Claims (4)
- Feを主成分とする第1の高速度鋼合金である母材と、
前記母材上にFeを主成分とする第2の高速度鋼合金で形成された肉盛層とを備え、
前記第1の高速度鋼合金及び前記第2の高速度鋼合金が、
C:1.0質量%以上2.6質量%以下、
Si:0.05質量%以上1.0質量%以下、
Mn:0.08質量%以上1.0質量%以下、
Cr:10.0質量%以下、
Mo:0.01質量%以上10.0質量%以下、
W:0.01質量%以上15.0質量%以下、
V:1.0質量%以上10.0質量%以下、
Co:15.0質量%以下を含有し、
残部はFe及び不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をX線回折分析して得られる回折ピークのうちγ(111)の積分面積Aとα(110)の積分面積Bとの和に対する前記積分面積Aの比A/(A+B)が、0.01以上0.20以下である、
金属部材。 - 焼入及び焼戻が実施された状態の前記肉盛層について、X線回折分析して得られる回折ピークのうちα(110)の半価幅HW[度]と、エネルギー分散型分析装置で得られるマトリックス中のFe値X[原子%]とが、次の数式(I)の関係を満たす、
請求項1に記載の金属部材。
33≦X-26HW≦65 ・・・(I) - 焼入及び焼戻が実施された状態の前記肉盛層について、X線回折分析して得られる回折ピークのうちα(110)の半価幅HW[度]と、炭化物面積率S[%]とが、次の式(II)を満たす、
請求項1又は2に記載の金属部材。
12.5≦S+5HW≦18.0 ・・・(II) - Feを主成分とする第1の高速度鋼合金である母材と、Feを主成分とする第2の高速度鋼合金の粉末とを用意すること、
前記母材上に前記粉末を肉盛溶接して肉盛層を形成すること、及び、
前記肉盛層が形成された前記母材に焼入及び焼戻を含む熱処理を実施すること、を含み、
前記第1の高速度鋼合金及び前記第2の高速度鋼合金が、
C:1.0質量%以上2.6質量%以下、
Si:0.05質量%以上1.0質量%以下、
Mn:0.08質量%以上1.0質量%以下、
Cr:10.0質量%以下、
Mo:0.01質量%以上10.0質量%以下、
W:0.01質量%以上15.0質量%以下、
V:1.0質量%以上10.0質量%以下、
Co:15.0質量%以下を含有し、
残部はFe及び不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をX線回折分析して得られる回折ピークのうちγ(111)の積分面積Aとα(110)の積分面積Bとの和に対する前記積分面積Aの比A/(A+B)が、0.01以上0.20以下である、
金属部材の製造方法。
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