JPH02277762A - チタンまたはチタン合金の表面硬化法 - Google Patents
チタンまたはチタン合金の表面硬化法Info
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- JPH02277762A JPH02277762A JP1099809A JP9980989A JPH02277762A JP H02277762 A JPH02277762 A JP H02277762A JP 1099809 A JP1099809 A JP 1099809A JP 9980989 A JP9980989 A JP 9980989A JP H02277762 A JPH02277762 A JP H02277762A
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、チタンまたはチタン合金で製作した機械部品
の表面硬化法に関する。
の表面硬化法に関する。
たとえば内燃エンジンのバルブのフェースに対して耐摩
耗性を与えるために、従来から「ステライト」を代表と
するＣｏ合金などの内需溶接をして、これを硬化させる
ことが行なわれている。 一方、最近ではエンジンの高性能化に伴って、バルブも
Ｔｉ合金を使用して軽量化することが試みられている。 ところが、ＴｉまたはＴ１合金に対して常用のＣｏ合
金を肉高すしてみても、母材と肉盛り金属層との界面か
ら割れて剥離する傾向があり、耐久性や信頼性に欠ける
ことがわかった。 ＴｉおよびＴｉ合金の表面硬化技術としては、このほか
窒化法がある。 これは、ＴｉまたはＴ１合金の部品を
Ｎ２ガス雰囲気中で高温に加熱し、表層にＴｉ Ｎ相を
形成させて硬化をはかるものでおる。 しかし、形成で
きる硬化層の厚さが数μｍと凄く、それが摩滅あるいは
剥離すると耐摩耗性が一挙に失なわれるのが、窒化法の
難点である。 出願人は、このような技術の現状を打破することを企て
て研究し、ＴｉまたはＴ１合金の母材に対して、肉盛り
材としてＣｏ （またはＧｏ合金）とＴｉ （また
はＴ１合金）との混合物を使用するか、またはＣｏを含
有するＴｉ合金を使用して、母材と肉盛り材との混合が
生じるように溶融させることにより、効果的に表面硬化
を行なう技術を確立して、すでに提案した（特願平１−
２９２５８）。 ざらに研究を進めた結果、上記の手法が、肉帰り材とし
てＮｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ （またはＴ１
合金）との混合物、またはＮｉを含有するＴｉ合金を用
いたときにも適用でき、好結果を与えることを見出した
。 ｒ発明が解決しようとする課題１ 本発明の目的は、上記した新知見を利用し、Ｔ１または
Ｊｉ金合金製作した機械部品の表面に、十分な厚さをも
ち密着性の高い肉盛り硬化層を形成し、それによって耐
久性のよい耐摩耗表面を得る表面硬化法を提供すること
にある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明のチタンまたはチタン合金の表面硬化法は、Ｔ１
またはＴ１合金からなる母材の表面に５いて、 ａ） ＮｒまたはＮｉ合金と、ＴｉまたはＴｉ合金と
の混合物、または ｂ） Ｎｉを含有するＴｉ合金 からえらんだ肉盛り材を、母材と混合が生じるように溶
融させ、肉盛硬化することからなる。 本発明を適用できるＴｉ合金は、母材としては、Ｔｉ−
６Ａｆｌ−４Ｖのよう’ｈ、Ｔｉ ヲ主成分トしてそれ
に比較的少量の合金成分を添加したものが代表的である
が、金属間化合物ＴｉＡρ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を
も包含する。 また、Ｔｉ −１３Ｖ −１１Ｃｒ−３
ＡＪ２やＴｉ −５Ａ、ｆｆ−２，５Ｓｎのような合金
も対象になる。 ＮｉまたはＮｉ合金と混合して肉盛りに使用するＴｉま
たはＴｉ合金は、母材と同種のものが好適であるが、母
材がＴｉ合金であっても純Ｔ１を使用してよいし、母材
と異なるＴｉ合金であっても差し支えない。 肉盛りの材料とするＮ１合金は、従来市販のものが好都
合に使用できる。 たとえば「ハステロイＣｌ （Ｎｉ
−１６Ｍｏ−１５Ｃｒ −５Ｆｅ −４Ｗ＞、［イン
コネル６２５Ｊ （Ｎｉ −２１Ｃｒ−９ＭＯ−４Ｎ
ｂ ＞などの材料が、粉末や棒の形で入手できる。 Ｎ
ｉを含有するＴｉ合金は市場には見当らないが、Ｎｉが
１０〜５０重量％を占めるように、Ｔ１またはＴｉ合金
と配合して合金化し、粉末や棒の形で用意すればよい。 肉盛りに使用するＮｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ（
またはＴ１合金）との混合物の組成は、Ｎｉを含有する
Ｔ１合金の組成と同様、Ｎｉが１０〜５０％の範囲とな
るようにえらべばよい。 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る。 それには、プラズ
マアーク溶接、ＴＩＧ溶接などの手段が適切である。 溶融の雰囲気は、Ａｒのような不活性ガスを使用すれば
作業が容易であるが、酸素および（または）窒素を溶融
金属に固溶させて硬化する効果も狙って、ＣＯ２，０２
，Ｎ２をコントロールされた最で含有する雰囲気を使用
することも有利である。 ［作 用１ １ｉまたはＴｉ基合金の表面にＣＯ合金の肉盛り溶接を
行なったとき、肉盛り金属層の密着がよくないのは、界
面において金属間化合物のＴ１ＣｏやＴｉ２ＣＯの層が
生成するためであることが、ざきの発明の過程でわかっ
た。 このような金属間化合物は、それ自体は硬質であ
るが脆いため、層状に生成すると、そこから剥離しやす
いわけである。 本発明に従って、第１図にみるように、ＴｉまたはＴ１
合金の母材（１）にＮｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ
（またはＴ１合金）とが混在する肉盛り材（２）を溶
接することにより、溶融金Ｂ（３）は、単にＧｏ合金を
溶接した場合よりも、Ｔｉ成分の存在により母材となじ
みやすい。 しかもこの溶融は、母材と肉帰り材との混
合が生じるように行なうのであるから、溶融金属の母材
に近い部分はどＴｉ成分の含有量が高い。 これを模式的に示せば、第２図のグラフのようになる。 すなわち、肉盛り材としてステライトを使用した従来
の肉盛り溶接によるときは、表面から内部へ向う硬さの
分布が、細線で示すように、表層からある深さまではス
テライト自体の硬さを保ち、そこで急激に高まったあと
、−挙に母材の硬さまで低くなる。 この急激な硬さの
高まりは、前記した金属間化合物Ｔ ｉ Ｃｏ 、 Ｔ
＋ ２ Ｃｏの生成に起因するものである。 これに対し、本発明に従って、たとえばハステロイにＴ
１合金を混合して使用した場合には、第２図に太線で示
すように、かなりの厚さにわたってその硬さを保ったの
ち、溶融部分から母材に向って連続的に低下する分布を
みせる。 肉盛り金属層と母材との間に脆い層ができな
いから、剥離の心配はない。 もちろんこの場合でも、
Ｔ１ＮｉやＴｉ ２ Ｎｉは生成するが、溶融部中のＴ
ｉ成分濃度が高いため、これらの金属間化合物は層状に
存在せず、細かく分散した形で溶融金属層に存在し、そ
の硬さを向上させるのに役立つ。 容易に理解されるように、Ｎｉを主成分とする硬質の合
金がより多くを占めれば、肉盛り硬化層の耐摩耗性は高
く、一方、Ｔ１またはＴｉ合金の割合を高くすれば、母
材との密着性はいっそう良好になる。 溶融金属層（３）の厚さは、肉盛り材（２）の使用量と
溶接部に与える熱量とを調節することにより、かなり広
い範囲で変更でき、所望により相当厚くできる。 従っ
て、肉盛り溶接後に表面を研磨して、たとえば第１図に
破線で示した位置まで削り取ったとしても、なお十分な
硬化層を残すことができる。 ［実施例１］ ＴｉまたはＴｉ合金の平板を母材として使用し、第１表
に示す条件で、Ｎｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ （
またはＴｉ合金）の混合物を肉盛り溶接した（ビード幅
は約１０ｍ＞。 硬化表面の硬さと肉盛り部分の厚さを
測定した結果を、表に示す。 表において、記号で示した肉盛り材の内容は、つぎのと
おりである。 （）内は重量％Ａ−１：ハステロイＣ
粉末（１５）＋ Ｔｉ−６Ａｆ！−４Ｖ粉末（８５） Ａ−２＝ハステロイ粉末（２５）＋ Ｔｉ −６Ａｊ−４Ｖ粉末（７５） Ｂ；インコネル６２５粉末（２５）＋ Ｔｉ −６Ａｌ−４Ｖ粉末（７５） Ｃ：Ｎｉ粉末（１５）十 Ｔｉ −６Ａ、ｌ！−４Ｖ粉末（８５）Ｄ：Ｎｉ粉末（
１５０）＋ Ｔｉ粉末（８５） Ｅ：Ｎｉ棒（径２ｍ）十 Ｔｉ棒（径３．５Ｊｌｌｌ） Ｆ：Ｔｉ −６Ａｊ−４Ｖ−１ＯＮｉ粉末比較のため、
表面硬化処理をしてない純Ｔ１およびＴ１合金の表面の
硬さ、およびガス窒化したＴｉ合金の表面の硬さと硬化
層の厚さとを、表にあわせて掲げた。 ［実施例２］ Ｔ；−６ＡｆＪ−４Ｖ合金で製作したエンジンバルブの
フェースに、同じＴｉ合金の粉末とＮｉまたはＮｉ合金
の粉末との混合物を、プラズマアークにより肉盛り溶接
した。 フェースを研削仕上げしたのちの表面の硬さと
肉盛り材の組成との関係を、第３図のグラフに示す。
肉盛り材の組成と雰囲気は、グラフに記すとおりである
。
耗性を与えるために、従来から「ステライト」を代表と
するＣｏ合金などの内需溶接をして、これを硬化させる
ことが行なわれている。 一方、最近ではエンジンの高性能化に伴って、バルブも
Ｔｉ合金を使用して軽量化することが試みられている。 ところが、ＴｉまたはＴ１合金に対して常用のＣｏ合
金を肉高すしてみても、母材と肉盛り金属層との界面か
ら割れて剥離する傾向があり、耐久性や信頼性に欠ける
ことがわかった。 ＴｉおよびＴｉ合金の表面硬化技術としては、このほか
窒化法がある。 これは、ＴｉまたはＴ１合金の部品を
Ｎ２ガス雰囲気中で高温に加熱し、表層にＴｉ Ｎ相を
形成させて硬化をはかるものでおる。 しかし、形成で
きる硬化層の厚さが数μｍと凄く、それが摩滅あるいは
剥離すると耐摩耗性が一挙に失なわれるのが、窒化法の
難点である。 出願人は、このような技術の現状を打破することを企て
て研究し、ＴｉまたはＴ１合金の母材に対して、肉盛り
材としてＣｏ （またはＧｏ合金）とＴｉ （また
はＴ１合金）との混合物を使用するか、またはＣｏを含
有するＴｉ合金を使用して、母材と肉盛り材との混合が
生じるように溶融させることにより、効果的に表面硬化
を行なう技術を確立して、すでに提案した（特願平１−
２９２５８）。 ざらに研究を進めた結果、上記の手法が、肉帰り材とし
てＮｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ （またはＴ１
合金）との混合物、またはＮｉを含有するＴｉ合金を用
いたときにも適用でき、好結果を与えることを見出した
。 ｒ発明が解決しようとする課題１ 本発明の目的は、上記した新知見を利用し、Ｔ１または
Ｊｉ金合金製作した機械部品の表面に、十分な厚さをも
ち密着性の高い肉盛り硬化層を形成し、それによって耐
久性のよい耐摩耗表面を得る表面硬化法を提供すること
にある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明のチタンまたはチタン合金の表面硬化法は、Ｔ１
またはＴ１合金からなる母材の表面に５いて、 ａ） ＮｒまたはＮｉ合金と、ＴｉまたはＴｉ合金と
の混合物、または ｂ） Ｎｉを含有するＴｉ合金 からえらんだ肉盛り材を、母材と混合が生じるように溶
融させ、肉盛硬化することからなる。 本発明を適用できるＴｉ合金は、母材としては、Ｔｉ−
６Ａｆｌ−４Ｖのよう’ｈ、Ｔｉ ヲ主成分トしてそれ
に比較的少量の合金成分を添加したものが代表的である
が、金属間化合物ＴｉＡρ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を
も包含する。 また、Ｔｉ −１３Ｖ −１１Ｃｒ−３
ＡＪ２やＴｉ −５Ａ、ｆｆ−２，５Ｓｎのような合金
も対象になる。 ＮｉまたはＮｉ合金と混合して肉盛りに使用するＴｉま
たはＴｉ合金は、母材と同種のものが好適であるが、母
材がＴｉ合金であっても純Ｔ１を使用してよいし、母材
と異なるＴｉ合金であっても差し支えない。 肉盛りの材料とするＮ１合金は、従来市販のものが好都
合に使用できる。 たとえば「ハステロイＣｌ （Ｎｉ
−１６Ｍｏ−１５Ｃｒ −５Ｆｅ −４Ｗ＞、［イン
コネル６２５Ｊ （Ｎｉ −２１Ｃｒ−９ＭＯ−４Ｎ
ｂ ＞などの材料が、粉末や棒の形で入手できる。 Ｎ
ｉを含有するＴｉ合金は市場には見当らないが、Ｎｉが
１０〜５０重量％を占めるように、Ｔ１またはＴｉ合金
と配合して合金化し、粉末や棒の形で用意すればよい。 肉盛りに使用するＮｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ（
またはＴ１合金）との混合物の組成は、Ｎｉを含有する
Ｔ１合金の組成と同様、Ｎｉが１０〜５０％の範囲とな
るようにえらべばよい。 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る。 それには、プラズ
マアーク溶接、ＴＩＧ溶接などの手段が適切である。 溶融の雰囲気は、Ａｒのような不活性ガスを使用すれば
作業が容易であるが、酸素および（または）窒素を溶融
金属に固溶させて硬化する効果も狙って、ＣＯ２，０２
，Ｎ２をコントロールされた最で含有する雰囲気を使用
することも有利である。 ［作 用１ １ｉまたはＴｉ基合金の表面にＣＯ合金の肉盛り溶接を
行なったとき、肉盛り金属層の密着がよくないのは、界
面において金属間化合物のＴ１ＣｏやＴｉ２ＣＯの層が
生成するためであることが、ざきの発明の過程でわかっ
た。 このような金属間化合物は、それ自体は硬質であ
るが脆いため、層状に生成すると、そこから剥離しやす
いわけである。 本発明に従って、第１図にみるように、ＴｉまたはＴ１
合金の母材（１）にＮｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ
（またはＴ１合金）とが混在する肉盛り材（２）を溶
接することにより、溶融金Ｂ（３）は、単にＧｏ合金を
溶接した場合よりも、Ｔｉ成分の存在により母材となじ
みやすい。 しかもこの溶融は、母材と肉帰り材との混
合が生じるように行なうのであるから、溶融金属の母材
に近い部分はどＴｉ成分の含有量が高い。 これを模式的に示せば、第２図のグラフのようになる。 すなわち、肉盛り材としてステライトを使用した従来
の肉盛り溶接によるときは、表面から内部へ向う硬さの
分布が、細線で示すように、表層からある深さまではス
テライト自体の硬さを保ち、そこで急激に高まったあと
、−挙に母材の硬さまで低くなる。 この急激な硬さの
高まりは、前記した金属間化合物Ｔ ｉ Ｃｏ 、 Ｔ
＋ ２ Ｃｏの生成に起因するものである。 これに対し、本発明に従って、たとえばハステロイにＴ
１合金を混合して使用した場合には、第２図に太線で示
すように、かなりの厚さにわたってその硬さを保ったの
ち、溶融部分から母材に向って連続的に低下する分布を
みせる。 肉盛り金属層と母材との間に脆い層ができな
いから、剥離の心配はない。 もちろんこの場合でも、
Ｔ１ＮｉやＴｉ ２ Ｎｉは生成するが、溶融部中のＴ
ｉ成分濃度が高いため、これらの金属間化合物は層状に
存在せず、細かく分散した形で溶融金属層に存在し、そ
の硬さを向上させるのに役立つ。 容易に理解されるように、Ｎｉを主成分とする硬質の合
金がより多くを占めれば、肉盛り硬化層の耐摩耗性は高
く、一方、Ｔ１またはＴｉ合金の割合を高くすれば、母
材との密着性はいっそう良好になる。 溶融金属層（３）の厚さは、肉盛り材（２）の使用量と
溶接部に与える熱量とを調節することにより、かなり広
い範囲で変更でき、所望により相当厚くできる。 従っ
て、肉盛り溶接後に表面を研磨して、たとえば第１図に
破線で示した位置まで削り取ったとしても、なお十分な
硬化層を残すことができる。 ［実施例１］ ＴｉまたはＴｉ合金の平板を母材として使用し、第１表
に示す条件で、Ｎｉ （またはＮｉ合金）とＴｉ （
またはＴｉ合金）の混合物を肉盛り溶接した（ビード幅
は約１０ｍ＞。 硬化表面の硬さと肉盛り部分の厚さを
測定した結果を、表に示す。 表において、記号で示した肉盛り材の内容は、つぎのと
おりである。 （）内は重量％Ａ−１：ハステロイＣ
粉末（１５）＋ Ｔｉ−６Ａｆ！−４Ｖ粉末（８５） Ａ−２＝ハステロイ粉末（２５）＋ Ｔｉ −６Ａｊ−４Ｖ粉末（７５） Ｂ；インコネル６２５粉末（２５）＋ Ｔｉ −６Ａｌ−４Ｖ粉末（７５） Ｃ：Ｎｉ粉末（１５）十 Ｔｉ −６Ａ、ｌ！−４Ｖ粉末（８５）Ｄ：Ｎｉ粉末（
１５０）＋ Ｔｉ粉末（８５） Ｅ：Ｎｉ棒（径２ｍ）十 Ｔｉ棒（径３．５Ｊｌｌｌ） Ｆ：Ｔｉ −６Ａｊ−４Ｖ−１ＯＮｉ粉末比較のため、
表面硬化処理をしてない純Ｔ１およびＴ１合金の表面の
硬さ、およびガス窒化したＴｉ合金の表面の硬さと硬化
層の厚さとを、表にあわせて掲げた。 ［実施例２］ Ｔ；−６ＡｆＪ−４Ｖ合金で製作したエンジンバルブの
フェースに、同じＴｉ合金の粉末とＮｉまたはＮｉ合金
の粉末との混合物を、プラズマアークにより肉盛り溶接
した。 フェースを研削仕上げしたのちの表面の硬さと
肉盛り材の組成との関係を、第３図のグラフに示す。
肉盛り材の組成と雰囲気は、グラフに記すとおりである
。
本発明の方法により肉盛り硬化を行なえば、Ｔｉまたは
Ｔｉ合金の母材の表面に、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できる。 従って、本発明の表面硬化法は、内燃エンジンのバルブ
、ロッカーアーム、コンロッドあるいはピストンピンを
はじめとする、軽量でしかも耐摩耗性をもつことを要求
される部品の製造にとって有用である。
Ｔｉ合金の母材の表面に、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できる。 従って、本発明の表面硬化法は、内燃エンジンのバルブ
、ロッカーアーム、コンロッドあるいはピストンピンを
はじめとする、軽量でしかも耐摩耗性をもつことを要求
される部品の製造にとって有用である。
第１図は、本発明の方法により表面硬化を行なっている
ところを示す、母材と肉盛り溶接金属との断面図である
。 第２図は、表面硬化材料による硬さのちがいを模式的に
あられしたグラフである。 第３図は、本発明の実施例において、肉盛り材の組成と
肉盛り部の硬さとの関係を示したグラフである。 １・・・母材 ２・・・肉盛り材 ３・・・溶接金
属特許出願人 大同特殊鋼株式会社 代理人 弁理士 須 賀 総 夫 第３図 セ１是金セ （倉ｔ％）
ところを示す、母材と肉盛り溶接金属との断面図である
。 第２図は、表面硬化材料による硬さのちがいを模式的に
あられしたグラフである。 第３図は、本発明の実施例において、肉盛り材の組成と
肉盛り部の硬さとの関係を示したグラフである。 １・・・母材 ２・・・肉盛り材 ３・・・溶接金
属特許出願人 大同特殊鋼株式会社 代理人 弁理士 須 賀 総 夫 第３図 セ１是金セ （倉ｔ％）
Claims (3)
- （１）ＴｉまたはＴｉ合金からなる母材の表面において
、 ａ）ＮｉまたはＮｉ合金と、ＴｉまたはＴｉ合金との混
合物、または ｂ）Ｎｉを含有するＴｉ合金 からえらんだ肉盛り材を、母材と混合が生じるように溶
融させ、肉盛硬化することからなるＴｉまたはＴｉ合金
の表面硬化法。 - （２）酸素および（または）窒素を含む雰囲気下に実施
し、これらガス成分の固溶による硬化をもあわせて行な
う請求項１の表面硬化法。 - （３）Ｔｉ合金製バルブフェースに適用する請求項１ま
たは２の表面硬化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1099809A JPH02277762A (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | チタンまたはチタン合金の表面硬化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1099809A JPH02277762A (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | チタンまたはチタン合金の表面硬化法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02277762A true JPH02277762A (ja) | 1990-11-14 |
Family
ID=14257188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1099809A Pending JPH02277762A (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | チタンまたはチタン合金の表面硬化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02277762A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5758415A (en) * | 1995-05-08 | 1998-06-02 | Fuji Oozx Inc. | Method of manufacturing a tappet in an internal combustion engine |
-
1989
- 1989-04-19 JP JP1099809A patent/JPH02277762A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5758415A (en) * | 1995-05-08 | 1998-06-02 | Fuji Oozx Inc. | Method of manufacturing a tappet in an internal combustion engine |
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