CN105499825A - 堆焊用合金粉末、使用该合金粉末的堆焊合金材料以及发动机用阀 - Google Patents

堆焊用合金粉末、使用该合金粉末的堆焊合金材料以及发动机用阀 Download PDF

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Abstract

本发明以使堆焊合金的韧性以及耐磨性提高为前提，提供在堆焊合金中难以产生气体缺陷的堆焊用合金粉末。一种堆焊合金用粉末，是用于堆焊在含氮的钢材的表面的堆焊合金用粉末，包含Mo：30～45质量％、Ni：10～30质量％、C：0.2～0.6质量％、Al：0.30～2.0质量％，余量包含Co和不可避免的杂质。

Description

堆焊用合金粉末、使用该合金粉末的堆焊合金材料以及发动机用阀
技术领域
本发明涉及用于在钢材的表面进行堆焊的堆焊用合金粉末、使用了该合金粉末的堆焊合金材料、以及发动机用阀，特别地涉及在高温环境下非常适合的堆焊用合金粉末、使用了该合金粉末的堆焊合金材料、以及发动机用阀。
背景技术
一直以来，对于内燃机的进气阀以及排气阀等在高温环境下使用的设备，为了使耐磨性等提高而使用了耐热钢。特别是对于发动机阀的阀面等，要求在从常温到高温的宽泛的温度范围内具有耐磨性、低对象攻击性、耐热性以及耐热冲击性。
因此，对于一般地作为阀用材料使用的耐热钢而言，这些特性不充分。因而，将具有上述特性的堆焊用粉末合金熔融，堆焊(build-upwelding)在阀面上来赋予了上述特性。特别是以CNG为燃料的发动机的情况下，由于燃烧气氛的氧化力弱，因而使用了氧化特性优异的容易形成氧化膜的堆焊(build-upwelding)用合金粉末。
例如，作为这样的堆焊用合金粉末，在专利文献1中作为第1技术方案提出了一种堆焊用合金粉末，该合金粉末包含C：0.7～1.0质量％、Mo：30～40质量％、Ni：20～30质量％、Cr：10～15质量％，余量由Co和不可避免的杂质组成。
在由这样的堆焊用合金粉末堆焊来形成的堆焊合金材料的堆焊合金部分(以下称为堆焊合金)中，没有生成成为破坏的起点的Mo的初晶碳化物，而生成了Mo、Cr的共晶碳化物。由此，能够使堆焊合金的韧性以及耐磨性相比于以往的堆焊合金提高。
进而，在专利文献1中作为第2技术方案提出了一种堆焊用合金粉末，该合金粉末是使上述的堆焊用合金粉末中不含有Cr的堆焊用合金粉末，包含C：0.2～0.5质量％、Mo：30～40质量％、Ni：20～30质量％，余量由Co和不可避免的杂质组成。
在由这样的堆焊用合金粉末堆焊来形成的堆焊合金材料的堆焊合金部分(以下称为堆焊合金)中，针对Mo以及Ni的上述含量而将C设为0.2～0.5质量％，由此在由堆焊用合金粉末堆焊出的堆焊合金中，没有生成成为破坏的起点的初晶碳化物，而生成了Mo的共晶碳化物。由此，与以往的堆焊合金相比，能够使堆焊合金的韧性以及耐磨性提高，能够提高耐热冲击性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-255417号公报
发明内容
如上述那样，在使用专利文献1的第1技术方案以及第2技术方案涉及的堆焊用合金粉末进行了堆焊的情况下，能够抑制堆焊合金的初晶碳化物的生成，能够使堆焊合金的韧性以及耐磨性相比于以往的堆焊合金提高。
然而，在使用专利文献1中所示的第1技术方案的堆焊用合金粉末来对例如含氮的奥氏体系耐热钢等的钢材进行了堆焊的情况下，有时在堆焊用合金粉末熔融而成的堆焊合金中产生气体缺陷(气孔)。特别是在使用将Cr减量(不含Cr)的第2技术方案的堆焊用合金粉末进行了堆焊的情况下，这样的现象变得更加显著。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，以使堆焊合金的韧性以及耐磨性提高为前提，提供在堆焊合金中难以产生气体缺陷的堆焊用合金粉末。
本发明人等为了解决上述课题而反复进行了潜心研究的结果认为，在对含氮的钢材进行堆焊时，钢材中含有的氮变为氮气，该氮气存在于熔融状态的堆焊合金中，由此在堆焊合金中发生气体缺陷(气孔)。特别是认为，在堆焊用合金粉末不含有Cr的情况下，由于与Cr相比，Mo难以生成氮化物，因此在堆焊时，没有生成化合物的氮增加，因而不能够充分地抑制氮气的生成。因此，作为容易将这样的氮作为化合物来保持的元素，本发明人等着眼于Al。
本发明是鉴于这点而完成的，本发明涉及的堆焊用合金粉末，是用于堆焊在含氮的钢材的表面的堆焊合金用粉末，其特征在于，包含Mo：30～45质量％、Ni：10～30质量％、C：0.2～0.6质量％、Al：0.30～2.0质量％，余量包含Co和不可避免的杂质。
根据本发明，通过堆焊用合金粉末含有上述范围的Al，能够利用Mo的氧化被膜而使得不会损害堆焊合金的耐磨性，且在堆焊时生成Al与钢材中的氮的氮化物，抑制堆焊时的氮气的发生。由此，能够抑制在堆焊时堆焊合金产生气体缺陷。
另外，通过堆焊用合金粉末含有上述范围的Mo，能够抑制初晶碳化物的生成，并且在堆焊合金的表面作为固体润滑性优异的保护膜而形成上述的氧化被膜，因此能够在降低对象攻击性的同时还提高耐磨性。另外，通过堆焊用合金粉末含有上述范围的Ni，能够抑制初晶碳化物的生成，并且提高堆焊合金的韧性。通过堆焊用合金粉末含有上述范围的C，能够抑制初晶碳化物的生成，并且通过生成与Mo的碳化物来提高堆焊合金的耐磨性。
在含氮的钢材上堆焊有将上述的堆焊用合金粉末熔融而成的堆焊合金的堆焊合金材料，是在堆焊合金中气体缺陷少、堆焊合金的韧性以及耐磨性比以往高的堆焊合金材料。
特别是进气阀或排气阀等的发动机用的阀，大多采用在其母材中含氮的奥氏体系耐热钢等的含氮的钢材。因此，在将上述的堆焊合金材料应用于发动机用阀的情况下，与发动机用阀的阀座接触的阀面成为含氮的钢材的表面。因此，优选在这样的阀面上堆焊有将上述的堆焊用合金粉末熔融而成的堆焊合金。
根据本发明，以使堆焊合金的韧性以及耐磨性提高为前提，堆焊合金难以发生气体缺陷。
附图说明
图1是表示实施例1～3以及比较例1、7涉及的堆焊用合金粉末的Al的含量和气孔发生率的关系的图。
图2是比较例1涉及的堆焊合金的截面的放大照片。
图3的(a)～(f)是实施例2～4、比较例1～3涉及的堆焊合金的截面照片。
图4的(a)～(d)是比较例4～7涉及的堆焊合金的截面照片。
图5是表示进行了氧化开始温度的测定试验时的、实施例4以及比较例2的堆焊用合金粉末的加热温度和重量增加率的关系的图。
图6是磨损试验机的示意概念图。
图7是表示实施例4、以及比较例2、6涉及的发动机用阀的磨损量的结果的图。
具体实施方式
以下详细叙述本发明的实施方式。
1.关于堆焊用合金粉末
本实施方式涉及的堆焊用合金粉末，是用于堆焊在含氮的钢材的表面的堆焊合金用粉末。在此，堆焊用合金粉末是堆焊用合金粒子的集合物，堆焊用合金粒子含有后述的元素(组成)。
本实施方式涉及的堆焊用合金粉末，包含Mo：30～45质量％、Ni：10～30质量％、C：0.2～0.6质量％、Al：0.30～2.0质量％，余量包含Co和不可避免的杂质。
这样的硬质粒子，能够通过准备将上述组成配合成为上述比例的熔液，并将该熔液进行喷雾化的雾化处理来制造。另外，作为另一方法，也可以通过机械性粉碎将使熔液凝固而成的凝固体进行粉末化。作为雾化处理，可以是气体雾化处理和水雾化处理中的任意处理。
在此，作为上述的堆焊用合金粉末的组成的下限值以及上限值，能够根据后述的组成限定理由，进而在其范围之中考虑硬度、固体润滑性、密着性、或成本等，根据所适用的材料的各特性的重视程度来适当变更。再者，优选：以在以下的范围内含有Mo、Ni、C、Al为前提，成为堆焊合金的基体的Co在30～60质量％的范围内含有。
1-1.Mo：30～45质量％
堆焊用合金粉末的组成之中，Mo是以如下为目的的元素：形成氧化被膜，该氧化被膜抑制与接触堆焊合金的对象材料的粘着；并且，在抑制初晶碳化物的生成的同时生成Mo碳化物，使堆焊合金的耐磨性提高。
通过使堆焊用合金粉末含有30～45质量％的Mo，能够抑制初晶碳化物的生成，并且在堆焊合金的表面作为固体润滑性优异的保护膜而形成上述的氧化被膜，因此能够在降低对象攻击性的同时还提高耐磨性。
在此，当堆焊用合金粉末中含有的Mo小于30质量％时，不仅所生成的Mo碳化物少，而且硬质粒子的氧化开始温度变高(例如参照后述的比较例8)，高温使用环境下的Mo的氧化物的生成被抑制，堆焊合金的耐磨性会降低。另一方面，当Mo的含量超过45质量％时，不仅硬质粒子和铁系基体的密着性降低，而且在堆焊合金中生成初晶碳化物(例如参照后述的比较例9)，有时堆焊合金的韧性降低。更优选的Mo的含量为30～40质量％。
1-2.Ni：10～30质量％
堆焊用合金粉末的组成之中，Ni是以抑制在堆焊合金中生成初晶碳化物、提高堆焊合金的韧性为目的的元素。通过使堆焊用合金粉末含有10～30质量％的Ni，能够抑制初晶碳化物的生成，并且提高堆焊合金的韧性。更优选的Ni的含量为10～20质量％。
在此，当堆焊用合金粉末中含有的Ni小于10质量％时，在堆焊合金中会生成初晶碳化物，有时堆焊合金的韧性降低(例如参照后述的比较例10)。另一方面，当Ni超过30质量％时，有时堆焊合金的耐磨性降低(例如参照后述的比较例11)。
1-3.C：0.2～0.6质量％
堆焊用合金粉末的组成之中，C是以通过生成Mo碳化物而使堆焊合金的硬度提高、提高堆焊合金的耐磨性为目的的元素。通过使堆焊用合金粉末含有0.2～0.6质量％的C，能够抑制初晶碳化物的生成，并且生成与Mo的碳化物，由此能够提高堆焊合金的耐磨性。
在此，当堆焊用合金粉末中含有的C小于0.2质量％时，在堆焊合金中生成的与Mo的碳化物的量不充分，有时堆焊合金的耐磨性降低(例如参照后述的比较例12)。另一方面，当C超过0.6质量％时，在堆焊合金中容易生成初晶碳化物，有时堆焊合金的韧性降低(例如参照后述的比较例13、14)。更优选的C的含量为0.3～0.6质量％。
1-4.Al：0.30～2.0质量％
堆焊用合金粉末的组成之中，Al是以如下为目的的元素：由于与Mo相比容易与氮元素形成氮化物，因此抑制来源于钢材中所含有的氮的氮气的产生，抑制在堆焊合金中生成气体缺陷(气孔)。
通过使堆焊用合金粉末含有0.30～2.0质量％的Al，能够利用Mo的氧化被膜而使得不会损坏堆焊合金的耐磨性，且在堆焊时生成Al与钢材中的氮的氮化物，抑制堆焊时的氮气的产生。由此，能够抑制在堆焊时在堆焊合金中产生气体缺陷。
在此，当堆焊用合金粉末中含有的Al小于0.30质量％时，有时气孔发生率超过20％(例如参照后述的比较例1、2等)。另一方面，当Al超过2.0质量％时，容易形成Al的氧化膜(氧化开始温度变高)(例如参照后述的比较例7)，因此在阀作动温度下抑制粘着磨损(胶合磨损)的Mo的氧化膜的形成变少。更优选的Al的含量为0.8～1.6质量％。
2.关于堆焊合金材料
使用上述的堆焊用合金粉末，采用等离子体堆焊法等将堆焊用合金粉末熔融，将其堆焊在钢材的表面，来制造堆焊合金材料的被堆焊的钢材(母材)，是含氮的钢材，例如可列举含氮的奥氏体系耐热钢(JIS标准：SUH35、SUH36、SUH37、SUH661等)。
即使是如上述那样对这样的钢材堆焊了堆焊用合金粉末的情况，在堆焊合金中产生的气孔也很少。特别是在钢材中含有0.2质量％以上的氮的情况下，堆焊用合金粉末对降低堆焊合金中的气孔的产生更有效果。另外，在堆焊合金中不会生成初晶碳化物，因此碳化物尺寸小，在碳化物界面上应变失配变小。由此，能够得到难以产生裂纹、且韧性高的堆焊合金。除此之外，在本实施方式中限制了堆焊用合金粉末中含有的Al的量的上限，因此在堆焊合金的表面会形成具有固体润滑性的Mo的氧化皮膜，能够降低堆焊合金的粘着磨损。
采用上述的制造方法得到的耐磨性铁基烧结合金，在高温使用环境下的机械强度以及耐磨性比以往的该种合金高。例如，能够很合适地应用于成为高温的使用环境下的、以压缩天然气、液化石油气为燃料的发动机用阀、涡轮增压器的废气旁通阀(wastegatevalve)。在应用于发动机用阀的情况下，在与阀座接触的阀面上堆焊有上述的堆焊用合金粉末。
实施例
以下，对于具体地实施了本发明的实施例，与比较例一同进行说明。〔实施例1〕
首先，作为与本发明的实施例对应的堆焊用合金粉末，制作了满足下述含有条件的堆焊用合金粉末，所述含有条件是：包含Mo：30～45质量％、Ni：10～30质量％、C：0.2～0.6质量％、Al：0.30～2.0质量％，余量由Co和不可避免的杂质组成。
具体而言，将包含Mo：30质量％、Ni：10质量％、C：0.3质量％、Al：0.4质量％、余量为Co和不可避免的杂质的组成的堆焊合金(Co为基体的合金)在1700℃以上的温度下熔化，通过使用了惰性气体的气体雾化而制造出堆焊用合金粉末，将该堆焊用合金粉末分级为44～180μm的范围。由此，得到了Co-30Mo-10Ni-0.3C-0.4Al的堆焊用合金粉末。
接着，在输出为100A、处理速度为5mm/秒的条件下通过等离子焊接将堆焊用合金粉末加热到1700℃以上的温度而将其熔融，将熔融了的堆焊用合金粉末在奥氏体系耐热钢(JISSUH35)制发动机用阀的阀面上进行堆焊合金的堆焊(build-upwelding)。由此，得到了在阀面上形成有堆焊合金的发动机用阀(堆焊合金材料)。进而，根据后述的各种试验，制作了同样的组成的试验体(堆焊合金材料)。
〔实施例2〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Al的含量设为0.8质量％。即，实施例2涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-30Mo-10Ni-0.3C-0.8Al的组成的粉末。
〔实施例3〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Al的含量设为1.6质量％。即，实施例3涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-30Mo-10Ni-0.3C-1.6Al的组成的粉末。
〔实施例4〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为20质量％、将Al的含量设为1.6质量％。即，实施例4涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-20Ni-0.3C-1.6Al的组成的粉末。
〔实施例5〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为20质量％、将C的含量设为0.6质量％、将Al的含量设为0.8质量％。即，实施例5涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-20Ni-0.6C-0.8Al的组成的粉末。
〔比较例1〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样在堆焊用合金粉末中不含Al。即，比较例1涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-30Mo-10Ni-0.3C的组成的粉末。
〔比较例2〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为20质量％、且不含Al。即，比较例2涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-20Ni-0.3C的组成的粉末。
〔比较例3〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样在堆焊用合金粉末中不含Al、且进一步含有2质量％的Nb。即，比较例3涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-30Mo-10Ni-0.3C-2Nb的组成的粉末。
〔比较例4〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样在堆焊用合金粉末不含Al、且进一步含有1.4质量％的Ti。即，比较例4涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-30Mo-10Ni-0.3C-1.4Ti的组成的粉末。
〔比较例5〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为38质量％、将Ni的含量设为20质量％、不含Al、且进一步含有5质量％的Mn、2质量％的Nb。即，比较例5涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-38Mo-20Ni-0.3C-5Mn-2Nb的组成的粉末。〔比较例6〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为31质量％、将C的含量设为0.8质量％、不含Al、且进一步含有13质量％的Fe、6质量％的Mn、4质量％的Cr、0.8质量％的Si。即，比较例6涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-31Mo-10Ni-0.8C-13Fe-6Mn-4Cr-0.8Si的组成的粉末。
〔比较例7〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Al的含量设为2.4质量％。即，比较例7涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-30Mo-10Ni-0.3C-2.4Al的组成的粉末。
〔比较例8〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为25质量％、将Ni的含量设为20质量％、且不含Al。即，比较例8涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-25Mo-20Ni-0.3C的组成的粉末。
〔比较例9〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为50质量％、将Ni的含量设为20质量％、且不含Al。即，比较例9涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-50Mo-20Ni-0.3C的组成的粉末。
〔比较例10〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为5质量％、且不含Al。即，比较例10涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-5Ni-0.3C的组成的粉末。
〔比较例11〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为35质量％、且不含Al。即，比较例11涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-35Ni-0.3C的组成的粉末。
〔比较例12〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为20质量％、且不含C和Al。即，比较例12涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-20Ni的组成的粉末。
〔比较例13〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将C的含量设为1.0质量％、且其不含Al。即，比较例13涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-10Ni-1.0C的组成的粉末。
〔比较例14〕
与实施例1同样地制作了在阀面上进行了堆焊(build-upwelding)的发动机用阀、和试验体。与实施例1不同的点是，如表1所示那样将堆焊用合金粉末的Mo的含量设为40质量％、将Ni的含量设为20质量％、将C的含量设为1.5质量％、且其不含Al。即，比较例14涉及的堆焊用合金粉末是具有Co-40Mo-20Ni-1.5C的组成的粉末。
＜气孔发生率的测定试验＞
制作多个采用实施例1～4以及比较例1～7涉及的堆焊用合金粉末堆焊出的堆焊合金，切出了各堆焊合金的截面。将堆焊合金的截面使用光学显微镜放大到100倍，测定了在堆焊合金中产生的气孔的发生率。在以下的表1以及图1中示出其结果。
在此，在表1的括弧内示出了产生了气孔的堆焊合金的个数/进行堆焊而成的堆焊合金的个数。图1是表示实施例1～3以及比较例1、7涉及的堆焊用合金粉末的Al的含量和气孔发生率的关系的图。再者，图2中示出了比较例1涉及的堆焊合金的截面的放大照片。
＜组织观察(有无初晶碳化物的确认试验)＞
切出采用实施例1～5以及比较例1～14涉及的堆焊用合金粉末堆焊出的堆焊合金的截面，观察该截面的组织，确认在堆焊合金中是否生成了初晶碳化物。在以下的表1中示出其结果。另外，图3(a)～(f)是实施例2～4、比较例1～3涉及的堆焊合金的截面照片，图4(a)～(d)是比较例4～7涉及的堆焊合金的截面照片。
＜夏比冲击试验(冲击值的测定试验)＞
切出采用实施例1～4以及比较例2、3、5、6、13、14涉及的堆焊用合金粉末堆焊出的堆焊合金，使用JISZ2242(3号试样)的废除切口并将截面尺寸变更为10×5mm的试样来进行夏比冲击试验，测定了冲击值(J/cm2)。在以下的表1中示出其结果。
＜硬度试验＞
切出采用实施例1～4、比较例1～7、比较例11～14涉及的堆焊用合金粉末堆焊出的堆焊合金的截面，依据JISZ2244，使用硬度计测定了堆焊合金的硬度。在以下的表1中示出其结果。
＜氧化开始温度的测定试验＞
使用实施例4、以及比较例2、6～8、13、14涉及的堆焊用合金粉末，在空气中加热堆焊用合金粉末而使其氧化，测定了该情况下的与氧化相伴的重量增加突然开始的温度。将该温度视为氧化开始温度。在以下的表1、图5中示出其结果。图5是表示进行氧化开始温度的测定试验时的、实施例4以及比较例2的堆焊用合金粉末的加热温度和重量增加率的关系的图。
＜磨损试验＞
图6是磨损试验机的示意概念图，使用该磨损试验机，对采用实施例3、4以及比较例2、6、11、12涉及的堆焊用合金粉末堆焊而成的发动机用阀13，调查了堆焊合金部分的对象攻击性、耐磨性。具体而言，将丙烷气体燃烧器10用作加热源，使如前述那样所堆焊的阀面14与由Fe系烧结材料构成的阀座12的滑动部处于丙烷气体燃烧气氛。
将阀座12的温度控制为300℃，利用弹簧16在阀面14和阀座12接触时给予18kgf的载荷，以2000次/分的比例使阀面14和阀座12接触来进行了8小时的磨损试验。在该磨损试验中，测定了从基准位置起算的阀下沉量。该阀下沉量是与通过发动机用阀13与阀座12接触从而双方磨损了的磨损量(磨损深度)相当的量。在以下的表1以及图7中示出其结果。图7是表示实施例4、以及比较例2、6涉及的发动机用阀的磨损量的结果的图。
(结果1：Al的适当含量)
如表1以及图1所示，实施例1～4涉及的堆焊合金的气孔发生率为比比较例1～4的堆焊合金低的值。可以认为这是因为，实施例1～4涉及的堆焊用合金粉末按本发明所示的范围含有0.3～2.0质量％的Al的缘故。特别是可以认为，如果以实施例1～4所示的范围(0.4～1.6质量％)含有Al，则上述的效果变为更加切实可靠的效果。
此结果，可以认为是因为，在采用实施例1～4涉及的堆焊用合金粉末进行了堆焊的情况下，被堆焊的母材中含有的氮和堆焊用合金粉末中含有的Al进行反应，生成氮化铝，因此在堆焊时抑制了氮气的发生的缘故。
更具体而言，构成堆焊用合金粉末的元素之中，Mo和Al是容易生成氮化物的元素，Al与堆焊用合金粉末中含有的Mo相比，生成氮化物的自由能较大。因而，可以认为，实施例1～4与比较例1～4相比，在堆焊时容易生成来自母材的氮所形成的氮化物，抑制了气孔的发生(氮气的发生)。
另一方面，可以认为，在采用比较例1～4涉及的堆焊用合金粉末进行了堆焊的情况下，来自被堆焊的母材的氮变为氮气，并存在于熔融状态的堆焊合金中，其结果在堆焊合金中产生了气孔(气体缺陷)。
在此，可以认为，即使如比较例3所示那样，在堆焊用合金粉末中添加了生成氮化物的自由能比Mo大的Nb，由于Al与Nb相比生成氮化物的自由能大，因而在堆焊时也会产生氮气。其结果可以认为，即使在堆焊用合金粉末中添加Nb，也几乎不能抑制在堆焊合金中发生气孔。
与此相对，如果如比较例4所示那样，在堆焊用合金粉末中添加Ti，则与添加Nb的堆焊用合金粉末相比，在堆焊时氮气的产生减少了一些。但是，与实施例1～4涉及的堆焊合金的硬度相比，比较例4涉及的堆焊合金的硬度小，由此可以明确，通过在堆焊用合金粉末中添加Ti，堆焊合金的硬度会降低。由此，可以认为，与实施例1～4涉及的堆焊合金相比，比较例4涉及的堆焊合金有耐磨性变低的倾向。
进而，如果如比较例5所示那样，与比较例3相比，使Mo的含量增量，并在堆焊用合金粉末中进一步添加Mn，则由于Mo的氮化物的生成量增加，且Mn与Co、Ni相比容易使氮固溶，因此能够抑制堆焊时的氮气的产生。但是，在该情况下，通过在堆焊用合金粉末中添加Mn，如图4(b)所示，在堆焊合金中会生成初晶碳化物。其结果，如图3(a)～(c)所示，与在堆焊合金中没有初晶碳化物的实施例2～4、以及表1所示的实施例1、5相比，比较例5涉及的堆焊合金的冲击值显著变低(韧性降低)。
另一方面，如果如比较例6所示那样，在堆焊用合金粉末中添加Cr，则在堆焊时容易生成Cr的氮化物。但是，该情况也与比较例5同样地，由于在堆焊用合金粉末中添加有Mn，因此在堆焊合金中生成初晶碳化物(参照图4(c))，堆焊合金的韧性会降低。特别是可以认为，由于比较例6涉及的堆焊合金的硬度如表1所示那样比实施例4的堆焊合金的硬度低，因此如图7所示，与实施例4相比，其磨损量变大。
在此，如图5所示，实施例4涉及的堆焊用合金粉末，与比较例2涉及的堆焊用合金粉末相比，氧化开始温度变高。可以推定这是因为，实施例4涉及的堆焊用合金粉末还含有Al，因此在堆焊用合金粉末的粒子表面有氧化铝(Al2O3)保护膜的缘故。因此，在堆焊用合金粉末中添加了Al的情况下，设想到在所堆焊出的堆焊合金的表面也形成有氧化铝，则在堆焊合金的表面难以形成对粘着磨损有效的氧化钼(MoO2)。特别是可以认为，当如比较例7涉及的堆焊用合金粉末那样，在堆焊用合金粉末中含有的Al的含量过多时，氧化开始温度会上升，这样的现象变得更加显著。
(结果2：Mo的适当含量)
如表1所示，比较例8涉及的堆焊用合金粉末与实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末不同，Mo的含量小于30质量％(具体而言，为25质量％)，因此可以认为氧化开始温度变高。由此，可以认为，在使用了比较例8涉及的堆焊用合金粉末的、所堆焊出的堆焊合金的表面难以形成对粘着磨损有效的氧化钼(MoO2)。
另一方面，如表1所示，比较例9涉及的堆焊用合金粉末与实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末不同，Mo的含量超过45质量％(具体而言，为50质量％)，因此会生成由Mo的碳化物构成的初晶碳化物。因而，可以认为，比较例9涉及的堆焊合金的韧性比实施例1～5的堆焊合金的韧性低。
由以上所述可以认为，由于实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末按本发明所示的范围含有30～45质量％的Mo，因此能够确保堆焊合金的耐粘着磨损和韧性，如果相对于堆焊用合金粉末以实施例1～5所示的范围(30～40质量％)含有Mo，则上述的效果变为更加切实可靠的效果。
(结果3：Ni的适当含量)
如表1所示，比较例10涉及的堆焊用合金粉末与实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末不同，Ni的含量小于10质量％(具体而言，为5质量％)。由此，可以认为，不能够充分地期待利用Ni抑制初晶碳化物的生成的效果。其结果可以认为，比较例10涉及的堆焊合金生成有初晶碳化物，其韧性比实施例1～5的堆焊合金的韧性低。
另一方面，如表1所示，比较例11涉及的堆焊用合金粉末与实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末不同，Ni的含量超过30质量％(具体而言，为35质量％)。由此，可以认为，由于碳化物减少从而硬度降低(例如参照表1的比较例2和比较例11的硬度)，因此与实施例1～5相比，容易磨损(例如参照表1的实施例3、4、以及比较例11的磨损量)。
由以上所述可以认为，由于实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末按本发明所示的范围含有10～30质量％的Ni，因此能够确保堆焊合金的耐磨性和韧性，如果相对于堆焊用合金粉末以实施例1～5所示的范围(10～20质量％)含有Ni，则上述的效果变为更加切实可靠的效果。
(结果4：C的适当含量)
如表1所示，比较例12涉及的堆焊用合金粉末与实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末不同，C的含量小于0.2质量％(具体而言，不含碳)。由此，可以认为，在堆焊合金中，Mo碳化物的生成并不充分，与实施例1～5相比，容易磨损(例如参照表1的实施例3、4、以及比较例12的磨损量)。
另一方面，如表1所示，比较例13、14涉及的堆焊用合金粉末与实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末不同，C的含量超过0.6质量％(具体而言，在比较例13中为1.0质量％，在比较例14中为1.5质量％)。由此，可以认为，比较例13、14涉及的堆焊合金由于生成有初晶碳化物，因此与实施例1～5的堆焊合金相比，韧性降低(例如参照表1的实施例1～4、以及比较例13、14的冲击值)。
由以上所述可以认为，实施例1～5涉及的堆焊用合金粉末按本发明所示的范围含有0.2～0.6质量％的C，因此能够确保堆焊合金的耐磨性和韧性，如果相对于堆焊用合金粉末以实施例1～5所示的范围(0.3～0.6质量％)含有C，则上述的效果变为更加切实可靠的效果。
以上对本发明的实施方式进行了详述，但本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离权利要求书中记载的本发明的精神的范围内进行各种的设计变更。

Claims (3)

1.一种堆焊用合金粉末，是用于堆焊在含有氮的钢材的表面的堆焊合金用粉末，其特征在于，
包含Mo：30～45质量％、Ni：10～30质量％、C：0.2～0.6质量％、Al：0.30～2.0质量％，余量包含Co和不可避免的杂质。
2.一种堆焊合金材料，其特征在于，在所述钢材上堆焊有将权利要求1所述的堆焊用合金粉末熔融而成的堆焊合金。
3.一种发动机用阀，其特征在于，
由权利要求2所述的堆焊合金材料构成，
所述发动机用阀具有与阀座接触的阀面，所述阀面为含有所述氮的所述钢材的表面，
在该阀面上堆焊有所述堆焊合金。
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