CN109072591B - 耐磨部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

耐磨部件即斗齿(20)具备：芯部(30)；主体部(25)，其以包住芯部(30)的方式配置，且由第一金属构成。芯部(30)包含：基体相(31)，其由第二金属构成；第一硬质粒子(32)，其分散在基体相(31)内；硬质组织(33)，其在沿主体部(25)的锻造流线(25F)的方向上从第一硬质粒子(32)延伸，且硬于基体相(31)。

Description

耐磨部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及耐磨部件及其制造方法。
背景技术
在要求耐磨性的部件(耐磨部件)中，从提高耐磨性的观点出发，通常采用如下对策：使用高硬度的材料。作为构成液压式挖掘机、推土机、轮式装载机等于存在砂土的环境下工作的作业机械的部件，使用松土部件、斗齿等耐磨部件。对于岩石的破碎等所使用的液压破碎机，使用凿杆作为撞击岩石等的耐磨部件。
就耐磨部件而言，提出：由硬度比表层部(主体部)高的材料构成芯部，通过形成该芯部，使耐磨性进一步提升(例如，参照特开平11－131534号公报(专利文献1)及特开2002－144254号公报(专利文献2))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平11－131534号公报
专利文献2：(日本)特开2002－144254号公报
发明内容
发明所要解决的课题
就专利文献1及2那样形成由硬度比主体部高的材料构成的芯部的对策而言，作为构成芯部的材料，如果采用硬度大幅高于主体部的材料(高耐磨性的材料)，则由于芯部和主体部的材料的不同，将导致芯部与主体部之间的线膨胀率上产生大的差异，存在难以维持两者密合的状态那样的问题。另外，为了减小芯部和主体部的线膨胀率之差，存在难以采用硬度足够高的材料作为构成芯部的材料那样的问题。于是，存在如下问题：难以在确保芯部和主体部的密合性的同时使耐磨性大幅提升。
本发明是为了应对这种问题而作出的。本发明的目的在于，提供能够在确保芯部和主体部的密合性的同时使耐磨性大幅提升的耐磨部件。
用于解决课题的技术方案
本发明的耐磨部件具备芯部；主体部，其以包住芯部的方式配置，且由第一金属构成。芯部包含：基体相，其由第二金属构成；第一硬质粒子，其分散在基体相内；硬质组织，其在沿主体部的锻造流线的方向上从第一硬质粒子延伸，且硬于基体相。
在本发明的耐磨部件中，通过具备包含第一硬质粒子的芯部，可实现高耐磨性。芯部包含基体相和第一硬质粒子而非单一的材料，由此，通过第一硬质粒子维持耐磨性，并且，作为构成基体相的材料，采用容易确保与主体部的密合性的材料，例如采用线膨胀率与构成主体部的材料相近的材料，能够提升芯部和主体部的密合性。构成主体部的第一金属和构成芯部的基体相的第二金属也可以是同类金属。在芯部内存在沿着主体部的锻造流线的方向上延伸的硬质组织，由此，芯部的耐磨性进一步提升而不会阻碍芯部和主体部的密合性。
这样，根据本发明的耐磨部件，能够在确保芯部和主体部的密合性的同时使耐磨性大幅提升。
在上述耐磨部件中，也可以是，硬质组织含有构成第一硬质粒子的元素。由此，能够容易地形成从第一硬质粒子延伸的硬质组织。
在上述耐磨部件中，也可以是，芯部沿着主体部的锻造流线延伸。由此，容易确保主体部和芯部的密合性。
在上述耐磨部件中，也可以是，基体相由烧结体构成。由此，芯部的形成容易。
在上述耐磨部件中，也可以是，第一金属是钢。作为构成主体部的第一金属，优选钢。
在上述耐磨部件中，也可以是，第二金属是钢。作为构成芯部的基体相的第二金属，优选钢。
上述耐磨部件也可以还具备增厚层，该增厚层以将覆盖区域覆盖的方式与主体部接触地配置，上述覆盖区域是主体部的表面的一部分。也可以是，主体部的表面中，除覆盖区域以外的区域是露出区域，覆盖区域和该露出区域的交界是增厚端部，在该增厚端部，露出区域和增厚层的表面为构成同一面的锻造面。
为了提升耐磨部件的耐磨性，能够以将表面的一部分覆盖的方式形成增厚层。增厚层例如能够由堆焊等方法形成。形成有增厚层的耐磨部件中，增厚端部是主体部的表面的、被增厚层覆盖的区域(覆盖区域)和除覆盖区域以外的区域(露出区域)的交界，在该增厚端部，通常在增厚层的表面与主体部的露出区域之间形成有台阶。该台阶可构成由增厚层的形成引起的缺点的原因。例如，在液压挖掘机的铲斗的斗齿形成有增厚层时，存在如下情况：斗齿的耐磨性因增厚层的形成而提升，而另一方面，斗齿相对于砂土的贯入阻力因形成有上述台阶而上升。
在增厚端部，由于主体部的露出区域和增厚层的表面构成同一面，可抑制由上述台阶引起的由增厚层的形成产生的缺点。另外，增厚端部包含于锻造面，由此，能够省略如下工序：通过切削等进行加工以使主体部的露出区域和增厚层的表面构成同一面。因此，能够避免硬度差大的增厚端部的加工、以及硬度高的增厚层的加工。
在上述耐磨部件中，也可以是，增厚层包含：基相，其由第三金属构成；第二硬质粒子，其分散在基相中。由此，能够容易地形成耐磨性佳的增厚层。
在上述耐磨部件中，也可以是，位于增厚层表层区域内的第二硬质粒子以埋入增厚层的状态排列配置，上述增厚层表层区域是自增厚层的表面起第二硬质粒子的平均粒径以内的区域。由此，可抑制第二硬质粒子从增厚层的表面大幅地突出配置。其结果，可抑制耐磨部件使用过程中第二硬质粒子的脱落。需要说明的是，第二硬质粒子的平均粒径能够由如下方式得到：通过光学显微镜观察与增厚层的表面垂直的截面，计算观察到的10个第二硬质粒子的直径的平均值。
在上述耐磨部件中，也可以是，就位于增厚层表层区域内的第二硬质粒子而言，其配置为与增厚层的表面抵接。由此，从增厚层的表面露出的第二硬质粒子的区域极小，可抑制第二硬质粒子的脱落。
在上述耐磨部件中，也可以是，就位于增厚层表层区域内的第二硬质粒子而言，其从增厚层的表面露出的区域所对应的中心角是锐角(小于90°)。由此，从增厚层的表面露出的第二硬质粒子的区域极小，可抑制第二硬质粒子的脱落。
在上述耐磨部件中，也可以是，在包含增厚层和主体部的界面的区域中，增厚层包括朝主体部突出的突出部。由此，可抑制增厚层从主体部剥离。
在上述耐磨部件中，也可以是，第二硬质粒子的至少一部分进入到突出部。由此，可更可靠地抑制增厚层从主体部剥离。
上述耐磨部件也可以具有前端。芯部也可以朝前端延伸。在耐磨部件中，磨损多是从前端开始发展起来的。由于芯部朝前端延伸，由此能够抑制磨损的发展。
本发明的耐磨部件的制造方法包括如下工序：制备由第一金属构成、且具有凹部的主体原材料；向凹部内填充原料粉末，该原料粉末包含由第二金属构成的粉末和第一硬质粒子；通过热锻将在凹部内填充有原料粉末的主体原材料成形。
根据本发明的耐磨部件的制造方法，能够容易地制造上述本发明的耐磨部件。
发明效果
由以上的说明易知，根据本发明的耐磨部件及制造方法，能够提供可在确保芯部和主体部的密合性的同时使耐磨性大幅提升的耐磨部件。
附图说明
图1是表示液压挖掘机的铲斗的构造的概略立体图；
图2是表示斗齿的构造的概略俯视图；
图3是表示沿着图2的线III－III的截面的概略剖视图；
图4是表示主体部和芯部的界面附近的构造的概略剖视图；
图5是表示实施方式1的斗齿的制造方法的概略的流程图；
图6是用于说明斗齿的制造方法的概略剖视图；
图7是用于说明斗齿的制造方法的概略剖视图；
图8是表示实施方式2的斗齿的构造的概略剖视图；
图9是表示增厚层的表面附近的构造的概略剖视图；
图10是表示增厚层和主体部的界面附近的构造的概略剖视图；
图11是表示实施方式2的斗齿的制造方法的概略的流程图；
图12是用于说明实施方式2的斗齿的制造方法的概略剖视图；
图13是用于说明增厚层的形成方法的概略剖视图；
图14是表示斗齿的截面的照片；
图15是芯部的截面的光学显微镜照片；
图16是将第一硬质粒子和基体相的界面附近放大得到的光学显微镜照片；
图17是表示硬质组织附近的硬度分布的图；
图18是表示第一硬质粒子邻近的元素的分布状态的EPMA分析的结果的图；
图19是增厚层的表面附近的光学显微镜照片；
图20是增厚层和主体部的界面附近的光学显微镜照片。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的附图中，对相同或等同的部分标注相同的参照序号，不重复其说明。
(实施方式1)
以液压挖掘机的铲斗的斗齿为例，对本实施方式的耐磨部件进行说明。图1是表示液压挖掘机的铲斗的构造的概略立体图。图2是表示斗齿的构造的概略俯视图。图3是表示沿着图2的线III－III的截面的概略剖视图。
参照图1，铲斗1安装于液压挖掘机的臂(未图示)的前端，挖掘砂土。铲斗1具备：主体10，其由板状部件构成，具有开口；多个(图1所示的铲斗1中是三个)斗齿20，其以其一部分从主体10的开口外周部12的挖掘侧突出的方式安装于主体10；安装部40，其配置于主体10的与安装有斗齿20一侧相反侧。铲斗1在安装部40由液压挖掘机的臂支承。挖掘时，铲斗1从斗齿20进入砂土。因此，对于斗齿20，要求高耐磨性(砂土耐磨性)。斗齿20砂土耐磨部件，其是用于与砂土接触的用途的机械部件。
如图2所示，斗齿20包括前端21和基端22。斗齿20在基端22侧安装于主体10，前端21侧从铲斗1的开口外周部12突出。铲斗1从斗齿20的前端21侧进入砂土。因此，对于斗齿20的前端21侧，尤其要求高耐磨性(砂土耐磨性)。
参照图3，斗齿20具备芯部30和主体部25，主体部25以将芯部30包住的方式配置且由第一金属构成。芯部30在斗齿20的内部朝前端21延伸。芯部30沿着主体部25的锻造流线25F延伸。芯部30达到前端21。作为构成主体部25的第一金属，例如能够采用钢。更具体而言，作为第一金属，例如能够采用JIS标准所规定的机械构造用碳素钢或机械构造用合金钢(例如除S45C、SCM435以外，也包括含有同等量的碳的SMn钢、SCr钢、SCM钢等)等。就耐磨性而言，芯部30高于主体部25。
图4是将图3的主体部25和芯部30的界面附近放大进行表示的图。参照图4，芯部30包括：基体相31，其由第二金属构成；第一硬质粒子32，其分散在基体相31内的；硬质组织33，其在沿主体部25的锻造流线25F的方向上从第一硬质粒子32延伸，且硬于基体相31。
作为构成基体相31的第二金属，例如能够采用钢。更具体而言，作为第二金属，例如能够采用JIS标准所规定的机械构造用碳素钢或机械构造用合金钢(例如除S45C、SCM435以外，还包括含有同等量的碳的SMn钢、SCr钢、SCM钢等)等。基体相31例如是由这些钢构成的粉末烧结而成的烧结体。
优选第一硬质粒子32的硬度高于主体部25。优选第一硬质粒子32的硬度高于基体相31。作为构成第一硬质粒子32的材料，例如，除了能够采用包含碳化钼、碳氮化钼、碳化钽、碳氮化钽、碳化钨、碳氮化钨等的超硬合金以外，还能够采用包含碳化钛、碳氮化钛、碳化钒、碳氮化钒、碳化锆、碳氮化锆、碳化铬、碳氮化铬等的金属陶瓷。第一硬质粒子32的粒径例如能够设为0.02mm以上且15mm以下。
硬质组织33也可以含有构成第一硬质粒子32的元素。硬质组织33例如由如下材料构成：在构成基体相31的第二金属中添加构成第一硬质粒子32的钨等元素。就硬质组织33而言，例如从第一硬质粒子32溶析出的元素通过锻造在沿主体部25的锻造流线25F的方向上延伸而形成。
在本实施方式的斗齿20中，通过具备含有第一硬质粒子32的芯部30，可实现高耐磨性。芯部30含有基体相31和第一硬质粒子32而非单一的材料，由此，通过第一硬质粒子32维持耐磨性，并且，作为构成基体相31的材料，采用容易确保与主体部25的密合性的材料，例如采用线膨胀率与构成主体部25的材料相近的材料，能够提升芯部30和主体部25的密合性。构成主体部25的第一金属和构成芯部30的基体相31的第二金属也可以是同类的金属(钢)。在芯部30内存在沿主体部25的锻造流线25F的方向上延伸的硬质组织33，由此，芯部30的耐磨性进一步提升而不会阻碍芯部30和主体部25的密合性。
这样，本实施方式的斗齿20成为在确保芯部30和主体部25的密合性的同时耐磨性大幅提升的耐磨部件。
接着，参照图5～图7，对本实施方式的耐磨部件即斗齿20的制造方法进行说明。图5是表示斗齿的制造方法的概略的流程图。图6及图7是用于说明斗齿的制造方法的概略剖视图。
参照图5，本实施方式的斗齿20的制造方法中，首先，作为工序(S10)实施主体原材料制备工序。该工序(S10)中，参照图6，制备用于构成斗齿20的主体部25的主体原材料即基部件50。基部件50由第一金属构成。基部件50是圆筒形状。基部件50具有包括一方的端面52、另一方的端面53、和将一方的端面52和另一方的端面53连接的侧面51的圆筒状的形状。在一方的端面52和侧面51连接的区域形成有第一倒角部52A。在另一方的端面53和侧面51连接的区域形成有第二倒角部53A。
在基部件50形成有凹部54，该凹部54是在一方的端面52开口、且沿轴向(从一方的端面52朝向另一方的端面52的方向)延伸的空洞。凹部54例如具有圆筒形状。参照图6及图3，基部件50的一方的端面52侧对应于斗齿20的前端21侧，基部件50的另一方的端面53侧对应于斗齿20的基端22侧。
接着，参照图5，作为工序(S20)实施原料粉末填充工序。该工序(S20)中，参照图7，在工序(S10)中制备的基部件50的凹部54内，填充用于构成芯部30的原料粉末55。混合第二金属的粉末和第一硬质粒子制成的原料粉末55填充于凹部54内。作为第一硬质粒子，例如能够采用超硬合金的粉末。
作为第二金属的粉末，能够采用低合金钢粉末、高速钢粉末、工具钢粉末、不锈钢粉末、超合金粉末、轴承钢粉末等。低合金钢粉末例如既可以是含有例如0.1质量％以上且0.3质量％以下的锰、1.7质量％以上且2.2质量％以下的镍、0.4质量％以上且0.8质量％以下的钼，并且余部由铁及不可避免杂质构成的合金钢粉末(或铁基合金粉)；也可以是JISSCM435等机械构造用合金钢的粉末。第二金属的粉末既可以是这些粉末中的一种粉末，也可以是将选自由这些粉末构成的组中的两种以上的粉末混合而成。
也可以在第二金属的粉末中添加有石墨粉末。在采用上述合金钢粉(或铁基合金粉末)作为上述第二金属的粉末的情况下，从对基体相31赋予足够的硬度的观点出发，也可以在第二金属的粉末中，例如以0.45质量％左右的比例添加石墨粉末。另外，也可以在第二金属的粉末中，例如以1.05质量％左右的比例添加润滑剂。作为润滑剂，例如能够采用蜡、主轴油等。第二金属的粉末和第一硬质粒子也可以例如以70：30的质量比例混合。
接着，参照图5，作为工序(S30)实施加压工序。该工序(S30)中，参照图7，在工序(S20)中填充于凹部54内的原料粉末55经加压被压缩。该工序(S30)并非必须的工序，但通过实施该工序，能够减少原料粉末55内的空隙。工序(S30)中的原料粉末55的压缩能够以如下条件实施：400kg/cm2以上且6000kg/cm2以下(例如5000kg/cm2)。
接着，参照图5，作为工序(S40)实施烧结工序。该工序(S40)中，参照图7，烧结在工序(S30)中经加压的凹部54内的原料粉末55。具体而言，例如基部件50的凹部54内填充的原料粉末55在AX气体(氨分解气体)气氛中或真空中，加热到1100℃以上且1300℃以下的温度、例如1200℃，由此进行烧结。该工序(S40)并非必须的工序，但通过实施该工序，能够可靠地烧结原料粉末55。
接着，作为工序(S50)实施热锻工序。该工序(S50)中，将在工序(S40)中凹部54内的原料粉末55经烧结的基部件50热锻。参照图7及图3，将凹部54内的原料粉末55经烧结的基部件50加热至可热锻的温度，在此基础上，在具有与希望的斗齿20的形状对应的型腔的模具内，进行配置、锻造。通过热锻，原料粉末55成为芯部30。通过热锻，基部件50成为主体部25。即使在上述工序(S40)被省略的情况下，通过以可烧结原料粉末55的条件来实施工序(S50)，能够将原料粉末55烧结，形成芯部30。这样，可得到具有图3所示的构造的斗齿20。
接着，参照图5，作为工序(S60)实施热处理工序。该工序(S60)中，对在工序(S50)中经热锻的基部件50实施热处理。在工序(S60)中实施的热处理例如是淬火及回火。由此，能够对斗齿20的主体部25赋予希望的硬度及韧性。通过以上的步骤，完成本实施方式的斗齿20。
(实施方式2)
接着，对本发明的实施方式2的耐磨部件即斗齿进行说明。图8是表示实施方式2的斗齿的构造的概略剖视图。图8是与表示实施方式1的斗齿的构造的图3对应的剖视图。
参照图8及图3，实施方式2的斗齿20基本上具有与实施方式1的情况同样的构造，起到同样的效果。但是，实施方式2的斗齿20在表面形成有增厚层，该点上与实施方式1的情况不同。
参照图8，实施方式2的斗齿20具备：芯部30；主体部25，其以将芯部30包住的方式配置，且由第一金属构成；增厚层27，其以将覆盖区域25A覆盖的方式与主体部25接触地配置，该覆盖区域25A是主体部25的表面的一部分。主体部25的表面的、覆盖区域25A和除覆盖区域25A以外的区域即露出区域25B的交界是增厚端部29，在增厚端部29，露出区域25B和增厚层27的表面27A为构成同一面的锻造面。增厚层27的表面27A在整个区域均为锻造面。就耐磨性(砂土耐磨性)，增厚层27高于主体部25。
参照图8，本实施方式的斗齿20不仅与实施方式1的情况同样地具有耐磨性佳的芯部30，还具有耐磨性佳的增厚层27。因此，实施方式2的斗齿20在耐磨性上更优异。另外，在增厚端部29，露出区域25B和增厚层27的表面27A形成同一面，由此，能够避免由增厚端部29的台阶引起的贯入阻力(斗齿20进入砂土等时的阻力)的上升。增厚端部29包含于锻造面，由此，可省略如下工序：通过切削等进行加工以使露出区域25B和增厚层27的表面27A成为同一面。因此，能够避免硬度差大的增厚端部29的加工、以及硬度高的增厚层27的加工。
这样，根据本实施方式的斗齿20，能够在实现优异的耐磨性的同时，抑制由增厚层27的形成引起的贯入阻力的上升。另外，在基部件上形成增厚层后，实施锻造将包含前端21的区域成形，如此，容易如图8所示由增厚层27覆盖包含前端21的区域，能够得到具有高耐磨性的斗齿20。芯部30沿着主体部25的锻造流线25F朝前端21延伸。芯部30达到前端21(将前端21覆盖的增厚层27)。
接着，对增厚层27的构造进行说明。图9是表示增厚层的表面附近的构造的概略剖视图。图10是表示增厚层和主体部的界面附近的构造的概略剖视图。参照图9及图10，增厚层27包含：基相95，其由第三金属构成；第二硬质粒子91，其分散在基相95中。构成基相95的第三金属例如能够将源自焊丝的金属和构成主体部25的第一金属混合而成。作为第二硬质粒子91，能够采用硬度高于基相95的粒子，例如，包含碳化钼、碳氮化钼、碳化钽、碳氮化钽、碳化钨、碳氮化钨等的超硬合金，除此以外，还有包含碳化钛、碳氮化钛、碳化钒、碳氮化钒、碳化锆、碳氮化锆、碳化铬、碳氮化铬等的金属陶瓷。优选第二硬质粒子91的硬度高于主体部25。第二硬质粒子91的粒径例如能够设为0.02mm以上且9mm以下，优选设为0.2mm以上且9mm以下。
参照图9，增厚层27的表面27A为锻造面。自增厚层27的表面27A起第二硬质粒子91的平均粒径以内的区域是增厚层表层区域27B，位于增厚层表层区域27B内的第二硬质粒子91以埋入增厚层27的状态排列配置。由此，可抑制第二硬质粒子91从增厚层27的表面27A大幅突出地配置。其结果，可抑制斗齿20使用过程中第二硬质粒子91的脱落，斗齿20的耐磨性提升。
如图9所示，位于增厚层表层区域27B内的第二硬质粒子91也可以配置为与增厚层27的表面27A抵接(日文原文：に接する)。由此，从增厚层27的表面27A露出的第二硬质粒子91的区域极小，可抑制第二硬质粒子91的脱落。
优选地，第二硬质粒子91的从增厚层27的表面27A露出的区域所对应的中心角θ是锐角(小于90°)。由此，从增厚层27的表面27A露出的第二硬质粒子91的区域极小，可抑制第二硬质粒子91的脱落。
参照图10，在包含增厚层27和主体部25的界面的区域中，增厚层27包括朝主体部25突出的突出部99。通过突出部99产生的锚固效应(anchor effect)，可抑制增厚层27从主体部25剥离。第二硬质粒子91的至少一部分进入突出部99。由此，可更可靠地抑制增厚层27从主体部25剥离。在进入突出部99的第二硬质粒子91与主体部25之间夹置有增厚层27的基相95。进入突出部99的第二硬质粒子91不与主体部25接触。第二硬质粒子91的中心位于突出部99的外部(不到第二硬质粒子91的体积的1/2的区域进入突出部99内)。在各突出部99内，进入一个第二硬质粒子91。各突出部99的深度小于进入该突出部99的第二硬质粒子91的半径。
接着，参照图11～图13，对本实施方式的耐磨部件即斗齿20的制造方法进行说明。图11是表示斗齿的制造方法的概略的流程图。图12是用于说明斗齿的制造方法的概略剖视图。图13是用于说明增厚层的形成方法的概略剖视图。
实施方式2的斗齿20的制造方法基本上以与实施方式1的斗齿20的制造方法同样的步骤来实施。参照图11，实施方式2的斗齿20的制造方法中，首先，与实施方式1的情况同样地实施工序(S10)～(S40)。由此，与实施方式1的情况同样地，得到凹部54内的原料粉末55经烧结的基部件50(参照图7)。
接着，作为工序(S45)，实施增厚层形成工序。该工序(S45)中，参照图7及图12，以如下方式形成有增厚层60：与工序(S40)中凹部54内的原料粉末55经烧结的基部件50的表面的一部分即覆盖区域51A接触而将覆盖区域51A覆盖。增厚层60通过在后工序中实施热锻，形成为将主体部25的希望的区域覆盖。覆盖区域51A例如能够事先以如下方式决定：进行使用了有限元法的热锻的仿真。本实施方式中，参照图12，增厚层60形成为，将侧面51的一方的端面52侧、第一倒角部52A及一方的端面52覆盖。
增厚层60的形成例如能够如下通过利用了二氧化碳气体保护焊法的堆焊来实施。首先，对增厚层形成装置进行说明。参照图13，增厚层形成装置具备焊炬70和硬质粒子供给喷嘴80。焊炬70包括具有中空圆筒形状的焊嘴71、和配置于焊嘴71的内部且与电源(未图示)连接的导电嘴72。在与导电嘴72接触的同时，焊丝73向焊嘴71的前端侧连续地供给。作为焊丝73，例如能够采用JIS标准的YGW12。焊嘴71和导电嘴72的间隙构成保护气体的流路。流经该流路的保护气体从焊嘴71的前端排出。硬质粒子供给喷嘴80具有中空圆筒状的形状。向硬质粒子供给喷嘴80内供给第二硬质粒子91，第二硬质粒子91从硬质粒子供给喷嘴80的前端排出。
能够使用上述增厚层形成装置，通过以下的步骤形成增厚层60。将基部件50作为一方的电极、焊丝73作为另一方的电极而在基部件50与焊丝73之间施加电压时，在焊丝73与基部件50之间形成有电弧74。通过从焊嘴71的前端沿箭头β排出的保护气体，电弧74从周围的空气隔绝。作为保护气体，例如能够采用二氧化碳。通过电弧74的热，基部件50的一部分及焊丝73的前端熔融。焊丝73的前端熔融所形成的液滴向基部件50已熔融的区域转移。由此，形成熔融的基部件50和焊丝73相互混合而成的液体区域即熔池92。向熔池92供给从硬质粒子供给喷嘴80排出的第二硬质粒子91。
构成增厚焊接装置的焊炬70及硬质粒子供给喷嘴80相对于基部件50沿箭头α的方向相对移动时，形成有熔池92的位置依次移动，先形成的熔池92凝固，成为增厚层60。增厚层60包含熔池92凝固形成的基相95、和分散在基相95中的第二硬质粒子91。通过以上的步骤，形成有将基部件50的表面的覆盖区域51A覆盖的增厚层60。未形成有增厚层60的基部件50的表面为露出区域51B。参照图12，覆盖区域51A和露出区域51B的交界是增厚端部59。需要说明的是，堆焊例如能够以如下条件实施：焊接电流230A、焊接电压17V、硬质粒子的供给量110g/min、焊缝余高4mm。作为焊丝，也可以采用JIS标准的YGW11。作为第二硬质粒子，也可以采用碳化钨(例如WC、W2C)类的粒子。
需要说明的是，在上述说明中，对通过供给含有构成第三金属的材料的焊丝并实施的二氧化碳气体保护焊法来形成增厚层60的情况进行了说明，但就增厚层60的形成而言，也可以采用供给含有构成第三金属的材料的粉体来代替焊丝并实施的粉体堆焊法、即PTA(Plasma Transferred Arc)焊接或激光焊接。
接着，作为工序(S50)实施热锻工序。本实施方式的工序(S50)中，将在工序(S45)中形成有增厚层60的基部件50热锻。参照图12及图8，形成有增厚层60的基部件50与实施方式1的情况同样地进行热锻。通过该热锻，加工形成包括增厚端部59的基部件50的区域。通过热锻，增厚端部59成为增厚端部29。通过在热锻中加工形成增厚端部59，在增厚端部29，可得到露出区域25B和增厚层27的表面27A构成同一面的斗齿20。在增厚端部29，露出区域25B和增厚层27的表面27A为构成同一面的锻造面，该锻造面对应于热锻中使用的模具的表面的加工增厚端部59的区域。在增厚端部29，露出区域25B和增厚层27的表面27A构成与锻造用的模具的形状对应的同一面。增厚端部29包含于锻造面中。
参照图13及图9，通过将形成有增厚层60的基部件50热锻，在增厚层60的形成时从增厚层60的表面突出的第二硬质粒子91向增厚层60的内部压入。其结果，斗齿20中，位于增厚层表层区域27B内的第二硬质粒子91配置为与增厚层27的表面27A抵接(参照图9)。位于增厚层表层区域27B内的第二硬质粒子91的、从增厚层27的表面27A露出的区域所对应的中心角θ为锐角(小于90°)。由此，可抑制斗齿20使用过程中第二硬质粒子91的脱落，斗齿20的耐磨性提升。
参照图13及图10，通过将形成有增厚层60的基部件50热锻，由于在增厚层60的形成时位于增厚层60和基部件50的界面附近的第二硬质粒子91的影响，斗齿20中，在增厚层27形成有突出部99。成为第二硬质粒子91的至少一部分进入突出部99的状态。通过上述工序，以与表面27A抵接的方式配置有第二硬质粒子91的耐磨性佳的增厚层27的表层区域、和抑制增厚层27从主体部25剥离的突出部99同时形成。之后，与实施方式1的情况同样地，作为工序(S60)实施热处理工序。通过以上的步骤，完成本实施方式的斗齿20。
需要说明的是，在上述实施方式的耐磨部件的制造方法中，在基部件形成增厚层之际，也可以是，事先将需形成增厚层的基部件的区域所对应的基部件的表层部去除后、即在基部件形成根切部后，形成增厚层。由此，能够抑制锻造时增厚层的变形量，抑制在锻造后的增厚层形成有褶皱等不良。
实施例
进行如下实验：以与上述实施方式2中说明的制造方法同样的步骤制作斗齿20，并确认芯部30及增厚层27的构造等。
图14是表示斗齿20的前端21附近的截面的照片。参照图14，可得到斗齿20，其具备第一硬质粒子分散在基体相中的芯部30、将芯部30包住的主体部25、和第二硬质粒子分散在基相中且将主体部25的覆盖区域覆盖的增厚层27。由此可确认，通过上述实施方式2的制造方法，能够制造上述实施方式2的斗齿20。在芯部30及增厚层27与主体部25之间未确认到龟裂等明显的缺陷。
图15是将斗齿20的芯部30放大进行拍摄的光学显微镜照片。观察及拍摄之前，通过腐蚀液对芯部30实施腐蚀。参照图15，可确认芯部30包括基体相31、分散在基体相31内的第一硬质粒子32、从第一硬质粒子32延伸的硬质组织33。硬质组织33在沿主体部的锻造流线的方向上延伸。
图16是将第一硬质粒子32和基体相31的界面附近进一步放大进行拍摄的光学显微镜照片。参照图16，可确认硬质组织33是与周围的组织相比被腐蚀较深的组织(与周围的组织相比易被腐蚀的组织)而非空洞等。
为了确认硬质组织33的硬度，测定与硬质组织33延伸的方向垂直的方向上的硬度的分布。硬度的测定通过显微维氏硬度计实施。图17表示硬度测定的结果。图17中，横轴表示距硬质组织33的距离。图17中，纵轴表示硬度(维氏硬度)。距横轴中央的硬质组织33的距离为0的数据点对应于硬质组织33的硬度，其他的数据点对应于基体相31的硬度。
参照图17，基体相31的硬度平均为632.7HV(参照图17中的虚线)，而硬质组织33具有超过800HV的硬度。由此可确认，硬质组织33是硬度高于基体相31的组织。
为了确认硬质组织33的成分组成，通过EPMA(Electron Probe Micro Analysis)分析包含硬质组织33的第一硬质粒子32邻近部分。图18中表示第一硬质粒子邻近的元素的分布状态的EPMA分析的结果。图18的各图像的左上的元素名称表示各图像中作为检测对象的元素。
参照图18，在硬质组织33中，明显地检测出W(钨)、C(碳)、Co(钴)、Ti(钛)及Cr(铬)。这些元素均是构成第一硬质粒子32的材料(超硬合金)中所含的元素。由此可认为，硬质组织33是将构成第一硬质粒子32的元素溶析于基体相31而形成的。
图19是拍摄增厚层27的表面附近得到的光学显微镜照片。参照图19，由于在增厚层27形成后接受锻造加工，位于表层区域的第二硬质粒子91以埋入增厚层(基相95)的状态排列配置。第二硬质粒子91以与增厚层27的表面27A抵接的方式排列。第二硬质粒子91的、从增厚层27的表面27A露出的区域所对应的中心角θ为锐角(小于90°)。可认为其原因在于，在增厚层27被锻造加工时，从增厚层27的表面27A突出的第二硬质粒子91被压入硬度相对低的基相95内。
图20是拍摄增厚层27和主体部25的界面附近得到的光学显微镜照片。参照图20，由于在增厚层27形成后接受锻造加工，在包含增厚层27(基相95)和主体部25的界面的区域，形成有增厚层27(基相95)朝主体部25突出的突出部99。第二硬质粒子91的一部分进入该突出部99。可认为，突出部99是受到增厚层27被锻造加工时、存在于与基部件的界面附近的第二硬质粒子91的影响而形成的。有助于突出部99形成的第二硬质粒子91为如下状态：至少其一部分进入到该突出部99的内部。
需要说明的是，在上述实施方式及实施例中，作为本发明的耐磨部件的一例，对作业机械(液压挖掘机)的铲斗的斗齿进行了说明，但本发明的耐磨部件不限于此。本发明的耐磨部件能够适用于要求耐磨性的各种部件中，例如，凿杆；刀头；构成作业机械(例如推土机)的履带式下部行走体的履带衬套、链轮齿及履带突缘；液压挖掘机的铲斗、斗齿附件、唇部、斗齿间护罩及护角；GET(Ground Engaging Tool)部件的切削刃、端面刀片、齿、松土件、保护装置、耐磨刮板及柄；垃圾压缩机的铁圈的切刀等。上述实施方式中，作为铲斗的斗齿，对小型液压挖掘机用的实心的斗齿进行了说明，但对于以将铲斗的附件被覆的方式安装使用的中、大型液压挖掘机用的斗齿，也能够适用本发明的耐磨部件。
本公开的实施方式及实施例在所有的方面均是例示，应理解为无论从何种方面均不对本发明构成限制。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来规定，且旨在包括与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。
产业上的可利用性
本发明的耐磨部件及其制造方法能够尤其有利地适用于要求耐磨性提升的耐磨部件及其制造方法。
标记说明
1铲斗、10主体、12开口外周部、20斗齿、21前端、22基端、25主体部、25A覆盖区域、25B露出区域、25F锻造流线、27增厚层、27A表面、27B增厚层表层区域、29增厚端部、30芯部、31基体相、32第一硬质粒子、33硬质组织、40安装部、50基部件、51侧面、51A覆盖区域、51B露出区域、52端面、52A第一倒角部、53端面、53A第二倒角部、54凹部、55原料粉末、59增厚端部、60增厚层、70焊炬、71焊嘴、72导电嘴、73焊丝、74电弧、80硬质粒子供给喷嘴、91第二硬质粒子、92熔池、95基相、99突出部。

Claims (15)

1.一种耐磨部件，其中，具备：
芯部；
主体部，其以包住所述芯部的方式配置，且由第一金属构成；
所述芯部包含：
基体相，其由第二金属构成；
第一硬质粒子，其分散在所述基体相内；
硬质组织，其在沿所述主体部的锻造流线的方向上从所述第一硬质粒子延伸，且硬于所述基体相。
2.根据权利要求1所述的耐磨部件，其中，
所述硬质组织含有构成所述第一硬质粒子的元素。
3.根据权利要求1所述的耐磨部件，其中，
所述芯部沿着所述主体部的锻造流线延伸。
4.根据权利要求1所述的耐磨部件，其中，
所述基体相由烧结体构成。
5.根据权利要求1所述的耐磨部件，其中，
所述第一金属是钢。
6.根据权利要求1所述的耐磨部件，其中，
所述第二金属是钢。
7.根据权利要求1所述的耐磨部件，其中，
还具备增厚层，该增厚层以将覆盖区域覆盖的方式与所述主体部接触地配置，所述覆盖区域是所述主体部的表面的一部分，
所述主体部的表面中，除所述覆盖区域以外的区域是露出区域，所述覆盖区域和该露出区域的交界是增厚端部，在该增厚端部，所述露出区域和所述增厚层的表面为构成同一面的锻造面。
8.根据权利要求7所述的耐磨部件，其中，
所述增厚层包含：
基相，其由第三金属构成；
第二硬质粒子，其分散在所述基相中。
9.根据权利要求8所述的耐磨部件，其中，
位于增厚层表层区域内的所述第二硬质粒子以埋入所述增厚层的状态排列配置，所述增厚层表层区域是自所述增厚层的表面起所述第二硬质粒子的平均粒径以内的区域。
10.根据权利要求9所述的耐磨部件，其中，
就位于所述增厚层表层区域内的所述第二硬质粒子而言，其配置为与所述增厚层的表面抵接。
11.根据权利要求9所述的耐磨部件，其中，
就位于所述增厚层表层区域内的所述第二硬质粒子而言，其从所述增厚层的表面露出的区域所对应的中心角是锐角。
12.根据权利要求8所述的耐磨部件，其中，
在包含所述增厚层和所述主体部的界面的区域中，所述增厚层包括朝所述主体部突出的突出部。
13.根据权利要求12所述的耐磨部件，其中，
所述第二硬质粒子的至少一部分进入到所述突出部。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的耐磨部件，其中，
所述耐磨部件具有前端，
所述芯部朝所述前端延伸。
15.一种耐磨部件的制造方法，该耐磨部件为权利要求1～14中任一项所述的耐磨部件，其中，包括如下工序：
制备由第一金属构成、且具有凹部的主体原材料；
向所述凹部内填充原料粉末，该原料粉末包含由第二金属构成的粉末和第一硬质粒子；
通过热锻将在所述凹部内填充有所述原料粉末的所述主体原材料成形。
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