JP2003155527A - Ｎｉ基耐食耐摩耗合金、並びにこの合金を用いた複合部材およびダイカストマシン用の部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度、靭性、耐溶損性、耐かじり性、耐摩耗
性等を兼備し、かつ比較的低温で焼結することが可能な
Ｎｉ基耐食耐摩耗合金を提供する。 【解決手段】 本発明によるＮｉ基耐食耐摩耗合金は、
組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｓｉ：４．０
〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃｒ：２〜１２
％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の
結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散している形態の金属
組織を持つ。本発明合金においては、更に、Ｃｒ含有量
およびＭｏ含有量の和を合金全体に対して１３〜２０重
量％とし、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏ含有量の比を重
量比で５．５〜９．０とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎｉ基耐食耐摩耗
合金に係り、耐食性（耐Ａｌ溶損性等）、耐摩耗性、耐
割れ性および高強度が同時に要求されるダイカストマシ
ン用の部材に好適に用いることができるＮｉ基耐食耐摩
耗合金およびその原料粉末、並びに当該合金を用いた複
合部材およびダイカストマシン用の部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイカストマシンの金型は、鋳造時に高
温に加熱された溶融金属に接触する。また、鋳造後には
潤滑剤や離型剤を噴霧される。このため、長期間使用す
ると、加熱冷却の繰り返し応力により金型にはヒートク
ラックが生じる。また、鋳造材料がアルミニウム合金の
場合には、金型がアルミニウム溶湯に侵され溶損する。
このように金型にヒートクラックや溶損等の表面損傷が
発生した場合には、その損傷は製品に転写されるため、
金型の補修または交換が必要となる。また、ダイカスト
マシンのプランジャスリーブにも同様の溶損の問題が生
じる。更に、プランジャスリーブはプランジャチップと
摺動するため、溶損やＡｌ焼付きに起因するかじりも発
生する。このような場合、プランジャスリーブの交換が
必要となる。

【０００３】上述した金型およびプランジャスリーブ等
の溶湯と直接接触するダイカストマシン用の部材は、従
来からＳＫＤ６１により製造されている。しかしＳＫＤ
６１自体は耐久性が十分でない。このため、従来から、
ＰＶＤやＣＶＤ若しくは窒化処理を施す等により、耐溶
損性や耐かじり性に優れた被膜をＳＫＤ６１材の表面に
形成することが行われている。しかし、これらの表面処
理によって得られる被膜は厚さが十分でないため、満足
のゆく寿命向上を実現するには至っていない。

【０００４】このため、近年では、耐ヒートクラック性
および耐アルミニウム溶損性に優れた合金にて金型等の
部材を作製したり、このような合金の層を金型等の部材
表面に十分な厚さをもって形成することが行われてい
る。

【０００５】このような用途に用いられる合金として、
多種多様なものが開発されてきている。しかし、従来の
この種の合金は、強度、靭性、耐溶損性、耐かじり性、
耐摩耗性等を高度にバランスさせるという点において未
だ改善の余地がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑みなされたものであり、強度、靭性、耐溶損性、耐
かじり性および耐摩耗性等を兼備し、かつ比較的低温で
焼結することが可能なＮｉ基耐食耐摩耗合金を提供する
ことを目的としている。

【０００７】また、本発明は、前記Ｎｉ基耐食耐摩耗合
金の原料粉末、並びに当該合金を用いた複合部材および
ダイカストマシン用の部材を提供することも目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５
％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、
Ｃｒ：２〜１２％、Ｃ：０．０５〜０．２２％、残部Ｎ
ｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮ
ｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗合金
であって、Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が合金全体
に対して１３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対
するＭｏの含有量の比が重量比で５．５〜９．０である
ことを特徴とする、Ｎｉ基耐食耐摩耗合金を提供する。
なお、このＮｉ基耐食耐摩耗合金は、Ｃを含有せずに構
成することも可能である。

【０００９】以下に、本発明合金に含まれる各成分元素
の適正範囲を定めた理由について述べる。なお、以下、
本明細書において、表示されている組成比を示すパーセ
ンテージは特別に断り書きの無い限り全て重量％を意味
する。

【００１０】Ｂは合金の焼結温度を低下させるとともに
ＮｉおよびＭｏと硼化物を形成し、合金の強度および硬
度を高める。硼化物が多くなるに連れて耐摩耗性および
耐食性が向上する傾向があるが、硼化物が多くなり過ぎ
た場合には、合金の強度が低下する。このため、Ｂ量は
１．１〜２．５％とした。

【００１１】Ｓｉは、Ｂと同様に、焼結温度を低下させ
る効果がある。焼結温度を低くできるということは、経
済的に有利であるだけでなく、本発明合金を焼結すると
同時に鉄鋼材料を複合化させる際に、鉄鋼の劣化を防止
することができるという点においても有利である。ま
た、Ｓｉには、Ｎｉに固溶して合金の強度を向上させる
効果がある。Ｓｉ量が少ない場合には上記の効果は得ら
れない。Ｓｉ量の増加とともに焼結温度は低下するが、
Ｓｉ量が多すぎても強度、靭性は低下する。このためＳ
ｉ量は４〜６．５％とした。

【００１２】ＭｏはＮｉおよびＢとともに合金の耐食性
（耐Ａｌ溶損性）および耐摩耗性を高める複硼化物Ｍｏ
_２ＮｉＢ_２を形成する。また、合金の結晶粒を微細化
し、強度および抗折力を著しく高める効果を有する。Ｍ
ｏ量の増加に伴い、複硼化物量も増加し、合金の耐摩耗
性および耐食性が向上する。Ｍｏ量が８％未満のときに
は、硼化物量が少なすぎるため、充分な耐食性および耐
摩耗性を得ることができない。また、Ｍｏ量が１７％を
超えたときには、耐摩耗性および耐食性が高くなるが、
靭性が低下し、焼結温度が上昇する。このため、Ｍｏ量
は８〜１７％とした。

【００１３】複硼化物Ｍｏ_２ＮｉＢ_２におけるＭｏとＢ
の重量比は８．８７である。実験の結果、ＭｏとＢの配
合比を８．８７以下にすると焼結温度が低下する傾向が
確認された。これは、ＢとＮｉが共晶反応を示すことに
より合金の焼結温度を低下させるためであると考えられ
る。すなわち、合金の焼結温度を低く保つためには、前
記複硼化物を形成する以外のＢが必要であるものと考え
られ、このためにはＭｏ／Ｂ重量比を小さく（すなわち
Ｂ添加量を多く）する必要がある。しかし、Ｍｏ／Ｂ重
量比が小さくなりすぎると、Ｎｉ硼化物およびＣｒ硼化
物などが生成され合金の靭性が低下し、また、合金の焼
結温度も上昇してしまう。その一方で、Ｍｏ／Ｂ重量比
を大きく（すなわちＢ添加量を少なく）すると、複硼化
物Ｍｏ_２ＮｉＢ_２の生成量が少なくなり耐食性および耐
摩耗性の低下につながり、また合金の焼結温度も上昇し
てしまう。以上の点を考慮して、Ｍｏ／Ｂ重量比は５．
５〜９．０とした。なお、Ｍｏ／Ｂ重量比は６．０〜
７．５とすることがより好ましい。

【００１４】Ｃｒは、Ｎｉ結合相中に固溶して合金の耐
食性（耐Ａｌ溶損性）を向上させる。ただしその効果は
Ｍｏ量と密接な関係がある。Ｍｏ量が一定量以上の場合
には、耐食性向上効果は２％から現れる。耐Ａｌ溶損性
は、Ｃｒ量の増大とともに増す。Ｍｏ量を一定量以下に
抑制すれば、Ｃｒ量が１０％までは、焼結温度の大幅な
上昇や強度および靭性の低下も認められなかった。ただ
し、Ｃｒ量が１０％を超えると、焼結温度が大きく上昇
する。また、Ｃｒ硼化物等の化合物が生成され、合金の
強度および靭性の低下を招き、耐熱衝撃および耐熱疲労
の観点から好ましくない。以上の点に鑑み、Ｃｒ量とＭ
ｏ量の合計は１３〜２０％とし、かつ、Ｃｒ量は２〜１
０％とした。

【００１５】Ｎｉは合金の主成分たる元素であり、Ｓｉ
を固溶して合金中の金属結合相を形成するとともに、Ｍ
ｏおよびＢと複硼化物Ｍｏ_２ＮｉＢ_２を形成する。Ｎｉ
の含有量は残部とする。

【００１６】Ｃは本発明合金において任意に採択しうる
成分元素である。Ｃは粉末表面の酸素を還元し、アトマ
イズ法等の噴霧法により製造された合金粉末の焼結温度
を下げる性質がある。Ｃ量が０．０５％未満では、酸化
膜還元効果が小さく、また添加量が非常に小さいのでＣ
量を制御することが難しい。一方で、Ｃ量が０．２２％
を超えると、炭化物が多く析出し合金の耐食性および耐
摩耗性を変化させてしまう。合金の高温耐食性は炭化物
の量の変化に応じて敏感に変化し、硼化物の生成に起因
してもたらされる合金の耐アルミ溶損性を低下させてし
まう。従って、Ｃ添加量は０．０５〜０．２２％とする
こととした。なお、Ｃは添加した方が好ましいが、粉砕
法により合金粉末を製造する等、原料粉末の表面酸化が
さほど問題にならない場合には必ずしも添加する必要は
ない。なお、上述したＣ以外の成分元素の適正範囲は、
Ｃ添加により実質的に変化はない。

【００１７】以上説明したように、本発明合金は、上記
の組成に起因して、強度、靭性、耐溶損性、耐かじり性
および耐摩耗性等を兼備しているため、溶湯と接触する
ダイカストマシン用の部材、具体的には、プランジャス
リーブおよびプランジャチップ等のダイカストマシンの
構成部材、並びに鋳抜きピンおよび金型本体等のダイカ
ストマシンの金型の構成部材等の部材に好適に適用する
ことができる。

【００１８】本発明合金のようないわゆるサーメットと
称される合金は一般的に高価であるため、機械部品とし
て使用する場合には鉄鋼材料に接合して複合化し、性能
が要求される部分のみサーメットから構成することが好
ましい。このような場合、鉄鋼材料とサーメットとは拡
散接合されているのが好ましいが、このような接合形態
で鉄鋼材料とサーメットとを結合する好適な手法とし
て、（１）金型中に鉄鋼材料とサーメット原料粉末とを
配置し、サーメットを焼結すると同時にサーメットと鉄
鋼材料とを拡散接合する方法、（２）サーメットを鉄鋼
材料に溶射した後に再溶融処理を行う手法がある。ここ
で、本発明合金は、焼結性に優れ、比較的低温で焼結す
ることができるため、（１）の場合の焼結温度ならびに
（２）の場合の再溶融処理温度を低くすることができ
る。このため、接合時に鉄鋼材料が過度の高温にさらさ
れることがなくなり、結晶粒の粗大化等による鉄鋼材料
の機械的性質の低下を最小限に抑制することができる。

【００１９】

【実施例】以下に実施例により本発明を更に詳細に説明
する。

【００２０】［実施例１］まず、表１に示す各組成に原
料粉末を配合し、それを回転ボールミルによりアルコー
ル中にて混合粉砕した。そして、この混合粉末を乾燥し
た後、所定の形状に成形し、真空中にて無加圧で焼結し
た。焼結時間はいずれも１０分である。なお、表１にお
いてアンダーラインを付した数値は、本発明合金の規格
から外れている数値を意味している。

【００２１】

【表１】 このようにして得られた試料を、以下の試験に供した。

【００２２】（１）抗折試験 上記製法にて製造した各焼結体を研削加工にて４×８×
２６mmに加工し、ＪＩＳＨ５５０１に準拠して３点曲げ
抗折試験を行い、抗折力および破断変位を評価した。

【００２３】（２）硬さ測定 ロックウエル硬度計により上記抗折試験片のそれぞれに
対して各６カ所にて硬さ測定を行い、その平均値を算出
した。

【００２４】（３）溶損試験 上記製法にて製造した各焼結体を研削加工にて４×１０
×４６mmに加工し、６８０℃のＡＤＣ１２溶湯中に各試
験片の一端側を２５mmだけ浸漬し、周速０．８ｍ／sec
で回転させながら、２時間保持した。耐溶損性は、「溶
損量＝（試験前の試験片重量−試験後の試験片重量）／
浸漬表面積 （単位はmg／cm^２）」にて評価した。

【００２５】上記の各試験の結果を表２に示す。表２よ
り以下のことがわかる。

【００２６】

【表２】 Ｍｏ／Ｂが９．０以上の場合（比較例の試料番号８、９
参照）、焼結温度が１１００℃以上に上昇するため、合
金の焼結と同時に鋼材と接合させることを考えると、好
ましくない。

【００２７】Ｍｏ／Ｂが５．５以下の場合（比較例の試
料番号１０、１１参照）、硬さがＨRC５０以上に上昇
し、材料の靭性の指標となる破断変位が低下するため、
熱衝撃や熱疲労を受け過酷な条件下で使用されるダイカ
ストマシン用部材に用いるのは好ましくない。

【００２８】Ｃｒ無添加のものと（比較例の試料番号１
２，１６，１９参照）と実施例合金とを比較すると、Ｃ
ｒ添加により耐溶損性が向上している。しかし、少量の
Ｃｒ添加では効果が認められなかった（比較例の試料番
号１３，１７、２０参照）。また、必要以上にＣｒを添
加すると、強度低下が生じる傾向があり、また焼結温度
も上昇するため鋼材と複合化して用いる場合には好まし
くない（比較例の試料番号１４，１５、１８、２１参
照）。

【００２９】本発明合金（実施例の試料番号１〜７）
は、強度および靭性に優れ、適度な硬さも確保され、優
れた耐Ａｌ溶損性を示し、ダイカストマシン用部材とし
て優れた性能を示す。

【００３０】［実施例２］次に、本発明合金をダイカス
トマシンの金型の鋳抜きピンに適用した実施例について
説明する。

【００３１】まず、基材としてＳＫＤ６１材を図１に示
すピンの形状に加工した。なお、合金が溶射される部分
Ｃ（溶湯が直接接触する部分）については、最終製品形
状より合金層の厚さ分だけ径を細く加工した。次に、部
分Ｃに本発明合金を溶射した。なお、本発明合金として
は前記表１の実施例の試料番号６の組成を有するものを
用いた。

【００３２】次に、ピンを真空炉中に入れ、１１００℃
で３０分保持することにより合金の再溶融処理を行っ
た。再溶融処理後、室温まで冷却した。上記処理終了後
の合金層の硬さはＨRC４３〜４５であった。最後に、溶
射部を研削加工により所定寸法に仕上げた。発明合金層
の厚さは０．１５mm（直径で０．３mm）とした。

【００３３】また、比較例として前記表１の比較例の試
料番号１６の組成を有する合金を用い、上記と同様の方
法で、鋳抜きピンを製造した。更に他の比較例として、
従来の一般的なピンとしてＳＫＤ６１に窒化処理を施し
たものを準備した。

【００３４】これらのピンを実際にダイカスト金型にセ
ットして、鋳造を行った、溶湯はＡＤＣ１２、溶湯温度
は６８０℃である。ピンにクラックまたは溶損が発生す
ると、鋳造品には不具合が生じるが、ここでは鋳造品に
許容できない不具合が生じた時点をもってピンの寿命と
した。

【００３５】この鋳造試験の結果、本発明合金を用いた
ピンでは、約８５０００ショットの使用に耐えた。これ
に対して比較例合金を用いたピンでは約７５０００ショ
ットの使用に耐えた。また、ＳＫＤ６１（合金被覆な
し）のピンでは、約５００００ショットの使用にしか耐
えなかった。すなわち本発明合金を用いたピンにおい
て、比較例合金を用いたピンに対して１．１３倍、ＳＫ
Ｄ６１（合金被覆なし）のピンに対して１．７倍の寿命
向上が確認できた。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、強度、靭性、耐溶損
性、耐かじり性、耐摩耗性等を兼備し、かつ比較的低温
で焼結することが可能なＮｉ基耐食耐摩耗合金が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明合金を用いた鋳抜きピンの構成を示す概
略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 19/05 Ｃ２２Ｃ 19/05 Ｄ (72)発明者 藤 本 亮 輔 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 4E093 NA01 NB03 NB08 NB09 4K018 AA08 AB04 AC01 BA04 BA09 KA07 KA18 KA58

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、
   Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃ
   ｒ：２〜１２％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からな
   り、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散してい
   るＮｉ基耐食耐摩耗合金であって、 Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が合金全体に対して１
   ３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの
   含有量の比が重量比で５．５〜９．０であることを特徴
   とする、Ｎｉ基耐食耐摩耗合金。
2. 【請求項２】組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、
   Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃ
   ｒ：２〜１２％、Ｃ：０．０５〜０．２２％、残部Ｎｉ
   および不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ
   −Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗合金で
   あって、 Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が合金全体に対して１
   ３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの
   含有量の比が重量比で５．５〜９．０であることを特徴
   とする、Ｎｉ基耐食耐摩耗合金。
3. 【請求項３】組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、
   Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃ
   ｒ：２〜１２％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からな
   るＮｉ基耐食耐摩耗合金用の原料粉末であって、 Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が粉末全体に対して１
   ３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの
   含有量の比が重量比で５．５〜９．０であることを特徴
   とする、Ｎｉ基耐食耐摩耗合金用の原料粉末。
4. 【請求項４】組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、
   Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃ
   ｒ：２〜１２％、Ｃ：０．０５〜０．２２％、残部Ｎｉ
   および不可避的不純物からなるＮｉ基耐食耐摩耗合金用
   の原料粉末であって、 Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が粉末全体に対して１
   ３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの
   含有量の比が重量比で５．５〜９．０であることを特徴
   とする、Ｎｉ基耐食耐摩耗合金用の原料粉末。
5. 【請求項５】鉄鋼材料からなる基材と請求項１または２
   に記載の前記Ｎｉ基耐食耐摩耗合金とを金属結合により
   複合化させてなる複合部材。
6. 【請求項６】金属結合による複合化を、前記Ｎｉ基耐食
   耐摩耗合金を焼結する際に同時に行ったことを特徴とす
   る、請求項５に記載の複合部材。
7. 【請求項７】少なくとも溶湯に接触する部位が、請求項
   １または２に記載の前記Ｎｉ基耐食耐摩耗合金により形
   成されていることを特徴とする、ダイカストマシン用の
   部材。