JP2004162100A - 肉盛用銅合金粉末 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、Ni:8.0〜20.0%、Si:1.5〜4.5%、および、Fe、Co、Crの少なくとも1種を合計で、2.0〜15.0%、さらに、Mm、P、Tiの少なくとも1種を合計で、0.1〜1.5%、残部Cuおよび不可避的不純物からなる肉盛用銅合金粉末。上記に加えて、さらに、Mo、Vの少なくとも1種を合計で、0.3〜3.0%、および/またはB:0.02〜1.0%、さらには、C:0.005〜0.200%を含有する肉盛用銅合金粉末。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、肉盛性に優れた肉盛用銅合金粉末に関し、特にレーザ、プラズマ、ガスなどを熱源とした一般的な肉盛溶接方法に好適な肉盛用銅合金粉末に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、銅合金よりなる肉盛用粉末素材としては、例えば特許文献1に開示されているような、重量%で、Ni:10〜30%、Si:0.5〜5.0%、およびMo、W、Ta、Nb、Vの少なくとも1種:2.0〜15.0%、残部Cuおよび不純物からなる基本組成を有し、その他、Fe:2.0〜15.0%、Cr:1.0〜10.0%、Mm:0.01〜0.1%、P:0.1〜1.0%、Mn:1.0〜10.0%、B:0.5〜3.0%を適宜添加したCu合金が開示されている。
【0003】
また、特許文献2には、レーザ肉盛用Cu基合金粉末として、Ni:10〜40%、Si:0.1〜6%を必須成分とし、Al、Y、ミッシュメタル、Ti、Zr、Hfのうちの1種又は2種以上の合計が0.01〜0.1%、O:0.01〜0.1%、残部Cuおよび不純物からなる基本組成を有し、その他、Co:20%以下、Mo又は/及びWの合計が20%以下、Fe:20%以下、Cr:10%以下、B:0.5%以下を適宜添加したCu合金が開示されている。
【0004】
【引用文献】
(1)特許文献1(特開平10−96037号公報)
(2)特許文献2(特許第2984344号公報)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、従来の特許文献は、いずれも溶湯の流動性が悪いために、均一な肉盛部形状を形成することが困難であり、また、アトマイズ時に溶湯ノズルが閉塞しやすく製造歩留りが悪いなどの問題があった。さらには、硬質相が粗大に析出する合金系では、切削性に問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、溶湯の流動性を改善し、均一な肉盛部形状を形成し、かつ、アトマイズ時に溶湯ノズル閉塞を防ぎ歩留り向上を図るために、肉盛合金の成分組成として、Cuリッチのマトリックス中に、Mo、V、Co、Ni、Cr等を主体とする珪化物、硼化物がデンドライト状Ni−Si固溶体中に分布した状態で析出した組織とする。この析出相は、凝固過程の初期の段階で析出するが、Mm(ミッシュメタル)、P、Tiの少なくとも1種を添加することによりデンドライト状に析出するNi−Si固溶体中の高硬度硬質相分布状態を、より一層偏析させる。また、液相分離傾向を強めるFe、Co、Cr量の上限を規制することにより、粗大な硬質相を析出させない微細な組織としたことにある。
【0007】
その発明の要旨とするところは、
(1)質量%で、Ni:8.0〜20.0%、Si:1.5〜4.5%、および、Fe、Co、Crの少なくとも1種を合計で、2.0〜15.0%、さらに、Mm、P、Tiの少なくとも1種を合計で、0.1〜1.5%を含み、残部Cuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
(2)前記(1)に加えて、さらに、Mo、Vの少なくとも1種を合計で、0.3〜3.0%、および/またはB:0.02〜1.0%含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
【0008】
(3)前記(1)または(2)に加えて、さらに、C:0.005〜0.200%を含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
(4)直径15μm以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有する前記(1)〜(3)記載の肉盛用銅合金粉末。
(5)粉末での平均硬さがビッカース硬度で200以上である前記(1)〜(3)記載の肉盛用銅合金粉末にある。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由を説明する。
Ni:8.0〜20.0%
Niは、耐摩耗性の向上に有効な元素であり、Cuリッチのマトリックス中に、Mo、V、Co、Fe、Cr等を主体とする珪化物、硼化物がデンドライト状Ni−Si固溶体中に分布した状態で析出し、マトリックスを強化すると共に、耐摩耗性の向上に必要な元素である。しかし、8.0%未満では、その効果が十分に得られず、20.0%を超えると合金の融点が高くなり、クラックが発生し易くなる。従って、その範囲を8.0〜20.0%とした。
【0010】
Si:1.5〜4.5%
Siは、珪化物を形成し耐摩耗性を向上させる。また、自溶性を付与する元素である。しかし、1.5%未満ではその効果が十分に得られず、4.5%を超えるとクラックが発生し易くなる。従って、その範囲を1.5〜4.5%とした。
Fe、Co、Crの少なくとも1種を合計で、2.0〜15.0%
Fe、Co、Crは、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、これら元素の合計で、2.0%未満では、その効果が十分に得られず、15.0%を超えると液相分離傾向が強まり、粗大硬質相が形成される。従って、その範囲を2.0〜15.0%とした。好ましくは、Coは0.5〜8.0%、Crは0.5〜2.0%とする。
【0011】
Mm(ミッシュメタル)、P、Tiの少なくとも1種を合計で、0.1〜1.5%
Mm、P、Tiは、Cuと共晶反応し易く、析出相中の高硬度硬質相分布をより偏析させた状態に析出させる。それにより、凝固初期段階の析出相晶出時(固液共存状態)に肉盛層の流動性を保ち、かつ凝固終了後も変形し易い組織となるため、クラックが発生しにくくなる。しかし、0.1%未満では、その効果が十分に得られず、また、1.5%を超えると上記の実質的な効果がなくなり、目的の組織が得られなくなる。従って、その範囲を合計で、0.1〜1.5%とする。好ましくは0.2〜0.6%とする。
【0012】
C:0.005〜0.200%
Cは、溶湯の流動性を向上させ、炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、0.005%未満では、その効果が十分得られず、また、0.200%を超えるとクラックが発生し易くなる。従って、その範囲を0.005〜0.200%とした。
【0013】
Mo、Vの少なくとも1種を合計で、0.3〜3.0%
Mo、Vは耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、これら元素の合計で、0.3%未満では、その効果が十分得られず、また、3.0%を超えると合金の融点が高くなり、硬質相が凝集して粗大化しやすくなり均一な組織が得られない。従って、その範囲を合計で、0.3〜3.0%とした。好ましくは、Moは0.1〜0.6%、Vは2.0%以下とする。
【0014】
B:0.02〜1.0%
Bは、自溶性の付与、および硼化物形成による耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、0.02%未満ではその効果が十分得られず、また、1.0%を超えると硼化物の晶出が多くなり粗大硬質相を形成する。従って、その範囲を0.02〜1.0%とした。好ましくは0.05〜0.2%とする。
【0015】
直径15μm以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有することにより切削性の改善を図った。望ましくは直径10μm以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有することがより好ましい。そのためには、高融点の硬質相形成元素(Mo、V)の上限を規定することにより、硬質相の凝集を避け、液相分離傾向の強いFe、Co、Crの上限を規定することにより、液相分離により生じる粗大硬質相を析出しないようにした。また、粉末での平均硬さがビッカース硬度で200以上を必要とする。しかし、ビッカース硬度が200未満では、強度、耐摩耗性の点で肉盛用銅合金として要求されているレベルを満たさない。従って、その下限値を200とした。
【0016】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表1に成分の銅合金を30kgアトマイザで真空誘導溶解し、溶湯ノズル径φ3mm、コンファインド型噴霧ノズルを用いて出湯温度1520℃、噴霧圧4MPaにてガスアトマイズ法にてアルゴンガスを使用して粉末を作製した。この粉末を38〜150μmに分級した後、Al板(JIS記号:AC2A材)上に一般的なレーザ肉盛により肉盛し、評価した。レーザ肉盛はCO2 レーザを用い、4kwのレーザ出力、ビーム径2mm、処理速度500mm/minで行った。その結果を表2に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
表2に示す形状、クラックの有無、アトマイズ時の閉塞状況および粗大硬質相の有無に関して、以下のような基準で評価した。形状は直線上に肉盛した時の頂点の直線上で評価した。
〔形状(表面粗さ計で測定JIS B 0601に準拠)〕
〇:断面曲線の最大の高さRy≦0.5mm
×:Ry≧0.5mm、
〔クラックの有無(目視)〕
〇:肉盛後クラックなし
×:クラック発生
【0019】
〔アトマイズ時の閉塞〕
〇:ノズル閉塞なし
×:アトマイズ中にノズル閉塞発生
〔粗大硬質相の有無〕
◎:直径10μm以上の粗大な硬質相なし
〇:直径15μm以上の粗大な硬質相なし
×:直径15μm以上の粗大な硬質相あり、でそれぞれ評価した。
【0020】
【表2】
【0021】
表2に示すように、No.1〜6は本発明例であり、No.7〜12は比較例である。No.7はNi、Moが高いために平均硬さHVは高いが、しかし、形状が悪く、クラック発生し、また、高融点となり溶湯の粘性が低下するために、アトマイズ時の閉塞が発生し、かつ、直径15μm以上の粗大な硬質相が見られた。No.8はFeとCoの合計量が高いために、形状が悪く、かつ、直径15μm以上の粗大な硬質相が見られた。No.9はNi、Si、CおよびFe、Co、Crの合計量のいずれもが低いために、平均硬さHVの値が200未満と低い。
【0022】
No.10はSi、Cが高いために、クラック発生し、溶湯中の炭化物および珪化物が多過ぎると凝集しやすく、ノズル閉塞が発生しアトマイズ時の閉塞が発生し、かつ、直径15μm以上の粗大な硬質相が見られた。No.11はMm、P、Tiのいずれかが含有しないために、クラック発生し、かつノズル閉塞が発生しアトマイズ時の閉塞が発生が見られた。No.12はFe、Co、Crのいずれかが含有しないために、形状が悪く、クラック発生し、かつノズル閉塞が発生しアトマイズ時の閉塞が発生し、かつ、粗大な硬質相が見られた。これに対し、本発明例No.1〜6のいずれの特性も優れていることが判る。
【0023】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるCu基合金粉末は耐摩耗性に優れ、かつ、表面形状に優れ、クラックの発生がなく、しかもアトマイズ時の閉塞、直径15μm以上の粗大な硬質相が見られず、平均硬さHV200以上の極めて優れた肉盛用銅合金粉末を得ることが出来、特に自動車エンジンの高性能のバブルシートとして適用できる極めて優れた効果を奏するものである。
Claims (5)
- 質量%で、
Ni:8.0〜20.0%、
Si:1.5〜4.5%、
および、Fe、Co、Crの少なくとも1種を合計で、2.0〜15.0%、さらに、Mm、P、Tiの少なくとも1種を合計で、0.1〜1.5%を含み、残部Cuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする肉盛用銅合金粉末。 - 請求項1に加えて、さらに、Mo、Vの少なくとも1種を合計で、0.3〜3.0%、および/またはB:0.02〜1.0%含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
- 請求項1または2に加えて、さらに、C:0.005〜0.200%を含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
- 直径15μm以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有する請求項1〜3記載の肉盛用銅合金粉末。
- 粉末での平均硬さがビッカース硬度で200以上である請求項1〜3記載の肉盛用銅合金粉末。
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