JP2011255417A - 肉盛用合金粉末、これを用いた肉盛合金材及びバルブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】肉盛用合金粉末は、C:0.7〜1.0質量%、Mo:30〜40質量%、Ni:20〜30質量%、Cr:10〜15質量%、及び残部がCoと不可避不純物からなる合金粉末、または、C:0.2〜0.5質量%、Mo:30〜40質量%、Ni:20〜30質量%、及び残部がCoと不可避不純物からなる合金粉末である。
【選択図】図5
Description
<実施例1>
まず、第1の発明の実施例に相当する肉盛用合金粉末として、C:0.7〜1.0質量%、Mo:30〜40質量%、Ni:20〜30質量%、Cr:10〜15質量%、及び残部がCoと不可避不純物からなる含有条件を満たす肉盛用合金粉末を作製した。
第2の発明の実施例に相当する肉盛用合金粉末として、C:0.2〜0.5質量%、Mo:30〜40質量%、Ni:20〜30質量%、及び残部がCoと不可避不純物からなる含有条件を満たす肉盛用合金粉末を作製した。
実施例1と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例1と相違する点は、肉盛用合金粉末の組成である。具体的には、肉盛用合金粉末として、C:0.84質量%、Mo:33質量%、Fe:14質量%,Ni:10.2質量%、Cr:3.8質量%,Mn:6質量%,Si:0.89質量%及び残部がCoと不可避不純物と肉盛合金(Coが基地となる合金)を溶解し、不活性ガスを用いたガスアトマイズにより製造した肉盛用合金粉末を、同じ範囲に分級した。これにより、得られたCo−33Mo−10.2Ni−3.8Cr−6Mn−14Fe−0.84C−0.89Siの肉盛用合金粉末を用いた。さらに、後述する各種試験に応じて、同様の組成からなる試験体を作製した。
〔組織観察〕
実施例1,2及び比較例1に係るエンジンバルブの肉盛部分(肉盛合金)の組織断面を光学顕微鏡で観察した。これらの結果を、図3に示す。図3は、肉盛合金の断面の組織写真であり、(a)は、実施例1の肉盛合金の組織断面図、(b)は、実施例2の肉盛合金の組織断面図、(c)は、比較例1の肉盛合金の組織断面図である。
実施例1,2及び比較例1に係る試験体を用いて機械的強度等を測定した。JIS Z 2242に準拠して、シャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を測定した。この結果を表1に示す。
実施例1、2及び比較例1に係るにエンジンバルブ1に対して、図8に示す試験装置を用いて肉盛合金部分の相手攻撃性、耐摩耗性を調べた。具体的にはプロパンガスバーナー5を加熱源に用い、前記のように肉盛されたバルブフェース2と、Fe系焼結材料からなるバルブシート3との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブシート3の温度を300℃に制御し、スプリング6によりバルブフェース2とバルブシート3との接触時に18kgfの荷重を付与し、2000回/minの割合でバルブフェース2とバルブシート3を接触させて8時間の摩耗試験を行った。この摩耗試験において、基準位置Pからのバルブ沈み量を測定した。このバルブ沈み量は、エンジンバルブ1がバルブシート3と接触することによって双方が摩耗した摩耗量(摩耗深さ)に相当するものである。この結果を図4及び以下の表1に示す。
組織観察の結果から、図3に示すように、実施例1及び2の肉盛合金には、共晶炭化物(亜共析組織)が生成されており、Moの初晶炭化物は生成されていなかったが、比較例1の肉盛合金には、Moの初晶炭化物が生成されていた。
以上の結果から、実施例1及び2の肉盛合金は、前述したように、共晶点以下の範囲に、炭素の含有量を調整した(実施例1では炭素含有量を1.0質量%以下、実施例2では、炭素含有量を0.5質量%以下にした)ので、破壊起点になるMoの初晶炭化物の生成をなくすことができ、これにより、靭性、引張り強さ、及び伸びが比較例1のものより向上したと考えられる。この結果、実施例1及び2の肉盛合金の熱衝撃性が向上しているといえる。
実施例1と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブと、硬さ試験用の試験体を製作した。実施例1と相違する点は、実施例3−1のCの含有量を0.7質量%、実施例3−2のCの含有量を1.0質量%にした点である。
実施例2と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブと、硬さ試験用の試験体を製作した。実施例2と相違する点は、実施例4−1のCの含有量を0.2質量%、実施例4−2のCの含有量を0.35質量%にした点である。実施例4−3は、Cの含有量を0.5質量%にしたので、実施例2と略同じである。
実施例1と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブと、硬さ試験用の試験体を製作した。実施例1と相違する点は、比較例2のCの含有量を0.1質量%、比較例3のCの含有量を0.35質量%にした点である。
実施例3−1,3−2、実施例4−1〜4−3、及び比較例2−1,2−2のそれぞれに対して、実施例1と同じようにして、摩耗試験及び硬さ試験(室温)を行った。この結果を図5に示す。なお、図5に示す摩耗量は、エンジンバルブの肉盛合金の部分そのものの最大摩耗深さを示している。
図5に示すように、実施例3−1,3−2及び実施例4−1〜4−3のビッカース硬さは、比較例2−1,2−2のものに比べて高い値となった。実施例3−1,3−2及び実施例4−1〜4−3のバルブの沈み量は、比較例2−1,2−2のものに比べて小さかった。また、肉盛合金(試験体)の硬さが大きくなるに従って、摩耗量は大きくなった。
実施例3−1,3−2ではCを0.7〜1.0質量%とすることにより、また、実施例4−1〜4−3ではCを0.2〜0.5質量%とすることにより、肉盛用合金粉末によりに肉盛られた肉盛合金には、破壊の起点となるMoの初晶炭化物が生成され難く、Moの共晶炭化物が生成されている。また、実施例3−1,3−2の場合、Crの共晶炭化物が生成されている。
実施例2と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例2と相違する点は、実施例5−1のMoの含有量を30質量%にした点である。実施例5−2は、Moの含有量を40質量%にしたので、実施例2とほぼ同じである。
実施例2と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例2と相違する点は、比較例3−1のMoの含有量を20質量%、比較例3−2のMoの含有量を45質量%にした点である。
実施例5−1,5−2、及び比較例3−1のそれぞれに対して、実施例2と同じようにして、摩耗試験を行った。この結果を図6に示す。また、実施例5−1,5−2、比較例3−1,3−2に対して、実施例2と同じようにして、衝撃試験を行った。この結果を表2に示す。さらに、実施例5−1、5−2、及び比較例3−1のそれぞれの肉盛用合金粉末に対して実施例1と同じように、酸化開始温度を計測した。この結果を表3に示す。
図6に示すように、実施例5−1,5−2のバルブ沈み量は、比較例3−1のものよりも小さかった。表2に示すように、比較例3−1、実施例5−1,5−2、比較例3−2の順に(Moの含有量の増加に応じて)衝撃値が低い値となった。表3に示すように、実施例5−1,5−2の肉盛用合金粉末の酸化開始温度は、660℃以下であり、比較例3−1のものよりも低かった。
実施例5−1,5−2のバルブ沈み量は、比較例3−1のものよりも小さかったのは、Moの共晶炭化物が生成され、肉盛合金の耐摩耗性を強化する元素として作用したからであると考えられる。
実施例2と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例2と相違する点は、実施例6−2のNiの含有量を30質量%にした点である。実施例6−1は、Niの含有量を20質量%にしたので、実施例2とほぼ同じである。
実施例2と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例1と相違する点は、実施例4−1のNiの含有量を18質量%、実施例4−2のNiの含有量を35質量%にした点である。
実施例6−1,6−2、及び比較例4−1のそれぞれに対して、実施例2と同じようにして、摩耗試験を行った。この結果を図7に示す。実施例6−1,6−2、及び比較例4−2のそれぞれに対して、実施例2と同じようにして、硬さ試験(室温)を行った。この結果を表4に示す。
図7に示すように、実施例6−1,6−2のバルブ沈み量が、比較例4−1のものよりも小さかった。実施例6−1,6−2の試験体のビッカース硬さは、比較例4−2のものよりも高い値となった。
実施例6−1,6−2のバルブ沈み量が、比較例4−1のものよりも小さかったのは、以下の理由が考えられる。Niは、肉盛合金の靭性を向上するように作用し、さらに、Cの固溶限を変化させるため、比較例4−1の如く、Niの含有量が20質量%未満である場合には、上述した初晶炭化物が発生してしまい、相手攻撃性が高まったからであると考えられる。
実施例1と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例1と相違する点は、実施例7−2のCrの含有量を15質量%にした点である。実施例7−1は、Crの含有量は10質量%にしたので、実施例1とほぼ同じである。
実施例1と同じようにして肉盛部の肉盛(盛金)を行ったエンジンバルブを製作した。実施例1と相違する点は、比較例5−1のCrの含有量を5質量%、比較例5−2のCrの含有量を8質量%、比較例5−3のCrの含有量を20質量%にした点である。
実施例7−1,7−2、比較例5−1〜5−3のそれぞれに対して、実施例1と同じようにして、衝撃試験を行った。この結果を表5に示す。
表5に示すように、実施例7−1,7−2の試験体の衝撃値は、比較例5−2,5−3のものよりも高い値となった。表6に示すように、比較例5−1,5−2の肉盛合金には、初晶炭化物が確認されたが、実施例7−1及び7−2の肉盛合金には、初晶炭化物はなく、共晶炭化物が確認された。
比較例5−2の試験体の衝撃値が、実施例7−1,7−2のものよりも低い値となったのは、Crの含有量が、10質量%未満の場合、Moの初晶炭化物が生成されたからであると考えられる。一方、比較例5−2の如く、Crの含有量が15質量%を超えた場合には、Crの炭化物の増加により、肉盛合金の靭性が低下すると考えられる。
Claims (5)
- C:0.7〜1.0質量%、Mo:30〜40質量%、Ni:20〜30質量%、Cr:10〜15質量%、及び残部がCoと不可避不純物からなることを特徴とする肉盛用合金粉末。
- C:0.2〜0.5質量%、Mo:30〜40質量%、Ni:20〜30質量%、及び残部がCoと不可避不純物からなることを特徴とする肉盛用合金粉末。
- 前記Coは、35質量%以上含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の肉盛用合金粉末。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の肉盛用合金粉末を溶融して肉盛られていることを特徴とする肉盛合金部材。
- 請求項4に記載の肉盛合金部材は、エンジンのバルブであって、
前記バルブは、バルブシートと接触するバルブフェースに前記肉盛用合金粉末が肉盛られていることを特徴とするバルブ。
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