JP2013154384A - Method for manufacturing build-up welding member - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a build-up welding member favorably formable of a cermet layer excellent in corrosion resistance and abrasion resistance at a portion where corrosion resistance and abrasion resistance are necessary.SOLUTION: A method for manufacturing a build-up welding member is provided, in which a cermet layer containing MoFeB-type or MoNiB-type multiple boride is formed continuously on a metal matrix with a width of 2 to 5 mm by build-up welding along the lengthwise direction of the metal matrix, wherein the cermet layer is formed under the conditions that the welding speed of the build-up welding in the lengthwise direction of the metal matrix is 10 to 20 cm/min and the irradiation energy density of the build-up welding is 8,000 to 9,700 W/cm.

Description

本発明は、肉盛溶接部材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an overlay welding member.
各種原料樹脂にグラスファイバーなどのフィラーや難燃剤などの添加物を混合してなる樹脂混合物を原料として、金型を用いた射出成形や押出成形により所望形状の成形品を製造する技術が知られている。このような技術においては、原料樹脂や添加物の種類によっては、成形時の加熱により、フッ素ガスや塩素ガス、硫化ガス、リン酸ガスなどの腐食性のガスが発生する場合があり、そのため、成形に用いられる金型や、コアピンなどの金型部品が腐食摩耗してしまうという課題がある。   Technology for producing molded products with desired shapes by injection molding or extrusion using a mold using resin mixtures made by mixing various raw material resins with fillers such as glass fiber and flame retardants ing. In such technology, depending on the type of raw resin and additives, corrosive gas such as fluorine gas, chlorine gas, sulfide gas, phosphoric acid gas may be generated by heating during molding. There exists a subject that metal mold parts, such as a metal mold | die used for shaping | molding, and a core pin, will corrode and wear.
特に、このような金型用の部材としては、部品寿命の長期化の要求に対応するために、高硬度の焼入鋼が一般的に用いられているが、焼入鋼は耐食性が低く、そのため、腐食性のガスによる腐食の進行を抑制できないものであった。   In particular, as a member for such a mold, a hardened steel with high hardness is generally used in order to meet the demand for a longer part life, but the hardened steel has low corrosion resistance, Therefore, the progress of corrosion due to corrosive gas cannot be suppressed.
これに対して、たとえば、特許文献1に記載されているように、鋼材表面にPVDやCVDなどによりセラミックスコーティング等の表面処理を施すことにより、耐食性の改善が試みられている。   On the other hand, as described in Patent Document 1, for example, improvement of corrosion resistance has been attempted by applying a surface treatment such as ceramic coating to the steel material surface by PVD, CVD, or the like.
特開平5−195199号公報JP-A-5-195199
しかしながら、上述した特許文献1の方法では、形成される皮膜は、厚みが薄く、また、緻密性が低いものであるため、耐食性の改善効果が低いという課題があった。これに対し、金型部品自体をセラミックス焼結体で構成する方法や、拡散接合やロウ付けにより鋼材表面にセラミックス焼結体を接合する方法なども考えられるが、たとえば、金型部品自体をセラミックス焼結体で構成する方法では、加工時間が長く、加工中や金型部品として実際に使用した際に、割れが発生したり、折損してしまうという不具合が生じてしまう。また、拡散接合やロウ付けにより鋼材表面にセラミックス焼結体を接合する方法では、接合時の加熱による熱膨張差により、セラミックス焼結体に割れが発生してしまうという不具合が生じてしまう。   However, the above-described method of Patent Document 1 has a problem that the effect of improving the corrosion resistance is low because the film to be formed is thin and the denseness is low. On the other hand, a method of forming the mold part itself with a ceramic sintered body and a method of joining the ceramic sintered body to the steel surface by diffusion bonding or brazing are also conceivable. In the method comprising a sintered body, the processing time is long, and there is a problem that cracking occurs or breaks during actual processing or when used as a mold part. Further, in the method of joining the ceramic sintered body to the steel material surface by diffusion bonding or brazing, there is a problem that cracks occur in the ceramic sintered body due to the difference in thermal expansion due to heating during joining.
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、耐食性および耐摩耗性が必要とされる箇所に、耐食性および耐摩耗性に優れたサーメット層を良好に形成可能な肉盛溶接部材の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is an overlay welding member capable of satisfactorily forming a cermet layer excellent in corrosion resistance and wear resistance in a place where corrosion resistance and wear resistance are required. It is in providing the manufacturing method of.
本発明者等は、MoFeB型またはMoNiB型の複硼化物を含むサーメット層を、肉盛溶接にて、2〜5mmの幅で金属母材上に、前記金属母材の長手方向に沿って連続的に形成する際に、所定の溶接速度および照射エネルギーにて肉盛溶接を行なうことにより、耐食性および耐摩耗性に優れたサーメット層を備える肉盛溶接部材が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention have applied a cermet layer containing a Mo 2 FeB 2 type or Mo 2 NiB 2 type double boride on a metal base material having a width of 2 to 5 mm by overlay welding. When continuously forming along the longitudinal direction, build-up welding members having a cermet layer having excellent corrosion resistance and wear resistance can be obtained by performing build-up welding at a predetermined welding speed and irradiation energy. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明によれば、MoFeB型またはMoNiB型の複硼化物を含むサーメット層を、肉盛溶接にて、2〜5mmの幅で金属母材上に、前記金属母材の長手方向に沿って連続的に形成する肉盛溶接部材の製造方法であって、前記サーメット層を、前記金属母材の長手方向における、前記肉盛溶接の溶接速度10〜20cm/分、前記肉盛溶接の照射エネルギー密度8000〜9700W/cmの条件にて形成することを特徴とする肉盛溶接部材の製造方法が提供される。 That is, according to the present invention, a cermet layer containing a Mo 2 FeB 2 type or Mo 2 NiB 2 type double boride is deposited on the metal base material with a width of 2 to 5 mm by overlay welding. It is a manufacturing method of the build-up welding member formed continuously along the longitudinal direction of the material, wherein the cermet layer is welded at a welding speed of 10 to 20 cm / min in the longitudinal direction of the metal base material, The manufacturing method of the build-up welding member characterized by forming on the conditions of the irradiation energy density of 8000-9700 W / cm < 2 > of the said build-up welding.
本発明の製造方法において、前記肉盛溶接のプラズマアーク径を、前記金属母材の被溶接面の短手方向の長さ以下とすることが好ましい。
本発明の製造方法において、前記金属母材として、ロックウェル硬度がHRC45以上である鋼材を使用することが好ましい。
本発明の製造方法において、前記サーメット層が、MoFeB型の複硼化物を含む硬質相と、Fe基合金からなる結合相とからなり、前記硬質相の含有割合が35〜95重量%であるように構成することが好ましい。
本発明の製造方法において、前記サーメット層が、MoNiB型の複硼化物を含む硬質相と、Ni基合金からなる結合相とからなり、前記硬質相の含有割合が35〜95重量%であるように構成することが好ましい。
本発明の製造方法において、前記金属母材として、被溶接面の短手方向の長さが2〜5mmであるものを使用することが好ましい。
本発明の製造方法において、前記サーメット層と、前記金属母材との間に形成される溶接拡散層の厚みが、1〜30μmであることが好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable that a plasma arc diameter of the overlay welding is equal to or less than a length in a short direction of a surface to be welded of the metal base material.
In the manufacturing method of this invention, it is preferable to use the steel material whose Rockwell hardness is HRC45 or more as said metal base material.
In the production method of the present invention, the cermet layer is composed of a hard phase containing a Mo 2 FeB 2 type double boride and a binder phase made of an Fe-based alloy, and the content ratio of the hard phase is 35 to 95% by weight. It is preferable to constitute so that.
In the production method of the present invention, the cermet layer is composed of a hard phase containing a Mo 2 NiB 2 type double boride and a binder phase made of a Ni-based alloy, and the content ratio of the hard phase is 35 to 95% by weight. It is preferable to constitute so that.
In the manufacturing method of this invention, it is preferable to use what the length of the transversal direction of a to-be-welded surface is 2-5 mm as said metal base material.
In the manufacturing method of this invention, it is preferable that the thickness of the welding diffusion layer formed between the said cermet layer and the said metal base material is 1-30 micrometers.
本発明によれば、耐食性および耐摩耗性が必要とされる箇所に、耐食性および耐摩耗性に優れたサーメット層を良好に形成可能な肉盛溶接部材の製造方法を提供することができる。特に、本発明によれば、幅2〜5mmと比較的微細なサーメット層を良好に形成することができ、これにより、耐食性・耐摩耗性が要求される箇所が、比較的微細なものであっても、耐食性および耐摩耗性に優れたサーメット層を適切に形成することができる。そのため、本発明によれば、耐食性・耐摩耗性が要求される箇所が、比較的微細な範囲とされる用途、特に、金型部品のうち耐食性・耐摩耗性が要求される微小部分、あるいは、コアピン等の微小な金型部品などのそれ自体が耐食性・耐摩耗性が要求される部品などに好適に用いることができる。また、微細な箇所に適切にサーメット層を形成することができることにより、必要以上にサーメット層を形成する必要がなくなるため、サーメット層の形成に要するコストを低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the overlay welding member which can form favorably the cermet layer excellent in corrosion resistance and abrasion resistance in the location where corrosion resistance and abrasion resistance are required can be provided. In particular, according to the present invention, a comparatively fine cermet layer having a width of 2 to 5 mm can be formed satisfactorily, whereby the portion requiring corrosion resistance and wear resistance is relatively fine. However, it is possible to appropriately form a cermet layer having excellent corrosion resistance and wear resistance. Therefore, according to the present invention, the location where the corrosion resistance and wear resistance are required is used in a relatively fine range, in particular, a minute part of the mold part which requires corrosion resistance and wear resistance, or In addition, it can be suitably used as a component such as a minute mold component such as a core pin, which itself requires corrosion resistance and wear resistance. In addition, since the cermet layer can be appropriately formed in a fine portion, it is not necessary to form the cermet layer more than necessary, and thus the cost required for forming the cermet layer can be reduced.
図1は、本発明の製造方法により製造される肉盛溶接部材の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a built-up welded member manufactured by the manufacturing method of the present invention. 図2は、本発明の肉盛溶接部材の製造方法に用いる金属母材11の一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of the metal base material 11 used in the method for manufacturing the overlay welding member of the present invention. 図3は、本発明の製造方法に用いられるプラズマ肉盛溶接装置(PTA)の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a plasma overlay welding apparatus (PTA) used in the manufacturing method of the present invention. 図4は、実施例における耐食性試験の試験結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the test results of the corrosion resistance test in the examples. 図5は、実施例における耐摩耗性試験の試験結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the test results of the abrasion resistance test in Examples.
まず、本発明の肉盛溶接部材の製造方法について説明する前に、本発明の製造方法により得られる肉盛溶接部材について説明する。   First, before explaining the manufacturing method of the overlay welding member of this invention, the overlay welding member obtained by the manufacturing method of this invention is demonstrated.
図1は、本発明の製造方法により製造される肉盛溶接部材の一例を示す図である。本発明の製造方法により製造される肉盛溶接部材10は、金属母材11の少なくとも一つの表面に、金属母材11の長手方向に沿って、肉盛溶接により形成されたサーメット層12を備えるものである。サーメット層12は、金属母材11に耐食性・耐摩耗性を付与するための層であり、そのため、耐食性・耐摩耗性が要求される部分や、耐食性・耐摩耗性が要求される部品に形成されることとなる。ここで、本発明の製造方法により製造される肉盛溶接部材10は、肉盛溶接により形成されたサーメット層12の一方向における幅(短手方向の幅)が、2〜5mmと比較的微細であり、そのため、本発明の製造方法により製造される肉盛溶接部材10は、サーメット層12の幅がこのような微小な範囲とされる用途、特に、金型部品のうち耐食性・耐摩耗性が要求される微小部分、あるいは、コアピン等の微小な金型部品などのそれ自体が耐食性・耐摩耗性が要求される部品に好適に用いられる。   FIG. 1 is a view showing an example of a built-up welding member manufactured by the manufacturing method of the present invention. The overlay welding member 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention includes a cermet layer 12 formed by overlay welding along the longitudinal direction of the metal preform 11 on at least one surface of the metal preform 11. Is. The cermet layer 12 is a layer for imparting corrosion resistance / abrasion resistance to the metal base material 11, and is therefore formed in a part that requires corrosion resistance / abrasion resistance or a part that requires corrosion resistance / abrasion resistance. Will be. Here, the build-up welding member 10 produced by the production method of the present invention has a relatively fine width (width in the short direction) in one direction of the cermet layer 12 formed by build-up welding of 2 to 5 mm. Therefore, the overlay welding member 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention is used in applications where the width of the cermet layer 12 is in such a minute range, particularly, corrosion resistance and wear resistance among mold parts. Is used suitably for parts that require corrosion resistance and wear resistance, such as minute parts such as core pins or minute mold parts such as core pins.
金属母材11上に形成するサーメット層12としては、MoFeB型またはMoNiB型の複硼化物を含むものである。 The cermet layer 12 formed on the metal base material 11 includes a Mo 2 FeB 2 type or Mo 2 NiB 2 type double boride.
MoFeB型の複硼化物を含むサーメット層としては、MoFeB型の複硼化物を含む硬質相を35〜95重量%の割合で含有し、残部が、Fe基合金からなる結合相で構成されるものが好ましい。硬質相の含有割合を上記範囲とすることにより、サーメット層を形成することによる、耐食性および耐摩耗性の向上効果を適切に発揮させることができる。また、MoFeB型の複硼化物を含むサーメット層には、W,Cr,Ni,MnおよびSiから選択される1種または2種以上が含有されていてもよい。 The cermet layer comprising Mo 2 FeB 2 type complex boride hard phase comprising Mo 2 FeB 2 type complex boride was contained in a proportion of 35 to 95 wt%, and the balance consists of Fe-based alloy bond Those composed of phases are preferred. By making the content rate of a hard phase into the said range, the improvement effect of corrosion resistance and abrasion resistance by forming a cermet layer can be exhibited appropriately. Further, the cermet layer containing the Mo 2 FeB 2 type double boride may contain one or more selected from W, Cr, Ni, Mn and Si.
あるいは、MoNiB型の複硼化物を含むサーメット層としては、MoNiB型の複硼化物を含む硬質相を35〜95重量%の割合で含有し、残部が、Ni基合金からなる結合相で構成されるものが好ましい。硬質相の含有割合を上記範囲とすることにより、サーメット層を形成することによる、耐食性および耐摩耗性の向上効果を適切に発揮させることができる。また、MoNiB型の複硼化物を含むサーメット層には、W,Cr,V,MnおよびSiから選択される1種または2種以上が含有されていてもよい。 Alternatively, as the cermet layer comprising a Mo 2 NiB 2 type complex boride hard phase comprising Mo 2 NiB 2 type complex boride was contained in a proportion of 35 to 95 wt%, the balance, the Ni-base alloy What is comprised with the binder phase which becomes is preferable. By making the content rate of a hard phase into the said range, the improvement effect of corrosion resistance and abrasion resistance by forming a cermet layer can be exhibited appropriately. The cermet layer containing the Mo 2 NiB 2 type double boride may contain one or more selected from W, Cr, V, Mn, and Si.
サーメット層12の具体的な組成としては、MoFeB型の複硼化物を含むものである場合には、B:4.2〜6.5重量%、Mo:35〜55重量%、Cr:0.5〜25.0重量%、Ni:0〜15重量%、Fe:残部であることが好ましい。また、これらに加えて、W、Coなど他の元素を含有していてもよい。 The specific composition of the cermet layer 12 is B: 4.2 to 6.5% by weight, Mo: 35 to 55% by weight, Cr: 0 when Mo 2 FeB 2 type double boride is included. 0.5 to 25.0 wt%, Ni: 0 to 15 wt%, Fe: preferably the balance. In addition to these, other elements such as W and Co may be contained.
Fe(鉄)は、B,Moとともに、硬質相粒子となる複硼化物を形成するための元素であるとともに、結合相の主成分を構成する。Fe含有量が10重量%未満の場合は、十分な液相が出現せず緻密な焼結体が得られず、強度の低下を招く。なお、B,Mo,Cr,Ni等のFe以外の元素の合計量が90重量%を越えてしまい、Feを10重量%含有できない場合には、いうまでもなく、各元素の許容される重量%の範囲内において、その量を減じて、残部に10重量%以上のFeを確保する。一方、多すぎると、耐摩耗性および耐食性が低下するおそれがある。   Fe (iron), together with B and Mo, is an element for forming double borides to be hard phase particles, and constitutes the main component of the binder phase. When the Fe content is less than 10% by weight, a sufficient liquid phase does not appear and a dense sintered body cannot be obtained, resulting in a decrease in strength. In addition, when the total amount of elements other than Fe, such as B, Mo, Cr, and Ni, exceeds 90% by weight and 10% by weight of Fe cannot be contained, it goes without saying that the allowable weight of each element. In the range of%, the amount is reduced to secure 10% by weight or more of Fe in the balance. On the other hand, if it is too much, wear resistance and corrosion resistance may be lowered.
Ni(ニッケル)およびCr(クロム)は、いずれも本発明のサーメット層の耐食性および耐酸化性を向上させる効果を示す。また、NiとCrを組み合わせて使用(複合含有)することで、結合相をマルテンサイト、フェライト、オーステナイトおよびこれらの混相組織に任意に制御することにより、機械的特性および耐摩耗性を低減することなく、用途に応じた耐食性、耐熱性および非磁性化の付与が可能である。   Both Ni (nickel) and Cr (chromium) exhibit the effect of improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the cermet layer of the present invention. Also, by using Ni and Cr in combination (comprising inclusion), the mechanical properties and wear resistance can be reduced by arbitrarily controlling the binder phase to martensite, ferrite, austenite and their mixed phase structure. In addition, it is possible to impart corrosion resistance, heat resistance and non-magnetization according to the application.
あるいは、サーメット層12が、MoNiB型の複硼化物を含むものである場合には、その組成は、B:4.2〜6.5重量%、Mo:35〜55重量%、Cr:7.5〜15重量%、V:0.1〜10重量%、Ni:残部であることが好ましい。また、これらに加えて、W、Coなど他の元素を含有していてもよい。 Alternatively, when the cermet layer 12 contains a Mo 2 NiB 2 type double boride, the composition is B: 4.2 to 6.5 wt%, Mo: 35 to 55 wt%, Cr: 7 0.5 to 15% by weight, V: 0.1 to 10% by weight, and Ni: the balance are preferred. In addition to these, other elements such as W and Co may be contained.
Niは、BおよびMo同様に、複硼化物を形成するために必要な元素である。また、結合相を構成する主な元素であり、優れた耐食性に寄与する。Ni含有量が10重量%未満の場合は、十分な液相が出現せず緻密な焼結体が得られず、強度の低下を招く。なお、B,Mo,Cr,V等のNi以外の元素の合計量が90重量%を越えてしまい、Niを10重量%含有できない場合には、いうまでもなく、各元素の許容される重量%の範囲内において、その量を減じて、残部に10重量%以上のNiを確保する。   Ni, like B and Mo, is an element necessary for forming double borides. Moreover, it is a main element constituting the binder phase and contributes to excellent corrosion resistance. When the Ni content is less than 10% by weight, a sufficient liquid phase does not appear and a dense sintered body cannot be obtained, resulting in a decrease in strength. In addition, when the total amount of elements other than Ni, such as B, Mo, Cr, and V, exceeds 90% by weight and Ni cannot be contained by 10% by weight, it goes without saying that the allowable weight of each element. In the range of%, the amount is reduced to ensure 10% by weight or more of Ni in the balance.
Crは、複硼化物中のNiと置換固溶し、複硼化物の結晶構造を正方晶に安定化させる効果を有する。また添加したCrは、結合相中にも固溶し、サーメットの耐食性、耐摩耗性、高温特性、および機械的特性を大幅に向上させる。Cr含有量が多くなりすぎると、Cr5 3 などの硼化物を形成し、強度が低下する。 Cr substitutes for solid solution with Ni in the double boride and has an effect of stabilizing the crystal structure of the double boride to a tetragonal crystal. The added Cr also dissolves in the binder phase and greatly improves the corrosion resistance, wear resistance, high temperature characteristics and mechanical characteristics of the cermet. When the Cr content is excessively large, borides such as Cr 5 B 3 are formed and the strength is lowered.
また、V(バナジウム)は、硬質相粒子となる複硼化物中のNiと置換固溶し、複硼化物の結晶構造を正方晶に安定化させる効果を有する。また、Vの一部は、結合層中にも固溶し、これにより耐食性、耐摩耗性、高温特性、および機械的特性を向上させる効果を有する。Vの含有量が少なすぎると、Vの添加効果が得難くなり、一方、多すぎると、VBなどの硼化物を形成してしまい、機械的強度が低下してしまう。   Further, V (vanadium) has an effect of solid-dissolving with Ni in the double boride to be the hard phase particles and stabilizing the crystal structure of the double boride to a tetragonal crystal. Further, a part of V is also dissolved in the bonding layer, thereby having an effect of improving corrosion resistance, wear resistance, high temperature characteristics, and mechanical characteristics. If the content of V is too small, it is difficult to obtain the effect of adding V. On the other hand, if the content is too large, borides such as VB are formed and the mechanical strength is lowered.
なお、サーメット層12の厚みtは、耐食性・耐摩耗性の観点より、好ましくは1〜5mmであり、より好ましくは3〜4mmである。サーメット層12の厚みtが薄すぎると、サーメット層12を形成することによる耐食性および耐摩耗性の改善効果が小さくなり、一方、5mmを超えて厚くする場合には、肉盛溶接時に入熱量が大きくなってしまい、金属母材11が変形してしまうという問題や、サーメット層12中において硬質相が粒成長してしまい、これにより硬度低下が引き起こされ、耐摩耗性に劣るものとなってしまうという問題がある。   The thickness t of the cermet layer 12 is preferably 1 to 5 mm, more preferably 3 to 4 mm, from the viewpoint of corrosion resistance and wear resistance. If the thickness t of the cermet layer 12 is too thin, the effect of improving the corrosion resistance and wear resistance due to the formation of the cermet layer 12 is reduced. On the other hand, if the thickness is greater than 5 mm, the heat input is increased during overlay welding. The problem is that the metal base material 11 is deformed and the hard phase grows in the cermet layer 12, thereby causing a decrease in hardness and inferior wear resistance. There is a problem.
また、金属母材11としては、特に限定されず、各種金属材料を用いることができるが、鋼材を用いることが好ましく、鋼材としては、そのロックウェル硬度が好ましくはHRC45以上、特に、HRC52以上のものを用いることが好ましい。ロックウェル硬度が低すぎると、肉盛溶接部材10を各種用途に用いた場合に、使用中に、部材の曲がりや屈曲が発生してしまう場合がある。   The metal base material 11 is not particularly limited, and various metal materials can be used. However, it is preferable to use a steel material, and the steel material preferably has a Rockwell hardness of preferably HRC 45 or more, particularly HRC 52 or more. It is preferable to use one. If the Rockwell hardness is too low, bending or bending of the member may occur during use when the overlay welding member 10 is used for various purposes.
次いで、本発明の肉盛溶接部材の製造方法について説明する。本発明の肉盛溶接部材の製造方法は、肉盛溶接装置を用いて、図2に示す金属母材11の一主面P上に、金属母材11の長手方向Lに沿って、肉盛溶接により、サーメット層を形成することにより、図1に示すような構成を有する肉盛溶接部材10を製造するための方法である。ここで、図2は、本発明の肉盛溶接部材の製造方法に用いる金属母材11の一例を示す斜視図であり、図3は、本発明の製造方法で用いるプラズマ肉盛溶接装置(PTA)の一例を示す概略断面図である。   Subsequently, the manufacturing method of the overlay welding member of this invention is demonstrated. The manufacturing method of the build-up welding member of this invention is built-up along the longitudinal direction L of the metal base material 11 on one main surface P of the metal base material 11 shown in FIG. It is a method for manufacturing the build-up welding member 10 which has a structure as shown in FIG. 1 by forming a cermet layer by welding. Here, FIG. 2 is a perspective view showing an example of the metal base material 11 used in the manufacturing method of the overlay welding member of the present invention, and FIG. 3 is a plasma overlay welding apparatus (PTA) used in the manufacturing method of the present invention. It is a schematic sectional drawing which shows an example.
図3に示すプラズマ肉盛溶接装置は、トーチ20と、パイロットアーク電源30と、プラズマアーク電源40とを備えている。トーチ20は、タングステン電極21と、第1ノズル22と、第2ノズル23とを備えており、トーチ20は、図示しない駆動手段により、長手方向Lに移動可能となっている。なお、トーチ20に備えられている第1ノズル22は、プラズマアーク収束用および粉体送給用のノズルであり、また、第2ノズル23はシールドガス用のノズルである。   The plasma overlay welding apparatus shown in FIG. 3 includes a torch 20, a pilot arc power supply 30, and a plasma arc power supply 40. The torch 20 includes a tungsten electrode 21, a first nozzle 22, and a second nozzle 23. The torch 20 can be moved in the longitudinal direction L by a driving means (not shown). Note that the first nozzle 22 provided in the torch 20 is a nozzle for plasma arc convergence and powder feeding, and the second nozzle 23 is a nozzle for shield gas.
タングステン電極21と第1ノズル22との間には、プラズマ用ガス通路24が形成されており、このプラズマ用ガス通路24から、プラズマ用ガスとしてのアルゴンガスが供給されるようになっている。また、第1ノズル22内には、粉体供給用ガス通路25が形成されており、この粉体供給用ガス通路25から、キャリアガスと共に、サーメット層12を形成するためのサーメット粉体を供給できようになっている。なお、サーメット粉体としては、サーメット層12を形成するためのサーメット焼結体を粒径53〜150μmの粉末状としたものなどを用いることができる。   A plasma gas passage 24 is formed between the tungsten electrode 21 and the first nozzle 22, and argon gas as a plasma gas is supplied from the plasma gas passage 24. Further, a powder supply gas passage 25 is formed in the first nozzle 22, and cermet powder for forming the cermet layer 12 is supplied from the powder supply gas passage 25 together with the carrier gas. It can be done. As the cermet powder, a cermet sintered body for forming the cermet layer 12 in a powder form having a particle size of 53 to 150 μm can be used.
パイロットアーク電源30は、タングステン電極21と金属母材11との間に電圧を発生させるための電力を供給するための電源である。また、プラズマアーク電源40は、タングステン電極21と金属母材11との間に発生させた電圧を安定させるために制御するための電源である。   The pilot arc power supply 30 is a power supply for supplying electric power for generating a voltage between the tungsten electrode 21 and the metal base material 11. The plasma arc power source 40 is a power source for controlling the voltage generated between the tungsten electrode 21 and the metal base material 11 to be stabilized.
そして、本発明においては、肉盛溶接部材10は、このようなプラズマ肉盛溶接装置を用い、以下に説明する方法によって製造される。   And in this invention, the build-up welding member 10 is manufactured by the method demonstrated below using such a plasma build-up welding apparatus.
すなわち、プラズマ用ガス通路24から、アルゴンガスを供給しつつ、粉体供給用ガス通路25から、キャリアガスと共に、サーメット層12を形成するためのサーメット粉体を供給し、タングステン電極21と金属母材11との間でプラズマアーク50を発生させ、トーチ20を金属母材11の長手方向Lに移動させながら、肉盛溶接によってサーメット層12を長手方向Lに沿って連続的に形成していくことにより、肉盛溶接部材10は製造される。なお、図3中においては、粉体供給用ガス通路25から供給されるサーメット粉体を破線で示した。また、この際において、金属母材11における溶接部分は、第1ノズル22と第2ノズル23の間に形成されたシールドガス用通路26から供給されるシールドガスにより、シールドされた状態とされ、シールドされた状態にて肉盛溶接が行なわれることとなる。   That is, while supplying argon gas from the plasma gas passage 24, cermet powder for forming the cermet layer 12 is supplied from the powder supply gas passage 25 together with the carrier gas, and the tungsten electrode 21 and the metal matrix are supplied. The cermet layer 12 is continuously formed along the longitudinal direction L by overlay welding while generating the plasma arc 50 between the materials 11 and moving the torch 20 in the longitudinal direction L of the metal base material 11. Thereby, the build-up welding member 10 is manufactured. In FIG. 3, the cermet powder supplied from the powder supply gas passage 25 is indicated by a broken line. At this time, the welded portion of the metal base material 11 is shielded by the shielding gas supplied from the shielding gas passage 26 formed between the first nozzle 22 and the second nozzle 23, Overlay welding is performed in a shielded state.
なお、本発明の製造方法においては、具体的な肉盛溶接条件を以下のように設定する。すなわち、まず、肉盛溶接を行ない金属母材11上に形成するサーメット層12の幅、すなわち、図2に示す金属母材11の短手方向S(トーチ20の進行方向と垂直な方向)におけるサーメット層12の幅が、2〜5mm、好ましくは3〜4mmの範囲となるように、サーメット層12を形成する。形成するサーメット層12の幅を2mm未満とすると、サーメット層12への金属母材11の溶け込みが大きくなり、サーメット層12の特性が低下してしまう。一方、サーメット層12の幅を5mm超とすると、得られる肉盛溶接部材を、金型部品のうち耐食性・耐摩耗性が要求される微小部分や、コアピン等の微小な金型部品用途に用いる場合に、加工取代が大きくなってしまい、加工時間が増大し、生産効率が低下してしまう。   In the manufacturing method of the present invention, specific overlay welding conditions are set as follows. That is, first, in the width direction of the cermet layer 12 formed on the metal base material 11 by overlay welding, that is, in the short direction S (direction perpendicular to the traveling direction of the torch 20) of the metal base material 11 shown in FIG. The cermet layer 12 is formed so that the width of the cermet layer 12 is in the range of 2 to 5 mm, preferably 3 to 4 mm. When the width of the cermet layer 12 to be formed is less than 2 mm, the metal base material 11 is greatly melted into the cermet layer 12 and the characteristics of the cermet layer 12 are deteriorated. On the other hand, when the width of the cermet layer 12 exceeds 5 mm, the resulting overlay welding member is used for a minute part of a mold part that requires corrosion resistance and wear resistance, or for a minute mold part such as a core pin. In this case, machining allowance increases, machining time increases, and production efficiency decreases.
また、本発明の製造方法においては、肉盛溶接の溶接速度、すなわち、肉盛溶接を行なう際の金属母材11の長手方向Lにおける、トーチ20の移動速度を、10〜20cm/分に制御するものであり、好ましくは10〜15cm/分に制御する。溶接速度を10cm/分未満とすると、サーメットと金属母材との溶け込みが大きくなり、得られるサーメット層12の硬度が低下し、耐摩耗性が不十分となってしまう。一方、溶接速度を20cm/分超とすると、サーメット層12の厚みが薄くなるという不具合が生じてしまう。   Moreover, in the manufacturing method of this invention, the welding speed of overlay welding, ie, the moving speed of the torch 20 in the longitudinal direction L of the metal base material 11 when performing overlay welding, is controlled to 10 to 20 cm / min. Preferably, it is controlled to 10 to 15 cm / min. When the welding speed is less than 10 cm / min, the penetration of the cermet and the metal base material increases, the hardness of the resulting cermet layer 12 decreases, and the wear resistance becomes insufficient. On the other hand, when the welding speed is higher than 20 cm / min, there arises a problem that the thickness of the cermet layer 12 becomes thin.
また、本発明の製造方法においては、肉盛溶接を行なう際におけるプラズマアーク50の照射エネルギー密度を、8000〜9700W/cmの範囲に制御するものである。照射エネルギー密度が8000W/cm未満であると、サーメット粉体が十分に溶融しないためにサーメットの金属母材への溶着量が減少し、得られるサーメット層12の厚みが薄くなりすぎてしまい、耐食性および耐摩耗性に劣るものとなってしまう。一方、照射エネルギー密度が9700W/cmを超えると、サーメットと金属母材との溶け込みが大きくなり、得られるサーメット層12の硬度が低下し、耐摩耗性が不十分となってしまう。なお、肉盛溶接を行なう際におけるプラズマアーク50の照射エネルギー密度は、パイロットアーク電源30により供給する電流および電圧を調整することにより、制御することができる。 Moreover, in the manufacturing method of this invention, the irradiation energy density of the plasma arc 50 at the time of overlay welding is controlled to the range of 8000-9700 W / cm < 2 >. When the irradiation energy density is less than 8000 W / cm 2 , the cermet powder is not sufficiently melted, so that the amount of cermet deposited on the metal base material is reduced, and the thickness of the resulting cermet layer 12 becomes too thin. It will be inferior to corrosion resistance and abrasion resistance. On the other hand, when the irradiation energy density exceeds 9700 W / cm 2 , the penetration of the cermet and the metal base material increases, the hardness of the obtained cermet layer 12 decreases, and the wear resistance becomes insufficient. The irradiation energy density of the plasma arc 50 when performing overlay welding can be controlled by adjusting the current and voltage supplied from the pilot arc power supply 30.
また、本発明の製造方法においては、肉盛溶接を行なう金属母材11として、肉盛溶接によりサーメット層12を形成する主面Pにおける短手方向の長さd(図2参照)が、2〜5mmのものを用いることが好ましく、3〜4mmのものを用いることがより好ましい。短手方向の長さdが上記範囲にあるものを用いることにより、サーメット層12と金属母材11の短手方向の長さとが同じ又は近いものとなるため、得られる肉盛溶接部材を最終形状へ加工する際における、加工を容易とすることができる。 In the manufacturing method of the present invention, the length d S (see FIG. 2) in the short direction of the main surface P on which the cermet layer 12 is formed by overlay welding is used as the metal base material 11 for overlay welding. It is preferable to use a 2-5 mm thing, and it is more preferable to use a 3-4 mm thing. Since the length in the short-side direction d S is within the above range, the length in the short-side direction of the cermet layer 12 and the metal base material 11 becomes the same or close to each other. When processing into the final shape, the processing can be facilitated.
また、本発明の製造方法においては、肉盛溶接を行なう際におけるプラズマアーク50の金属母材11上におけるアーク径(ビード径)を、肉盛溶接を行なう金属母材11の短手方向の長さd以下とすることが好ましく、具体的には、短手方向の長さd以下の範囲であり、かつ、2〜5mmの範囲とすることが好ましく、3〜4mmの範囲とすることがより好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of this invention, the arc diameter (bead diameter) on the metal base material 11 of the plasma arc 50 at the time of overlay welding is made into the length of the transversal direction of the metal base material 11 which performs overlay welding. preferably to less is d S, specifically, the length d S the range in the lateral direction, and preferably in the range of 2 to 5 mm, in the range of 3~4mm Is more preferable.
なお、プラズマアーク50の金属母材11上におけるアーク径(ビード径)を上記範囲とする方法としては、タングステン電極21の先端の角度を好ましくは60〜90°の範囲、より好ましくは60〜75°の範囲に設定する方法が挙げられる。タングステン電極21の先端の角度を上記範囲とすることにより、アーク径(ビード径)を上記したように微細なものとすることができ、これにより、肉盛溶接により形成されるサーメット層12の幅を、2〜5mm、好ましくは3〜4mmと微細なものとすることが可能となる。タングステン電極21の先端の角度が小さ過ぎると、アーク径が拡散してしまい、サーメット層12の幅が大きくなり、結果として、得られる肉盛溶接部材を、金型部品のうち耐食性・耐摩耗性が要求される微小部分や、コアピン等の微小な金型部品用途に用いる場合に、加工取代が大きくなってしまい、加工時間が増大し、生産効率が低下してしまう。一方、タングステン電極21の先端の角度が大き過ぎると、アーク径が収束してしまい、金属母材11に与えられる熱量が大きくなってしまい、サーメット層12への金属母材11の溶け込みが大きくなり、サーメット層12の特性が低下してしまう場合がある。なお、タングステン電極21の先端の角度は、タングステン電極21の先端部分(プラズマアークが発生する部分)を、投影した場合における先端部分の角度と定義することができる。なお、タングステン電極21の直径(先端部分以外の部分の直径)は、特に限定されないが、好ましくは2〜5mm、より好ましくは3〜4mmである。   As a method of setting the arc diameter (bead diameter) of the plasma arc 50 on the metal base material 11 within the above range, the angle of the tip of the tungsten electrode 21 is preferably in the range of 60 to 90 °, more preferably 60 to 75. A method of setting in the range of ° can be mentioned. By setting the angle of the tip of the tungsten electrode 21 within the above range, the arc diameter (bead diameter) can be made fine as described above, and thereby the width of the cermet layer 12 formed by overlay welding. Can be as fine as 2 to 5 mm, preferably 3 to 4 mm. If the angle of the tip of the tungsten electrode 21 is too small, the arc diameter is diffused and the width of the cermet layer 12 is increased. As a result, the built-up welded member is made to be corrosion resistant and wear resistant among the mold parts. When used for minute mold parts such as core parts or core parts such as core pins, the machining allowance increases, the machining time increases, and the production efficiency decreases. On the other hand, if the angle of the tip of the tungsten electrode 21 is too large, the arc diameter converges and the amount of heat applied to the metal base material 11 increases, so that the metal base material 11 is deeply melted into the cermet layer 12. The characteristics of the cermet layer 12 may deteriorate. The angle of the tip of the tungsten electrode 21 can be defined as the angle of the tip when the tip of the tungsten electrode 21 (portion where the plasma arc is generated) is projected. The diameter of the tungsten electrode 21 (the diameter of the portion other than the tip portion) is not particularly limited, but is preferably 2 to 5 mm, more preferably 3 to 4 mm.
また、本発明の製造方法においては、肉盛溶接を行なう際における、プラズマガスの流量は、好ましくは1.0〜2.0L/分であり、キャリアガス流量は、好ましくは1.5〜4.0L/分であり、シールドガスの流量は、好ましくは12〜18L/分である。   In the production method of the present invention, the plasma gas flow rate during overlay welding is preferably 1.0 to 2.0 L / min, and the carrier gas flow rate is preferably 1.5 to 4. The flow rate of the shielding gas is preferably 12 to 18 L / min.
さらに、本発明の製造方法においては、肉盛溶接を行なう際に、金属母材11の過熱を防止するために、金属母材11を水冷式の銅板で固定し、冷却しながら、肉盛溶接を行なうことが好ましい。肉盛溶接を行なう際に冷却を行なわない場合には、サーメット層12への金属母材11の溶け込みが大きくなり、サーメット層12の特性が低下してしまう場合がある。   Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, when performing overlay welding, in order to prevent overheating of the metal base material 11, the metal base material 11 is fixed with a water-cooled copper plate and cooled while being overlaid. Is preferably performed. If cooling is not performed when overlay welding is performed, the penetration of the metal base material 11 into the cermet layer 12 may increase, and the characteristics of the cermet layer 12 may deteriorate.
以上のようにして、本発明の製造方法により、図1に示すような肉盛溶接部材10が製造される。なお、肉盛溶接部材10は、上述した本発明の製造方法によって、肉盛溶接によりサーメット層12が形成されるものであるため、肉盛溶接時の熱の影響により、サーメット層12と金属母材11との間には、通常、金属母材とサーメットからなる溶接拡散層が形成されることとなる。このような溶接拡散層の厚みは、通常、1〜30μmであり、好ましくは10〜20μmである。   As described above, the overlay welding member 10 as shown in FIG. 1 is manufactured by the manufacturing method of the present invention. In addition, since the cermet layer 12 is formed in the overlay welding member 10 by overlay welding by the manufacturing method of the present invention described above, the cermet layer 12 and the metal matrix are affected by the influence of heat during the overlay welding. A welding diffusion layer composed of a metal base material and cermet is usually formed between the material 11. The thickness of such a weld diffusion layer is usually 1 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm.
本発明によれば、上述した製造方法により、金属母材11上にサーメット層12を形成するものであるため、サーメット層12の短手方向(溶接方向と垂直な方向)の幅を2〜5mmと微細なものとした場合でも、良好に肉盛溶接によるサーメット層を形成することができる。そのため、本発明によれば、各種原料樹脂にグラスファイバーなどのフィラーを混合してなる樹脂混合物など、成形時の加熱により原料樹脂から腐食性のガスが発生したり、あるいは樹脂混合物に含有されるフィラーに対して良好な耐摩耗性が要求されるような樹脂成形用の金型用途に好適に用いられる肉盛溶接部材を提供することができる。とりわけ、本発明の製造方法によれば、上述したように、サーメット層12の幅を2〜5mmと微細なものとした場合でも、良好に肉盛溶接によるサーメット層を形成することができることから、耐食性・耐摩耗性が要求される箇所が、比較的微細な範囲とされる用途、特に、金型部品のうち耐食性・耐摩耗性が要求される微小部分、あるいは、コアピン等の微小な金型部品などのそれ自体が耐食性・耐摩耗性が要求される部品に好適に用いられる肉盛溶接部材を提供することができる。   According to the present invention, since the cermet layer 12 is formed on the metal base material 11 by the manufacturing method described above, the width of the cermet layer 12 in the short direction (direction perpendicular to the welding direction) is 2 to 5 mm. Even when it is fine, a cermet layer can be formed by overlay welding. Therefore, according to the present invention, corrosive gas is generated from the raw material resin by heating during molding, such as a resin mixture obtained by mixing fillers such as glass fibers with various raw material resins, or contained in the resin mixture. It is possible to provide a built-up welded member that is suitably used for resin molding mold applications that require good wear resistance to the filler. In particular, according to the manufacturing method of the present invention, as described above, even when the width of the cermet layer 12 is as fine as 2 to 5 mm, a cermet layer by overlay welding can be satisfactorily formed. Applications where corrosion resistance and wear resistance are required to be in a relatively fine range, especially minute parts of mold parts that require corrosion resistance and wear resistance, or minute molds such as core pins It is possible to provide a built-up welding member that is suitably used for a component that itself requires corrosion resistance and wear resistance.
なお、上記説明においては、図3に示すプラズマ肉盛溶接装置(PTA)を用いて肉盛溶接を行なう場合を例示して説明したが、プラズマ肉盛溶接装置を用いる方法の他、TIG溶接を行う装置を用いた場合でも、同様とすることができる。   In addition, in the said description, although the case where overlay welding was performed using the plasma overlay welding apparatus (PTA) shown in FIG. 3 was demonstrated and demonstrated, TIG welding was performed other than the method using a plasma overlay welding apparatus. The same applies to the case of using a device to perform.
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
配合組成が、B:5重量%、Mo:44.4重量%、Cr:5重量%、Fe:残部となるように、原料粉末を配合し、原料粉末をボールミルにより湿式粉砕した。次いで、湿式粉砕した粉末を撹拌造粒法によって造粒し、得られた造粒粉体を1100℃で0.5時間保持した後、分級することにより、MoFeB型の複硼化物を含む硬質相の含有割合が62.3重量%であり、残部がFe基合金である肉盛溶接用のサーメット粉体を得た。
<Example 1>
The raw material powder was blended so that the blending composition would be B: 5% by weight, Mo: 44.4% by weight, Cr: 5% by weight, Fe: remainder, and the raw material powder was wet-ground by a ball mill. Next, the wet pulverized powder is granulated by a stirring granulation method, and the obtained granulated powder is held at 1100 ° C. for 0.5 hour, and then classified to obtain a Mo 2 FeB 2 type double boride. A cermet powder for build-up welding in which the content ratio of the hard phase contained was 62.3% by weight and the balance was an Fe-based alloy was obtained.
次いで、得られたサーメット粉体を用いて、図2に示すような金属母材11(長手方向Lの長さd=5cm、短手方向Sの長さd=3mm、鋼材SKD11(HRC56)を用いて、図3に示すプラズマ肉盛溶接装置を用いて、肉盛溶接により、幅3mmのサーメット層12を、長さd=5cmに渡って形成することで、肉盛溶接部材サンプルを得た。なお、図3に示すプラズマ肉盛溶接装置を用いた際における各種条件は、以下のとおりとした。
タングステン電極21の先端の角度:60°
タングステン電極21の直径:4mm
溶接速度(トーチ20の移動速度):10cm/分
パイロットアーク電源30の電流:20A
パイロットアーク電源30の電圧:24.2V
パイロットアーク電源30の電力:484W
金属母材11上におけるプラズマアーク径:2.7mm
金属母材11上におけるプラズマアーク面積:0.057cm
プラズマアークの照射エネルギー密度:8453W/cm
シールドガス流量:14L/分
キャリアガス流量:3L/分
プラズマガス流量:1.5L/分
なお、プラズマアーク径はビード径を測定しプラズマアーク径とみなした。プラズマアーク面積はビード面積を測定しプラズマアーク面積とみなした。
Next, using the obtained cermet powder, a metal base material 11 (length d L = 5 cm in the longitudinal direction L, length d S = 3 mm in the short direction S, steel material SKD11 (HRC56) as shown in FIG. ), A cermet layer 12 having a width of 3 mm is formed over the length d L = 5 cm by overlay welding using the plasma overlay welding apparatus shown in FIG. In addition, the various conditions at the time of using the plasma build-up welding apparatus shown in FIG.
Angle of tip of tungsten electrode 21: 60 °
Diameter of tungsten electrode 21: 4 mm
Welding speed (moving speed of torch 20): 10 cm / min Current of pilot arc power supply 30: 20A
Pilot arc power supply 30 voltage: 24.2V
Power of pilot arc power supply 30: 484W
Plasma arc diameter on metal base 11: 2.7 mm
Plasma arc area on metal matrix 11: 0.057 cm 2
Plasma arc irradiation energy density: 8453 W / cm 2
Shielding gas flow rate: 14 L / min Carrier gas flow rate: 3 L / min Plasma gas flow rate: 1.5 L / min Note that the plasma arc diameter was measured by measuring the bead diameter. The plasma arc area was regarded as the plasma arc area by measuring the bead area.
そして、得られた肉盛溶接部材サンプルについて、以下の方法により、形成されたサーメット層12の厚み、サーメット層12のロックウェル硬度(HRA)、および拡散接合層(溶接拡散層)の厚みの測定を行なった。   And about the obtained overlay welding member sample, the thickness of the formed cermet layer 12, the Rockwell hardness (HRA) of the cermet layer 12, and the thickness of the diffusion bonding layer (welding diffusion layer) is measured by the following method. Was done.
サーメット層12および拡散接合層の厚みは、サンプルを切断した後、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察しその画像より測定した。また、サーメット層12のロックウェル硬度(HRA)は、ビッカース硬度計(圧子:120°ダイアモンド円錐圧子)を用いて、荷重100g・fの条件でサーメット層12のビッカース硬度を測定し、得られた結果をロックウェル硬度に換算することにより求めた。結果を表1に示す。   The thickness of the cermet layer 12 and the diffusion bonding layer was measured by observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM) after cutting the sample. The Rockwell hardness (HRA) of the cermet layer 12 was obtained by measuring the Vickers hardness of the cermet layer 12 under a load of 100 g · f using a Vickers hardness meter (indenter: 120 ° diamond conical indenter). The result was obtained by converting to Rockwell hardness. The results are shown in Table 1.
<実施例2>
肉盛溶接を行なう際における、パイロットアーク電源30の電流、電圧および電力を表1に示すように変更し、プラズマアーク径、プラズマアーク面積およびプラズマアークの照射エネルギー密度を表1に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にして、肉盛溶接部材サンプルを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 2>
When performing overlay welding, the current, voltage, and power of the pilot arc power supply 30 are changed as shown in Table 1, and the plasma arc diameter, plasma arc area, and plasma arc irradiation energy density are changed as shown in Table 1. Except having made it, it carried out similarly to Example 1, and obtained the overlay welding member sample, and evaluated it similarly. The results are shown in Table 1.
<実施例3>
肉盛溶接を行なう際に用いるタングステン電極21として、先端の角度が90°のものを用いるとともに、肉盛溶接を行なう際における、パイロットアーク電源30の電流、電圧および電力を表1に示すように変更し、プラズマアーク径、プラズマアーク面積およびプラズマアークの照射エネルギー密度を表1に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にして、肉盛溶接部材サンプルを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 3>
As the tungsten electrode 21 used for overlay welding, a tungsten electrode having a tip angle of 90 ° is used. As shown in Table 1, the current, voltage and power of the pilot arc power source 30 when overlay welding is performed. Except that the plasma arc diameter, the plasma arc area, and the irradiation energy density of the plasma arc were changed as shown in Table 1, samples for overlay welding were obtained and evaluated in the same manner as in Example 1. Went. The results are shown in Table 1.
<実施例4>
溶接速度(トーチ20の移動速度)を10cm/分から18cm/分に変更した以外は、実施例2と同様にして、肉盛溶接部材サンプルを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 4>
A build-up welded member sample was obtained and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the welding speed (moving speed of the torch 20) was changed from 10 cm / min to 18 cm / min. The results are shown in Table 1.
<比較例1>
肉盛溶接を行なう際における、パイロットアーク電源30の電流、電圧および電力を表1に示すように変更し、プラズマアーク径、プラズマアーク面積およびプラズマアークの照射エネルギー密度を表1に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にして、肉盛溶接部材サンプルを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
When performing overlay welding, the current, voltage, and power of the pilot arc power supply 30 are changed as shown in Table 1, and the plasma arc diameter, plasma arc area, and plasma arc irradiation energy density are changed as shown in Table 1. Except having made it, it carried out similarly to Example 1, and obtained the overlay welding member sample, and evaluated it similarly. The results are shown in Table 1.
<比較例2〜4>
比較例2〜4においては、肉盛溶接を行なう際における、溶接速度を6cm/分とし、かつ、パイロットアーク電源30の電流、電圧および電力を表1に示すようにそれぞれ変更し、プラズマアーク径、プラズマアーク面積およびプラズマアークの照射エネルギー密度を表1に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にして、肉盛溶接部材サンプルを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Examples 2-4>
In Comparative Examples 2 to 4, the welding speed at the time of overlay welding was changed to 6 cm / min, and the current, voltage, and power of the pilot arc power supply 30 were changed as shown in Table 1, and the plasma arc diameter was changed. Except that the plasma arc area and the plasma arc irradiation energy density were changed as shown in Table 1, a weld-welded sample was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<比較例5〜7>
比較例5〜7においては、肉盛溶接を行なう際に用いる、タングステン電極21の先端部分の角度を20°に変更し、かつ、パイロットアーク電源30の電流、電圧および電力を表1に示すようにそれぞれ変更し、プラズマアーク径、プラズマアーク面積およびプラズマアークの照射エネルギー密度を表1に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にして、肉盛溶接部材サンプルを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Examples 5-7>
In Comparative Examples 5 to 7, the angle of the tip portion of the tungsten electrode 21 used for overlay welding is changed to 20 °, and the current, voltage, and power of the pilot arc power supply 30 are as shown in Table 1. In the same manner as in Example 1 except that the plasma arc diameter, the plasma arc area, and the irradiation energy density of the plasma arc were changed as shown in Table 1, an overlay welding member sample was obtained. Was evaluated. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、肉盛溶接によりサーメット層を形成する際に、サーメット層の幅を2〜5mmと微細なものとし、かつ、肉盛溶接時の条件を、溶接速度10〜20cm/分の範囲、プラズマアークの照射エネルギー密度を8000〜9700W/cmの範囲とした実施例1〜4においては、得られるサーメット層は、十分な厚みを有し、またその硬度も高く、ロックウェル硬度(HRA)が、いずれも高く、耐摩耗性に優れるものであった。また、実施例1〜4で形成されたサーメット層は、MoFeBからなる硬質相粒子を含むものであるため、耐摩耗性に加えて、複硼化物としてのMoFeBが本来有する耐食性および耐熱性にも優れるものであった。 As shown in Table 1, when the cermet layer is formed by overlay welding, the width of the cermet layer is as fine as 2 to 5 mm, and the conditions during overlay welding are set at a welding speed of 10 to 20 cm / min. In Examples 1 to 4, in which the plasma arc irradiation energy density is in the range of 8000 to 9700 W / cm 2 , the obtained cermet layer has a sufficient thickness and high hardness, and Rockwell hardness. (HRA) was high, and the wear resistance was excellent. Further, since the cermet layers formed in Examples 1 to 4 include hard phase particles made of Mo 2 FeB 2 , in addition to wear resistance, Mo 2 FeB 2 as a double boride originally has corrosion resistance and It was also excellent in heat resistance.
一方、プラズマアークの照射エネルギー密度を9700W/cm超とした比較例1,4においては、得られるサーメット層の硬度が低下してしまい、耐摩耗性に劣るものであった。
また、溶接速度を6cm/分と遅くした比較例2〜4においては、得られるサーメット層の硬度が低下してしまい、耐摩耗性に劣るものであった。
さらに、プラズマアークの照射エネルギー密度を8000W/cm未満とした比較例5〜7においては、得られるサーメット層の厚みが薄くなりすぎてしまい、耐食性・耐摩耗性が不十分であった。
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 4 in which the irradiation energy density of the plasma arc was more than 9700 W / cm 2 , the hardness of the obtained cermet layer was lowered and the wear resistance was inferior.
Moreover, in Comparative Examples 2-4 which made welding speed slow as 6 cm / min, the hardness of the obtained cermet layer fell and it was inferior to abrasion resistance.
Furthermore, in Comparative Examples 5 to 7 in which the plasma arc irradiation energy density was less than 8000 W / cm 2 , the thickness of the obtained cermet layer was too thin, and the corrosion resistance and wear resistance were insufficient.
<耐食性試験・耐摩耗性試験>
次いで、実施例1で得られた肉盛溶接部材サンプルについて、以下に説明する方法にて、耐食性試験および耐摩耗試験を行った。
<Corrosion resistance test / Abrasion resistance test>
Subsequently, the build-up welded member sample obtained in Example 1 was subjected to a corrosion resistance test and an abrasion resistance test by the methods described below.
耐食性試験は、実施例1で得られた肉盛溶接部材サンプルについて、サーメット層12の表面のみを、10%リン酸水溶液、10%塩酸水溶液および50%硫酸水溶液に浸した場合における、サーメット層12の腐食減量を測定することにより評価を行った。なお、10%リン酸水溶液および10%塩酸水溶液への浸漬は、温度40℃、10時間の条件で行い、50%硫酸水溶液への浸漬は、温度50℃、10時間の条件で行い、各溶液に10時間浸漬した後の減量を測定し、単位面積および単位時間当たりの減量を求め、これを腐食減量(単位は、mg/(mm・h)とした。結果を図4に示す。また、本実施例においては、比較のため、肉盛溶接を行っていない鋼材サンプル(KPS6)、および鋼材にCrめっきを行なったサンプル(めっき条件:JIS H8615 EP/ICr10/1LH)についても同様に測定を行い、これらの結果も図4に示した。なお、肉盛溶接を行っていない鋼材サンプルについては、任意の面の表面のみを、鋼材にCrめっきを行なったサンプルについては、Crめっき層の表面のみを、10%リン酸水溶液、10%塩酸水溶液および50%硫酸水溶液に浸すことで、上記評価を行った。 In the corrosion resistance test, the cermet layer 12 in the case where only the surface of the cermet layer 12 was immersed in a 10% phosphoric acid aqueous solution, a 10% hydrochloric acid aqueous solution and a 50% sulfuric acid aqueous solution for the overlay welded member sample obtained in Example 1 was used. Evaluation was conducted by measuring the weight loss of the steel. In addition, immersion in 10% phosphoric acid aqueous solution and 10% hydrochloric acid aqueous solution is performed at a temperature of 40 ° C. for 10 hours, and immersion in 50% sulfuric acid aqueous solution is performed at a temperature of 50 ° C. for 10 hours. The weight loss after immersion for 10 hours was measured to determine the weight loss per unit area and unit time, and this was defined as corrosion weight loss (unit: mg / (mm 2 · h). The results are shown in FIG. In this example, for comparison, a steel sample (KPS6) not subjected to overlay welding and a sample obtained by applying Cr plating to the steel material (plating conditions: JIS H8615 EP / ICr10 / 1LH) are also measured in the same manner. These results are also shown in Fig. 4. In addition, for steel samples not subjected to overlay welding, only the surface of an arbitrary surface is used, and for samples in which Cr plating is applied to the steel materials. Only the surface of the Cr plating layer, 10% phosphoric acid aqueous solution, by immersion in 10% hydrochloric acid aqueous solution and 50% sulfuric acid aqueous solution, was subjected to the above evaluation.
また、耐摩耗性試験は、実施例1で得られた肉盛溶接部材サンプルについて、大越式摩耗試験機によって、すべり摩耗試験を行い、摩耗量を測定することにより行なった。なお、本実施例においては、すべり摩耗試験は、最終荷重:19.8kgf、すべり距離20m、すべり速度:0.2m/s、0.45m/s、0.9m/s、2.28m/sおよび4.21m/sの条件で行なった。結果を図5に示す。また、本実施例においては、耐食性試験と同様に、比較のため、肉盛溶接を行っていない鋼材サンプル(KPS6)、および鋼材にCrめっきを行なったサンプルについても同様に測定を行い、これらの結果も図5に示した。   In addition, the wear resistance test was performed on the overlay welded member sample obtained in Example 1 by performing a sliding wear test using an Ogoshi type wear tester and measuring the amount of wear. In this example, the sliding wear test was performed with a final load of 19.8 kgf, a sliding distance of 20 m, a sliding speed of 0.2 m / s, 0.45 m / s, 0.9 m / s, and 2.28 m / s. And 4.21 m / s. The results are shown in FIG. Further, in this example, similarly to the corrosion resistance test, for comparison, a steel material sample (KPS6) not subjected to overlay welding and a sample obtained by subjecting the steel material to Cr plating were measured in the same manner. The results are also shown in FIG.
図4、図5より、本発明の製造方法により形成されたサーメット層(肉盛溶接部材サンプル)は、耐食性・耐摩耗性に極めて優れたものであることが確認できる。特に、本発明の製造方法により形成されたサーメット層は、塩酸および硫酸に加えて、リン酸に対する耐食性も高く、そのため、たとえば、リン原子を含有する樹脂を用いた場合でも、該樹脂から発生する可能性があるリン酸に対して優れた耐食性を実現可能なものであるといえる。   4 and 5, it can be confirmed that the cermet layer (the build-up welded member sample) formed by the manufacturing method of the present invention is extremely excellent in corrosion resistance and wear resistance. In particular, the cermet layer formed by the production method of the present invention has high corrosion resistance against phosphoric acid in addition to hydrochloric acid and sulfuric acid, and therefore, for example, even when a resin containing a phosphorus atom is used, it is generated from the resin. It can be said that it is possible to realize excellent corrosion resistance against possible phosphoric acid.
10…肉盛溶接部材
11…金属母材
12…サーメット層
20…トーチ
21…タングステン電極
22…第1ノズル
23…第2ノズル
30…パイロットアーク電源
40…プラズマアーク電源
50…プラズマアーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Overlay welding member 11 ... Metal base material 12 ... Cermet layer 20 ... Torch 21 ... Tungsten electrode 22 ... 1st nozzle 23 ... 2nd nozzle 30 ... Pilot arc power supply 40 ... Plasma arc power supply 50 ... Plasma arc

Claims (7)

  1. MoFeB型またはMoNiB型の複硼化物を含むサーメット層を、肉盛溶接にて、2〜5mmの幅で金属母材上に、前記金属母材の長手方向に沿って連続的に形成する肉盛溶接部材の製造方法であって、
    前記サーメット層を、前記金属母材の長手方向における、前記肉盛溶接の溶接速度10〜20cm/分、前記肉盛溶接の照射エネルギー密度8000〜9700W/cmの条件にて形成することを特徴とする肉盛溶接部材の製造方法。
    A cermet layer containing Mo 2 FeB 2 type or Mo 2 NiB 2 type double boride is continuously welded along the longitudinal direction of the metal base material with a width of 2 to 5 mm by overlay welding. A method for manufacturing a built-up welded member,
    The cermet layer is formed under the conditions of a welding speed of 10 to 20 cm / min of the overlay welding and an irradiation energy density of 8000 to 9700 W / cm 2 of the overlay welding in the longitudinal direction of the metal base material. The manufacturing method of the build-up welding member made into.
  2. 前記肉盛溶接のプラズマアーク径を、前記金属母材の被溶接面の短手方向の長さ以下とすることを特徴とする請求項1に記載の肉盛溶接部材の製造方法。   The method for manufacturing a build-up welded member according to claim 1, wherein a plasma arc diameter of the build-up welding is set to be equal to or less than a length in a short direction of a surface to be welded of the metal base material.
  3. 前記金属母材として、ロックウェル硬度がHRC45以上である鋼材を使用することを特徴とする請求項1または2に記載の肉盛溶接部材の製造方法。   The method for manufacturing a built-up welded member according to claim 1 or 2, wherein a steel material having a Rockwell hardness of HRC45 or more is used as the metal base material.
  4. 前記サーメット層が、MoFeB型の複硼化物を含む硬質相と、Fe基合金からなる結合相とからなり、前記硬質相の含有割合が35〜95重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の肉盛溶接部材の製造方法。 The cermet layer is composed of a hard phase containing a Mo 2 FeB 2 type double boride and a binder phase made of an Fe-based alloy, and the content ratio of the hard phase is 35 to 95% by weight. The manufacturing method of the build-up welding member in any one of Claims 1-3.
  5. 前記サーメット層が、MoNiB型の複硼化物を含む硬質相と、Ni基合金からなる結合相とからなり、前記硬質相の含有割合が35〜95重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の肉盛溶接部材の製造方法。 The cermet layer is composed of a hard phase containing a Mo 2 NiB 2 type double boride and a binder phase made of a Ni-based alloy, and the content ratio of the hard phase is 35 to 95% by weight. The manufacturing method of the build-up welding member in any one of Claims 1-3.
  6. 前記金属母材として、被溶接面の短手方向の長さが2〜5mmであるものを使用することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の肉盛溶接部材の製造方法。   The method for manufacturing a built-up welded member according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal base material has a length in a short direction of a surface to be welded of 2 to 5 mm.
  7. 前記サーメット層と、前記金属母材との間に形成される溶接拡散層の厚みが、1〜30μmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の肉盛溶接部材の製造方法。   The thickness of the welding diffusion layer formed between the said cermet layer and the said metal base material is 1-30 micrometers, The manufacturing of the overlay welding member in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Method.
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