JP2016216802A - 生産性および耐食性が高く安価な硬質粉末およびそのショットピーニング用投射材並びに硬質粒子を分散させた鉄基耐摩耗焼結合金 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.6〜2.4%、Cr:36〜60%、Mn:0.1〜10%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする硬質粉末。また、上記の硬質粉末に加えて、質量%で、Mo:10%未満、Si:2%未満、Ni:15%未満のいずれか1種もしくは2種以上を含む硬質粉末およびそのショットピーニング用投射材並びに硬質粒子を分散させた鉄基耐摩耗焼結合金。
【選択図】 なし
Description
(1)質量%で、C:0.6〜2.4%、Cr:36〜60%、Mn:0.1〜10%
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする硬質粉末。
(2)前記(1)に記載の硬質粉末に加えて、質量%で、Mo:10%未満、Si:2%未満、Ni:15%未満のいずれか1種もしくは2種以上を含むことを特徴とした硬質粉末。
(3)前記(1)または(2)に記載の硬質粉末に加えて、質量%で、Co:5%未満、W:5%未満、V:5%未満、Nb:5%未満のいずれか1種もしくは2種以上を含むことを特徴とした硬質粉末。
(5)平均粒径(D50)が20〜300μmである前記(1)〜(3)のいずれか1に記載の硬質粉末を用いた鉄基耐摩耗焼結合金用硬質粒子。
(6)鉄基合金基地中に前記(5)に記載の硬質粒子が分散し焼結されたことを特徴とする鉄基耐摩耗焼結合金にある。
本発明における特徴は、Cr濃度を著しく高く設定することで水道水に濡れた状態からの自然乾燥でも発銹することなく、また、高温での焼結工程の後でも高硬度を維持できることを見出したことにある。また、ショットピーニング用投射材および鉄基耐摩耗焼結合金用の硬質粒子は、水アトマイズ法やガスアトマイズ法により効率的に製造されることが多い。しかし、ここで、単にCrを高く設定しただけではこれらアトマイズ工程における合金溶湯の粘性が高く、ノズル閉塞を発生するなど生産性が低くなる問題が生じ、この対策としては、同時にMnを微量添加することにより、ノズル閉塞を発生しないことも見出し、本発明に至ったものである。なお、本合金を鋳造粉砕法で作製する場合にも、この合金溶湯の粘性の低下は鋳造を容易にする効果がある。
C:0.6〜2.4%
本発明硬質粉末においてCは、粉末の状態、および、鉄基耐摩耗焼結合金中の硬質粒子の状態で高い硬度を得るための必須元素である。しかし、0.6%未満では両状態での硬度が低くなり、2.4%を超えると両状態において硬度が高すぎ脆化してしまう。したがって、その範囲を0.6〜2.4%とした。好ましくは0.6%を超え2.4%未満、より好ましくは1.0%を超え2.3%未満である。
本発明硬質粉末においてCrは、粉末の状態でショットピーニング用投射材として用いる場合の高い耐食性、および、鉄基耐摩耗焼結合金中の硬質粒子の状態で高い硬度を得るための必須元素である。しかし、36%未満では粉末の状態でショットピーニング用投射材として用いる場合の耐食性が不十分となり、かつ、鉄基耐摩耗焼結合金中の硬質粒子の状態では硬度が低くなってしまう。60%を超えるとアトマイズ時にノズル閉塞を発生しやすくなる。したがって、その範囲を36〜60%とした。好ましくは38%を超え55%未満、より好ましくは40%を超え50%未満である。
本発明硬質粉末においてMnは、アトマイズ時にノズル閉塞を抑制するための必須元素であり、硬さ上昇の効果も同時に示す。しかし、0.1%未満ではノズル閉塞を抑制する十分な効果が得られず、10%を超えると両状態において脆化してしまう。したがって、その範囲を0.1〜10%とした。好ましくは0.5%を超え5%未満、より好ましくは1%を超え3%未満である。
本発明硬質粉末においてMo、Si、Niは、それぞれ粉末の状態で硬度を高めるために選択的に添加できる元素である。しかし、Moは10%以上でその効果が飽和しコスト高となり、Siは2%以上で両状態において脆化し、Niは15%以上でその効果が飽和しコスト高となってしまう。したがって、各元素の添加量の好ましい範囲は、Moは0.1%を超え7%未満、Siは0.1%を超え1.5%未満、Niは0.1%を超え7%未満であり、各元素の添加量のより好ましい範囲は、Moは1%を超え5%未満、Siは0.5%を超え1.0%未満、Niは1%を超え5%未満である。
本発明硬質粉末においてCo、W、V、Nbは、各特性に大きな影響のない範囲で添加してもよい元素であるが、コスト高となるためいずれの元素の添加量も5%未満とする。いずれの元素の添加量も、好ましくは1%未満、より好ましくは無添加である。
本発明硬質粉末をショットピーニング用投射材として用いる場合の平均粒径は、20〜300μmである。しかし、20μm未満、および、300μmを超えるものはアトマイズ法では収率が悪く生産性が低下する。好ましくは30μmを超え250μm未満、より好ましくは50μmを超え200μm未満である。
本発明硬質粉末を鉄基耐摩耗焼結合金用硬質粒子として用いる場合の平均粒径は、20〜300μmである。しかし、20μm未満、および、300μmを超えるものはアトマイズ法では収率が悪く生産性が低下する。好ましくは30μmを超え250μm未満、より好ましくは50μmを超え200μm未満である。
[硬質粉末の作製]
表1〜3に示す成分組成に調整した溶解原料を、アルミナ製坩堝に装入し、減圧アルゴン雰囲気中で高周波溶解した。その溶湯を坩堝下部の直径5mmのノズルより出湯し、直後に高圧水もしくは高圧窒素ガスを噴霧し、水もしくはガスアトマイズ粉末を得た。このアトマイズ粉末を所定の粒度に分級した。これら粉末について以下の評価を行った。
得られた硬質アトマイズ粉末を、樹脂埋めし、研磨し、試験力1.96Nでビッカース硬さ評価を実施し、800HV以上をA、500HV以上800HV未満をB、500HV未満をCとした。また、得られた硬質アトマイズ粉末をショットピーニング用投射材として用い、吸引式エアタイプの投射装置により、投射圧0.6MPa、投射時間4時間、被処理材をSKH40(65HRC)とし、ショットピーニングを行なった。投射材は、投射装置に20kg投入し、投射時間である4時間循環させ使用した。その後、投射装置から回収した投射材を用い、以下の脆さ評価および耐食性評価を実施した。
得られた硬質アトマイズ粉末と、還元鉄粉(平均粒径50μm)と、黒鉛粉末を、質量比で20%、79%、1%で混合し、内面にステアリン酸亜鉛を塗布した直径20mmの金型にこの混合粉末を5g充填し、成形圧196MPaで上下パンチにより圧粉成形した。この成形体を1150℃の真空中で焼結し、およそ直径20mm、高さ5mmの円盤状焼結体を得た。この焼結体を半円状にエメリー切断し、樹脂埋めし、切断面を研磨し、試験力1.96Nで硬質粒子のビッカース硬さを測定した。800HV以上をA、500HV以上800HV未満をB、500HV未満をCとした。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.6〜2.4%、
Cr:36〜60%、
Mn:0.1〜10%
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする硬質粉末。 - 請求項1に記載の硬質粉末に加えて、質量%で、Mo:10%未満、Si:2%未満、Ni:15%未満のいずれか1種もしくは2種以上を含むことを特徴とした硬質粉末。
- 請求項1または2に記載の硬質粉末に加えて、質量%で、Co:5%未満、W:5%未満、V:5%未満、Nb:5%未満のいずれか1種もしくは2種以上を含むことを特徴とした硬質粉末。
- 平均粒径(D50)が20〜300μmである請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬質粉末を用いたショットピーニング用投射材。
- 平均粒径(D50)が20〜300μmである請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬質粉末を用いた鉄基耐摩耗焼結合金用硬質粒子。
- 鉄基合金基地中に請求項5に記載の硬質粒子が分散し焼結されたことを特徴とする鉄基耐摩耗焼結合金。
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