JP2639053B2 - チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 - Google Patents
チタンまたはチタン合金の表面硬化方法Info
- Publication number
- JP2639053B2 JP2639053B2 JP2925989A JP2925989A JP2639053B2 JP 2639053 B2 JP2639053 B2 JP 2639053B2 JP 2925989 A JP2925989 A JP 2925989A JP 2925989 A JP2925989 A JP 2925989A JP 2639053 B2 JP2639053 B2 JP 2639053B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- base material
- titanium
- build
- hardening
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
- B23K35/327—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C comprising refractory compounds, e.g. carbides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本発明は、チタンまたはチタン合金で製作した機械部
品の表面硬化方法に関する。
品の表面硬化方法に関する。
たとえば内燃エンジンのバルブのフェースに対して耐
摩耗性を与えるために、従来から「ステライト」を代表
とするCo合金などの肉盛溶接をして、これを硬化させる
ことが行なわれている。 一方、最近ではエンジンの高性能化に伴って、バルブ
もTi合金を使用して軽量化することが試みられている。
ところが、TiまたはTi合金にして常用のCo合金を肉盛り
してみても、母材と肉盛り金属層との界面から割れて剥
離する傾向があり、耐久性や信頼性に欠けることがわか
った。 TiおよびTi合金の表面硬化技術としつは、窒化法があ
る。これは、TiまたはTi合金の部品をN2ガス雰囲気中で
高温に加熱し、表層にTiN相を形成させて硬化をはかる
ものである。しかし、形成できる硬化層の厚さが数μｍ
と薄く、それが摩滅あるいは剥離すると耐摩耗性が一挙
に失なわれるのが、窒化法の難点である。 そのほかの手法には、炭化物肉盛性法がある。これ
は、WC粉末を純Tiの粉末と併用して肉盛り硬化をはかる
方法であるが、溶融池内でWCが重力偏析するために炭化
物の分布が不均一になり、肝心の表層部においてあまり
硬化が期待できない。
摩耗性を与えるために、従来から「ステライト」を代表
とするCo合金などの肉盛溶接をして、これを硬化させる
ことが行なわれている。 一方、最近ではエンジンの高性能化に伴って、バルブ
もTi合金を使用して軽量化することが試みられている。
ところが、TiまたはTi合金にして常用のCo合金を肉盛り
してみても、母材と肉盛り金属層との界面から割れて剥
離する傾向があり、耐久性や信頼性に欠けることがわか
った。 TiおよびTi合金の表面硬化技術としつは、窒化法があ
る。これは、TiまたはTi合金の部品をN2ガス雰囲気中で
高温に加熱し、表層にTiN相を形成させて硬化をはかる
ものである。しかし、形成できる硬化層の厚さが数μｍ
と薄く、それが摩滅あるいは剥離すると耐摩耗性が一挙
に失なわれるのが、窒化法の難点である。 そのほかの手法には、炭化物肉盛性法がある。これ
は、WC粉末を純Tiの粉末と併用して肉盛り硬化をはかる
方法であるが、溶融池内でWCが重力偏析するために炭化
物の分布が不均一になり、肝心の表層部においてあまり
硬化が期待できない。
本発明の目的は、TiまたはTi合金で製作した機械部品
の表面に、十分な厚さをもち密着性の高い肉盛り硬化層
を形成し、それによって耐久性のよい耐摩耗表面を得る
表面硬化方法を提供することにある。
の表面に、十分な厚さをもち密着性の高い肉盛り硬化層
を形成し、それによって耐久性のよい耐摩耗表面を得る
表面硬化方法を提供することにある。
本発明のチタンまたはチタン合金の表面硬化方法は、
TiまたはTi合金からなる母材の表面において、Cr3C2とT
iまたはTi合金との混合物からなる肉盛り材を、母材と
混合が生じるように溶融させ、肉盛硬化することからな
る。 本発明を適用できるTi合金は、母材としては、Ti−6A
l−4Vに代表されるような、Tiを主成分としてそれに比
較的少量の合金成分が添加したもののほか、金属間化合
物TiAlを主成分とするもののような、Tiに対して比較的
多量の合金成分を添加したものを包含する。 肉盛りに使用するTiまたはTi合金は、母材と同種のも
のが好適であるが、母材がTi合金であっても純Tiを使用
してよいし、母材と異なるTi合金でも差し支えない。 肉盛りに使用するCr3C2とTi（またはTi合金）との混
合物の組成は、Cr3C2が10〜70％（重量）、代表的には3
0〜60％の範囲となるようにえらべばよい。粉末どうし
を混合使用してもよいし、粉末混合物を適宜のバインダ
ーを用いて棒などに成形して使用してもよい。 溶融は、肉盛り材と母材との混合が生じるように、十
分な熱を供給して行なう必要がある。それには、プラズ
マアーク溶接、TIG溶接などの手段が適切である。 溶融の雰囲気は、Arのような不活性ガスを使用すれ
ば、作業が容易であるが、酸素および（または）窒素を
溶融金属に固溶させて硬化する効果も狙って、CO2,O2,N
2をコントロールされた量で含有する雰囲気を使用する
ことも有利である。 いったん肉盛りをおこなったのち、再度溶接金属を溶
融させると、硬さの分布が均一になって好ましい。
TiまたはTi合金からなる母材の表面において、Cr3C2とT
iまたはTi合金との混合物からなる肉盛り材を、母材と
混合が生じるように溶融させ、肉盛硬化することからな
る。 本発明を適用できるTi合金は、母材としては、Ti−6A
l−4Vに代表されるような、Tiを主成分としてそれに比
較的少量の合金成分が添加したもののほか、金属間化合
物TiAlを主成分とするもののような、Tiに対して比較的
多量の合金成分を添加したものを包含する。 肉盛りに使用するTiまたはTi合金は、母材と同種のも
のが好適であるが、母材がTi合金であっても純Tiを使用
してよいし、母材と異なるTi合金でも差し支えない。 肉盛りに使用するCr3C2とTi（またはTi合金）との混
合物の組成は、Cr3C2が10〜70％（重量）、代表的には3
0〜60％の範囲となるようにえらべばよい。粉末どうし
を混合使用してもよいし、粉末混合物を適宜のバインダ
ーを用いて棒などに成形して使用してもよい。 溶融は、肉盛り材と母材との混合が生じるように、十
分な熱を供給して行なう必要がある。それには、プラズ
マアーク溶接、TIG溶接などの手段が適切である。 溶融の雰囲気は、Arのような不活性ガスを使用すれ
ば、作業が容易であるが、酸素および（または）窒素を
溶融金属に固溶させて硬化する効果も狙って、CO2,O2,N
2をコントロールされた量で含有する雰囲気を使用する
ことも有利である。 いったん肉盛りをおこなったのち、再度溶接金属を溶
融させると、硬さの分布が均一になって好ましい。
TiまたはTi基合金の表面にCo合金の肉盛り溶接を行な
ったとき、肉盛り金属層の密着がよくないのは、界面に
おいて金属間化合物のTiCoやTi2Coの層が生成するため
であることがわかった。このような金属間化合物は、そ
れ自体は硬質であるが脆いため、肉盛り部と母材の界面
に層状に生成すると、そこから剥離しやすいわけであ
る。 本発明に従って、第１図にみるように、TiまたはTi合
金の母材（１）にCr3C2とTi（またはTi合金）とが混在
する肉盛り材（２）を溶接すると、Cr3C2の融点（1895
℃）はTiの融点（1670℃）に近いため、全体がいったん
溶融してほぼ均質になり、冷却され凝固する過程でチタ
ンの炭化物TiC（４）が析出する。これが溶融金属中に
微細に分布することにより、肉盛り層が硬化する。溶融
金属（３）は、Ti成分が存在するから、単にCo合金を溶
接した場合よりも、母材となじみやすい。しかもこの溶
融は、母材と肉盛り材との混合が生じるように行なうの
であるから、溶融金属の母材に近い部分ほどTi成分の含
有量が高い。 これを模式的に示せば、第２図のグラフのようにな
る。すなわち、肉盛り材としてステライトを使用した従
来の肉盛り溶接によるときは、表面から内部へ向う硬さ
の分布が、細線で示すように、表層からある深さまでス
テライト自体の硬さを保ち、そこで急激に高まったあ
と、一挙に母材の硬さまで低くなる。この急激な硬さの
高まりは、前記した金属間化合物TiCoあるいはTi2Coの
生成に起因するものである。 これに対し、本発明に従って、Cr3C2とTi（またはTi
合金）とを混合して使用した場合には、第２図に太線で
示すように、かなりの厚さにわたってその硬さを保った
のち、溶融部分から母材に向って連続的に低下する分布
をみせる。肉盛り金属層と母材との間に脆い層ができな
いから、剥離の心配はない。 容易に理解されるように、Cr3C2の使用割合を高くす
れば、ある程度までは炭化物の生成量が多くなって、肉
盛り硬化層の耐摩耗性は高くなり、一方、TiまたはTi合
金の割合を高くすれば、母材との密着性はいっそう良好
になる。 溶融金属層（３）の厚さは、肉盛り材（２）の使用量
と溶接部に与える熱量とを調節することにより、かなり
広い範囲で変更でき、所望により相当厚くできる。従っ
て、肉盛り溶接後に表面を研磨して、たとえば第１図に
破線で示した位置まで削り取ったとしても、なお十分な
硬化層を残すことができる。
ったとき、肉盛り金属層の密着がよくないのは、界面に
おいて金属間化合物のTiCoやTi2Coの層が生成するため
であることがわかった。このような金属間化合物は、そ
れ自体は硬質であるが脆いため、肉盛り部と母材の界面
に層状に生成すると、そこから剥離しやすいわけであ
る。 本発明に従って、第１図にみるように、TiまたはTi合
金の母材（１）にCr3C2とTi（またはTi合金）とが混在
する肉盛り材（２）を溶接すると、Cr3C2の融点（1895
℃）はTiの融点（1670℃）に近いため、全体がいったん
溶融してほぼ均質になり、冷却され凝固する過程でチタ
ンの炭化物TiC（４）が析出する。これが溶融金属中に
微細に分布することにより、肉盛り層が硬化する。溶融
金属（３）は、Ti成分が存在するから、単にCo合金を溶
接した場合よりも、母材となじみやすい。しかもこの溶
融は、母材と肉盛り材との混合が生じるように行なうの
であるから、溶融金属の母材に近い部分ほどTi成分の含
有量が高い。 これを模式的に示せば、第２図のグラフのようにな
る。すなわち、肉盛り材としてステライトを使用した従
来の肉盛り溶接によるときは、表面から内部へ向う硬さ
の分布が、細線で示すように、表層からある深さまでス
テライト自体の硬さを保ち、そこで急激に高まったあ
と、一挙に母材の硬さまで低くなる。この急激な硬さの
高まりは、前記した金属間化合物TiCoあるいはTi2Coの
生成に起因するものである。 これに対し、本発明に従って、Cr3C2とTi（またはTi
合金）とを混合して使用した場合には、第２図に太線で
示すように、かなりの厚さにわたってその硬さを保った
のち、溶融部分から母材に向って連続的に低下する分布
をみせる。肉盛り金属層と母材との間に脆い層ができな
いから、剥離の心配はない。 容易に理解されるように、Cr3C2の使用割合を高くす
れば、ある程度までは炭化物の生成量が多くなって、肉
盛り硬化層の耐摩耗性は高くなり、一方、TiまたはTi合
金の割合を高くすれば、母材との密着性はいっそう良好
になる。 溶融金属層（３）の厚さは、肉盛り材（２）の使用量
と溶接部に与える熱量とを調節することにより、かなり
広い範囲で変更でき、所望により相当厚くできる。従っ
て、肉盛り溶接後に表面を研磨して、たとえば第１図に
破線で示した位置まで削り取ったとしても、なお十分な
硬化層を残すことができる。
【実施例１】 Ti−6Al−4V合金平板を母材として使用し、Cr3C2粉末
と上と同じTi−6Al−4V合金の粉末を下記の割合で混合
したものを、それぞれ併記た雰囲気で、プラズマアーク
法（電流100A）により肉盛り溶接した。 場合により、プラズマアーク単独の加熱による溶接金
属の再溶融を行なった。 肉盛り部分の厚さは約1.5mmであった。母材と肉盛り
層の界面の付近において、肉盛り硬化層の表面に至るま
での硬さの分布をしらべた。 その結果をNo.1〜５については第３図に、No.6〜９に
つては第４図に、それぞれ示す。 第３図のNo.2とNo.1,3〜５との比較、そして第４図の
No.6とNo.7との比較から再溶融による硬さの均一化硬化
が明らかであり、また第１図と第２図の比較から肉盛り
溶接時の雰囲気のコントロールが有意義なことがわか
る。
と上と同じTi−6Al−4V合金の粉末を下記の割合で混合
したものを、それぞれ併記た雰囲気で、プラズマアーク
法（電流100A）により肉盛り溶接した。 場合により、プラズマアーク単独の加熱による溶接金
属の再溶融を行なった。 肉盛り部分の厚さは約1.5mmであった。母材と肉盛り
層の界面の付近において、肉盛り硬化層の表面に至るま
での硬さの分布をしらべた。 その結果をNo.1〜５については第３図に、No.6〜９に
つては第４図に、それぞれ示す。 第３図のNo.2とNo.1,3〜５との比較、そして第４図の
No.6とNo.7との比較から再溶融による硬さの均一化硬化
が明らかであり、また第１図と第２図の比較から肉盛り
溶接時の雰囲気のコントロールが有意義なことがわか
る。
【実施例２】 母材として、純Tiの平板を使用し、Cr3C2粉末と純Ti
の粉末とを前者が50重量％となるように混合した肉盛り
材を用い、実施例１と同じ条件で肉盛り硬化を行なっ
た。また、一部分は再溶融処理を施した。 それぞれの硬さの分布をしらべて、第５図に示す結果
を得た。
の粉末とを前者が50重量％となるように混合した肉盛り
材を用い、実施例１と同じ条件で肉盛り硬化を行なっ
た。また、一部分は再溶融処理を施した。 それぞれの硬さの分布をしらべて、第５図に示す結果
を得た。
【実施例３】 Ti−6Al−4V合金で製作したエンジンバルブフェース
に、Cr3C2粉末を35重量％含み残部が同じくTi−6Al−4V
合金の粉末である肉盛り材を、プラズマアーク法（電流
98A、Ar雰囲気中）により肉盛り溶接した。 フェースを研削仕上げしたのち、硬化層と母材にまた
がる部分の硬さをしらべた。その結果を第６図に示す。
に、Cr3C2粉末を35重量％含み残部が同じくTi−6Al−4V
合金の粉末である肉盛り材を、プラズマアーク法（電流
98A、Ar雰囲気中）により肉盛り溶接した。 フェースを研削仕上げしたのち、硬化層と母材にまた
がる部分の硬さをしらべた。その結果を第６図に示す。
本発明の方法により肉盛り硬化を行なえば、Tiまたは
Ti合金の母材の表面に、十分な厚さの硬化層を、高い密
着性をもって設けることができる。 従って、本発明の表面硬化法は、内燃エンジンのバル
ブ、ロッカーアーム、コンロッドあるいはピストンピン
をはじめとする。軽量でしかも耐摩耗性をもつことを要
求される部品の製造にとって有用である。
Ti合金の母材の表面に、十分な厚さの硬化層を、高い密
着性をもって設けることができる。 従って、本発明の表面硬化法は、内燃エンジンのバル
ブ、ロッカーアーム、コンロッドあるいはピストンピン
をはじめとする。軽量でしかも耐摩耗性をもつことを要
求される部品の製造にとって有用である。
第１図は、本発明の方法により表面硬化を行なっている
ところを示す、母材と肉盛り溶接金属との断面図であ
る。 第２図は、表面硬化材料による硬さのちがいを模式的に
あらわしたグラフである。 第３図、第４図、第５図および第６図は、いずれも本発
明の実施例において得た、肉盛り硬化層の付近の硬さの
分布を示すグラフである。 １……母材、２……肉盛り材、３……溶接金属
ところを示す、母材と肉盛り溶接金属との断面図であ
る。 第２図は、表面硬化材料による硬さのちがいを模式的に
あらわしたグラフである。 第３図、第４図、第５図および第６図は、いずれも本発
明の実施例において得た、肉盛り硬化層の付近の硬さの
分布を示すグラフである。 １……母材、２……肉盛り材、３……溶接金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 8/24 Ｃ２３Ｃ 8/24 24/08 24/08 Ｚ
Claims (4)
- 【請求項１】TiまたはTi合金からなる母材の表面におい
て、Cr3C2とTiまたはTi合金との混合物からなる肉盛り
材を、母材と混合が生じるように溶融させ、肉盛硬化す
ることからなるTiまたはTi合金の表面硬化方法。 - 【請求項２】酸素および（または）窒素を含む雰囲気下
に実施し、これらガス成分の固溶による硬化もあわせて
行なう請求項１の表面硬化方法。 - 【請求項３】肉盛部を再溶融させる工程を加えた請求項
１または２の表面硬化方法。 - 【請求項４】Ti合金製バルブフェースに適用する請求項
１ないし２のいずれかの表面硬化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2925989A JP2639053B2 (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2925989A JP2639053B2 (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02207974A JPH02207974A (ja) | 1990-08-17 |
| JP2639053B2 true JP2639053B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=12271280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2925989A Expired - Fee Related JP2639053B2 (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639053B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-08 JP JP2925989A patent/JP2639053B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02207974A (ja) | 1990-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9682531B2 (en) | Toughened and corrosion- and wear-resistant composite structures and fabrication methods thereof | |
| US9108276B2 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
| US9982332B2 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
| DE2829369B2 (de) | Verfahren zum Ausbilden von harten, verschleißfestenMetallkarbide enthaltenden Überzügen | |
| JPH02107868A (ja) | ピストン中の構成部品結合方法 | |
| JPH0525655A (ja) | アルミニウム系母材の表面硬化方法および表面硬化アルミニウム系部材 | |
| US4942059A (en) | Method for hardfacing metal articles | |
| CN106975861A (zh) | 一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法 | |
| US4810464A (en) | Iron-base hard surfacing alloy system | |
| JP2639053B2 (ja) | チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 | |
| WO2014105239A1 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
| US10828865B1 (en) | Toughened and corrosion- and wear-resistant composite structures and fabrication methods thereof | |
| JP2639053C (ja) | ||
| US20030098090A1 (en) | Surface coatings | |
| JPH05293671A (ja) | チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 | |
| JP2769339B2 (ja) | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 | |
| JPH06122076A (ja) | 酸化物分散金属の肉盛溶接方法 | |
| JP2638327B2 (ja) | 高耐摩耗チタン合金製部品 | |
| JPS61166982A (ja) | 耐摩耗性Ａｌ合金部材 | |
| JP3194985B2 (ja) | 高靱性且つ高耐摩耗性Ａｌ金属間化合物複合体 | |
| JP2597105B2 (ja) | 銅部材表面硬化方法 | |
| JPH06330345A (ja) | 銅合金のライニング方法 | |
| JP2769337B2 (ja) | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 | |
| JP3163113B2 (ja) | 高靱性且つ高耐摩耗性Ａｌ金属間化合物複合体 | |
| JPH08311585A (ja) | Ｆｅ，Ｖを含む精密鋳造用チタンアルミナイド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |