JP2800076B2 - 耐食・耐摩耗性コバルト基合金 - Google Patents

耐食・耐摩耗性コバルト基合金

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JP2800076B2
JP2800076B2 JP3102206A JP10220691A JP2800076B2 JP 2800076 B2 JP2800076 B2 JP 2800076B2 JP 3102206 A JP3102206 A JP 3102206A JP 10220691 A JP10220691 A JP 10220691A JP 2800076 B2 JP2800076 B2 JP 2800076B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック成形機・
混練機の部材構成材料として使用される耐食性、耐摩耗
性等にすぐれたコバルト(Co)基合金に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック成形機や、プラスチック成
形に供される原料ペレットの混練機の構成部材、例えば
円筒状シリンダは、耐摩耗性および耐食性を備えていな
ければならない。従来より、そのシリンダとして専ら窒
化鋼製シリンダが使用されたきた。
【0003】近時、プラスチック成形品に対する難燃性
や高強度化等の要請に応えるために、ハロゲン化合物等
の難燃剤や、複合強化繊維としてセラミック等の硬質繊
維を樹脂中に混練することが行われている。これに伴っ
てシリンダ内面は、難燃剤による腐食および硬質繊維に
よる摩耗等が加重され、更に生産向上のための高圧・高
速度成形により表面損傷が加速される等、その使用条件
の苛酷化が進みつつある。このような使用条件の変化に
対し従来より使用されてきた窒化鋼では適切な対処を期
待することはできない。
【0004】この対策として、耐食性および耐摩耗性を
有する合金をライニング材料として所謂遠心被覆法、ま
たは粉末冶金の手法を適用し、シリンダ内面を耐食・耐
摩耗合金で被覆保護することが行われ、そのライニング
用合金として、例えばCr:6〜12%,Mo:25〜
30%,Si:2〜3.5%,残部Coと不純物からな
る合金、またはCr:15〜20%,Mo:25〜30
%,Si:3〜4.5%,残部Coと不純物からなる合
金が使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のライ
ニング用合金の材質には一長一短あり、前記2種の合金
についてその材質特性をみると、前者の合金は、各種の
酸に対し良好な腐食抵抗性を有し、かつ靱性にすぐれて
いるものの、硬度が低く、耐摩耗性に難点があり、後者
の合金は、これとは逆に高硬度で摩耗抵抗性にすぐれて
いるが、耐食性に改善の余地があり、また靱性に乏しい
ため、部材の製造工程、特に機械加工時に亀裂や欠損等
を生じ易いという問題がある。
【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、プラスチック成形機・混練機の構成部材であるシリ
ンダ、スクリュ、ノズル、その他のこれに関連する部材
の耐久性の向上・安定に有効な改良された耐食性・耐摩
耗性・靱性等を兼ね備えた、しかも前記従来の合金より
安価なCo基合金を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本発明のCo
基合金は、Cr: 21〜29%,Mo: 15〜24%, Si: 0.
5 〜2%, B: 0.5 〜2%,C: 0.2 %以下, Fe: 2
%以下,Ni: 2%以下,残部実質的にCoからなり
Co,Cr,Mo,Siの4元系合金相,Co,Cr,
Mo,Bの4元系合金相が混在する多相混相組織を有
ている。明細書中,合金の元素含有量を示す%はすべて
重量%である。
【0008】上記成分構成を有する本発明のCo基合金
は、主としてCo,Cr,Mo,Siの4元系合金相、
微量のSiを含有するCo,Cr,Mo,Bの4元系合
金相等からなる比較的微細な多相混相組織を有してい
る。Co,Cr,Mo,Siの4元系合金相は本発明合
金に高度の耐食性と耐摩耗性をもたらし、また、Co,
Cr,Mo,Bの4元系合金相によって良好な靱性が付
与されているものと考えられる。また、本発明合金は、
溶融状態における流動性が良好で、溶湯の噴霧造粉、お
よび鋳造のいずれも可能であり、プラスチック成形機等
の構成部材に適用するに当っては、その粉末を原料とす
る焼結法、または溶湯による遠心被覆法等を部材の形
状、その他の都合に応じて自由に選択することができ
る。本発明合金の成分限定理由は次のとおりである。
【0009】Cr:21〜29% CrはCo,Mo,B,Si等と共に前記の各種合金相
を形成する。Crの添加により硬度、耐食性が付与され
る。その添加量を21%以上としたのは、それより少な
いと、耐食性の不足をきたし、また硬度、靱性の改善効
果も十分に発現させることができなくなるからである。
添加増量により効果の増加をみるが、反面合金の靱性の
低下をきたすので、29%を上限とした。
【0010】Mo:15〜24% MoはCo,Cr,B,Si等と前記合金相を形成す
る。Moの添加により、硬度、耐食性が高められる。添
加量の下限を15%としたのは、それに満たないと耐食
性の改善効果が不足するからであり、その増量により効
果を高めることができるが、24%までで十分であり、
それをこえる添加は経済性を損なうので、これを上限と
した。
【0011】Si:0.5〜2% Siは合金の融点を下げ、溶湯の流動性を高めることに
より、その噴霧・造粉性や鋳造性を良好なものとし、ま
た合金粉末の焼結性を改善する。この効果を得るために
少なくとも0.5%を必要とする。しかし、過度の添加
はCo−Mo−Si相の生成・増加による合金の脆化を
招くので、2%をこえてはならない。
【0012】B:0.5〜2% Bの添加により、Co,Cr,Moとの4元系合金相が
生成し、合金に高度の靭性が付与される。この効果を十
分ならしめるため、添加量の下限を0.5%とした。添
加増量により効果を増すが、あまり多くすると、酸化性
酸に対する腐食抵抗性が損なわれるので、2%を上限と
した。
【0013】Co:バランス成分 Coは、上記諸元素と共に、高耐食性,耐摩耗性を兼備
し、かつ高靱性の本発明合金を形成するための基本元素
である。
【0014】C:0.2%以下,Fe:2%以下,N
i:2%以下 本発明合金におけるC、FeおよびNiは有用な元素で
なく、CはCr,Mo等と結合してこれらの元素の有効
量の減少と炭化物の生成による合金の脆化を招き、F
e,Niの存在は耐食性低下の原因となるので、これら
の混在量は少ない程良いが、Cは0.2%まで、Feお
よびNiはそれぞれ2%までの範囲であれば本発明の趣
旨は損なわない。よってCは0.2%以下、Feおよび
Niはそれぞれ2%以下の範囲内でその混在を許容する
こととした。
【0015】本発明合金を適用して形成されるプラスチ
ック成形機・混練機の構成部材であるシリンダやスクリ
ュ、ノズル、およびその他の部品は、その全肉厚を本発
明合金とする必要はむろんなく、目的とする部材に応じ
た所要形状の構造用鋼等からなる金属ブロックを母材と
し、耐食性・耐摩耗性等を必要とする領域の表面に本発
明合金をライニング材として適用すればよい。本発明合
金は、例えば遠心噴霧法により造粉し、適当な粒度に分
級した粉末を焼結原料として母材表面を被覆する焼結合
金層を形成するようにしてもよく、また目的とする部材
が単軸シリンダ等である場合には、遠心被覆法を適用
し、円筒形状の母材を水平軸心を中心に回転させなが
ら、その中空孔内に本発明合金の溶湯を注入し、遠心力
の作用下に母材円筒体の内周面に合金層を形成するよう
にしてもよい。その被覆合金層厚さは、例えば1〜10
mm程度であってよい。
【0016】
【実施例】実施例1 (I)供試材の製作造粉 高周波溶解炉(Ar雰囲気)で溶製した合金溶湯を遠心
噴霧造粉機により粉末化し、分級処理して焼結原料粉末
とする。粒径:53〜250μm。焼結 鋼製の缶(内寸法:φ52×201,mm)と蓋をキャ
ニング材とし、上記粉末を入れ、真空中で施蓋すると共
に溶接で密封したのち、熱間等方圧加圧焼結に付した。
処理温度:固相線温度、加圧力:1500Kgf/cm
、時間:2Hr。処理完了後、キャニング材を機械加
工により除去し、円盤形状の焼結合金ブロックを採取し
た。
【0017】表1に供試焼結合金の化学組成を示す。N
o.11〜14は発明例、No.101〜108は比較
例であり、比較例のうち、No.101、No.102
は従来材の例、No.103〜No.108は発明例と
類似する組成を有しているが、いずれかの元素の含有量
(表中、下線)が本発明の規定からはずれている例であ
る。同表右欄は、各供試材について得られた下記試験の
結果を示している。
【0018】(II)材質特性 (i)硬さ 焼結合金ブロックの盤面の5個所をロックウェル Cス
ケールで測定。表中「硬さ」欄の数値は、5個所の平均
値を示している。
【0019】(ii)靱性 焼結合金ブロックの盤面を試験面とし、ビッカース硬度
計のダイヤモンド圧子で圧痕を付し、顕微鏡観察(倍
率:200)により、圧痕部のクラックの発生の有無を
判定する。圧子荷重(Kgf)は、1, 5,10,2
0,30,50の6水準とした。表中「靱性指数」の欄
の数値は、クラックを生じない最大荷重(Kgf)を表
している。例えば、圧子荷重が1Kgf,5Kgf,お
よび10Kgfであるときの圧痕にクラックはなく、2
0Kgfの荷重としたときの圧痕にクラックが発生した
場合は、その靱性指数を10(Kgf)と表示してい
る。同様に、圧子荷重1Kgfの圧痕にクラックが生じ
た場合の靱性指数は0(Kgf)と表示し、同指数が5
0(Kgf)というのは圧子荷重を50Kgfとして
も、クラックの発生がないことを意味している。
【0020】(iii)腐食抵抗性 非酸化性酸として10%塩酸水溶液、酸化性酸として1
0%硝酸水溶液(いずれも液温は50℃)を試験液と
し、焼結合金ブロックから切出した角柱状試験片(9×
9×7,mm)を試験液中に懸吊浸漬し、24時間経過
後の腐食減量(mg)を測定した。
【0021】
【表1】
【0022】表1において、発明例No.11〜14
と、従来材であるNo.101およびNo.102を比
較すると、No.101は、良好な腐食抵抗性を示し、
靱性も高水準であるが、硬度が低く、No.102は高
い硬度を有しているものの靱性が著しく低く、また非酸
化性酸に対する腐食抵抗性に乏しいのに対し、発明例N
o.11〜14は、酸化性酸および非酸化性酸に対する
良好な耐食性と高硬度とを有し、しかも高硬度であるに
拘らず靱性も高水準であり、上記従来材のNo.101
とNo.102のそれぞれの長所を兼ね備えている。な
お、比較例No.103〜108は、発明例に類似する
組成を有しているが、構成元素の一部に過不足があるた
め、耐食性、硬度、または靱性のいずれかに問題があ
り、これらの諸特性を備えた発明例に及ばない。すなわ
ち、No.103(Si,C量過剰)は、高硬度を有し
ているものの、靱性に乏しく、かつ非酸化性酸に対する
耐食性も十分でなく、No.104(Cr量不足)は、
非酸化性酸に対する腐食抵抗性に劣り、硬度、靱性も相
対的に低く、No.105(Cr量過剰)は、高硬度
で、耐食性にもすぐれているが、靱性に乏しい。更にN
o.106(Mo量不足)は、非酸過性酸に対する腐食
抵抗性に劣り、No.107(B量過剰)は、酸化性酸
に対する抵抗性に欠け、No.108(B量不足)で
は、靱性の不足をきたしている。これらのことから、耐
食性、硬度および靱性の諸特性のすべてについて十分な
改善効果を得るには本発明の規定する成分構成を満足し
なければならないことがわかる。
【0023】実施例2 (I)供試材の製作 高周波溶解炉(Ar雰囲気)で溶製した合金溶湯を、A
r雰囲気中で、鋼製金型(内寸法:50×50,mm。
角型)に鋳込み、凝固完了後、金型から取出し機械加工
を加えて矩形盤状ブロック(肉厚15mm)を得た。
【0024】表2に供試材の化学組成を示す。No.2
1、No.22は発明例,No.201およびNo.2
02は比較例(それぞれ実施例1の表1中No.101
およびNo.102と同種材料)である。各供試材につ
いて実施例1と同様の硬さ測定、靱性評価および腐食試
験を行って、同表右欄に示す結果を得た。
【0025】
【表2】
【0026】表2の試験結果から明らかなように、本実
施例においても、発明例No.21、No.22は、従
来材である比較例No.201、No.202と異なっ
て、酸化性および非酸化性の酸に対する良好な耐食性を
有すると共に、高硬度を有し、かつ靱性にもすぐれてい
ることがわかる。
【0027】
【発明の効果】本発明合金は、プラスチック成形機・混
練機に要求される改良された耐食性および耐摩耗性を有
している。本発明合金をこれらの部材に適用することに
より、樹脂中への難燃剤やの強化繊維等の混練、および
高圧・高速成形等の使用条件の苛酷化に対し部材の腐食
・摩耗を軽減・緩和し、また高硬度でありながら靱性に
すぐれているので、部材の製造工程における機械加工時
のクラックや欠け等を生じにくく製造歩留が改善される
と共に、実使用過程でのクラックや欠け等に対する抵抗
性も高く安定な使用が可能であり、耐久性の向上、メン
テナンスの軽減、プラスチックの成形・混練工程の生産
性向上等の効果を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−174431(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 19/07 B29C 45/58

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で,Cr: 21〜29%,Mo: 15〜
    24%, Si: 0.5 〜2%, B: 0.5 〜2%,C: 0.2 %
    以下, Fe: 2%以下,Ni: 2%以下,残部実質的に
    Coからなり、Co,Cr,Mo,Siの4元系合金
    相,Co,Cr,Mo,Bの4元系合金相が混在する多
    相混相組織を有するプラスチック成形機・混練機用耐食
    ・耐摩耗性コバルト基合金。
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