JP2837798B2 - 耐食性、耐摩耗性及び高温強度にすぐれるコバルト基合金 - Google Patents

耐食性、耐摩耗性及び高温強度にすぐれるコバルト基合金

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JP2837798B2 JP5328053A JP32805393A JP2837798B2 JP 2837798 B2 JP2837798 B2 JP 2837798B2 JP 5328053 A JP5328053 A JP 5328053A JP 32805393 A JP32805393 A JP 32805393A JP 2837798 B2 JP2837798 B2 JP 2837798B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐食性、耐摩耗性にす
ぐれると共に、強度、特に高温での強度にすぐれるコバ
ルト基合金に関する。
【0002】
【従来技術及び問題点】出願人は、以前に、プラスチッ
クの混練機や成形機の部材用に好適な材料として、耐食
性、耐摩耗性及び耐衝撃摩耗性にすぐれたコバルト基合
金を提案した(特願平4−322470)。この合金は、
重量%にて、Cr:21〜29%、Mo:15〜24
%、B:0.5〜2%、Si:0.1%以上で0.5%未
満、C:1%以下、Fe:2%以下、Ni:2%以下、
及び残部実質的にCoからなる。
【0003】上記成分構成を有するCo基合金は、C
o、Cr、Mo、Siの4元系合金相にモリブデン硼化
物及びクロム炭化物が比較的微細に分散した複合組織を
有している。このため、マトリックス中に固溶するC
r、Mo等によって高耐食性がもたらされ、またマトリ
ックスに分散する硼化物の自己潤滑性によって耐食性及
び耐摩耗性が高められる。
【0004】 しかし、上記合金は、強度がやや不足し
ており、特に高温での使用時に問題があった。このた
め、耐食性と耐摩耗性だけでなく、強度、特に耐熱用と
して高温強度が要求される用途、例えば熱間押出用金型
材料、高温高圧用バルブ材料、エンジン用部品材料には
あまり適しているとはいえなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、前記Co基合金と略同等の耐食性、耐摩耗性を備え
ると共に、高い高温強度を備える耐熱Co基合金を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のCo基合金は、
重量%にて、Cr:21〜29%、Mo:15〜24
%、B:0.5〜2%、Si:0.1%以上で0.5%未
満、C:1%を越えて2%以下、Fe:2%以下、N
i:2%以下及び残部実質的にCoからなり、すぐれた
耐食性、耐摩耗性及び高温強度を有し、熱間押出用金型
材料、高温高圧用バルブ材料、エンジン用部品材料とし
て用いられる。
【0007】
【作用】上記成分構成を有する本発明のCo基合金は、
Co、Cr、Mo、Siの4元系合金相にモリブデン硼
化物及びクロム炭化物が比較的微細に分散した複合組織
を有し、良好な耐食性及び耐摩耗性、並びに高い強度を
備えている。マトリックス中へのCr、Mo等の固溶に
より高耐食性がもたらされ、またマトリックスに分散す
る硼化物の自己潤滑性により耐食性及び耐摩耗性が高め
られる。特に、Cの高含有化によりクロム炭化物が微細
分散し、その効果として強度が著しく向上し、高温にお
いても所定の強度が維持される。
【0008】
【成分限定理由の説明】Cr:21〜29% Crは、Co、Mo、B、Si等と共に前記合金相を形
成する。Crの含有により、硬度及び耐食性が高められ
る。含有量が21%に満たないと、耐食性の不足をきた
し、また硬度、靱性の改善効果も不十分となる。含有量
が増加するにつれて、これら効果の増加をみるが、反面
靱性の低下をきたす。従って、含有量は21〜29%に
規定する。
【0009】Mo:15〜24% Moは、Co、Cr、B、Si等と共に前記合金相を形
成する。Moの含有により、硬度、耐食性が高められ
る。含有量が15%に満たないと、耐食性の改善効果が
十分でない。一方、24%を越えて含有しても対応する
効果を得ることができず、経済的に不利である。従っ
て、含有量は15〜24%に規定する。
【0010】B:0.5〜2% Bは、Moと結合して自己潤滑性を有するモリブデン硼
化物を形成する。マトリックス中におけるモリブデン硼
化物の均一分散により、その自己潤滑効果として、耐摩
耗性が高められる。この効果を十分なものとするため、
少なくとも0.5%以上含有させる。含有量の増加につ
れて効果を増すが、あまり多く含むと、酸化性酸に対す
る腐食抵抗性が損なわれるので、2%を上限とする。
【0011】Si:0.1%以上で0.5%未満 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、0.1%以上必要とする。しかし、0.5%以上含有
すると、Co−Mo−Si相の生成・増加による合金の
脆化及び耐食性の低下を招く。このため、上限を0.5
%未満とする。
【0012】C:1%を越えて2%以下 Cはクロム炭化物を形成し、その微細分散効果により合
金の硬度、耐摩耗性、及び高温強度の向上に著しく寄与
する。Cの含有量が1%以下であれば、耐熱用として十
分な高温強度を得ることができない。一方、C量の含有
量が2%を越えると、Cr、Moの炭化物生成量が過剰
となって、脆化が著しくなる。また、マトリックス中の
Cr、Moの有効量の減少が大きく、耐食性の低下が著
しくなる。このため、含有量は、1%を越えて2%以下
に規定する。
【0013】Fe:2%以下、Ni:2%以下 Fe及びNiは不純物元素であり、これら成分の含有は
耐食性低下の原因となる。このため、含有量はできるだ
け少ない程好ましいが、夫々2%までの含有であれば本
発明の趣旨が損なわれない。
【0014】
【発明の効果】本発明のCo基合金は、良好な耐食性及
び耐摩耗性を備えている。また高温での強度について
は、耐熱Ni基合金を凌ぐ強度を備えている。従って、
その鋳造品又は焼結品は、耐食性、耐摩耗性及び高温強
度の3特性が要求される用途、例えば熱間押出用金型、
高温高圧用バルブ、エンジン用部品等に有用である。
【0015】
【実施例】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た。次に、鋼製の缶
(内寸法:φ60×60mm)と蓋をキャニング材とし、粉末を
入れて真空中で施蓋すると共に溶接で密封した後、熱間
等方圧加圧焼結(処理温度:1100℃±10℃,加圧力:110
0kgf/cm2,時間:2Hr)に付した。焼結完了後、キャニ
ング材を機械加工により除去し、円板形状の焼結合金ブ
ロックを採取した。
【0016】表1に供試焼結合金の化学組成を示す。N
o.1及びNo.2は発明例である。No.11及びNo.12は、耐
食性及び耐摩耗性にすぐれる合金として前述の特願平4
−322470で提案した比較用の合金例であり、C量
が本発明の合金よりも少ない。No.13及びNo.14は、従来
のCo基合金である。また、No.15は従来よりジェット
エンジン、ロケット用部品として使用されているNi基
合金である。
【0017】硬さ 供試No.1、No.2、No.11〜No.13の焼結合金ブロックに
ついて、盤面の5箇所をロックウエルCスケールで測定
し、その平均値を表2に示している。
【0018】耐摩耗性 供試No.1、No.2、No.11〜No.13の焼結合金ブロックに
ついて、理研−大越式迅速摩耗試験機により、比摩耗量
(mm2/kgf)を測定した。試験結果を表2に示している。
この摩耗試験の原理は、回転円板を平面試験片に押し付
け、試験片表面に生じた摩耗痕の深さ、幅等から摩耗抵
抗性を評価するものである。なお、試験条件は、相手材
がSUJ-2(HRC 60)、摩耗距離400mm、最終荷重6.2kgf、摩
耗速度1.05m/秒とした。
【0019】腐食抵抗性 非酸化性酸として24%塩酸水溶液、酸化性酸として20%
硫酸水溶液(いずれも液温は50℃)を試験薬とし、供試N
o.1、No.2、No.11〜No.13の柱状試験片(10×10×10m
m)を試験液中に懸吊浸漬し、24時間経過後の腐食減量(m
g)を測定した。試験結果を表2に示している。
【0020】引張強度 供試No.1、No.2、No.11、No.13、No.15の焼結合金ブ
ロックについて、温度を変えて引張試験(JIS G 0567に
準拠)を行なった。試験結果を表3に示す。また、表3
のデータをプロットしたものを図1に示している。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】表2において、発明例No.1及びNo.2は、
比較例No.11及びNo.12よりも、硬さと耐摩耗性の点で比
較例よりすぐれている。これはCの高含有化に伴うクロ
ム炭化物の分散効果によるものと考えられる。なお、発
明例は、非酸化性性酸に対する腐食抵抗性については、
比較例よりも若干劣るが、酸化性酸に対する腐食抵抗性
については比較例と略同等の特性を備えていることがわ
かる。これに対し、従来例のNo.13は、硬さ及び耐摩耗
性が低く、非酸化性酸及び酸化性酸に対する耐食性も乏
しい。
【0025】表3及び図1に示されるように、従来のC
o基合金であるNo.13の引張強さは低く、900℃の温度で
は試験片が破損しており、耐熱用途として不適であるこ
とがわかる。また、比較例のCo基合金であるNo.11は
Cの含有量が少ないため、その引張強さはあまり大きく
なく、約700℃以上の温度では一般的な耐熱用Ni基合
金であるNo.15と略同等であるものの、約700℃よりも低
い温度ではNo.15よりも劣っている。これに対し、発明
例No.1及びNo.2は、全ての温度範囲に亘って、No.11
及びNo.15を凌ぐ引張強さを備えている。特に、約800℃
の温度でも約1.0GPa以上の引張強さを備えている。これ
は、比較例のCo基合金No.11では略常温での強度、耐
熱Ni基合金であるNo.15では約600℃における強度に相
当するもので、高温強度が著しく改善されており、本発
明合金が耐熱用としても好適であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】表3に示す引張試験結果について、温度と引張
強度の関係をグラフに表わした図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 19/07

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%にて、Cr:21〜29%、M
    o:15〜24%、B:0.5〜2%、Si:0.1%以
    上で0.5%未満、C:1%を越えて2%以下、Fe:
    2%以下、Ni:2%以下及び残部実質的にCoからな
    り、すぐれた耐食性、耐摩耗性及び高温強度を有し、熱
    間押出用金型材料として用いられるコバルト基合金。
  2. 【請求項2】 重量%にて、Cr:21〜29%、M
    o:15〜24%、B:0.5〜2%、Si:0.1%以
    上で0.5%未満、C:1%を越えて2%以下、Fe:
    2%以下、Ni:2%以下及び残部実質的にCoからな
    り、すぐれた耐食性、耐摩耗性及び高温強度を有し、高
    温高圧用バルブ材料として用いられるコバルト基合金。
  3. 【請求項3】 重量%にて、Cr:21〜29%、M
    o:15〜24%、B:0.5〜2%、Si:0.1%以
    上で0.5%未満、C:1%を越えて2%以下、Fe:
    2%以下、Ni:2%以下及び残部実質的にCoからな
    り、すぐれた耐食性、耐摩耗性及び高温強度を有し、エ
    ンジン用部品材料として用いられるコバルト基合金。
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