JP5446290B2 - Manufacturing method for machine structural parts - Google Patents

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Description

本発明は、簡易な方法で効果的に全体の高剛性化を図ることができる機械構造用部品及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a machine structural component capable of effectively increasing the overall rigidity by a simple method and a manufacturing method thereof.

機械構造用鋼等の鉄鋼材料は、他の合金に比べ安価に入手可能であり、しかも合金の添加、焼入れ、焼戻し等の熱処理、浸炭、窒化等の表面硬化処理の実施によって、強度、靭性等の機械的特性を大幅に改善することができる。ところが、これらの機械的特性を改善しても、剛性はほとんど変化しないため、剛性を高める技術が強く要望されていた。   Steel materials such as steel for machine structural use can be obtained at a lower cost than other alloys, and the strength, toughness, etc. can be obtained by adding alloys, heat treatment such as quenching and tempering, and surface hardening treatment such as carburizing and nitriding. The mechanical properties of can be greatly improved. However, even if these mechanical characteristics are improved, the rigidity is hardly changed, so a technique for increasing the rigidity has been strongly demanded.

近年、上記要望に対応するために、高剛性鋼と呼ばれる材料が開発されている。この鋼は、通常の鋼に比べヤング率が高いため、高剛性化を図ることができる。また、鋼であることから、通常の鋼と同様に熱処理等による機械的特性の向上を図ることができる。このような高剛性鋼としては、例えば、特許文献1に示される鋼が開示されている。   In recent years, a material called high-rigidity steel has been developed to meet the above demand. Since this steel has a higher Young's modulus than ordinary steel, it is possible to achieve high rigidity. Moreover, since it is steel, it can aim at the improvement of the mechanical characteristic by heat processing etc. similarly to normal steel. As such high-rigidity steel, for example, steel disclosed in Patent Document 1 is disclosed.

特許文献1には、鉄又は鉄合金からなるマトリックス中に4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むホウ化物又は/及びその複合化物を所定量分散させたことを特徴とする高剛性鋼が記載されている。この高剛性鋼は、高剛性のホウ化物を鋼のマトリックス相中に分散させることによって、鋼の持つ優れた特性を活かしつつ、ヤング率を高めたものである。   In Patent Document 1, a boric acid containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or a composite thereof is dispersed in a matrix made of iron or an iron alloy in a predetermined amount. Rigid steel is described. This high-rigidity steel is obtained by increasing the Young's modulus while utilizing the excellent properties of steel by dispersing a high-rigidity boride in the matrix phase of the steel.

特開2004−218069号公報JP 2004-218069 A

しかしながら、上記特許文献1に記載された高剛性鋼は、溶製法を用いて比較的大きな鋼塊を製造することにより、後述の焼結法と比較して多量生産が可能であるが、TiB2等の高硬度のホウ化物を分散させるため、加工性が非常に悪く、複雑な形状の部品の製造は非常に困難である。また、溶製法以外にも、焼結法を用いて製造することも可能であるが、この場合には、大幅なヤング率の向上が可能である反面、溶製法に比べ多量生産がし難いという問題が生じる。
このようなことから、比較的容易な方法で効果的に高剛性化を図ることができる機械構造用部品及びその製造方法が望まれている。
However, the high-rigidity steel described in Patent Document 1 can be mass-produced in comparison with the sintering method described later by manufacturing a relatively large steel ingot using a melting method, but TiB 2 Since the boride of high hardness such as is dispersed, the workability is very poor and it is very difficult to manufacture a component having a complicated shape. In addition to the melting method, it is also possible to manufacture using a sintering method, but in this case, it is possible to greatly improve the Young's modulus, but it is difficult to mass-produce compared to the melting method. Problems arise.
For these reasons, there is a demand for a machine structural component and a method for manufacturing the same that can effectively achieve high rigidity by a relatively easy method.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な方法で効果的に全体の高剛性化を図ることができる機械構造用部品及びその製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and is intended to provide a machine structural component capable of effectively increasing the overall rigidity by a simple method and a manufacturing method thereof. .

本発明において製造する優れた機械構造用部品は、基材の表面に肉盛溶接用原料を供給して溶接することにより肉盛溶接部を形成した後に上記基材を除去して上記肉盛溶接部のみにより構成してあり、
該肉盛溶接部は、純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相中に、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を体積率で10〜70%分散させた高剛性鋼よりなることを特徴とする機械構造用部品である
In the present invention, an excellent machine structural part is manufactured by supplying a material for overlay welding to the surface of the substrate and welding it to form the overlay weld, and then removing the substrate and performing the overlay welding. It consists only of parts,
The build-up weld includes a boride containing one or more elements selected from a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element, and Fe in a matrix phase made of pure iron or an iron alloy, and / or a composite thereof. is a machine structural part, characterized in that made of a high rigidity steel product was allowed to 10% to 70% dispersion by volume.

上記機械構造用部品を製造する方法である本発明は、基材を準備し、
該基材の表面に肉盛溶接用原料を供給して溶接することにより、純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相中に、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を体積率で10〜70%分散させた高剛性鋼よりなる肉盛溶接部を形成し、
その後、上記基材を除去して上記肉盛溶接部のみとすることを特徴とする機械構造用部品の製造方法にある(請求項1)。
The present invention , which is a method of manufacturing the machine structural component , prepares a base material,
1 is selected from a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe in a matrix phase made of pure iron or an iron alloy by supplying and welding a raw material for overlay welding to the surface of the substrate. Forming a built-up weld made of high-rigidity steel in which boride containing elements of more than seeds and / or composites thereof is dispersed by 10 to 70% by volume,
Then, in the manufacturing method for a machine structural part, characterized in that only the overlay weld part to remove the substrate (claim 1).

上記機械構造用部品は、上記基材の表面に上記肉盛溶接部を肉盛溶接により形成した後に上記基材を除去し、残った上記肉盛溶接部のみにより構成されている。そして、該肉盛溶接部は、ホウ化物又は/及びその複合化物を上記特定の範囲の体積率で分散させた高剛性鋼よりなる。すなわち、上記機械構造用部品は、簡易な方法により、全体をヤング率の高い高剛性鋼で構成したものとなる。これにより、部品全体の高剛性化を容易かつ効果的に図ることができると共に、併せて部品全体の機械的特性を向上させることができる。   The machine structural component is configured by only the remaining welded portion after removing the base material after forming the welded portion on the surface of the base material by overlay welding. And this build-up welding part consists of high rigidity steel which disperse | distributed boride or / and its composite_body | complex with the volume ratio of the said specific range. That is, the mechanical structural component is constituted by a high rigidity steel having a high Young's modulus as a whole by a simple method. As a result, it is possible to easily and effectively increase the rigidity of the entire component and improve the mechanical characteristics of the entire component.

また、上記肉盛溶接部は、上記基材の表面に上記肉盛溶接用原料を供給して溶接することにより形成する。すなわち、該肉盛溶接用原料を溶接によって溶融凝固させることにより形成する。そのため、溶接時において、上記肉盛溶接用原料を急速凝固させ、高剛性化に寄与する上記ホウ化物又は/及びその複合化物の粒子を微細分散させることができる。これにより、強度特性を向上させることもできる。   Moreover, the said build-up welding part is formed by supplying and welding the said raw material for build-up welding to the surface of the said base material. That is, the material for overlay welding is formed by melting and solidifying by welding. Therefore, at the time of welding, the material for build-up welding can be rapidly solidified to finely disperse the borides and / or composites thereof contributing to high rigidity. Thereby, an intensity | strength characteristic can also be improved.

このように、本発明によれば、簡易な方法で効果的に全体の高剛性化を図ることができる機械構造用部品及びその製造方法を提供することができる。   Thus, according to the present invention, it is possible to provide a machine structural component and a method for manufacturing the same that can effectively increase the overall rigidity by a simple method.

実施例における、肉盛溶接部のみにより構成された機械構造用部品(供試材)を示す説明図。Explanatory drawing which shows the components for mechanical structures (test material) comprised only by the overlay welding part in an Example.

本発明において、上記機械構造用部品を構成する上記肉盛溶接部に分散させるホウ化物を、Fe以外では、4A族、5A族、6A族元素に限定したのは、上記特許文献等ですでに公知となっている通り、これらのホウ化物のヤング率が高く、ヤング率を高めるのに適しているからである。   In the present invention, the boride to be dispersed in the build-up weld constituting the mechanical structural part is limited to elements other than Fe, such as 4A group, 5A group, and 6A group. This is because, as is well known, these borides have a high Young's modulus and are suitable for increasing the Young's modulus.

また、上記肉盛溶接部に分散させた上記ホウ化物及び/又はその複合化物の体積率を10〜70%としている。
上記体積率が10%未満の場合には、高剛性化の効果が十分に得られないおそれがある。一方、70%を超える場合には、溶接が困難となるおそれがある。また、溶接後においては、加工が困難となるおそれがある。
Moreover, the volume fraction of the boride and / or the composite thereof dispersed in the build-up weld is set to 10 to 70%.
If the volume ratio is less than 10%, the effect of increasing the rigidity may not be sufficiently obtained. On the other hand, if it exceeds 70%, welding may be difficult. Further, after welding, there is a possibility that the processing becomes difficult.

なお、上記肉盛溶接部は、上記ホウ化物及び/又はその複合化物の体積率が10〜70%であれば、純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相の組成は問わず、高剛性の肉盛溶接部を得ることができる。ただし、Ti等のホウ化物及び/又はその複合化物を形成している元素は、炭素と結合し易いため、マトリックス相に含まれる炭素量は、少ないほうが望ましい。   In addition, if the volume fraction of the said boride and / or its composite is 10 to 70%, the said build-up welding part will be regardless of the composition of the matrix phase which consists of a pure iron or an iron alloy, and is highly rigid build-up. A weld can be obtained. However, since the elements forming the boride such as Ti and / or the composite thereof are easily bonded to carbon, it is desirable that the amount of carbon contained in the matrix phase is small.

また、上記肉盛溶接部は、質量%で、Ti:4.2〜40.0%、B:1.8〜18.0%を含有し、かつ、上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち、体積率で50%以上がTiB2であることが好ましい(請求項2)。
ここで、TiB2は、ホウ化物の中でもヤング率が高く、密度が低いという特徴を有している。また、凝固時にTiとBを含む原料を添加することによって、容易に安定したホウ化物として生成させることができる。したがって、ヤング率向上効果及び製造性の点を考慮すると、他のホウ化物を使用する場合と比較して大きく優れているため、分散させる上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち、体積率で50%以上をTiB2とすることが好ましい。一方、体積率が50%未満の場合には、ヤング率向上効果が小さくなるおそれがある。
Moreover, the said build-up weld part is a mass%, contains Ti: 4.2-40.0%, B: 1.8-18.0%, and is the said boride or / and its composite_body | complex. Of these, 50% or more by volume is preferably TiB 2 ( claim 2 ).
Here, TiB 2 is characterized by a high Young's modulus and a low density among borides. Further, by adding a raw material containing Ti and B at the time of solidification, it can be easily produced as a stable boride. Therefore, considering the Young's modulus improvement effect and manufacturability, it is greatly superior to the case where other borides are used, so among the borides to be dispersed or / and their composites, It is preferable that 50% or more is TiB 2 . On the other hand, when the volume ratio is less than 50%, the Young's modulus improvement effect may be reduced.

また、上記ホウ化物又は/及びその複合化物に含まれるTiB2の体積率を50%以上とするためには、添加するTi、Bの量を適切に調整することが好ましく、その範囲をTiは4.2〜40.0%、Bは1.8〜18.0%とすることが好ましい。また、TiB2以外のホウ化物の生成を抑制するためには、TiとBの添加量のバランスがとれていることが必要であり、特にBがTiの添加量と比較して過剰添加でないことが好ましい。すなわち、TiとBの配合比が原子数比で1:2(質量比でTi/B=2.215)に近くなるようにすることが好ましい。これにより、TiB2の比率を高めることができる。 Moreover, in order to make the volume fraction of TiB 2 contained in the boride or / and the composite thereof 50% or more, it is preferable to appropriately adjust the amount of Ti and B to be added, and the range of Ti is It is preferable that the content is 4.2 to 40.0% and B is 1.8 to 18.0%. In addition, in order to suppress the formation of borides other than TiB 2 , it is necessary to balance the addition amounts of Ti and B, and in particular, B is not excessively added compared to the addition amount of Ti. Is preferred. That is, it is preferable that the compounding ratio of Ti and B is close to 1: 2 in terms of the number of atoms (Ti / B = 2.215 in terms of mass ratio). Thereby, the ratio of TiB 2 can be increased.

上記製造方法に用いる上記肉盛溶接用原料は、溶接することによって上記高剛性鋼となり得る粉末原料又は該粉末原料を所定形状に固めた原料よりなることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記肉盛溶接用原料の均一性を十分に確保することができるため、溶接することによって得られる高剛性鋼よりなる上記肉盛溶接部の品質安定化を図る、つまりヤング率のばらつきを低減することができる。
また、上記肉盛溶接用原料として、1又は複数種類の粉末を混合したものを使用することにより、上記肉盛溶接部の成分調整が容易となる。また、従来の溶製法等に比べて製造コストを大幅に低減することができる。
It is preferable that the material for overlay welding used in the manufacturing method is composed of a powder material that can become the high-rigidity steel by welding or a material obtained by solidifying the powder material into a predetermined shape ( Claim 3 ).
In this case, the uniformity of the material for overlay welding can be sufficiently ensured, so that the quality of the overlay weld made of high-rigidity steel obtained by welding is stabilized, that is, Young's modulus. Can be reduced.
Moreover, the component adjustment of the said build-up welding part becomes easy by using what mixed 1 or multiple types of powder as said raw material for build-up welding. Further, the manufacturing cost can be greatly reduced as compared with the conventional melting method.

上記肉盛溶接原料として粉末原料を用いる場合には、粉末ができるだけ均一となるように混合することが好ましい。混合が十分でなく不均一な場合には、溶接後の性能が場所によって不均一となる可能性があるので、注意が必要である。
また、粉末原料の混合方法としては、特に制約はなく、V型混合機、ボールミル、振動ミル等を用いることができる。
When using a powder raw material as the build-up welding raw material, it is preferable to mix so that the powder is as uniform as possible. Care should be taken when mixing is not sufficient and uneven, as post-weld performance may be uneven depending on location.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a mixing method of a powder raw material, A V-type mixer, a ball mill, a vibration mill, etc. can be used.

上記肉盛溶接原料として粉末原料を所定形状に固めた原料、例えば粉末原料を棒状に圧粉成形して焼結した溶接棒を用いる場合には、圧延、引抜等によって狙いとする寸法形状に加工することが好ましい。
なお、粉末原料を焼結して溶接棒を作製する場合、焼結工程では、焼結中に雰囲気ガスと原料粉末とが反応することによる酸化物の生成を抑制する必要がある。また、酸化物が生成しても、その生成量が使用上問題となるレベル以下に抑えることが必要である。
When a raw material obtained by solidifying a powder raw material into a predetermined shape as the above-described overlay welding raw material, for example, a welding rod obtained by compacting and sintering a powder raw material into a rod shape, is processed into a target size and shape by rolling, drawing, etc. It is preferable to do.
In addition, when sintering a powder raw material and producing a welding rod, in a sintering process, it is necessary to suppress the production | generation of the oxide by atmospheric gas and raw material powder reacting during sintering. Moreover, even if an oxide is generated, it is necessary to suppress the generation amount to a level that causes a problem in use.

上記粉末原料としては、狙いとする成分に調整されたアトマイズ粉末、それ以外にもホウ化物原料とそれ以外の原料とを混合した混合粉末を用いることができる。
上記ホウ化物原料としては、すでにホウ化物となっている市販の粉末や、4A族元素、5A族元素、6A族元素を含む粉末(フェロアロイ粉末等)とフェロボロン粉末との混合粉末等を用いることができる。これらは、溶接時の凝固する際に起きる反応等により、ホウ化物又はその複合化物を生成する。
上記ホウ化物原料以外の原料としては、4A族元素、5A族元素、6A族元素を含む粉末フェロアロイ粉末や、最終的に目的とする成分に近い成分からなる粉末(例えば、Fe−Crを主体とするのであれば、ステンレス鋼粉末)や、純鉄等の金属粉末等を用いることができる。
As said powder raw material, the atomized powder adjusted to the target component and the mixed powder which mixed the boride raw material and the other raw material besides that can be used.
As the boride raw material, it is possible to use a commercially available powder that has already become a boride, a mixed powder of a powder containing 4A group element, 5A group element, 6A group element (ferroalloy powder or the like) and ferroboron powder, or the like. it can. These produce borides or their composites by the reaction that takes place during solidification during welding.
As raw materials other than the boride raw material, powder ferroalloy powder containing a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element, or a powder composed of a component close to the final target component (for example, mainly Fe-Cr). If so, stainless steel powder) or metal powder such as pure iron can be used.

また、上記粉末原料の粒径は、20〜300μmであることが好ましい。
上記粉末原料の粒径が20μm未満の場合には、溶接時において、粉末原料が粉末供給経路に詰まったり、飛散したりして溶接作業性を極端に低下させるおそれがある。一方、300μmを超える場合には、溶接時に溶融不良を起こしたり、上記肉盛溶接部内のホウ化物が粗大化したりするおそれがある。よって、大粒の粉末原料を使用する場合には、ボールミル、振動ミル、アトライタ等の各種粉砕機で粉砕し、所望の粒度まで調整することが必要である。
Moreover, it is preferable that the particle size of the said powder raw material is 20-300 micrometers.
When the particle size of the powder raw material is less than 20 μm, the powder raw material may be clogged or scattered in the powder supply path at the time of welding, and welding workability may be extremely reduced. On the other hand, when it exceeds 300 μm, there is a risk of causing poor melting at the time of welding or coarsening of the boride in the build-up weld. Therefore, when a large powder raw material is used, it is necessary to pulverize it with various pulverizers such as a ball mill, a vibration mill, an attritor, etc. to adjust to a desired particle size.

また、上記溶接は、粉体プラズマ溶接、粉体レーザー溶接、TIG溶接、アーク溶接のいずれかの方法を用いて行うことが好ましい(請求項4)。
例えば、上記肉盛溶接用原料として粉末原料を用いた場合には、粉体プラズマ溶接や粉体レーザー溶接を用いて行うことが好ましい。また、上記肉盛溶接用原料として粉末原料を圧粉成形又は焼結した溶接棒を用いた場合には、TIG溶接やアーク溶接を用いて行うことが好ましい。これにより、肉盛溶接を容易に行うことができる。
Further, the welding, the powder plasma welding, powder laser welding, TIG welding, is preferably carried out using any of the methods of arc welding (claim 4).
For example, when a powder raw material is used as the material for overlay welding, it is preferable to use powder plasma welding or powder laser welding. Moreover, when using the welding rod which compacted or sintered the powder raw material as the said material for overlay welding, it is preferable to carry out using TIG welding or arc welding. Thereby, overlay welding can be performed easily.

また、上記溶接方法は、最終的に得ようとする部品の形状や大きさ等によって、適宜選定すればよい。
また、溶接時には、大気との接触及び酸化物の生成を防止することができる溶接方法及び溶接条件とすることが好ましい。また、溶接条件(例えば、電流、溶接速度等)は、使用する上記肉盛溶接用原料や溶接手法によって異なり、欠陥(溶融不良等)を起こさない条件を選定することが好ましい。
The welding method may be appropriately selected depending on the shape and size of the part to be finally obtained.
Moreover, it is preferable to set it as the welding method and welding conditions which can prevent the contact with air | atmosphere and the production | generation of an oxide at the time of welding. In addition, the welding conditions (for example, current, welding speed, etc.) vary depending on the above-described overlay welding raw material and welding technique to be used, and it is preferable to select conditions that do not cause defects (such as poor melting).

また、溶接時における予熱は、特に制約はないが、溶接性を良くするために、300〜500℃程度にすることが好ましい。
また、溶接時における後熱は、溶接後の欠陥生成防止のために重要であり、400〜500℃程度に再加熱した後に徐冷することが好ましい。ただし、後熱によって部品性能が変化するものは、後熱温度を下げたり、ピーニングをすることにより残留応力を除去したりする等の必要がある。また、溶接後に調質処理等によって変態点以上の温度に加熱する部品は、後熱を省略しても問題ない。
The preheating at the time of welding is not particularly limited, but is preferably about 300 to 500 ° C. in order to improve the weldability.
Moreover, the post-heating at the time of welding is important for preventing the generation of defects after welding, and it is preferable to gradually cool after reheating to about 400 to 500 ° C. However, if the component performance changes due to post-heating, it is necessary to lower the post-heating temperature or to remove residual stress by peening. In addition, there is no problem even if the post-heating is omitted for parts that are heated to a temperature equal to or higher than the transformation point by tempering after welding.

また、肉盛溶接によって形成した上記肉盛溶接部から上記基材を除去する方法としては、ワイヤカット、砥石やバンドソーによる切断加工、研削加工等の方法を用いることができる。
また、上記基材を除去した後、上記肉盛溶接部に対して所望の形状となるように切削等の加工を施してもよい。また、切削等の加工を必要としない場合には、そのような加工を行わなくてもよい。
Moreover, as a method of removing the said base material from the said build-up welding part formed by build-up welding, methods, such as a wire cut, the cutting process by a grindstone, a band saw, and a grinding process, can be used.
Moreover, after removing the said base material, you may perform processes, such as cutting, so that it may become a desired shape with respect to the said build-up welding part. In addition, when processing such as cutting is not required, such processing may not be performed.

また、上記機械構造用部品は、例えば、音響用スピーカーの振動板、試験評価用設備の治具、プッシュロッドやコンロッド等の自動車部品等に適用することができる。特に、比較的小物で高剛性が要求される部品に適している。   The mechanical structural component can be applied to, for example, a diaphragm for an acoustic speaker, a jig for a test evaluation facility, an automobile component such as a push rod or a connecting rod. It is particularly suitable for parts that are relatively small and require high rigidity.

本発明の実施例にかかる機械構造用部品及びその製造方法について説明する。
本例では、表1に示すごとく、肉盛溶接用原料としての16種類の溶接材(溶接材a〜p)を用意し、本発明の機械構造用部品における実施例としての供試材(実施例E1〜E14)、比較例としての供試材(比較例C1、C2)を作製し、ヤング率、溶接性、加工性を評価する試験を行った。
A machine structural component and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described.
In this example, as shown in Table 1, 16 kinds of welding materials (welding materials a to p) as raw materials for build-up welding were prepared, and test materials (examples) as examples in the machine structural parts of the present invention were prepared. Examples E1 to E14) and test materials as comparative examples (Comparative Examples C1 and C2) were prepared, and tests for evaluating Young's modulus, weldability, and workability were performed.

具体的には、まず、図1(a)に示すごとく、基材2の表面20に各種溶接材を用いて所定の条件で肉盛溶接を行い、肉盛溶接部11を形成した。
その後、図1(b)に示すごとく、ワイヤカットにより肉盛溶接部11から基材2を除去し、肉盛溶接部11のみにより構成された機械構造用部品の供試材1(実施例E1〜E14、比較例C1、C2)を作製した。
Specifically, first, as shown in FIG. 1A, overlay welding was performed on the surface 20 of the base material 2 under various conditions using various welding materials to form the overlay weld 11.
Then, as shown in FIG.1 (b), the base material 2 is removed from the build-up welding part 11 by wire cutting, and the test material 1 of the machine structural component comprised only by the build-up welding part 11 (Example E1) To E14, Comparative Examples C1 and C2).

なお、本例では、基材としては、15×100×130mmのSKD61相当(Fe−5%Cr)を用いた。
また、溶接材の材料としては、粒径40〜70μmの二ホウ化チタン(TiB2)、粒径50〜150μmのフェロボロン(Fe−20%B)、粒径50〜150μmのフェロチタン(Fe−40%Ti)、粒径40〜100μmのチタン(Ti)、粒径50〜150μmの鉄基材(Fe−3%Cr−0.4%Mo)、粒径1.0〜1.5μmのホウ化タンタル(TaB2)、粒径50〜150μmのフェロクロム(Fe−70%Cr)、粒径50〜150μmのフェロモリブデン(Fe−70%Mo)、粒径50〜150μmのフェロニオブ(Fe−70%Nb)、粒径50〜150μmのフェロバナジウム(Fe−80%V)の各粉末を、肉盛溶接部のホウ化体積率等が所定の値となるように混合した混合粉末を用いた。
In this example, SKD61 equivalent (Fe-5% Cr) of 15 × 100 × 130 mm was used as the base material.
Moreover, as a material of the welding material, titanium diboride (TiB 2 ) having a particle diameter of 40 to 70 μm, ferroboron (Fe-20% B) having a particle diameter of 50 to 150 μm, ferrotitanium (Fe—) having a particle diameter of 50 to 150 μm. 40% Ti), titanium (Ti) with a particle size of 40-100 μm, iron base material (Fe-3% Cr-0.4% Mo) with a particle size of 50-150 μm, boron with a particle size of 1.0-1.5 μm Tantalum fluoride (TaB 2 ), ferrochromium (Fe-70% Cr) having a particle size of 50 to 150 μm, ferromolybdenum (Fe-70% Mo) having a particle size of 50 to 150 μm, ferroniobium (Fe-70%) having a particle size of 50 to 150 μm Nb) and a mixed powder obtained by mixing ferrovanadium (Fe-80% V) powder having a particle diameter of 50 to 150 μm so that the volume fraction of boride in the built-up welded portion has a predetermined value.

また、溶接材の形態としては、上記混合粉末又はこれを棒状に圧粉成形して焼結してなる溶接棒を用いた。
また、溶接方法としては、粉体プラズマ溶接を用いた。溶接条件は、溶接電流:180A、プラズマガス:3L/min、シールドガス:15L/min、キャリアガス:5L/min、供給量:25g/min、溶接速度:80mm/min、ウィービング幅:12mm、パス数:10パス、予熱:なし、後熱:なし、とした。
Moreover, as a form of the welding material, the above-mentioned mixed powder or a welding rod formed by compacting this powder into a rod shape and sintering it was used.
As a welding method, powder plasma welding was used. The welding conditions are: welding current: 180 A, plasma gas: 3 L / min, shield gas: 15 L / min, carrier gas: 5 L / min, supply amount: 25 g / min, welding speed: 80 mm / min, weaving width: 12 mm, pass Number: 10 passes, preheating: none, afterheating: none.

次に、各種溶接材(溶接材a〜p)を用いて肉盛溶接により形成された肉盛溶接部の特性について、表1に示す。
ホウ化物の種類の判定は、EPMA分析装置を用いて行った。
ホウ化物の体積率は、肉盛溶接部における任意に選択した面積が1mm2の視野を対象に、画像解析装置を用いて面積率(=体積率)を測定するという手順により求めた。なお、表中には、ホウ化物の体積率が本発明の範囲(10〜70%)から外れているものを×印として示した。
ホウ化物及びその複合化物に占めるTiB2の比率は、色調判別によりTiB2と判断できた粒子の面積率(=体積率)を画像解析装置で測定することにより求めた。
Next, it shows in Table 1 about the characteristic of the overlay welding part formed by overlay welding using various welding materials (welding material ap).
The type of boride was determined using an EPMA analyzer.
The volume ratio of the boride was determined by the procedure of measuring the area ratio (= volume ratio) using an image analysis device for a field of view with an arbitrarily selected area of 1 mm 2 in the overlay weld. In the table, those in which the volume fraction of the boride is out of the range (10 to 70%) of the present invention are shown as x marks.
The ratio of TiB 2 to the boride and its composite was determined by measuring the area ratio (= volume ratio) of particles that could be determined to be TiB 2 by color tone discrimination with an image analyzer.

Figure 0005446290
Figure 0005446290

次に、表1に示す供試材(実施例E1〜E14、比較例C1、C2)について、各試験及びその評価を行った。
ヤング率は、供試材より10×10×10mmの立方体試験片を切り出し、水晶振動子を用いた複合振動子法により測定した。水晶振動子の共振周波数は、110.25KHzとした。測定方向は、肉盛溶接部の厚み方向(除去した基材の表面に対して垂直な方向)である。そして、一般的な鋼のヤング率に対するヤング率向上効果が10%以下と判断することができるヤング率230GPa以下となる場合には、基準を満たさないものとした。
Next, each test and its evaluation were performed on the test materials shown in Table 1 (Examples E1 to E14, Comparative Examples C1 and C2).
The Young's modulus was measured by a composite vibrator method using a crystal resonator by cutting a 10 × 10 × 10 mm cubic test piece from the specimen. The resonance frequency of the crystal resonator was 110.25 KHz. The measurement direction is the thickness direction of the build-up weld (the direction perpendicular to the surface of the removed base material). And when the Young's modulus improvement effect with respect to the Young's modulus of a general steel is determined to be 10% or less and the Young's modulus is 230 GPa or less, the standard was not satisfied.

溶接性は、供試材の内部に溶融不良や30μm以上の連続するブローホールがなければ、基準を満たすものとした。
加工性は、供試材についてエンドミルによる切削試験を行い、刃具磨耗量が所定量(0.3mm)以下であれば、基準を満たすものとした。
The weldability satisfies the standard if there is no melting failure or continuous blowhole of 30 μm or more in the specimen.
For the workability, a cutting test using an end mill was performed on the specimen, and the criterion was satisfied if the amount of blade wear was a predetermined amount (0.3 mm) or less.

そして、表1に示すごとく、ヤング率の評価については、基準を満たさないものを×印として示した。また、溶接性及び加工性の評価については、基準を十分に満たしているものを◎印、基準を満たしているものを○印、基準を満たしていないものを×印として示した。   And as shown in Table 1, about evaluation of Young's modulus, what did not meet a standard was shown as x mark. In addition, regarding the evaluation of weldability and workability, those that sufficiently satisfy the standard are indicated by ◎, those that satisfy the standard are indicated by ○, and those that do not satisfy the standard are indicated by ×.

次に、本発明の実施例としての供試材(実施例E1〜E14)における作用効果について、比較例としての供試材(比較例C1、C2)と比較して説明する。
表2の結果からわかるように、本発明の実施例E1〜E14は、ホウ化物又は/及びその複合化物を上記特定の範囲の体積率(10〜70%)で分散させた高剛性鋼よりなる肉盛溶接部のみにより構成されている。それ故、ヤング率は高い値を示している。そして、ヤング率、溶接性及び加工性がすべて基準を満たしている。
Next, the effect in the test material (Examples E1-E14) as an Example of this invention is demonstrated compared with the test material (Comparative Examples C1 and C2) as a comparative example.
As can be seen from the results in Table 2, Examples E1 to E14 of the present invention are made of high-rigidity steel in which borides and / or composites thereof are dispersed at a volume ratio (10 to 70%) in the above specific range. It is comprised only by the overlay welding part. Therefore, the Young's modulus shows a high value. And Young's modulus, weldability, and workability all satisfy the standards.

一方、比較例C1は、肉盛溶接部におけるホウ化物の体積率が低いため、ヤング率について基準を満たさなかった。すなわち、部品全体の高剛性化を図るという本発明の効果を十分に得ることができなかった。
また、比較例C2は、肉盛溶接部におけるホウ化物の体積率が高いため、高いヤング率が得られるが、溶接性及び加工性について基準を満たさなかった。
On the other hand, Comparative Example C1 did not satisfy the criteria for Young's modulus because the volume fraction of boride in the overlay weld was low. That is, the effect of the present invention to increase the rigidity of the entire part could not be obtained sufficiently.
In addition, Comparative Example C2 has a high Young's modulus because of the high volume fraction of boride in the weld overlay, but did not satisfy the standards for weldability and workability.

このように、本発明の機械構造用部品は、基材の表面に肉盛溶接部を肉盛溶接により形成した後に基材を除去することで、ホウ化物又は/及びその複合化物を上記特定の範囲の体積率で分散させた高剛性鋼よりなる肉盛溶接部のみにより構成することができる。すなわち、簡易な方法により、全体をヤング率の高い高剛性鋼で構成することができる。これにより、部品全体の高剛性化を容易かつ効果的に図ることができる。また、溶接性、加工性等の特性についても、十分に確保することができる。   Thus, the machine structural component of the present invention removes the base material after forming the build-up welded portion on the surface of the base material by build-up welding, whereby the boride or / and the composite thereof are identified as described above. It can comprise only the build-up welding part which consists of high-rigidity steel disperse | distributed with the volume ratio of the range. That is, the whole can be made of high-rigidity steel having a high Young's modulus by a simple method. Thereby, the high rigidity of the whole component can be achieved easily and effectively. Moreover, sufficient characteristics such as weldability and workability can be secured.

1 機械構造用部品
11 肉盛溶接部
2 基材
20 表面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine structural component 11 Overlay welding part 2 Base material 20 Surface

Claims (4)

基材を準備し、  Prepare the substrate,
該基材の表面に肉盛溶接用原料を供給して溶接することにより、純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相中に、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を体積率で10〜70%分散させた高剛性鋼よりなる肉盛溶接部を形成し、  1 is selected from a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe in a matrix phase made of pure iron or an iron alloy by supplying and welding a raw material for overlay welding to the surface of the substrate. Forming a built-up weld made of high-rigidity steel in which boride containing elements of more than seeds and / or composites thereof is dispersed by 10 to 70% by volume,
その後、上記基材を除去して上記肉盛溶接部のみとすることを特徴とする機械構造用部品の製造方法。  Then, the said base material is removed and it is only the said overlay welding part, The manufacturing method of the components for machine structures characterized by the above-mentioned.
請求項1において、上記肉盛溶接部は、質量%で、Ti:4.2〜40.0%、B:1.8〜18.0%を含有し、かつ、上記ホウ化物又は/及びその複合化物は、TiB  In Claim 1, the said build-up weld part contains Ti: 4.2-40.0%, B: 1.8-18.0% by the mass%, and the said boride or / and its The composite is TiB 22 が体積率で50%以上を占めることを特徴とする機械構造用部品の製造方法。Occupies 50% or more by volume ratio, a method for manufacturing a machine structural component. 請求項1又は2において、上記肉盛溶接用原料は、溶接することによって上記高剛性鋼となり得る粉末原料又は該粉末原料を所定形状に固めた原料よりなることを特徴とする機械構造用部品の製造方法。  3. The machine structural component according to claim 1, wherein the material for overlay welding is made of a powder material that can be made into the high-rigidity steel by welding or a material obtained by solidifying the powder material into a predetermined shape. Production method. 請求項1〜3のいずれか1項において、上記溶接は、粉体プラズマ溶接、粉体レーザー溶接、TIG溶接、アーク溶接のいずれかの方法を用いることを特徴とする機械構造用部品の製造方法。  The method for manufacturing a machine structural component according to any one of claims 1 to 3, wherein the welding uses any one of powder plasma welding, powder laser welding, TIG welding, and arc welding. .
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