JP6804143B2 - 耐土砂摩耗部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は耐土砂摩耗部品およびその製造方法に関するものである。

油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダなど、土砂の存在する環境下で稼働する作業機械を構成する部品として、ツース、リッパなどの耐土砂摩耗部品が用いられる。耐土砂摩耗部品において特に高い耐土砂摩耗性が要求される領域には、肉盛層が形成される場合がある。肉盛層としては、たとえば鋼からなる母相中に硬質粒子が分散したものを採用することができる。肉盛層は、たとえば肉盛溶接により形成することができる。また、硬質粒子を構成する材料としては、たとえば炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を採用することができる（たとえば、特許文献１〜４参照）。硬質粒子を構成する材料として上記超硬合金を採用することにより、高い硬度を有するＷＣが肉盛層に含まれるだけでなく、母相中にタングステン（Ｗ）および炭素（Ｃ）が溶出し、母相の硬度が上昇する。その結果、高い耐土砂摩耗性を有する肉盛層を形成することができる。

特開平８−４７７７４号公報 特開２００７−２６８５５２号公報 特開２００８−７６２号公報 特開２００８−７６３号公報

しかしながら、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用した肉盛層を有する部品であっても、十分な耐土砂摩耗性が得られない場合がある。

本発明の目的は、耐土砂摩耗性に優れた耐土砂摩耗部品を提供することである。

本発明に従った耐土砂摩耗部品は、ベース部と、ベース部の表面の一部である被覆領域を覆うようにベース部に接触して配置される第１肉盛層と、第１肉盛層上に配置される第２肉盛層と、を備える。第１肉盛層および第２肉盛層のそれぞれは、鉄または鋼からなる母相と、母相中に分散し、サーメットからなる硬質粒子と、を含む。

本願において、サーメットとは、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）およびＴｉＣＮ（炭窒化チタン）からなる群から選択される１以上のセラミック粒子が金属をバインダーとして焼結された複合材料であって、当該セラミック粒子が５０質量％以上であるものを意味する。なお、ＷＣ粒子が金属をバインダーとして焼結された複合材料であって、ＷＣ粒子が５０質量％以上であるものは、本願においてサーメットに含まない。本願において、超硬合金とは、ＷＣ粒子が金属をバインダーとして焼結された複合材料であって、ＷＣ粒子が５０質量％以上であるものを意味する。

本発明者らは、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用した肉盛層を形成しても十分な耐土砂摩耗性が得られない場合に、耐土砂摩耗性を向上させる方策について検討を行った。その結果、以下のような知見が得られ、本発明に想到した。

硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用した肉盛層を形成しても十分な耐土砂摩耗性が得られない場合、たとえば肉盛溶接によって肉盛層を複数層積層することにより、肉盛層の厚みを大きくする対策が考えられる。しかし、このような対策では、耐土砂摩耗性は向上しない。これは以下のような理由によるものと考えられる。

硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用した場合、上述のように母相中に構成元素が溶出しやすく、母相の硬度が上昇する。そのため、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用した母相は高硬度であるものの、脆い。特に、肉盛溶接により複数層の肉盛層を積層して形成する場合、下層側の肉盛層と上層側の肉盛層との境界領域は、上層側の肉盛層の形成時に再度加熱される。そのため、ＷおよびＣの母相への溶出量が多くなり、母相はより硬度が高くなる一方で、一層脆化する。

また、ＷおよびＣが母相へと溶出するため、硬質粒子の硬度が低下する。たとえば、本来１５００ＨＶ〜２０００ＨＶ程度の硬度を有する超硬合金からなる硬質粒子の硬度が１０００ＨＶ程度にまで低下する。そのため、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用して複数層の肉盛層を形成する場合、母相の硬度が上昇する一方で、母相が脆化するとともに硬質粒子の硬度が低下する。その結果、硬度の高い母相の耐土砂摩耗性への寄与は大きくなると考えられるものの、耐土砂摩耗部品の使用時において肉盛層が欠ける等の現象が起こりやすくなる。また、硬度が低下することにより、硬質粒子の耐土砂摩耗性への寄与は小さくなる。さらに、ＷおよびＣの母相への溶出に起因して、肉盛層の形成時に肉盛層に亀裂が生じる場合もある。このように、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用して複数層の肉盛層を形成しても、耐土砂摩耗性が向上しない。

これに対し、本発明の耐土砂摩耗部品においては、肉盛層が複数積層されるとともに（第１肉盛層および第２肉盛層）、硬質粒子を構成する材料としてサーメットが採用される。硬質粒子を構成する材料としてサーメットを採用した場合、肉盛層内に硬質のサーメット粒が分散する一方で、超硬合金を採用した場合に比べて母相への構成元素の溶出量が低減される。そのため、硬質粒子を構成する材料としてサーメットを採用した肉盛層の母相は、超硬合金を採用した肉盛層の母相に比べて硬度は小さいものの、靱性に優れる。

また、構成元素（Ｔｉ、ＣおよびＮ）の母相への溶出が少ないため、硬質粒子の硬度の低下が小さい。たとえば、本来１５００ＨＶ〜２０００ＨＶ程度の硬度を有するサーメットからなる硬質粒子の硬度は、１５００ＨＶ程度を維持する。そのため、硬質粒子を構成する材料としてサーメットを採用して複数層の肉盛層を形成する場合、母相の硬度の上昇は小さい一方で、母相が靭性に優れるとともに硬質粒子の硬度の低下が抑制される。その結果、母相の耐土砂摩耗性への寄与は大きく上昇しないものの、耐土砂摩耗部品の使用時において肉盛層が欠ける等の現象が抑制される。また、硬度の低下が抑制されることにより、硬質粒子の耐土砂摩耗性への寄与は大きくなる。さらに、構成元素の母相への溶出に起因する肉盛層の形成時における肉盛層の亀裂も抑制される。このように、硬質粒子を構成する材料としてサーメットを採用して複数層の肉盛層を形成することにより、耐土砂摩耗性を向上させることができる。また、上記母相の脆化が抑制されることで、肉盛層の積層数を増加させて耐土砂摩耗性のさらなる向上を図ることも容易となる。

以上のように、本発明の耐土砂摩耗部品によれば、耐土砂摩耗性に優れた耐土砂摩耗部品を提供することができる。

上記耐土砂摩耗部品においては、第１肉盛層と第２肉盛層との界面を含む領域において、母相のビッカース硬度は、硬質粒子のビッカース硬度の１／２以下であってもよい。母相のビッカース硬度を硬質粒子の１／２以下にまで抑制することにより、母相の靭性を一層向上させることができる。

上記耐土砂摩耗部品において上記土砂摩耗部品はツースであってもよい。上記被覆領域は、ベース部においてツースの先端部に対応する領域に位置していてもよい。

ツースは、油圧ショベルなどのバケットに取り付けられ、土砂に対して進入する耐土砂摩耗部品である。そして、その先端部は極めて厳しい耐土砂摩耗環境下において使用される。本願の耐土砂摩耗部品をツースに適用することにより、耐土砂摩耗性に優れたツースを提供することができる。

本発明に従った耐土砂摩耗部品の製造方法は、ベース部を準備する工程と、ベース部の表面の一部である被覆領域を覆うように第１肉盛層を形成する工程と、第１肉盛層上に第２肉盛層を形成する工程と、を備える。第１肉盛層を形成する工程および第２肉盛層を形成する工程では、鉄または鋼からなる母相と、母相中に分散し、サーメットからなる硬質粒子とを含む第１肉盛層および第２肉盛層が肉盛溶接によって形成される。

本発明の耐土砂摩耗部品の製造方法においては、硬質粒子を構成する材料としてサーメットが採用され、肉盛溶接によって肉盛層が複数積層して形成される。これにより、硬質のサーメット粒が分散するとともに、靱性に優れる肉盛層が複数積層して形成される。その結果、耐土砂摩耗性に優れる耐土砂摩耗部品を製造することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の耐土砂摩耗部品によれば、耐土砂摩耗性に優れた耐土砂摩耗部品を提供することができる。

油圧ショベルのバケットの構造を示す概略斜視図である。 ツースの構造を示す概略平面図である。 図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。 ツースの先端付近を拡大して示す概略断面図である。 ツースの製造工程の概略を示すフローチャートである。 肉盛層の形成方法を説明するための概略断面図である。 サーメット粒を含む肉盛層を３層積層して形成した試験片の外観を示す写真である。 サーメット粒を含む肉盛層を３層積層して形成した試験片の断面を示す写真である。 ３層積層して形成されたサーメット粒を含む肉盛層の厚み方向における硬度分布を示す図である。 超硬合金粒を含む肉盛層を３層積層して形成した試験片の外観を示す写真である。 ３層積層して形成された超硬合金粒を含む肉盛層の厚み方向における硬度分布を示す図である。 サーメット粒およびその周辺の母相の光学顕微鏡写真および当該光学顕微鏡写真の視野に対応する領域の硬度分布を表す図である。 超硬合金粒およびその周辺の母相の光学顕微鏡写真および当該光学顕微鏡写真の視野に対応する領域の硬度分布を表す図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

油圧ショベルのバケットのツースを例に、本実施の形態の耐土砂摩耗部品について説明する。図１は、油圧ショベルのバケットの構造を示す概略斜視図である。図２は、ツースの構造を示す概略平面図である。図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。

図１を参照して、バケット１は、油圧ショベルのアーム（図示しない）の先端に装着され、土砂を掘削する。バケット１は、板状部材から構成され、開口を有する本体１０と、本体１０の開口外周部１２の掘削側からその一部が突出するように配置される複数の（本実施の形態においては４つの）アダプタ４０と、アダプタ４０のそれぞれに取り付けられ、開口外周部１２の掘削側から突出する複数の（本実施の形態においては４つの）ツース２０と、本体１０の、ツース２０が取り付けられる側とは反対側に配置された装着部３０とを備えている。

アダプタ４０は、たとえば溶接により開口外周部１２の掘削側に取り付けられている。ツース２０は、アダプタ４０の突出部に被せるように取り付けられ、ピン４２により固定されている。アダプタ４０には突出方向に垂直な方向であって開口外周部に沿う方向に延在する貫通孔４１が形成されている。また、ツース２０において、アダプタ４０の貫通孔４１に対応する領域には、貫通孔２９が形成されている。そして、貫通孔４１および貫通孔２９を貫通するようにピン４２が挿入されることにより、ツース２０がアダプタ４０に対して固定される。

バケット１は、装着部３０において油圧ショベルのアームに支持される。掘削時には、バケット１は、ツース２０から土砂へと進入する。そのため、ツース２０には、高い耐土砂摩耗性が要求される。ツース２０は、土砂に接触する用途に使用される機械部品である耐土砂摩耗部品である。

図２および図３を参照して、ツース２０は、先端２１と、基端２２とを含む。ツース２０の基端２２側には、凹部２３が形成されている。凹部２３にアダプタ４０の突出部が挿入された状態でツース２０はアダプタ４０に対して固定される。これにより、先端２１側がバケット１の開口外周部１２から突出する。バケット１は、ツース２０の先端２１側から土砂へと進入する。そのため、ツース２０の先端２１側には、特に高い耐土砂摩耗性が要求される。

ツース２０は、ベース部２５と、肉盛層２７とを含む。ベース部２５は、鋼または鋳鉄からなり、楔形の形状を有する。ベース部２５の先端部には、被覆領域としての先端面２５Ａが形成されている。そして、先端面２５Ａ上に、肉盛層２７が形成されている。ベース部２５の表面において先端面２５Ａ以外の領域は、肉盛層２７が形成されない領域である露出領域である。ベース部２５を構成する材料としては、たとえばＪＩＳ規格に規定される機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼（たとえばＳ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５のほか、同等量の炭素を含むＳＭｎ鋼、ＳＣｒ鋼、ＳＣＭ鋼、ＳＮＣＭ鋼など）、工具鋼、鋳鋼などを採用することができる。

次に、肉盛層２７の詳細について、図４を参照して説明する。ベース部２５の先端面２５Ａ上に形成される肉盛層２７は、第１肉盛層２７１と、第２肉盛層２７２と、第３肉盛層２７３とを含む。第１肉盛層２７１は、ベース部２５の先端面２５Ａ上に接触して配置される。第２肉盛層２７２は、第１肉盛層２７１上に接触して配置される。第１肉盛層２７１から見て、第２肉盛層２７２はベース部２５とは反対側に配置される。第３肉盛層２７３は、第２肉盛層２７２上に接触して配置される。第２肉盛層２７２から見て、第３肉盛層２７３は第１肉盛層２７１とは反対側に配置される。第３肉盛層２７３の第２肉盛層２７２とは反対側の領域が、ツース２０の先端２１である。

第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３は、それぞれ鉄または鋼からなる母相９５と、母相９５中に分散するサーメット粒９１（硬質粒子）とを含む。サーメット粒９１は、たとえば使用済みのサーメット製スローアウェイチップを破砕して得られる破砕粒であってもよい。サーメット粒９１の粒径は、たとえば０．２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下とすることができる。

本実施の形態の耐土砂摩耗部品であるツース２０においては、肉盛層２７が複数積層されるとともに（第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３）、硬質粒子としてサーメット粒９１が採用される。硬質粒子としてサーメット粒９１を採用することにより、肉盛層２７内に硬質のサーメット粒９１が分散する一方で、硬質粒子として超硬合金粒を採用する場合に比べて母相９５への構成元素（Ｔｉ、Ｃ、Ｎ）の溶出量が低減される。そのため、硬質粒子としてサーメット粒９１が採用された肉盛層２７の母相９５は、超硬合金粒が採用された肉盛層の母相に比べて硬度は小さいものの、靱性に優れる。

また、構成元素の母相９５への溶出が少ないため、サーメット粒９１の硬度の低下が小さい。具体的には、肉盛層２７内において、サーメット粒９１は１５００ＨＶ程度の硬度を維持する。そのため、硬質粒子としてサーメット粒９１を採用して複数層の肉盛層２７（第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３）を形成する場合、母相９５の硬度の上昇は小さい一方で、母相９５が靭性に優れるとともに硬質粒子であるサーメット粒９１の硬度の低下が抑制される。その結果、母相９５の耐土砂摩耗性への寄与は大きく上昇しないものの、ツース２０の使用時において肉盛層２７が欠ける等の現象が抑制される。また、硬度の低下が抑制されることにより、硬質粒子であるサーメット粒９１の耐土砂摩耗性への寄与は大きくなる。さらに、構成元素の母相への溶出に起因する肉盛層２７の形成時における肉盛層２７の亀裂も抑制される。

このように、本実施の形態のツース２０は、硬質粒子としてサーメット粒９１が採用されて複数層の肉盛層２７（第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３）が形成されることにより、耐土砂摩耗性が向上した耐土砂摩耗部品となっている。また、母相９５の脆化が抑制されることで、肉盛層２７の積層数を増加させて耐土砂摩耗性のさらなる向上を図ることも容易である。さらに、母相９５の硬度上昇が抑制されるため、たとえば母相９５に合金成分を添加することで、母相９５の硬度を所望の硬度に制御することが容易である。母相９５への合金元素の添加は、たとえば後述する肉盛溶接において、溶接ワイヤの成分組成の変更、肉盛溶接時における外部からの合金成分の添加などによって実現することができる。

以上のように、本実施の形態のツース２０は、耐土砂摩耗性に優れた耐土砂摩耗部品となっている。

なお、ツース２０においては、各肉盛層の界面を含む領域（第１肉盛層２７１と第２肉盛層２７２との界面を含む領域、および第２肉盛層２７２と第３肉盛層２７３との界面を含む領域）において、母相９５のビッカース硬度は、サーメット粒９１のビッカース硬度の１／２以下であることが好ましい。母相９５のビッカース硬度をサーメット粒９１の１／２以下にまで抑制することにより、母相９５の靭性を一層向上させることができる。

次に、図２〜図６を参照して、本実施の形態における耐土砂摩耗部品であるツース２０の製造方法について説明する。図５は、ツースの製造方法の概略を示すフローチャートである。図６は、肉盛層の形成方法を説明するための概略断面図である。

図５を参照して、本実施の形態におけるツース２０の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）としてベース部準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図２および図３を参照して、ツース２０のベース部２５が準備される。ベース部２５は、ベース部２５を構成する鋼からなる鋼材に対して鍛造、鋳造、切削などの加工が実施されて成形され、必要に応じて適切な熱処理（たとえば焼入処理おより焼戻処理）が実施されることにより準備される。

次に、工程（Ｓ２０）、（Ｓ３０）および（Ｓ４０）として、第１肉盛層形成工程、第２肉盛層形成工程および第３肉盛層形成工程が順次実施される。工程（Ｓ２０）では、ベース部２５の先端面２５Ａ上に第１肉盛層２７１が肉盛溶接により形成される。工程（Ｓ３０）では、第１肉盛層２７１上に第２肉盛層２７２が肉盛溶接により形成される。工程（Ｓ４０）では、第２肉盛層２７２上に第３肉盛層２７３が肉盛溶接により形成される。

肉盛層２７の形成は、たとえば以下のようにＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接法を利用した肉盛溶接により実施することができる。以下、第１肉盛層２７１の形成について説明するが、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３は第１肉盛層２７１と同様の方法により形成することができる。

まず、肉盛層形成装置について説明する。図６を参照して、肉盛層形成装置は、溶接トーチ７０と、硬質粒子供給ノズル８０とを備えている。溶接トーチ７０は、中空円筒形状を有する溶接ノズル７１と、溶接ノズル７１の内部に配置され、電源（図示しない）に接続されたコンタクトチップ７２とを含む。コンタクトチップ７２に接触しつつ、溶接ワイヤ７３が溶接ノズル７１の先端側へと連続的に供給される。溶接ワイヤとしては、たとえばＪＩＳ規格ＹＧＷ１２を採用することができる。溶接ノズル７１とコンタクトチップ７２との隙間は、シールドガスの流路となっている。当該流路を流れるシールドガスは、溶接ノズル７１の先端から吐出される。硬質粒子供給ノズル８０は、中空円筒状の形状を有している。硬質粒子供給ノズル８０内にはサーメット粒９１が供給され、硬質粒子供給ノズル８０の先端からサーメット粒９１が吐出される。

上記肉盛層形成装置を用いて肉盛層２７（第１肉盛層２７１）を以下の手順で形成することができる。ベース部２５を一方の電極とし、溶接ワイヤ７３を他方の電極としてベース部２５と溶接ワイヤ７３との間に電圧を印加すると、溶接ワイヤ７３とベース部２５との間にアーク７４が形成される。アーク７４は、溶接ノズル７１の先端から矢印βに沿って吐出されるシールドガスによって、周囲の空気から遮断される。シールドガスとしては、たとえばアルゴンを採用することができる。アーク７４の熱により、ベース部２５の一部および溶接ワイヤ７３の先端が溶融する。溶接ワイヤ７３の先端が溶融して形成された液滴は、ベース部２５の溶融した領域へと移行する。これにより、溶融したベース部２５と溶接ワイヤ７３とが混ざり合った液体領域である溶融池９２が形成される。溶融池９２には、硬質粒子供給ノズル８０から吐出されたサーメット粒９１が供給される。

肉盛溶接装置を構成する溶接トーチ７０および硬質粒子供給ノズル８０がベース部２５に対して矢印αの向きに相対的に移動すると、溶融池９２が形成される位置が順次移動し、先に形成された溶融池９２は凝固して、第１肉盛層２７１となる。第１肉盛層２７１は、溶融池９２が凝固して形成された母相９５と、母相９５中に分散するサーメット粒９１とを含む。以上の手順により、ベース部２５の表面の被覆領域である先端面２５Ａを覆う第１肉盛層２７１が形成される。第１肉盛層２７１が形成されなかったベース部２５の表面は、露出領域２５Ｂとなる。なお、肉盛溶接は、たとえば溶接電流２５０Ａ、溶接電圧２６．５Ｖ、硬質粒子の供給量８０ｇ／ｍiｎ、溶接速度２．０ｍｍ／ｓｅｃの条件で実施することができる。

このようにして第１肉盛層２７１を形成した後、同様の手順にて第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３を積層して形成することにより、本実施の形態のツース２０は完成する。第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３の形成完了後、焼入などの熱処理が実施されてもよい。

上記実施の形態において説明した肉盛層形成装置と同様の装置を用いて第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３を積層して形成し、特性を調査する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。

基材としてＳＳ４００（軟鋼）のプレートを準備し、当該プレート上に第１肉盛層２７１、第２肉盛層２７２および第３肉盛層２７３を積層して形成した。溶接ワイヤ７３としては、ＪＩＳ規格ＹＧＷ１２（直径１．２ｍｍ）を採用した。硬質粒子としては、サーメット粒９１（サーメットチップ廃材の破砕品、粒径０．７１〜２．３６ｍｍ）を採用した。また、溶接電流は２２５Ａ、溶接電圧は２６Ｖ、シールドガスはアルゴン（Ａｒ）、サーメット粒の供給量は８０ｇ／ｍiｎとした。また、溶接速度は、３．８ｍｍ／ｓｅｃ、２．９ｍｍ／ｓｅｃおよび２．３ｍｍ／ｓｅｃの３水準とした。これらの溶接速度は、それぞれ１５．４ｋＪ／ｃｍ、２０．２ｋＪ／ｃｍ、２５．４ｋＪ／ｃｍの入熱量に対応する。そして、得られたサンプルの外観および断面を観察し、クラックの有無等を調査した。さらに、肉盛層の積層方向（厚み方向）における硬度分布を調査した。また、比較のため、サーメット粒９１に代えて超硬合金粒を採用したもの（溶接速度：２．３ｍｍ／ｓｅｃ）についても、サンプルを作製し、同様に外観および硬度分布を調査した。さらに、溶接速度：２．３ｍｍ／ｓｅｃの場合について、硬質粒子およびその周辺の母相の硬度を測定した。

図７は、硬質粒子としてサーメット粒９１を採用した場合の肉盛層の外観を示す写真である。また、図８は硬質粒子としてサーメット粒９１を採用した場合の肉盛層の厚み方向に沿う断面を示す写真である。図７および図８を参照して、溶接速度によらず、硬質粒子としてサーメット粒９１を採用した場合、三層の肉盛層を形成した場合でも、亀裂の発生等は確認されず、良好な肉盛層が形成可能であることが確認される。

図９は、肉盛層の厚み方向における硬度分布を示す図である。図９において、横軸はベース部と肉盛層との界面からの距離を、肉盛層側を正の値として示している。図９において、縦軸はビッカース硬度を示している。

図９を参照して、ベースラインを構成する領域（破線で囲まれた領域）が母相の硬度に相当する。図９から明らかなように、硬質粒子としてサーメット粒９１を採用した場合の母相の硬さは、５００ＨＶ程度となっている。一方、図９において硬度の高い領域が、硬質粒子であるサーメット粒の硬度に対応する。図９から明らかなように、サーメット粒の硬度は１５００ＨＶ程度、あるいはそれ以上を維持している。また、母相のビッカース硬度は、硬質粒子（サーメット粒）のビッカース硬度の１／２以下となっている。

図１０は、硬質粒子として超硬合金粒を採用した場合の肉盛層の外観を示す写真である。また、図１１は、硬質粒子として超硬合金粒を採用した場合の、上記図９に対応する肉盛層の厚み方向における硬度分布を示す図である。

図１０を参照して、硬質粒子として超硬合金粒を採用し、三層の肉盛層を形成した場合、亀裂の発生が確認される。また、図１１を参照して、硬質粒子として超硬合金粒を採用した場合、母相の硬度は７００〜８００ＨＶ程度にまで高くなる一方で、硬質粒子である超硬合金粒の硬度は１０００〜１３００ＨＶ程度にまで低下している。

図１２および図１３は、硬質粒子として、それぞれサーメット粒および超硬合金粒を採用した場合の硬質粒子およびその周辺の母相の光学顕微鏡写真と当該光学顕微鏡写真の視野に対応する領域の硬度分布とを組み合わせて表す図である。図１２および図１３の光学顕微鏡写真において、それぞれ中央にサーメット粒および超硬合金粒が観察される。図１２および図１３の硬度分布を表す図において、破線は硬質粒子と母相との界面を示す。

図１２を参照して、上述の肉盛溶接により形成された肉盛層中のサーメット粒は、１４００〜１５００ＨＶ程度の硬度を保持している。一方、サーメット粒周辺の母相の硬度は、４００ＨＶ以下となっている。これは、サーメット粒から母相への構成元素の溶出量が小さいためであると考えられる。

図１３を参照して、上述の肉盛溶接により形成された肉盛層中の超硬合金粒子の硬度は、９００〜１２００ＨＶ程度にまで低下している。一方、超硬合金粒子周辺の母相は、６００ＨＶ以上にまで上昇している。これは、超硬合金粒から母相への構成元素の溶出量が、サーメット粒から母相への構成元素の溶出量に比べて大きいためであると考えられる。

上記実験結果から、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用した場合、母相中に構成元素が溶出しやすく、母相の硬度が上昇する一方で、硬質粒子の硬度が低下することが確認される。そのため、硬質粒子を構成する材料として超硬合金を採用して複数層の肉盛層を形成しても、耐土砂摩耗性が向上しない。また、母相中に構成元素が多く溶出した結果、肉盛層に亀裂が発生したものと考えられる。

これに対し、硬質粒子を構成する材料としてサーメットを採用した場合、母相中への構成元素の溶出が低減され、母相の靱性が維持されるとともに、硬質粒子の硬度の低下が抑制されることが確認される。そのため、硬質粒子を構成する材料としてサーメットを採用して複数層の肉盛層を形成することにより、耐土砂摩耗性が向上する。また、母相中への構成元素の溶出が抑制されるため、亀裂の無い良好な肉盛層の形成が容易となっている。
以上の実験結果から、本発明の耐土砂摩耗部品およびその製造方法によれば、耐土砂摩耗性に優れた耐土砂摩耗部品を提供できることが確認される。

なお、上記実施の形態においては、本発明の耐土砂摩耗部品の一例として油圧ショベルのバケット等に使用されるツースについて説明したが、本発明の耐土砂摩耗部品を適用可能な部品はこれに限られない。本発明の耐土砂摩耗部品は、たとえば履帯式足回りのシュー、バケットのカッティングエッジやプロテクタ、各種ウェアプレート、ライナーのほか、地下建機（シールドマシン、トンネルボーリングマシンなど）、破砕機械、割岩機、セメント機械、製鉄機械、鋳造機械などを構成する部品など、高い耐土砂摩耗性が要求される種々の耐土砂摩耗部品に適用することができる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の耐土砂摩耗部品およびその製造方法は、高い耐土砂摩耗性が要求される耐土砂摩耗部品およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。

１ バケット、１０ 本体、１２ 開口外周部、２０ ツース、２１ 先端、２２ 基端、２３ 凹部、２５ ベース部、２５Ａ 先端面、２５Ｂ 露出領域、２７ 肉盛層、２７１ 第１肉盛層、２７２ 第２肉盛層、２７３ 第３肉盛層、２９ 貫通孔、３０ 装着部、４０ アダプタ、４１ 貫通孔、４２ ピン、７０ 溶接トーチ、７１ 溶接ノズル、７２ コンタクトチップ、７３ 溶接ワイヤ、７４ アーク、８０ 硬質粒子供給ノズル、９１ サーメット粒、９２ 溶融池、９５ 母相。

Claims (4)

1. ベース部と、
   前記ベース部の表面の一部である被覆領域を覆うように前記ベース部に接触して配置される第１肉盛層と、
   前記第１肉盛層上に配置される第２肉盛層と、を備え、
   前記第１肉盛層および前記第２肉盛層のそれぞれは、
   鉄または鋼からなる母相と、
   前記母相中に分散し、サーメットからなる硬質粒子と、を含む、耐土砂摩耗部品。
2. 前記第１肉盛層と前記第２肉盛層との界面を含む領域において、前記母相のビッカース硬度は、前記硬質粒子のビッカース硬度の１／２以下である、請求項１に記載の耐土砂摩耗部品。
3. 前記土砂摩耗部品はツースであり、
   前記被覆領域は、前記ベース部において前記ツースの先端部に対応する領域に位置する、請求項１または２に記載の耐土砂摩耗部品。
4. ベース部を準備する工程と、
   前記ベース部の表面の一部である被覆領域を覆うように第１肉盛層を形成する工程と、
   前記第１肉盛層上に第２肉盛層を形成する工程と、を備え、
   前記第１肉盛層を形成する工程および前記第２肉盛層を形成する工程では、鉄または鋼からなる母相と、前記母相中に分散し、サーメットからなる硬質粒子とを含む前記第１肉盛層および前記第２肉盛層が肉盛溶接によって形成される、耐土砂摩耗部品の製造方法。