JPH01118397A - 肉盛材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車用内燃機関のシリンダボアなどの各種
機械部品等において、レーザ光等を熱源として用いて金
属基材上に肉盛溶接するために用いられる肉盛材料に関
し、特に耐摩耗性付与のために炭化物等の耐摩耗性硬質
粒子を分散させた肉盛層を形成するための肉盛材料に関
するものである。

従来の技術 各種の金属材料からなる基材の表面の特性、例えば耐摩
耗性や耐熱性、耐疲労性おるいは耐食性などを局部的に
改善するため、金属基材表面にこれらの特性の優れた合
金を肉盛することが従来から行なわれており、またこの
肉盛のための熱源として最近ではレーザビームを用いる
ことが多くなっている。

ところで特に耐摩耗性の優れた肉盛層を形成するだの方
法として、従来から炭化物等の耐摩耗性硬質粒子を肉盛
合金中に分散させることが行なわれており、そのための
代表的な方法としては、肉盛層のマトリックスとなるべ
き合金（以下これを肉盛合金と言う）の粉末に、硬質粒
子の粉末、例えば炭化物粉末を芸域的に混合し、その混
合粉末を基材上に供給してレーザ光を照射し、少なくと
も合金粉末を溶融させて肉盛する方法がおる（例えば特
開昭５２−７８７３３号おるいは特開昭５５−５１２６
号、さらには本発明者等による特願昭６２−２０７９８
８号）。なおここで、特開昭５２−７８７３３号あるい
は特開昭５５−５１２６号の方法では、炭化物粉末の少
なくとも一部は溶融ざないように肉盛を行ない、その未
溶融の炭化物により耐摩耗性を付与させており、一方本
発明者等による前記特許出願では、炭化物粉末も全て溶
融してしまうように肉盛条件を規定し、溶融後の冷却・
升固過程で炭化物粒子を再析出させている。また一般に
このような耐摩耗性付与のための肉盛、＠に使用される
肉盛合金としては、Ｎｉ−Ｃｒ系合金を使用することが
多く、その場合、合金に自溶性を与えて肉酩溶接時に良
好なスラグを形成し、これにより肉盛層中の震化物系介
在物や気孔を減少させることを目的として３ｉやＢを添
加しておくのか通常でおる。

発明が解決すべき問題点 炭化物等の非金属硬質粒子は一般に金属よりもレーザ光
の吸収率が高く、そのため炭化物粉末等の硬質粒子粉末
を肉盛合金粉末に混合してレーザ肉盛を行なった場合、
肉盛合金粉末は溶融し易くなる。それに加え、肉盛合金
には前述のように８１やＢが含有されており、ｓｒ、Ｂ
、Ｏの含有量が多い場合にはレーザ光照射による内需時
に３ｉやＢの開化反応が激しくなり、その酸化反応によ
り発生する急激な熱により肉盛合金粉末がさらに溶は易
くなるとともに、基材（母材）自体も）８融し易くなり
、そのため肉盛層への母材金属の溶は込み吊も多くなる
。このように母材金属の肉盛層への溶は込み量が多けれ
ば、母材金属の成分によって肉盛合金が希釈される結果
、肉盛合金の本来の特性を充分に発揮できなくなり、例
えば耐摩耗性や耐熱性、耐食性等が低下するおそれがあ
るばかりでなく、母材が鋳鉄等の場合には母材溶融によ
り発生するガスによって肉盛層にピンホールが多数発生
する問題が生じる。またこのほか、前述のような酸化反
応による発熱が過大となれば、母材への入熱量が過大と
なって母材（ワーク）に歪変形が生じるおそれもある。

このような問題を解決するための一方策としては、レー
ザのエネルギ密度を低くして、レーザ照射による入熱量
を低く抑える方法が考えらるが、入熱量が低過ぎれば肉
盛が不可能となるから、最適なエネルギ密度の範囲が狭
くなり、安定した肉盛を行なうことが困難となる。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、炭
化物等の硬質粒子をＮｉ−Ｃｒ系の肉盛合金粉末に混合
してレーザにより肉盛を行なうにあたり、肉盛層への母
材の溶は込み量を最少限に抑え、これにより母材金属に
よる肉盛層の希釈やブローホールの発生あるいは母材の
歪変形等が可及的に生じないようにし、しかも広い範囲
の肉盛条件で安定して母材溶は込みの少ない良質な肉盛
ビードを形成することができるようにしだ肉盛材料を提
イ共することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明においては、Ｎｉ−Ｃｒ系合金からなる肉盛合
金粉末に炭化物等の硬質粒子粉末を混合して、レーザ肉
盛をおこなうにあたって、肉盛合金粉末に含有されるＳ
；、Ｓ、および０の含有量を適切に制御することによっ
て酸化反応を適度に抑え、これにより肉盛層への母材の
溶は込み量を少なくなるようにしている。

すなわちこの発明は、Ｎｒ−Ｃｒ系合金からなる肉盛合
金粉末に硬質粒子粉末を混合してレーザ光照射により肉
盛するようにした肉盛材料において、前記肉盛合金粉末
におけるＳｉ、ＢおよびＱの含有量を、 Ｍ＝　（Ｓ　ｉ　（ｗｔ％）　＋２ｘＢ　（ｗｔ％）｝
×Ｏ（ｗｔ％）で規定される〜１の１直が、 ０．０６≦Ｍ≦０．３０ の範囲内となるように調整したことを特徴とするもので
ある。

作　　用 Ｎｉ−Ｃｒ系合金からなる肉盛合金には、既に述べたよ
うに自溶性を与えるために一般にＳｉおよびまたはＢが
含有されており、また不可避的にＯが含有されている。

このような肉盛合金粉末を用いたレーザ肉盛においては
、３ｉおよびＢがＯと結合して激しい酸化反応を起こし
、急激に発熱する。そして特に炭化物等の硬質粒子を前
記肉盛合金粉末と混合してレーザ肉盛を行なう場合、炭
化物等はレーザの吸収率が高いため、前述の酸化反応と
相俟って肉盛合金粉末が急激に温度上昇して急激に溶融
し、その際に母材をも溶融させて母材の肉盛層への溶は
込みを促進してしまう。その一方では、前述の酸化反応
が全く生じないようにした場合、自溶けが失われて安定
した肉盛を行なうことか困難となる。そこで本発明者等
が種々実験・検討を重ねた結果、前述の酸化反応に関与
するＳｉ、ＢおよびＯの肉盛合金粉末中の含有量を適切
に制御することによって、酸化反応を適度に抑制して、
母材の溶は込みを少なくすることができると同時に、安
定した肉盛を行なうことができることを見出し、この発
明をなすに至ったのでおる。

すなわちこの発明では、肉盛合金粉末に含まれる成分元
素のうち、特に酸化反応に関与するＳｉの含有量３ｉ（
ｗｔ％）、Ｂの含有量Ｂ（ｗｔ％）、およびＯの含有ｉ
ｏ（ｗｔ％）から、酸化反応による発熱量の目安として Ｍ＝　（Ｓ　ｉ　　（ｗｔ％）　＋２ＸＢ　　（ｗｔ％
）｝×Ｏ（ｗｔ％）なる１Ｍの値を規定し、 ０．０６≦Ｍ≦０．３０ が満足されるように調整することによって、酸化反応を
抑制する。このようにＭ値をパラメータとして肉盛合金
粉末に含まれるＳ＊、Ｓ、Ｏの吊を調整することによっ
て、母材の肉盛層への溶は込みを少なくすることができ
ると同時に広い肉盛条件範囲にわたって安定した肉盛を
行なうことか可能となる。

ここで、〜１値が０．３０を越える場合は、肉盛時にお
ける酸化反応による発熱量が多過ぎて、母材の肉盛層へ
の溶は込み出力）過大となり、肉盛層の特性劣化やピ°
ンホールの発生が多くなる。一方Ｍ値が０．０６未満で
は、肉盛時における酸化反応による発熱量が少な過ぎて
、肉盛が不可能となるか、または肉盛が可能であっても
そのための肉盛条件範囲が狭く、肉盛中のレーザ出力変
動等により安定しだ肉盛を行ない得なくなる。したがっ
てこの発明では：Ｍ値を０．０６〜０．３０の範囲内に
限定した。

発明の実施のための具体的な説明 この発明で対象としている肉盛材料は、Ｎｉ−Ｃｒ系合
金からなる肉盛合金粉末と、硬質粒子粉末とを混合した
ものである。が、ここで、Ｎｉ−Ｃｒ系合金とは、Ｎｉ
をベースとし、所要量のＣｒを添加し、ざらに自溶性を
与えるための３ｉ、Ｂのうちの一方または双方を含有す
るものであって、各成分元素の具体的含有量は特に規定
しないが、Ｃｒは１〜４０ｗｔ％程度が好ましい。また
Ｓｉ、Ｂｆｆｉは、前述のようにＯ量との関係において
Ｍ値が０．０６〜０．３０の範囲内となれば良いが、３
ｉ（ｗｔ％）＋２ＸＢ（ｗｔ％）が大きくなれば合金の
靭性が低下して肉盛時にビード割れが発生し易くなるか
ら、Ｓｉ（ｗｔ％）　＋２ｘ３　（ｗｔ％〉の（直が５
以下となるようにＳｉ量、Ｂ伍を定めることが望ましく
、通常は３ｒ（ｗｔ％）　＋２ｘＢ　（ｗｔ％）か２〜
３程度とする。

また内需合金としてのＮｉ−Ｃｒ系合金には、上記のＮ
ｉ、Ｃｒ、３ｉ、［３のほか、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃ，
Ｗ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｐ等のうちの１種または２
種以上を含有しても良い。これらのうち、Ｆｅは摩１察
摺動部分に使用した場合の耐焼付性を改善するに有効で
おるとともに、高価なＮｉの一部をＦｅで置換すること
により材料コスト低減を図るに有効であるが、過剰に含
有されれば耐食性が低下するから、Ｆｅは３７ｗｔ％以
下とすることが好ましい。またＭＯおよびＣｕは駿に対
する耐食性向上に奇与する元素であるが、Ｃｕが２．３
ｗｔ％を越えれば高温割れが生じ易くなり、また〜１０
が５゜３ｗｔ％を越えれば低温割れが生じ易くなるから
、Ｃｕは２．３ｗｔ％以下、ＭＯは５．３ｗｔ９も以下
とすることが好ましい。ざらにＣおよび炭化物形成元素
で必るＷ、Ｃ０１１＼ｂ、　Ｔａ、’Ｊは、耐摩耗性を
向上させるために奇与するが、Ｃは１．６ｗｔ％を越え
れば靭性が低下するから、１．６ｗｔ％以下が好ましく
、またＷ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、■の量は特に限定しない
が、通常１〜３０ｗｔ％程度が好ましい。ざらにＰは多
量に添加した場合は靭性を低下させるため、２〜ｖｔ％
以下が望ましい。

一方、肉盛層に分散させて耐摩耗性を向上させるために
、前述のＮｉＣｒ系肉盛合金粉末に混合される硬質粒子
としては、ＭＯ２Ｃが代表的でおるが、その他の〜ＶＣ
，Ｔ　ｉ　Ｃ等の炭化物、おるいはＴｉＮ等の窒化物、
ざらにはＴ！Ｓ！２、ＣｒＳｉ２等の珪化物などを用い
ることができ、また硬質粒子粉末の混合割合は特に限定
しないが、通常はｉｗｔ％〜３０ｗｔ％程度とすること
が好ましい。

以上のようなＮｉ−Ｃｒ系合金からなる肉盛合金粉末と
炭化物等の硬質粒子粉末との混合粉末からなる肉盛材料
を用いて肉盛を行なうにあたっては、肉盛をすべき母材
例えば鋳鉄上にその混合粉末を予め配置しておくかまた
は母材上に混合粉末を供給しつつ、その混合粉末にレー
ザ光を照射し、溶融させて肉盛ビードを形成すれば良い
。このとき、炭化物等の硬質粒子粉末は、肉盛合金粉末
とともに溶融させて、肉盛ビードの冷却凝固時に再析出
させても良く、おるいは炭化物等の硬質粒子の少なくと
も一部は溶融ざぜずに未溶融のまま肉盛ビード中に分散
させても良い。

実施例 ［実施例１］ 第１表の記号Ａ、Ｂ、Ｃに示すような成分組成のＮｉ−
Ｃｒ系合金粉末と硬質粒子としてのＭＯ２Ｃとを混合し
、ねずみ鋳鉄からなる平板状の母材にレーザ肉盛を行な
った。母材は、その表面に予め幅１０Ｉ１０Ｉｒ、深さ
０．７Ｍの溝を形成しておき、その溝に前記混合粉末を
表面から２酎の厚さで配置しておき、次のような条件で
レーザ光を照射した。すなわち、レーザビーム径３Ｘ１
４ｍ、肉盛速度１５０簡／　ｍｉｎとし、レーザ出力は
１〜Ｊｕｌの範囲内で変化させ、Ａｒ’シールドガスを
用いた。

肉盛状況、肉盛層に対する母材層は込み世、肉盛層のブ
ローホール量を調べた結果を各レーザ出力に対応して第
２表〜第５表に示す。なおここで母材層は込み量は肉盛
ビード横断面の母材溶融面積を調べた。またブローホー
ル量は肉盛ビード横断面のブローホール面積の総和を調
べた。

第２表：実施例１の肉盛状況 第３表：実施例１の母材層は込み量（−）第４表：実施
例１のブローホール面積（−）第２表〜第４表から明ら
かなように、肉盛合金粉末のＭ値が０．３５と大きい比
較例Ｂの場合は、レーザ出力２ＡＷの条件でのみ母材層
は込み伍、ブローホール量が少なく、それ以外の条件で
は肉盛不可おるいは母材層は込みｄ大となっている。−
方、肉盛合金粉末のＭ値が０．０５と著しく小さい比較
例Ｃの場合は、Ｓｉ、ＳとＯとの反応量が少な過ぎて、
レーザ出力を大きくしてもほとんど肉盛が不可能であっ
た。これに対し肉盛合金粉末のＭ値が適正な範囲内の０
．２３となっている本発明例Ａの場合は、少ない母材層
は込み量、ブローホール量で肉盛できるレーザ出力条件
が２〜４ｋＷと広い範囲にわたっていることが明らかで
ある。

［実施例２ｊ 第５表の符号１〜１５に示すように、Ｓｉ＋２Ｂ量およ
びＯ弔を種々変えてＭ値を変化させた種々の成分組成の
Ｎ！−Ｃｒ系合金扮末と硬質粒子としてのＭＯ２Ｃとを
混合し、実施例１と同じ条件で平板上のねずみ鋳鉄から
なる母材にレーザ肉盛を行なった。

内需状況、肉盛層に対する母材層は込み量、肉盛層のブ
ローホール量ｄを実施例１と同様に調べた結果を第６表
〜第８表に示す。

第６表：実施例２の肉盛材料 注　：　Ｘ・・・肉盛不可 Δ・・・肉盛不完全 Ｏ・・・肉岱可（母材層は込み量　少）・・・・肉酩可
（母材層は込み量　大）第７表：実施例２の母材層は込
み量（−）第８表二実施例２のブローホール面積（−）
ざらに、以上の実施例１における記号Ａ−Ｃの例および
実施例２における符号１〜１５の例についての、肉盛状
況および母材層は込み渠についての調査結果を、３ｉ（
ｗｔ％）　＋２ｘ１３　（ｗｔ％）とＯ（ｗｔ％）、お
よびそれらによって表されるＭ値に対応して、第１図に
示す。

なお第１図において○印は、レーザ出力の４段階の条件
（１ｋｕｙ、２ｋｕ、３ｋｗ、４ｋｗ＞のうち、２段階
以上の条件で肉盛可能であってしかも母材層は込み量が
１．〇−以下となる条件が２段階以上おるものを示す。

また・印は、レーザ出力の４段階の条件のうち２段階以
上の条件で肉盛可能であるが、母材層は込み量が１．０
−以下となる条件が１段階または全くない場合を示す。

ざらにＸ印は、レーザ出力の４段階の条件のうち、肉盛
可能な条件が１段階しかないかまたは肉盛可能な条件が
なく、肉盛不完全もしくは肉盛不可能となった場合を示
す。

第１図から明らかなように、Ｍ値が０．０６未満の場合
には、肉盛が不完全もしくは不可能であつた。これに対
し：Ｍ値が０．０６以上となれば広い条件範囲にわたっ
て肉盛が可能となった。そしてＭ値が０．３０までは肉
盛層に対する母材溶は込み量の少ない条件範囲が広いが
、Ｍ値が０．３０を越えれば母材溶は込み伍の少ない範
囲が狭くなり、ブローホールも増加する。したがってＭ
値を０．０６〜０．３０の範囲内とすることによって、
母材溶は込み量の少ない肉盛ビードを広い条件範囲にわ
たって得ることができるのである。

発明の効果 前述の実施例からも明らかなように、この発明の肉盛材
料によれば、Ｎｉ−０ｒ系合金からなる肉盛合金粉末中
のＳｉ、Ｓ、および０の含有量を、それらによって規定
されるＭ値が０．０６〜０．３０の範囲内に調整するこ
とによってレーザ肉盛時の酸化反応を適度に抑制し、こ
れにより肉盛層への母材の溶は込み日を最少限に抑える
ことができるため、母材成分の肉盛層中への希釈による
肉盛層の特性劣化を防止することができるとともに、母
材が鋳鉄の如く溶融時にガスが発生し易い材料である場
合も肉盛層のブローホールの発生量を低減することがで
き、かつまたレーザ肉盛時の醸化反応による過大な熱に
よって母材に歪変形が生じたりすることを有効に防止で
きる。そしてまた、この発明の肉盛材料を用いれば、上
述のように母材溶は込み量の少ない健全な肉盛ビードを
幅広い条件範囲にわたって安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は肉盛合金粉末中の（Ｓｉ（ｗｔ％）＋２ＸＢ（
ｗｔ％））および酸素量（ｗｔ％）と肉盛状況との関係
を示す相関図である。 出願人　　トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｎｉ−Ｃｒ系合金からなる肉盛合金粉末に硬質粒子粉末
   を混合してレーザ光照射により肉盛するようにした肉盛
   材料において、 前記肉盛合金粉末におけるＳｉ、ＢおよびＯの含有量を
   、 Ｍ＝｛Ｓｉ（ｗｔ％）＋２×Ｂ（ｗｔ％）｝×Ｏ（ｗｔ
   ％）で規定されるＭの値が、 ０．０６≦Ｍ≦０．３０ の範囲内となるように調整したことを特徴とする肉盛材
   料。