JPH02156005A - 耐食耐摩耗部材およびその製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばガラスファイバなどを充填したプラス
チックの加工に用いられるスクリュ等のように耐食耐摩
耗性を必要とする部材およびその製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 近年、ガラスファイバ、シリカ等の充填物を添加したプ
ラスチックが用いられている。この工うなプラスチック
を加工するためのシリンダおよびスクリュ等は、上記充
填物によって摩耗するため、耐食性はもちろん耐摩耗性
が強く要求されている。

特にスクリュおよび逆流防止弁等の部材は、耐食耐摩耗
性と同時に使用上、取付は上または寸法上などの点から
比較的高い機械的強度をも必要とする。そこで、シリン
ダに比較してスクリュや逆流防止弁等に対する耐食耐摩
耗性の付与は遅くれており、従来は窒化処理や浸炭処理
を施こし定ものが用いられ、場合によっては耐食耐摩耗
性を有するＮｉ基自溶性合金などを溶射して被覆したも
のも用いられていた。

（発明が解決しようとする課題） ところが、例えば窒化処理したスクリュは、窒化層が０
．２−以下と薄く、また浸炭処理は処理硬さがＨｖ　８
００程度と低いため、ガラスファイバを３０重量％混入
したプラスチックの場合、１〜２力月程度でスクリュの
フライト部が大きく摩耗して使用できなくなっていた。

ま７？−１ＮｉＮ白基性合金などを溶射して被覆層を設
は次ものは、被覆層の熱膨脹係数とスクリュ基材の熱膨
脹係数の差が大きいため、被覆後に焼鈍処理を施こすこ
とが不可欠であり、この結果、スクリュ基材の硬度が非
常に低く、スクリュに要求され−る機械的強度を十分に
得られない欠点があった。

さらにまた、中空分割型スクリュを１本のスクリュ軸に
複数個嵌入してスクリュを形成する組立式スクリュにあ
っては、中空分割型スクリュの全体をＴｉＣ粒子とＦ　
ｅ基自溶性合金との複合体である超硬合金で製作したも
のも用いられているが、これは硬くて非常にもろいため
、フライト部や中空穴に設けたキー溝部が破壊する欠点
があった。

本発明は、耐食耐摩耗性に優れると共に機械的強度を十
分に有し、剥離や破損の発生もほとんどなく、長寿命が
得られる耐食耐摩耗性部材お工びその製造方法を提供す
ることを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明による耐食耐摩耗性部
材は、カーボン量が０．３重量％以下の機械構造用炭素
鋼若しくは合金鋼で形成されている基材と、硬質粒子を
焼入可能な合金鋼のマ）　’Ｊ　ツクで結合した超硬合
金で形成されている耐食耐摩耗部分と、この耐食耐摩耗
部分と基材とを接合するための金属接合層とからなるも
のである。

なお、金属接合層は、カーボン量が０．３重ｉ％以下の
鉄合金粒子まｆｃは溶融温度が１１００℃以上のＣｏ基
もしくはＮｉ基合金粒子とマトリックス金属とによって
形成することが好ましい。

ｉた、前記の耐食耐摩耗性部材の製造方法としては、基
材と耐食耐摩耗部分とを、すき間を介在させて配置し、
このすき閣内に前記の合金粒子を充填するか、まｆｃは
充填することなしに、減圧雰囲気中で加熱し、すき閣内
に金属の融液を浸透させて基材と耐食耐摩耗部分とを接
合した後、少なくとも焼入れを含む熱処理を施こす方法
とすることが好ましい。

（作用） 前記のような基材と耐食耐摩耗部分との組合わせとし、
これらを金属接合層で結合すると、いずれの側にも割れ
やヒビ割れを生じないと共に、拡散接合による強固な結
合を生ずる。ま之、耐食耐摩耗部分は接合後に焼入れす
ることにより非常に優れた耐食耐摩耗性を有し、基材は
機械部材として要求される機械的強度、特に靭性を有し
、両者の組合わせに工って機械的強度と耐食耐摩耗性を
共に満足する部材となる。

また、金属接合層中に合金粒子を充填すれば、接合層自
身の機械的強度、例えばせん断力を向上させることがで
きる。

（実施例） 以下本発明をプラスチックの押出機用スクリュに適用し
た実施例につき第１図ないし第３図を参照して説明する
。

実施例− 第１図に示す中空円筒状の基材１１を、Ｊ工Ｓ規格の８
ＣＭ４１５＋成分、重量係、Ｃ：Ｏ，＋３〜０、１８　
、Ｓｉ　：Ｏ，＋５〜０．３５．　Ｍｎ：　０．６０〜
０．８５　。

Ｐ：０．０３０以下、　Ｓ　：　０．０３０以下、　に
ｒ　：　０．９０〜１．２０　。

Ｍｕ　：　Ｏ，＋５〜０．３０　、　Ｂａｚ　：　Ｆｅ
　）　テ形成Ｌ　７’（ｎ　コ（７）　基材１１は、内
面にキー溝１２を有し、図示しないスクリュ軸に嵌入し
て用いるものである。

３はスクリュのフライト部となる耐食耐摩耗部分で、フ
ェロチック：　ＣＭ５５　（中外電気工業社製：商品名
）にエリ形成した。このフェロチック：　ＣＭ５５は、
’ｌ’ｌｃ粒子（５５重量％）をＪＩＳ規格の８ＫＤ１
１に類似の鋼をマトリックス金属（４５重量％）として
焼結したものである。この耐食耐摩耗部分１３は、機械
加工にエリ穴径を前記基材の外径エリ２瓢大きく形成す
ると共に、外周に予じめフライト部１３３を加工した。

前記基材１１と耐食耐摩耗部分１３とを、第９に示す工
うに、真空炉（図示せず〕のルツボ１４上に、同心状に
セットし、両者の間に１ｆｌのすき間ｔが生ずるように
した０ このすき間を内に、ＪＩＳ規格の５ＵＳ４　ＩＱ　ｆ成
分、重１チ、ｅ：ｏ、１５Ｊ−Ｌ下、　Ｓｉ　：　１．
００以下、　Ｍｎ　：、００以下、Ｐ：ＱＯ４０以下、
　Ｓ　：　０．０３０以下、　Ｃｒ　：１１．５０〜１
３．５０　、　Ｂａｚ：　Ｆｅ　）　ノ金属粒子（１０
０メように、Ｎｉ基自溶性合金（成分、重＠幅、Ｂ：２
．４．Ｓｉ　：４．５．Ｃ：０．５．Ｆｅ：０．５以下
、　Ｂａｔ　：Ｎｉ　。

前記の工うにルツボ１４上にセ・フトしたものをルツボ
１４と共に、図示しない真空炉に入れ、真空度２　Ｘ　
Ｉ　０−２Ｔｕｒｒの減圧雰囲気中で、１１００℃まで
加熱し、この温度に３０分間保持した。この加熱にエリ
Ｎ１基自溶性合金粉末Ｉ６を溶融させ、すき間を内に充
填された前記金属粒子１５間に浸透させて金属接合層１
７（第２図参照）を形成すると共に、基材１１と耐食耐
摩耗部分１３との両方にそれぞれ拡散接合させた。

この加熱終了後、上記＋＋００℃から真空炉の温度を急
降下させて急冷し、いわゆる真空焼入れを行ない、続い
て５５０℃空冷による焼もどし全行なったＯ その結果、金属接合層１７は、第２図の写真＋５０倍）
に示す工うに、拡散による良好な接合状態であることが
確認され友。また、金属接合層７のせん断試験の結果、
せん断強さＩｒｊ−４５Ｋｑｆ／／ｌｌｆｆ１２と高い
値を得た。さらに耐食耐摩耗部分１３の硬度ばＨＲＣ６
８と十分に高く、基材１１の硬度ばＨＲＣ２０と機械部
品に要求される硬度を十分に有し、靭性に富むものでち
っ几。

前記のようにして製造したスクリュを仕上げ加工して、
図示しないスクリュ軸に組込み、ガラスファイバを３０
Ｍ量係混入し次プラスチブクの押出成形に使用し几結果
、スクリュのフライト部を形成している耐食耐摩耗部分
１３の摩耗はほとんど見られず、２ケ月間のテストに工
ってもほとんど摩耗が進んでいないことを確認し之。ま
た、基材１１．金属接合層１７．耐食耐摩耗部分１３自
身ならびにこれらの間のいずれにもひび割れやすき間等
の欠陥を生じず、さらに基材１１のキー溝２の変形もな
く、スクリュ軸やキーとの保合関係も良好に保たれてい
友。

実施例−２、 この実施例−２は、基材１１と耐食耐摩耗部分３とのす
き間を内に、第１図に示した金属粒子５を充填せずに、
前記と同じＮｉ基出自溶性合金粉末１６すき間を内に溶
融浸透させたは力）は、材質的には実施例−１と同一で
ある。また、前記すき間ｔの寸法は、後述する加熱温度
１１００℃において０．１　ｍとなるように設定した。

前記すき間ｔの上方に、実施例−１と同様にＮｉ基出自
溶性合金粉末１６置き、実施例−１と同様に真空炉にエ
リｌ　ｌ　００℃に加熱し友。なお、この１１００℃で
の保持時間は１５分間であった。加熱後の焼入れ、焼も
どしは実施例−１と同様：てしたＯ その結果、第４図に示す金属接合層１８のせん断強さが
３０Ｋｑｆ／１ｍ２と実施例−１より低くかっｔほかは
、実施例−１とほとんど同じであった１つ前述した実施
例−１，２は、いずれも本発明をプラスチックの押出成
形用スクリュに適用した例全示し念が、これに限らず、
射出成形用スクリュおよび該スクリュに組合わせて用い
る逆流防止弁、さらにはプラスチック加工機以外の他の
種々の装置の部材に適用でき、基材１１と耐食耐摩耗部
分３の形状、構成も適用する部材によって適宜に決定す
ればよいことは言りまでもない。

なお、実施例−１のように金属接合層１７中に金属粒子
１５を充填する場合は、すき間ｔの寸法は０．１〜３圏
程度にすることが好ましく、ま念、と溶融金属の浸透が
不完全となり、逆に広すぎると溶融金増が下へ流れ出て
しまうので、０．０５〜０．３瓢とすることが好ましい
。

また、基材１１の材質は、カーボン量が０．３重量％以
下の機械構造用炭素鋼若しくは合金鋼であればよく、前
記のｓｅＭ４１５のほか、例えば、ＳｅＭ４２０　、　
ＳＣ１５，８ＣＩ７．８Ｃ２０，５Ｃｒ４１５．　ＳＣ
：ｒ４２０゜ＳＮ０Ｍ２２０　、　ＳＮＣＭ　４１５な
どを用いることができる。

また、耐食耐摩耗部分１３の材質に、炭化物ま几は硼化
物等の硬質粒子を焼入可能な合金鋼のマトリックスで結
合し友超硬合金であれば工く、前記の７エロチブク：０
Ｍ５５のほか、同ＣＭ３５、ＫＦ金合金富士ダイス社製
、商品名）、ＫＨＭ（東洋鋼板社製、商品名〕などを用
いることができる。

また、金属接合層１７に充填する金属粒子１５は、該金
属接合層１７の機械的強度を増すための骨材として作用
するものであり、−特に材質を限定する必要はないが、
カーボン量が０．３重ｉ［以下の鉄合金粒子または溶融
温度がｌ　＋　００℃以上のＣｏＯ１２Ｎｉ基合金が好
ましく、これらに相当するものとして、純鉄、５Ｃ１５
，８ＣＩ７，８Ｃ２０，５Ｃｒ４１５゜ＳＣｒ　４２０
　、８０Ｍ４１５　、　ＳＵＳ　４０３　、５ＵＳ４１
０，５ＵＳ４２０Ｊｌ、８ＵＳ３１６．ｘテライト合金
（（、’ｕ系）、ハス７−ロイ合金（Ｎｉ系）などをあ
げることができる。

さらにまた金属接合層１７のマトリックス金属および金
属接合層１８自身を形成する金属の材質は、前記の工う
なＮｉ基自溶性合金のほか、Ｃｏ基ま几はＦｅ基自溶性
合金を用いることが好ましいが、１１００℃程度で溶融
し、前記の工うな基材１１お工び耐食耐摩耗部分１３と
拡散接合などの強固な結合を生ずるものであればよい。

〔発明の効果〕

以上述べ几ように本発明に工れば、必要な部分が十分な
耐食耐摩耗性を有すると共に、基材は機械的強度、特に
優れた靭性を有し、基材と耐食耐摩耗部分とは拡散接合
によって強固に結合され、前記両部会およびこれらを結
合する金属接合層のいずれの部分にもひび割れ等の欠陥
を生ずることもない友め、機械的強度を必要とする耐食
耐摩耗部材として優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例−１による耐食耐摩耗部材の製
造途中を示す断面図、第２図は実施例−による接合部の
金属組織を示す写真（５０倍）、第３図は本発明の実施
例−２による耐食耐摩耗部材の製造途中を示す断面図、
第４図は実施例−２による接合部の金属組織を示す写真
（１００倍）でちる。 ・・・基材、　　Ｉ２・・・キー溝、 ）３・・・耐食耐摩耗部分、 ４・・・ルツボ（真空炉の ５・・・金属粒子、　　１６ ＋７．　Ｉｇ・・・金属接合層、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カーボン量が０．３重量％以下の機械構造用炭素鋼
   若しくは合金鋼で形成されている基材と、硬質粒子を焼
   入可能な合金鋼のマトリックスで結合した超硬合金で形
   成されている耐食耐摩耗部分と、前記耐食耐摩耗部分と
   前記基材とを接合するための金属接合層とからなる耐食
   耐摩耗部材。 ２、金属接合層は、カーボン量が０．３重量％以下の鉄
   合金粒子または溶融温度が１１００℃以上のＣｏ基もし
   くはＮｉ基合金粒子とマトリックス金属とによって形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の耐食耐摩耗
   部材。 ３、請求項１記載の基材と耐食耐摩耗部分とを、すき間
   を介在させて減圧雰囲気中で加熱し、前記すき間内に接
   合用金属の融液を浸透させて前記基材と耐食耐摩耗部分
   とを接合した後、少なくとも焼入れを含む熱処理を施こ
   すことを特徴とする請求項１記載の耐食耐摩耗部材の製
   造方法。 ４、請求項１記載の基材と耐食耐摩耗部分とを、すき間
   を介在させて配置し、前記すき間内に請求項２記載の合
   金粒子を充填し、これらを減圧雰囲気中で加熱し、前記
   すき間内にマトリックス金属の融液を浸透させて前記基
   材と耐食耐摩耗部分とを接合した後、少なくとも焼入れ
   を含む熱処理を施こすことを特徴とする請求項２記載の
   耐食耐摩耗部材の製造方法。