JPH02207973A - チタンまたはチタン合金の表面硬化法 - Google Patents
チタンまたはチタン合金の表面硬化法Info
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- JPH02207973A JPH02207973A JP2925889A JP2925889A JPH02207973A JP H02207973 A JPH02207973 A JP H02207973A JP 2925889 A JP2925889 A JP 2925889A JP 2925889 A JP2925889 A JP 2925889A JP H02207973 A JPH02207973 A JP H02207973A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、チタンまたはチタン合金で製作した機械部品
の表面硬化法に関する。 （従来の技術］ たとえば内燃エンジンのバルブのフェースに対して耐摩
耗性を与えるために、従来から「ステライト」を代表と
するＣＯ合金などの肉盛溶接をして、これを硬化させる
ことが行なわれている。 一方、最近ではエンジンの高性能化に伴って、バルブも
Ｔｉ合金を使用して軽量化することが試みられている。 ところが、ＴｉまたはＴｉ合金に対して常用のＣｏ合
金を肉盛りしてみても、母材と肉盛り金属層との界面か
ら割れて剥！１する傾向があり、耐久性や信頼性に欠け
ることがわかった。 Ｔ１およびＴｉ合金の表面硬化技術としては、このほか
窒化法がある。 これは、ＴｉまたはＴ１合金の部品を
Ｎ２ガス雰囲気中で高温に加熱し、表層にＴ＋ Ｎ相を
形成させて硬化をはかるものである。 しかし、形成で
きる硬化層の厚さが数μｍと薄く、それが摩滅あるいは
剥離すると耐摩耗性が一挙に失なわれるのが、窒化法の
難点である。 （発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、Ｔ１またはＴｉ合金で製作した機械部
品の表面に、十分な厚さをもち密着性の高い肉盛り硬化
層を形成し、それによって耐久性のよい耐摩耗表面を得
る表面硬化法を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明のチタンまたはチタン合金の表面硬化法は、ｌｉ
またはＴ１合金からなる母材の表面において ａ） ＣｏまたはＣｏ合金と、ｌｉまたはＴｉ合金と
の混合物、または ｂ） Ｃｏを含有するＴ１合金 からえらんだ肉盛り材を、母材と混合が生じるように溶
融させ、肉盛硬化することからなる。 本発明を適用できるＴｉ合金は、母材としては、Ｔｉ
−６ＡＪ！−４Ｖｋ：代表サレルヨウな、Ｔｉを主成分
としてそれに比較的少量の合金成分を添加したもののほ
か、金属間化合物Ｔｉ Ａｊ！を主成分とするもののよ
うな、Ｔｉに対して比較的多量の合金成分を添加したも
のを包含する。 肉盛りに使用するＴｉまたはＴｉ合金は、母材と同種の
ものが好適であるが、母材がＴ１合金であっても純Ｔｉ
を使用してよいし、母材と異なるＴｉ合金であっても差
し支えない。 肉盛りの材料とするＣｏ合金は、従来市販のものが好都
合に使用できる。 たとえば［トリバロイＴ ４００Ｊ
（Ｃｏ −２８Ｍｏ −８Ｃｒ −２Ｓｉ）、［ステ
ライト＃６Ｊ （Ｃｏ −２８Ｃｒ −４ＷＩＧ−３
Ｆｅ−ＩＳｉ ）ｒステライト自体２」（Ｃｏ −２６
Ｃｒ −２２Ｎｉ −１２Ｗ−２Ｃ−ＩＳｉ ）などの
材料が、粉末や棒の形で入手できる。 ＣＯを含有する
Ｔｉ合金は市場には見当らないが、Ｃｏが１０〜５０重
量％を占めるように、ＴｉまたはＴ１合金と配合して合
金化し、粉末や棒の形で用意すればよい。 肉盛りに使用するＣｏ （またはＣｏ合金）とＴｉ（
またはＴｉ合金）との混合物の組成は、Ｇ。 を含有するＴｉ合金の組成と同様、ＣＯか１０〜５０％
の範囲となるようにえらべばよい。 溶融は、肉盛り材と母材との混合が生じるように、十分
な熱を供給して行なう必要がある。 それには、プラズ
マアーク溶接、ＴＩＧ溶接などの手段が適切である。 溶融の雰囲気は、Ａｒのような不活性ガスを使用すれば
、作業が容易であるが、酸素および（または）窒素を溶
融金属に固溶させて硬化する効果も狙って、ＣＯ２，０
２，Ｎ２をコントロールされた量で含有する雰囲気を使
用することも有利である。 （作 用］ ｌｉまたはＴｉ基合金の表面にＣｏ合金の肉盛り溶接を
行なったとき、肉盛り金属層の□密着がよくないのは、
界面において金属間化合物のＴｉＣ０やＴｉ ２ Ｃｏ
の層が生成するためであることがわかった。 このよう
な金属間化合物は、それ自体は硬質であるが脆いため、
層状に生成すると、そこから剥離しやすいわけである。 本発明に従って、第１図にみるように、ＴｉまたはＴｉ
合金の母材（１）にＣｏ （またはＧＯ合金）とＴｉ
（またはＴｉ合金）とが混在する肉盛り材（２）を
溶接することにより、溶融金属（３）は、単にＧＯ合金
を溶接した場合よりも、Ｔｉ成分の存在により母材とな
じみやすい。 しかもこの溶融は、母材と肉盛り材との
混合が生じるように行なうのであるから、溶融金属の母
材に近い部分はどＴｉ成分の含有量が高い。 これを模式的に示せば、第２図のグラフのようになる。 すなわち、肉盛り材としてステライトを使用した従来
の肉盛り溶接によるときは、表面から内部へ向う硬さの
分布が、細線で示すように、表層からある深さまではス
テライト自体の硬さを保ち、そこで急激に高まったあと
、−挙に母材の硬さまで低くなる。 この急激な硬さの
高まりは、前記した金属間化合物Ｔｉ Ｃｏ 、Ｔｉ
２ Ｃｏの生成に起因するものである。 これに対し、本発明に従って、たとえばステライトにＴ
１合金を混合して使用した場合には、第２図に太線で示
すように、かなりの厚さにわたってその硬さを保ったの
ら、溶融部分から母Ｈに向って連続的に低下する分布を
みせる。 肉盛り金属層と母材との間に脆い層ができな
いから、剥離の心配はない。 もちろんこの場合でも、
ＴＣｏやＴｉ２ＣＯは生成するが、溶融部中のｌｉ成分
濃度が高いため、これらの金属間化合物は層状に存在せ
ず、細かく分散した形で溶融金属層に存在し、その硬さ
を向上さぼるのに役立つ。 容易に理解されるように、Ｃｏを主成分とする硬質の合
金がより多くを占めれば、肉盛り硬化層の耐摩耗性は高
く、一方、ＴｉまたはＴ１合金の割合を高くすれば、母
材との密着性はいっそう良好になる。 溶融金属層（３）の厚さは、肉盛り材（２）の使用量と
溶接部に与える熱量とを調節することにより、かなり広
い範囲で変更でき、所望により相当厚くできる。 従っ
て、肉盛り溶接後に表面を研磨して、たとえば第１図に
破線で示した位置まで削り取ったとしても、なお十分な
硬化層を残ずことかできる。
の表面硬化法に関する。 （従来の技術］ たとえば内燃エンジンのバルブのフェースに対して耐摩
耗性を与えるために、従来から「ステライト」を代表と
するＣＯ合金などの肉盛溶接をして、これを硬化させる
ことが行なわれている。 一方、最近ではエンジンの高性能化に伴って、バルブも
Ｔｉ合金を使用して軽量化することが試みられている。 ところが、ＴｉまたはＴｉ合金に対して常用のＣｏ合
金を肉盛りしてみても、母材と肉盛り金属層との界面か
ら割れて剥！１する傾向があり、耐久性や信頼性に欠け
ることがわかった。 Ｔ１およびＴｉ合金の表面硬化技術としては、このほか
窒化法がある。 これは、ＴｉまたはＴ１合金の部品を
Ｎ２ガス雰囲気中で高温に加熱し、表層にＴ＋ Ｎ相を
形成させて硬化をはかるものである。 しかし、形成で
きる硬化層の厚さが数μｍと薄く、それが摩滅あるいは
剥離すると耐摩耗性が一挙に失なわれるのが、窒化法の
難点である。 （発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、Ｔ１またはＴｉ合金で製作した機械部
品の表面に、十分な厚さをもち密着性の高い肉盛り硬化
層を形成し、それによって耐久性のよい耐摩耗表面を得
る表面硬化法を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明のチタンまたはチタン合金の表面硬化法は、ｌｉ
またはＴ１合金からなる母材の表面において ａ） ＣｏまたはＣｏ合金と、ｌｉまたはＴｉ合金と
の混合物、または ｂ） Ｃｏを含有するＴ１合金 からえらんだ肉盛り材を、母材と混合が生じるように溶
融させ、肉盛硬化することからなる。 本発明を適用できるＴｉ合金は、母材としては、Ｔｉ
−６ＡＪ！−４Ｖｋ：代表サレルヨウな、Ｔｉを主成分
としてそれに比較的少量の合金成分を添加したもののほ
か、金属間化合物Ｔｉ Ａｊ！を主成分とするもののよ
うな、Ｔｉに対して比較的多量の合金成分を添加したも
のを包含する。 肉盛りに使用するＴｉまたはＴｉ合金は、母材と同種の
ものが好適であるが、母材がＴ１合金であっても純Ｔｉ
を使用してよいし、母材と異なるＴｉ合金であっても差
し支えない。 肉盛りの材料とするＣｏ合金は、従来市販のものが好都
合に使用できる。 たとえば［トリバロイＴ ４００Ｊ
（Ｃｏ −２８Ｍｏ −８Ｃｒ −２Ｓｉ）、［ステ
ライト＃６Ｊ （Ｃｏ −２８Ｃｒ −４ＷＩＧ−３
Ｆｅ−ＩＳｉ ）ｒステライト自体２」（Ｃｏ −２６
Ｃｒ −２２Ｎｉ −１２Ｗ−２Ｃ−ＩＳｉ ）などの
材料が、粉末や棒の形で入手できる。 ＣＯを含有する
Ｔｉ合金は市場には見当らないが、Ｃｏが１０〜５０重
量％を占めるように、ＴｉまたはＴ１合金と配合して合
金化し、粉末や棒の形で用意すればよい。 肉盛りに使用するＣｏ （またはＣｏ合金）とＴｉ（
またはＴｉ合金）との混合物の組成は、Ｇ。 を含有するＴｉ合金の組成と同様、ＣＯか１０〜５０％
の範囲となるようにえらべばよい。 溶融は、肉盛り材と母材との混合が生じるように、十分
な熱を供給して行なう必要がある。 それには、プラズ
マアーク溶接、ＴＩＧ溶接などの手段が適切である。 溶融の雰囲気は、Ａｒのような不活性ガスを使用すれば
、作業が容易であるが、酸素および（または）窒素を溶
融金属に固溶させて硬化する効果も狙って、ＣＯ２，０
２，Ｎ２をコントロールされた量で含有する雰囲気を使
用することも有利である。 （作 用］ ｌｉまたはＴｉ基合金の表面にＣｏ合金の肉盛り溶接を
行なったとき、肉盛り金属層の□密着がよくないのは、
界面において金属間化合物のＴｉＣ０やＴｉ ２ Ｃｏ
の層が生成するためであることがわかった。 このよう
な金属間化合物は、それ自体は硬質であるが脆いため、
層状に生成すると、そこから剥離しやすいわけである。 本発明に従って、第１図にみるように、ＴｉまたはＴｉ
合金の母材（１）にＣｏ （またはＧＯ合金）とＴｉ
（またはＴｉ合金）とが混在する肉盛り材（２）を
溶接することにより、溶融金属（３）は、単にＧＯ合金
を溶接した場合よりも、Ｔｉ成分の存在により母材とな
じみやすい。 しかもこの溶融は、母材と肉盛り材との
混合が生じるように行なうのであるから、溶融金属の母
材に近い部分はどＴｉ成分の含有量が高い。 これを模式的に示せば、第２図のグラフのようになる。 すなわち、肉盛り材としてステライトを使用した従来
の肉盛り溶接によるときは、表面から内部へ向う硬さの
分布が、細線で示すように、表層からある深さまではス
テライト自体の硬さを保ち、そこで急激に高まったあと
、−挙に母材の硬さまで低くなる。 この急激な硬さの
高まりは、前記した金属間化合物Ｔｉ Ｃｏ 、Ｔｉ
２ Ｃｏの生成に起因するものである。 これに対し、本発明に従って、たとえばステライトにＴ
１合金を混合して使用した場合には、第２図に太線で示
すように、かなりの厚さにわたってその硬さを保ったの
ら、溶融部分から母Ｈに向って連続的に低下する分布を
みせる。 肉盛り金属層と母材との間に脆い層ができな
いから、剥離の心配はない。 もちろんこの場合でも、
ＴＣｏやＴｉ２ＣＯは生成するが、溶融部中のｌｉ成分
濃度が高いため、これらの金属間化合物は層状に存在せ
ず、細かく分散した形で溶融金属層に存在し、その硬さ
を向上さぼるのに役立つ。 容易に理解されるように、Ｃｏを主成分とする硬質の合
金がより多くを占めれば、肉盛り硬化層の耐摩耗性は高
く、一方、ＴｉまたはＴ１合金の割合を高くすれば、母
材との密着性はいっそう良好になる。 溶融金属層（３）の厚さは、肉盛り材（２）の使用量と
溶接部に与える熱量とを調節することにより、かなり広
い範囲で変更でき、所望により相当厚くできる。 従っ
て、肉盛り溶接後に表面を研磨して、たとえば第１図に
破線で示した位置まで削り取ったとしても、なお十分な
硬化層を残ずことかできる。
【実施例１】
ＴｉまたはＴｉ合金の平板を母材として使用し、第１表
に示す条件で、Ｃｏ合金とＴｉ合金の混合物またはＣＯ
含有Ｔｉ合金を肉盛り溶接した。 硬化表面の硬さと肉盛り部分の厚さをしらべて、表に示
す。 表において、記号で示した肉盛り材の内容は、つぎのと
おりである。 （）内は重量％Ａ−１：トリバロイＴ
４００粉末 １５）十Ｔｉ −６Ａ、ｌｌ −４Ｖ粉末
８５）Ａ−２：トリバロイＴ４００扮末 ２０）十ｎ
−６１−４Ｖ粉末 ８０） Ａ−３ニトリバロイＴ４００粉末 ２６）十Ｔｉ −６
Ａ、ｌｌ −４Ｖ粉末 ７４）Ａ−４： トリバロイＴ
４００粉末 ３３）＋Ｔｉ −６ＡＮ −４Ｖ粉末 ６
７） Ａ−５： トリバロイＴ４００粉末 ５０）十Ｔｉ −
６ＡＩ−４Ｖ粉末（５０） Ｂニステライト＃６粉末（１５）＋ Ｔｉ −６Ａ、ｌｌ−４Ｖ粉末（８５）Ｃニステライト
＃６棒（径２ｍ＞＋Ｔｉ棒（径３．５ｍ） Ｏ： ＣＯ粉末（１５） 十Ｔｉ −６Ａ、ｌｌ −４
Ｖ粉末（８５） Ｅニステライト＃３２粉末（２０）十丁６Ａ、！！−４
Ｖ粉末（８０） 比較のため、純ＴｉおよびＴｉ合金の表面の硬さを、第
１表にあわせて掲げた。 （実施例２１ １−ｉ合金で製作したエンジンバルブのフェースに、第
２表に示す条件で肉盛り溶接を行なった。 フェースを研削仕上げしたのちの硬化層の厚さと表面の
硬さとを、第２表に示す。 肉係り材については、前記
したとおりである。 （発明の効果】 本発明の方法により肉盛り硬化を行なえば、Ｔｉまたは
Ｔｉ合金の母材の表面に、十分な厚さの硬化層を、高い
密着性をもって設けることができる。 従って、本発明の表面硬化法は、内燃エンジンのバルブ
、ロッカーアーム、コンロッドあるいはピストンピンを
はじめとする、軽量でしかも耐摩耗性をもつことを要求
される部品の製造にとって有用である。
に示す条件で、Ｃｏ合金とＴｉ合金の混合物またはＣＯ
含有Ｔｉ合金を肉盛り溶接した。 硬化表面の硬さと肉盛り部分の厚さをしらべて、表に示
す。 表において、記号で示した肉盛り材の内容は、つぎのと
おりである。 （）内は重量％Ａ−１：トリバロイＴ
４００粉末 １５）十Ｔｉ −６Ａ、ｌｌ −４Ｖ粉末
８５）Ａ−２：トリバロイＴ４００扮末 ２０）十ｎ
−６１−４Ｖ粉末 ８０） Ａ−３ニトリバロイＴ４００粉末 ２６）十Ｔｉ −６
Ａ、ｌｌ −４Ｖ粉末 ７４）Ａ−４： トリバロイＴ
４００粉末 ３３）＋Ｔｉ −６ＡＮ −４Ｖ粉末 ６
７） Ａ−５： トリバロイＴ４００粉末 ５０）十Ｔｉ −
６ＡＩ−４Ｖ粉末（５０） Ｂニステライト＃６粉末（１５）＋ Ｔｉ −６Ａ、ｌｌ−４Ｖ粉末（８５）Ｃニステライト
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Ｖ粉末（８０） 比較のため、純ＴｉおよびＴｉ合金の表面の硬さを、第
１表にあわせて掲げた。 （実施例２１ １−ｉ合金で製作したエンジンバルブのフェースに、第
２表に示す条件で肉盛り溶接を行なった。 フェースを研削仕上げしたのちの硬化層の厚さと表面の
硬さとを、第２表に示す。 肉係り材については、前記
したとおりである。 （発明の効果】 本発明の方法により肉盛り硬化を行なえば、Ｔｉまたは
Ｔｉ合金の母材の表面に、十分な厚さの硬化層を、高い
密着性をもって設けることができる。 従って、本発明の表面硬化法は、内燃エンジンのバルブ
、ロッカーアーム、コンロッドあるいはピストンピンを
はじめとする、軽量でしかも耐摩耗性をもつことを要求
される部品の製造にとって有用である。
第１図は、本発明の方法により表面硬化を行なっている
ところを示す、母材と肉盛り溶接金属との断面図である
。 第２図は、表面硬化材料による硬さのちがいを模式的に
あられしたグラフである。
ところを示す、母材と肉盛り溶接金属との断面図である
。 第２図は、表面硬化材料による硬さのちがいを模式的に
あられしたグラフである。
Claims (3)
- （１）ＴｉまたはＴｉ合金からなる母材の表面において ａ）ＣｏまたはＣｏ合金と、ＴｉまたはＴｉ合金との混
合物、または ｂ）Ｃｏを含有するＴｉ合金 からえらんだ肉盛り材を、母材と混合が生じるように溶
融させ、肉盛硬化することからなるＴｉまたはＴｉ合金
の表面硬化法。 - （２）酸素および（または）窒素を含む雰囲気下に実施
し、これらガス成分の固溶による硬化をもあわせて行な
う請求項１の表面硬化法。 - （３）Ｔｉ合金製バルブフェースに適用する請求項１ま
たは２の表面硬化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2925889A JPH02207973A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | チタンまたはチタン合金の表面硬化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2925889A JPH02207973A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | チタンまたはチタン合金の表面硬化法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02207973A true JPH02207973A (ja) | 1990-08-17 |
Family
ID=12271252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2925889A Pending JPH02207973A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | チタンまたはチタン合金の表面硬化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02207973A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102962547A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-13 | 首都航天机械公司 | 一种钛合金结构件电弧增材制造方法 |
-
1989
- 1989-02-08 JP JP2925889A patent/JPH02207973A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102962547A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-13 | 首都航天机械公司 | 一种钛合金结构件电弧增材制造方法 |
| CN102962547B (zh) * | 2012-11-23 | 2015-06-03 | 首都航天机械公司 | 一种钛合金结构件电弧增材制造方法 |
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