JPH03294085A - 硬化肉盛用Ｃｏ基合金粉末 - 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） この発明は肉感溶接用の材料、特に基体の表面を硬化す
るために行われる硬化肉感溶接用のＣＯ基合金粉末に関
する。

（従来の技術） 金属材料からなる基体表面に、耐食、耐熱或いは耐摩耗
性を付与する目的で肉感溶接を行い、基体表面に各種合
金層を形成することが行われている。

例えば頻繁に開閉動作を行うエンジンバルブの大径部外
周部分（開閉穴への当接部）に、耐食。

耐熱性を付与し且つ機械的摩耗を防ぐ目的でこの種肉盛
溶接を施すことが行われている。

この肉盛溶接の方法には、従来種々の方法が知られてお
り、夫々特有の長所、９！ｉ所を有しているが、その一
つに、プラズマアークを用いて溶加材を溶融させ、母材
側に溶着させるプラズマアーク溶接がある。

このプラズマアーク溶接の場合、溶加材として金属粉末
が用いられ、供給口より供給された粉末がプラズマアー
クにより溶かされて母材表面に溶着される。

この金属粉末は、棒材或いはワイヤ材に比べて溶は易い
ものの、プラズマアーク溶接の場合、粉末がプラズマア
ーク中を短時間で通過することから、基体（母材）表面
に粉末が到達するまでの間に十分に溶融しないという問
題があった。

（発明が解決しようとする課Ｉｆ） 従来この場硬化肉盛用金属粉末としてＣｏ基。

Ｎｉ基、Ｆｅ基の各種合金粉末が用いられており、この
内Ｃｏ基のものとしては、例えば第−表に示す如き組成
の合金粉末が用いられているが、この合金粉末の場合、
プラズマアーク中を通過する間に粉末か充分に溶融でき
ず、このため粉末が溶着部の外側に飛散し、肉盛時の粉
末の歩留が悪いという問題を生していたのである。

（以下余白） その対策として、粉末の粒度を細かくすることが考えら
れる（例えば２００メツシユアンダーとする）が、粉末
の粒度を必要以上に細かくすると、粉末を送給する際に
棚吊り現象を起こしたり、送給むらを起こしたりしてし
まう、而して送給むらを起こすと、粉末が円滑且つ一定
して供給されないことから、肉盛不良を生じてしまう。

一方粉末の粒度を従来のままとしく従来は６０かも２５
０メツシュ程度）、代りにプラズマアークの熱量を増大
して、粉末に対する溶融能力を高めることも考えられる
。確かにこのようにすれば、粉末がアーク中を短時間で
通過する閏にこれを完全に溶融させることも可能である
が、同時に母材に対する溶融能力も高くなり、これによ
って肉盛時に母材が多く溶融するようになって、肉身部
分め硬さが不足したり、母材の溶は落ちが生じて肉感欠
陥を生じたりしてしまう。

尤も母材の厚み１例えば前述のエンジンバルブの場合、
大径部分（傘の部分）の厚みを厚くすることによって、
ある程度これを防げるものの、この場合には肉感溶接後
において５厚みを最終製品のそれに合せるために研削加
工を施すことが必要となり、製品の製作工数が増す外、
材料費も高くなってしまう。

帽１を解決するための手段） 本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、その要旨は、粉末組成を重量比率でＣ：０．１
〜２．５％、　ＳＮ：　０．８〜２．０％、Ｎ！Ｉ：１
．００％以下、　Ｎｉ　：　２５％以下、　Ｏｒ　：　
２３〜３５％。

−十に０５２０％以下で且つ＠：１５％以下、Ｍｏ：１
５％以下、　Ｆｅ　：　２．５％以下及びＢ　：　０．
０００５〜０．０２％。

１．０．０３〜０．０８％、残部ＣＯ及び不可避的不純
物から成るようにしたことにある。

本発明においては、金属粉末の組成を１重量比率でＣ：
０．１〜２．５％、　Ｓｉ　：　０．８〜２．０％、Ｎ
ｎ：１．００％以下、　Ｎｊ　：　２５％以下、Ｃｒ：
２３〜３５％。

１１＋Ｍｏ：２０％以下で且つｗ：１５％以下、Ｍｏ：
１５％以下、　Ｆｅ　：　２．５％以下及びＢ　：　０
．０００５〜０．０２％。

Ｎ：０．０３〜０．０８％、　Ｎｂ　：　０．００１〜
０．０５％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物から成るよう
にすることができる。

また更に本発明は、金属粉末の組成を１重量比率でＣ：
０．１〜２．５％、　Ｓｉ　：　０．８〜２．０％、Ｍ
ｎ：１．００％以下、　Ｎｉ　：　２５％以下、Ｃｒ：
２３〜３５％。

Ｗ＋Ｍｏ＝２０％以下で且つｗ：１５％以下、Ｍｏ：１
５％以下、　Ｆｅ　：　２．５％以下及びＢ　：　０．
０００５〜０．０２％。

Ｎ：０−０３〜０．０８％、　Ｎｂ　：　ｏ、ｏｏｉ〜
０．０５％、〒ｉ：０．００５〜０．０５％、残部Ｃｏ
及び不可避的不純物から成ることとすることもできる。

本発明は、　Ｃ、Ｓｉ、Ｎｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ｗ、Ｍｏ、
Ｆｅ等の成分を調整する一方、合金成分としてＢ　、Ｎ
　。

Ｎｂ、ＴｉミラｈＢ　＋Ｎ　ｔｙ）形で或いはＢ　＋ｌ
　ｌｌｂ。

Ｂ　＋Ｎ　＋ｐｔｂ＋丁；の形で含有させることを特徴
とするものである。

本発明者は、上記詳述したように、粉末を充分に溶融さ
せるための対策として、合金粉末の粒度を細かくするこ
と、或いはアークの熱量を増大すること等の方法が何れ
も別の問題点を発生させることから、合金粉末の溶融点
を低くすることに着眼し、そして種々の研究、実験を行
った結果、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｉｔ　、Ｍｏ
、Ｆｅ等の成分範囲を上記範囲とするとともに、合金成
分としてＢ。

Ｎ、ｌｌｂ、Ｔｉを含有させることにより、目的とする
低融点の硬化肉盛用Ｃｏ基合金粉末が得られることを見
出し、本願発明を完成した。

かかる本願発明のＣＯ基合金粉末は、従来のＣｏ基合金
粉末に比べて溶融点が充分に低くなっていることから、
従来と同じ粒度の粉末（６０〜２５０メツシュ程度）を
用いつつ、肉感溶接時にこれを充分に溶融させることが
できる。従って従来のＣｏ基合金粉末のように、充分に
溶融しなかった粉末が溶着部の外に飛んで肉盛時の粉末
の溶着歩留が悪くなるといった不都合を生じない。

また本発明によれば、プラズマアークの熱量を増大する
必要が無く、むしろこれを低下させることが可能となる
ので、電力消費を少なく抑えることができ、加えて熱量
増大に起因する諸問題５即ち母材の溶は落ちや肉感部の
硬さ不足、肉盛欠陥等の問題を回避できる。そして母材
の溶は落ちの問題を惹起しないことから、母材の肉厚を
厚くする必要がなく、従って肉感溶接後において、厚さ
調節のための研削工程も省略できる。

次に本発明における各成分及び限定理由について説明す
る。

Ｃ：０．１〜２．５％ Ｃは硬さを確保するために必要な成分であり、その目的
のためには０．１〜２．５％の範囲で含有させる必要が
ある。

Ｓｉ　：０．８〜２．０％ Ｓｉは脱酸作用の他、溶湯の流動性を高める作用をなす
、しかしながら量が多すぎると、耐溶接割れ性が悪くな
る０本発明においては、Ｓｉの量を０．８〜２．０％と
する必要がある。

Ｎｎ：１％以下 ＩＩＩ！Ｉは脱酸のために添加される。但しその量が１
％を超えると溶湯の流動性が低下するため、含有量を１
％以下とする必要がある。望ましい範囲は０．２〜０．
６％である。

Ｎｉ　：　２５％以下 Ｎｉは高価なＣＯの代遷元素として加えられる。但し置
換可能な量には限界があり、その上限値は２５％である
。

Ｃｒ　　：　　２３　〜３５　％ Ｃｒは耐酸化性向上のために添加され、その下限値は２
３％である。但し３５％を超えて添加してもコストが高
くなるのみで、高温硬さが劣化してしまう、従って本発
明ではＣｒの量の上限値を３５％とする。

ｄ＋）ｔｏ：合計で２０％以下、且つ夫々が１５％以下 １１、Ｍｏは肉盛部を硬くシ、また耐摩耗性を付与する
ために有効な成分であるが、量が一定量以上になると耐
溶接割れ性が劣化し、またコストも高くなってしまう１
本発明においては＠、Ｍｏの夫々を１５％以下に抑え、
且つ合計で２０％以下に抑える必要がある。

Ｆｅ：２．５％以下 Ｆｅは不純物となるものであって、耐食性、硬さが劣化
する。従ってその量は最大で２．５％とする必要がある
。

Ｂ　　：　ｏ、ｏｏｏｓ〜０．０２％ Ｂは合金粉末を低融点化する作用を有する。そしてその
融点は、Ｂの添加量増大につれて低くなるがこれに伴っ
て溶湯の粘性が低くなり、添加量が多すぎると溶湯の流
動性が高くなりすぎてビード形状が扁平形状となってし
まう、即ち所望のビード形状が得られず、ビード形状不
良を惹起する。この意味でＢの含有量はｏ、ｏｏｏｓ〜
０．０２％の範囲に抑えることが必要である。但し望ま
しい範囲の下限値は０．００９％である。

Ｎ　：　ｏ、ｏｓ％以下 Ｎは本発明において、低融点化のために含有される特徴
的な成分である。Ｎは他成分、例えばＣｒと非金属介在
物（窒化物）を作り易く、一般の合金にあってはその含
有量をできるだけ少なくする。しかしながら本発明者の
実験によると、　Ｃｏ基合金粉末において、にが粉末の
融点を低下させる効果のあることが判明した。そこで本
発明ではＮの含有量を積極的に多くしている。但しその
上限値は０．０８％である、これよりもＮの含有量が多
くなると、ビード表面及びビード内部へのスケールの巻
込が多くなってしまう。

尚Ｎの含有量を上記範囲とした場合、合金粉末の原料と
してに含有量の多い安価な原料を用いることが可能とな
り、合金粉末のコストが安くなる利点が生ずる。

即ち、一般に硬化肉感用合金粉末を製造する方法として
、溶湯にＮ２ガスを吹付けることによってこれを滴状化
させるとともにこれを′ＩＪ囚させる方法が用いられる
が、その際、粉末中に０．０２％程度のにが久り込んで
しまう、従ってＫを不純物とし、その含有量をできる限
り低く抑える従来のＣｒｏ基合金粉末の場合、原料とし
て賢台有量のできるだけ少ない高級材料を用いる必要が
ある。

これに対し、Ｎの含有量を逆に多くするようにした本発
明にあっては、原料として画の含有量の高い低級原料を
用いることが可能となるのである。加えてかかる低級原
料を用いることにより、製造工程において積極的に脚を
添加しなくて良い利点が生じる。

Ｗｂ　：　［１００１〜０．０５％ Ｗｂも本発明における特徴的成分の一つであり、かかる
Ｎｂを含有させることにより１合金粉末の融点が効果的
に低下する。但しその効果が現れるのはｏ、ｏｏｉ％以
上含有させた場合である。また０、０５％を超えて含有
させると、耐酸化性が低下してしまう、そこで本発明で
はＮｂの含有量を０．００１〜０，０５％の範囲とする
。

丁ｊ　：０．００５　〜０６０５％ Ｔｉは一般に脱酸元素として考えられるが、禾発明者が
実験したところ、Ｔｉを含有させることにより、合金粉
末の融点が下がることが判明した。その適正な量的範囲
は０．００５〜０．０５％であった。

Ｔｉの添加による低融点化のメカニズムについては良く
解っていないが、Ｔｉが他成分と反応して複合化合物を
造っていることが考えられ、これが合金粉末を低融点化
しているように思われる。但しこれは推測である。

尚、本発明においては不可避的不純物としてＰ、Ｓを含
んでいても良いが、これらは０．０３％以下に抑えるこ
とか望ましい。

（実施例） 次に本発明の特徴をより明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。

［実施例１］ 第２表に示す種々の組成のＣｏ基合金粉末を製造しく粉
末粒度６０〜２５０メツシユ）、その粉末の溶融開始温
度及び完全溶融温度を示差熱分析にて測定した。結果か
第２表に併せて示しである。

（以下余白） ［実施例２コ 第２表に示す組成のＣＯ基合金粉末を製造しく粒度６０
〜２５０メツシユ）、この合金粉末を用いてエンジンバ
ルブの大径部（外径２４露履φ）の外周縁部にプラズマ
アーク肉盛溶接を行い（プラズマガス：１．１１７分）
、その際の溶着可能な最低電流値を求めた。また併せて
溶着部の欠陥率（エンジンバルブ２０００本を肉感溶接
した際における欠陥を含むバルブ本数の割合）を求めた
。

結果が第３表に示しである。

（Ｊ！下全余白 Ｃ実施例３コ 第４表に示す種々Ｃｏ基合金粉末を製造し、その粉末を
用いて、直径２０■■の鋼製の丸棒の端部外周面上に形
成した溝幅７１１ｍ、溝深さ３■の溝にプラズマアーク
肉盛溶接を行った。そしてその際の適正電流値、　Ｆｅ
の悉釈率な調べた。また併せてこの丸棒を内技工真のポ
ンチとして用い、寿命を調査した。結果か第４表に示し
である。

（以下余白） 第３表 表の結果に見られるように、本発明例の場合、適正電流
（従ってプラズマアークの熱量）が低く、Ｆｅの希釈率
も低くなっている。　Ｆｅの希釈率は母材の溶融量の大
小を示しており、Ｆｅの希釈率が大きくなると、肉盛溶
接部の硬さが低くなって、工具としての寿命が低下する
。

以上本発明の実施例を詳述したが、本発明は種々の部品
や材料に対する肉感溶接に対して適用が可能であり、ま
た場合により上記プラズマアーク溶接以外の方法で肉感
溶接を施すに際して適用可能である等、その主旨を逸脱
しない範囲において、当業者の知識に基づき様々な変更
を加えた態様において実施可能である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比率でＣ：０．１〜２．５％、Ｓｉ：０．８
   〜２．０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：２５％以下
   、Ｃｒ：２３〜３５％、Ｗ＋Ｍｏ：２０％以下で且つＷ
   ：１５％以下、Ｍｏ：１５％以下、Ｆｅ：２．５％以下
   及びＢ：０．０００５〜０．０２％、Ｎ：０．０３〜０
   ．０８％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物から成ることを
   特徴とする硬化肉盛用Ｃｏ基合金粉末。
2. （２）重量比率でＣ：０．１〜２．５％、Ｓｉ：０．８
   〜２．０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：２５％以下
   、Ｃｒ：２３〜３５％、Ｍ＋Ｍｏ：２０％以下で且つＷ
   ：１５％以下、Ｍｏ：１５％以下、Ｆｅ：２．５％以下
   及びＢ：０．０００５〜０．０２％、Ｎ：０．０３〜０
   ．０８％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、残部Ｃｏ及
   び不可避的不純物から成ることを特徴とする硬化肉盛用
   Ｃｏ基合金粉末。
3. （３）重量比率でＣ：０．１〜２．５％、Ｓｉ：０．８
   〜２．０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：２５％以下
   、Ｃｒ：２３〜３５％、Ｗ＋Ｍｏ：２０％以下で且つＷ
   ：１５％以下、Ｍｏ：１５％以下、Ｆｅ：２．５％以下
   及びＢ：０．０００５〜０．０２％、Ｎ：０．０３〜０
   ．０８％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、Ｔｉ：０．
   ００５〜０．０５％、残部Ｃｏ及び不可避的不純物から
   成ることを特徴とする硬化肉盛用Ｃｏ基合金粉末。