JPH04162988A - 超硬質耐摩耗肉盛用溶接材料 - 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） 本発明は、アーク溶接等によって超硬質耐摩耗肉盛層を
得るための肉盛用溶接材料に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）従来、アーク
溶接によって硬質のＷ炭化物系肉盛層を得る溶接棒とし
ては、金属芯Ｉ！或いはチューブにＷ炭化物粉を被覆又
は充填したタイプの溶接棒が知られており、実用化され
ている（例えば、特公昭４８−３３１３６号）。

しかしながら、従来のこの種の溶接棒は、その構造上添
加されるＷ炭化物の量に限界があり、比較的多く添加で
きるチューブ状ロッドでも、重量比で５０％を超えて添
加することは容易でない。

したがって、主成分は金属芯線或いはチューブの材質に
よって定まり、成分構成が限定される。更に肉盛層の硬
質粒子の分散が極めて不均一であり、いわゆる超硬合金
に比べると、硬度耐摩耗性は遥かに劣るといわざるを得
ない。

また、従来のチューブ状ロッドは、ＴＩＧ溶接にも適用
可能であるが、硬質のＷ炭化物を充填した場合は伸線性
が極めて悪く、２■φ以下の細径ロッドに仕上げること
は困難であるため、金型、パンチ類の硬化肉盛などのよ
うに低電流のＴＩＧ溶接で比較的精密な肉盛溶接が要求
されるような場合には適用することができない。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、汎用のア
ーク溶接機、ＴＩＧ溶接機等々を使用して、超硬合金に
近い高硬度、耐摩耗性を有する肉感層を容易に形成する
ことができる溶接材料を提供することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記課題を解決するべく、比較的任意の
組成で任意の形状の金属、炭化物複合体を作ることがで
きる粉末冶金法に着目し、溶接性。

肉盛層の均一性、硬度、耐摩耗性を考慮しながら、その
成分組成について研究を重ねた。その結果、ここに本発
明をなしたものである。

すなわち、本発明は、Ｆｅ：３０％以上及びＣ：０．４
〜４．５％を含み、更にＣｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＷの１種又
は２種以上の合計を３〜３０％含む化学組成を有する結
合金属相を１５％以上含有し、硬質分散粒子系としてＷ
炭化物を２Ｑ％以上含有してなることを特徴とする超硬
質耐摩耗肉盛用溶接材料を要旨とするものである。

以下に本発明について更に詳述する。

（作用） 本発明の肉感用溶接材料は結合金属相と硬質分散粒子系
からなるものであるが、その成分組成の限定理由は以下
のとおりである。

０ユ亙光皇１皿 結合金属相はアーク溶接時に溶融して肉盛ビードを形成
する役割を果すものであり、母材及び硬質分散粒子との
濡れ性の良いことが要求される。

本発明者らは、結合金属相を特定組成のＦｅ合金系とす
ることによって、耐摩耗性と溶接作業性を両立させるこ
とに成功したものである。

釦員賃−金ｊし鉱（： まず、結合金属相の量が１５％未満ではその良好な溶接
作業性を確保することが難しいので、結合金属相の量は
１５％以上とする。

ヱ至： 本発明の最大ポイントとも言えるＦｅは、結合金属相の
必須成分であり、アーク溶接時に溶融して、母材及び硬
質分散粒子と濡れ性の良い金属相を形成する。特に母材
との濡れ性は、このＦｅにより著しく改善される。しか
し、結合金属相中のＦｅ量が３０％未満では上記の効果
が小さく、ア一り溶接性が不十分で良好な肉盛ビードを
形成することが困難となる。したがって、金属結合相中
のＦｅ量は３０％以上とする。

旦： Ｃは０．４％未満では肉盛層のマトリックス相が強化さ
れず、硬度、耐摩耗性の点で問題がある。

一方、４．５％を超えるとマトリックス中のＣ量が過多
となって脆化する。したがって、金属結合相中のＣ量は
０．４〜４．５％の範囲とする。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ： Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＷはＣと結合して炭化物を形成し易い
元素であり、肉感層のマトリックス強化の効果がある。

しかし、これらの１種又は２種以上の合計が３％未満で
はその効果が小さく、また３０％を超えるとマトリック
ス相は脆化し、溶接割れ等の問題が生じる。したがって
、金属結合相中のＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗは１種又は２種以
上の合計を３〜３０％の範囲とする。

なお、金属結合相中のその他の成分は特に規定しないが
、肉感層の靭性、耐食性の付与等の目的から、Ｎｉ、Ｃ
ｏ等の成分をアーク溶接性を損なわない範囲で金属相中
に適量添加することは差し支えない。

Ｃすｍυ１１五 肉感金属に分散させる硬質粒子としては、アーク溶接の
熱で容易に溶融しない程度に高融点で高硬度であること
が条件であり、これらの点でＷ炭化物は最適と云える。

しかし、その含有量が２０％未満では、硬質粒子分散の
効果が小さく、肉盛層の硬度、耐摩耗性の面で大きな効
果を発揮することができないので、硬質分散粒子系はＷ
炭化物が２０％以上含有させる必要がある。

なお、硬質分散粒子系におけるＷ炭化物以外の成分につ
いては、特に規定しないが、耐熱性の付与、焼結時或い
は溶接時における結晶粒粗大化防止等の目的から、Ｃｒ
、　Ｍｏ、　Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、　Ｖ等の各炭化物、窒
化物、硼化物を適量複合添加することは差し支えない。

特に、Ｔｉ炭化物を１〜ＩＳ％添加することは、肉盛層
組織の均質化に有効であり、Ｗ炭化物との複合添加によ
って非常に優れた耐摩耗性が得られるので望ましい。

本発明の肉盛用溶接材料は、アーク溶接、ガス溶接等々
の各種溶接法に適用でき、また被覆溶接棒、ソリッドワ
イヤ、チューブ状ロンド又はワイヤ等々の各種形態で使
用できる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 以下の要領で肉盛用溶接材料を製造し、肉盛溶接試験を
行って、硬度、耐摩耗性、溶接作業性等を評価した。

（１）使用原料 第１表に示す成分組成及び粒径のＦｅ系粉末、第２表に
示す炭化物粉などを準備した。各成分の平均粒径は以下
のとおりである。

Ｃｏ粉末：平均粒径１．３μｍ Ｎｉ粉末：　　　ｎ　　　１．８μｍ ＷＣ粉末二　！〆　　１．５μｍ Ｃｒ、Ｃ，粉末：　　　ｎ　　　１．９μｍＴｉＣ粉末
：　　　　Ｉ！１．５μｍ （２）供試材の製造法 上記の各粉末を用いて、第２表に示す組成で配合し、有
機溶媒と共にアトライタを使用して８時間湿式混合を行
った。湿式混合後、乾燥した混合粉末をワックス系バイ
ンダを添加して混練し、２゜５１１１ＩｍφＸ４００ｍ
ｍの形状で押出成形した後、１３００〜１４００℃の温
度で真空焼結を行い、供試溶接材料とした。

（３）肉盛溶接試験法 上記の溶接材料を溶加材として、Ｔ　Ｉ　Ｇ溶接法によ
って１５ＯＡの電流で、第１図に示す要領で母材（ＳＳ
４１）に１層肉盛溶接を行った。

（４）耐摩耗性の評価方法 肉盛溶接部より、第１図に示す個所から試験片（１２ｔ
Ｘ　２５ｗＸ　５０　Ｑ）を加工して、第２図に示す要
領でサンドアブレージヨン摩耗試験を実施した。特性値
は、摩耗距離４０００ｍにおける摩耗量で示して、耐摩
耗性を評価した。その値は低い方が耐摩耗性は優れてい
る。

（５）試験結果 第２表に肉盛溶接の試験結果を示す。

本発明例のＮα１〜Ｎａ　７は、いずれも溶接作業性が
良好であって、肉盛層はＨν１０００〜１３５０と非常
に硬質で、摩耗量も０．０８〜０．１２ｇ／４０００ｍ
と少なく、耐摩耗性は極めて良好である。

参考のために同じ要領で実施した超硬合金の場合は摩耗
量０　、０６　ｇ／　４０００ｍであったから、超硬合
金に近い耐摩耗性を有していると云える。

なお、従来材のチューブ状ロンドの摩耗量は１゜３ｇ／
４０００ｍであった。

一方、比較例の＆８は、結合金属相の量が少なすぎるた
めにアーク溶接性が不良でビードが形成されなかった。

比較例Ｎｌ１９は、逆にＷ炭化物粉が少なすぎるために
耐摩耗性が劣っている。

比較例魔１０は、結合金属相のＦａ含有量が少ないため
に溶接作業性が不良で、良好な肉盛ビードを形成しなか
った。

比較例Ｍａｉｌは、結合金属相が軟鋼組成であり、Ｃｒ
、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ等の成分が含まれていないためにマトリ
ックスが弱く、低硬度で耐摩耗性も悪い。

比較例Ｎ（１１２は、結合金属相のＣ，Ｃｒ＋Ｍｏ＋ｖ
＋Ｗが高すぎて、マトリックスが脆化し、溶接割れが多
発した。

【以下余白１ なお、ＴＩＧ溶接の場合、溶加材の酸素量も溶接作業性
に影響を及ぼし、本発明者らの研究によれば、１１００
０ｐｐを超えるものは電極の消耗等実用的に問題がある
ので、１１０００ｐｐ以下に規制するのか好ましいこと
が判明した。このためには、溶加材の製造に当っては、
成分組成もさることながら、焼結条件にも配慮すること
が必要である。上記実施例では真空焼結を行い、添加材
の酸素量はすべて１１０００ｐｐ以下であった。

また、上記実施例では、Ｗ炭化物として１〜２μｍの粒
径のＷＣを用いたが、溶接方法や用途によっては粗粒（
１０〜１００μｍ程度）のＷＣ或いはＷ２Ｃを用いても
、良好な耐摩耗性を有する肉盛層が得られる。

更に、被覆アーク溶接法への適用についても試験した。

すなわち、上記実施例のｋ　１〜Ｎα７の溶接材料につ
いて、アーク安定性に効果のある被覆剤を外周に塗布し
、汎用のアーク溶接機で肉盛溶接試験を実施したところ
、前記ＴＩＧ溶接試験の結果に準する結果が得られ、本
発明は被覆アーク溶接法にも適用可能であることを確認
した。

また、ガス溶接法への適用についても試験した。

すなわち、上記実施例のＮα１〜Ｎα７の溶接材料につ
いて、ガス溶接（酸素−アセチレン）で肉盛溶接試験を
実施したところ、前記ＴＩＧ溶接とほぼ同様の結果が得
られ、本発明はガス溶接にも適用可能であることを確認
した。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の肉盛用溶接材料は、アー
ク溶接等の各種溶接法によってＦｅ系高強度マトリック
ス中に超硬質のＷ炭化物を高硬度で均一に分散させるこ
とができるので、従来の硬化肉盛溶接棒に比べて、遥か
に高硬度で耐摩耗性の優れた肉盛層を容易に得ることが
できる。

また、粉末冶金法によって製造する際、任意の形状のも
のを作ることが可能であり、１．０ｍｍφ以下の極細径
ワイヤの製造も可能であるので、大幅な適用拡大が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は肉盛溶接試験の要領を説明する図、第２図は摩
耗試験の要領を説明する図である。 特許呂願大　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 第２図 りバゝ１丁・Ａ−ル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で（以下、同じ）、Ｆｅ：３０％以上及びＣ：０
   ．４〜４．５％を含み、更にＣｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＷの１
   種又は２種以上の合計を３〜３０％含む化学組成を有す
   る結合金属相を１５％以上含有し、硬質分散粒子系とし
   てＷ炭化物を２０％以上含有してなることを特徴とする
   超硬質耐摩耗肉盛用溶接材料。