JPH04506836A - 溶融により処理され得る炭化タングステン含有硬合金 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 溶融により処理され得る炭化タングステン含有硬合金発明の背景 本発明は金属合金、さらに詳細には溶融により処理され得る炭化タングステンの 硬い粒子を含んだ複合冶金に関する。

機械で使用される際、粒状物質を含む環境に触れると磨耗または浸食する材料が 多数ある。磨耗を生ぜしめる幾千もの状況のうちの幾つかに、穴あけ工具、ポン プの羽根車及びかき取り刃がある。材料が磨耗するにつれて磨減量が増加し、最 後にその部品の寸法がもはや作動不可能な程度に減少する。このため、その部品 を交換するか修理する必要があるが、通常は機械を不使用状態にしなければなら ない。

冶金業界で現在追及されている課題の１つは、磨耗及び浸食に耐える材料を発見 し開発することである。耐磨耗性材料の重要な分類として超硬金属長び化合物が ある。これらの材料は浸食性環境の浸食作用に対して物理的に抵抗するという点 において有用である。

広く用いられている商業的実用性を持つ最も硬い材料は、炭化タングステンのよ うな化合物である。かかる材料は非常に硬いため耐磨耗性を有するが、一般的に かなり脆いという欠点がある。即ち、その材料は耐磨耗性を有するが熱サイクル のような別の機構で早期に破損することがあり、損傷に対する抵抗を与えるには ある程度の延性が必要である。また、融点が高く延性が低いため、かかる化合物 を有用な物品の形に成型するのが困難である。

硬さと有用な物品への成型を可能にする延性との間の妥協を図るために、耐磨耗 性化合物の粒子を延性の大きい合金の母材中に埋め込んだ複合材料がある。これ らの複合材料は時として接着炭化物と呼ばれ、２つの別個の且つ同定可能な主要 相、即ち延性は低いが硬い材料の微細粒子と硬い粒子よりも耐磨耗性が低い幾分 延性のある連続相とを含む。この類に含まれ最も普通用いられている材料は炭化 タングステン／金属複合物であり、炭化タングステン粒子がコバルト、ニッケル または金属合金母材中に埋め込まれている。

これらの接着炭化物材料は、硬い相の粒子を母材相の粉末と混合する粉体冶金技 術により形成される。これら２つの相は高温プレス操作で母材相の融点よりも低 い高い温度で一緒にプレスされるか或いは液相焼結操作で母材の融点よりも高い 温度に加熱される。かくして、これらの粉末は単一材料として密接に接触せしめ られ、硬い相と母材とがそれぞれの物理的性質を保持する。粉末混合技術を用い てこれら２つの相の相対的な量を広い範囲で調節することが可能である。

母材の溶融時剛性の骨格構造が形成されるほど十分に炭化物相の量が多くない場 合、接着炭化物材料は現在ある技術を用いる母材相を溶融する方法では形成する ごをかできない。その理由は硬い粒子が通常母材よりも高い密度を有し、その溶 融物中に沈んでしまうからである。混合物を母材の融点よりも高いが硬い粒子の 融点よりは低い温度に加熱する場合、骨格構造が形成されない状況では、硬い粒 子がその高い密度により沈殿して低い点では炭化物が濃縮され、また高い点では 炭化物が少ない層構造を形成する。骨格構造が望ましい場合もあるが、その構造 が形成されると溶融混合物の自由な流動が阻止されることになり、これは例えば 殆どの鋳造及び溶接操作では望ましい特徴である。

溶融を含む材料処理操作はよく知られており、有用な構造物を形成する最も経済 的で実用的な方法の１つである。溶融操作には従来の鋳造が含まれるが、普通は 鋳造操作とは考えられないが、溶接のような溶融が起こる他の方法も含まれる。

溶接は多くの耐磨耗性材料の硬い面を形成してその下の物質の浸食を阻止するか 或いは損傷を受けた物質を修復する好ましい方法であるが、流動が必要なこと及 びその結果密度の凝離現象が生ずることにより残念ながら接着炭化物材料には用 いることができない。現在の方法において、炭化物相の部分が重力による凝離を 阻止する骨格構造を形成するに十分に大きい場合、その溶融物は容易に流動しな い。炭化物相の部分が少なく流動が可能な場合、重力による凝離により不規則で 非均質的な微細構造が形成される。

多くの用途において、母材相の溶融と溶融した複合物の自由な流動を含む操作に より処理可能な接着炭化物材料に対する要求がある。従って、耐磨耗性鋳造部品 及びかかる材料の溶接された硬い面が実際的であろう。かかる材料は硬い相の含 有量をある範囲の値にわたって所望のごとく変えることが可能であり、磨耗を発 生させる環境内で硬い粒子のアンダーカットを防ぐそれ自身耐磨耗性の母材を有 するだろう。本発明はかかる要求を満足するものであり、その関連の長所を有す る。

発明の要点 本発明は、耐磨耗性であるが多少延性のある母材中に硬い粒子を分散させた複合 材料を提供する。この複合材料は、鋳造成いは溶接のような母材の自由な流動を 許容する溶融を含むが重力による硬い粒子のマクロな凝離を広範に生ぜしめない 方法により処理可能である。この硬い粒子は非常に微細で母材全体にわたって高 い均質性を与える。

本発明による母材接着炭化物含有複合材料は、重量比で約１５乃至４５％のクロ ムと、重量比でＯ乃至約３％の珪素と、重量比で約２乃至約６％の硼素と、重量 比で約３乃至約１１％のチタンと、残部が鉄の組成の母材、及び前記母材中に分 散された炭化タングステンよりなり、炭化タングステンが全材料の重量比で約１ ５乃至約６０％の量、前記母材が全材料の重量比で約８５乃至約４０％の量存在 する。（ここに記したすべての％は特に断わらない限り重量比である）。

この複合材料はそれ自体新奇な混合物から調製される。本発明のこの特徴による 溶融材料は、本質的に重量比で約１５乃至４５％のクロムと、重量比で０乃至約 ３％の珪素と、重量比で約２乃至約６％の硼素と、重量比で約３乃至約１１％の チタンと、残部が鉄の組成の母材、及び炭化タングステン粒子のかたまりより成 る組成を有し、炭化タングステン粒子が全混合物の重量比で約１５乃至約６０％ の量、前記母材合金が全混合物の重量比で約８５乃至約４０％の量存在する。

この材料の好ましい形状は中空ワイヤまたはロッドであり、これは金属成分より なる中空ワイヤ本体の内部に炭化タングステン粒子及び恐らく幾分かの金属成分 を充填したものである。このワイヤ本体とその中空の内部に充填した材料の全体 的組成は上述した通りである。この中空ワイヤまたはロッドは硬い面のような溶 接に特に適している。ワイヤまたはロッドを徐々に溶かしてゆくと、正しい組成 の材料が溶融物に連続的に添加されて基板に凝固する。

本発明の材料は、母材の融点よりは高いが炭化タングステンの融点よりは低い温 度に加熱して母材が連続溶融且つ流動可能な相になるようにすることにより調製 及び適用しまたは有用な形状に成型する。この溶融物は溶融した母材と未溶融で 未溶解の硬い粒子とにより形成されるが、それにもかかわらず鋳造による処理が 可能な程度の流動性を有する。次いで、温度を下げて母材を固化させ、完全に固 まった構造にする。その結果得られる構造体はそれ自体極めて硬く耐磨耗性を有 するが、ある程度の延性を有する連続した金属母材中の炭化タングステン粒子よ りなる複合物である。

母材の溶融はその母材をその融点よりも高い温度に加熱する任意の方法で行うこ とが可能である。原料をるつぼ内で加熱するのも１一つの方法であり、これに続 いで珈動可能な混合物を型内にまたは型を介して鋳造する。別の受入れ可能な方 法では、前の段階で溶融していない原料混合物を耐磨耗性の被覆を形成させる基 板の表面上でプールを形成するように溶融させ、ある程度流動させた後固化させ てかかる被覆を形成させる。この後者の方法は当該技術分野において「溶接」と 呼ばれる。

溶融をいかなる方法で行っても、最終的に固化した材料には２つの全く予想しな かった結果が観察される。その第１は、炭化タングステン粒子の大きさが溶融前 と比べて顕著に減少していることである。例えば、普通の市販の炭化タングステ ン粉末は粒度が１５０−４５０マイクロメーターの範囲の不規則形状の粒子を含 んでいる。かかる粒子を母材合金と混合しその母材を溶融させると、その結果得 られる炭化タングステン粒子の形状の規則性が増し粒度が数十マイクロメーター の範囲となる。微細粒子のアレーを持つ複合物は粗い粒子の複合物と比べてき裂 及び母材の浸食が起こりにくいという利点を有する。

第２の予想しなかった結果は、炭化タングステンの微細粒子の密度が１立法セン チメートル当たり約１５ｇであり１立法センチメートル当たり約８ｇの母材より も高い密度を有するが、一般的に母材全体にわたって一様に分布されているとい う点である。固化した構造物の頂部から底部にわたる粒子密度の傾きは有意な程 ではない。このタイプのマクロで均質な構造体は、全体にわたりほぼ均質な耐磨 耗性を有する鋳造物品の調製を可能にし且つ上部領域が硬くて耐磨耗性の被覆を 溶接により適用する硬い面の形成を可能にする。この方法を用いずに炭化タング ステン粒子を溶接付着物とその下の基板との間の界面に沈殿させると、その界面 が脆く且つ早期に破損しやすくなる。この方法によると、かかる沈殿及び早期の 破損モードの発生を回避できる。

本発明は重要な商業上の用途を有する。強靭で耐磨耗性の母材全体にわたって一 様に炭化タングステン微細粒子が分散した耐磨耗性材料の溶接による被覆または 鋳造が可能になる。これ以外に、現在ある技術を用いて一様な被覆または鋳造物 を調製する方法は知られていない。炭化タングステンの量は材料の特定の性質を 得るため広い範囲にわたって調節可能であるが、いずれの場合でも、母材ぎ金と 炭化タングステンの混合物は母材の融点よりも高い温度で流動性を持つ。即ち、 母材赤溶融状態にある時自由な流動を阻止するような炭化タングステンの骨格構 造は形成されない。

従って、この方法により、その使用が固相粉体圧密技術に限定されず溶融により 形成または適用が可能な実質的に改良された材料が提供される。本発明の他の特 徴及び利点は、本発明の原理を例示的に示す添付図面に関連した好ましい実施例 の以下の詳細゛な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 図１−は、本発明の材料を提供する好ましい実施例である中空管の斜視図である 。

図２は、本発明の材料の評価に用いる溶接ビードの倒立面図である。

図３は、本発明により調製される、図２のような溶接肉盛部の一部を示す拡大顕 微鏡写真である。

図４は、上部合金部分が本発明によらない点を除き、図２と同様な溶接肉盛部の 一部を示す拡大顕微鏡写真である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明によると、母材接着炭化物含有複合材料を調製する方法は、組成が重量比 で約１５乃至４５％のクロムと、重量比で０乃至３％の珪素と、重量比で約２乃 至約６％の硼素と、重量比で約３乃至１１％のチタンと、残部が鉄の母材合金、 及び炭化タングステン粒子のかたまりを含み、該タングステン粒子が混合物全体 の重量比で約１５乃至６０％の量存在し、母材合金が混合物全体の重量比で約８ ５乃至約４０％の量存在する混合物を提供し、母材合金を溶融して金属合金と粒 子との流動性混合物を形成し、その後その混合物を固化するステップよりなる。

さらに好ましくは、クロムの含有量は重量比で母材合金の約２４乃至約４５％で あり、珪素の含有量は重量比で部材合金の約１．２乃至約３％であり、チタンの 含有量は重量比で母材合金の約５乃至約８％である。さらに好ましくは、炭化タ ングステンの含有量は混合物全体の重量比で約１８Ｍ、＃４２％である。

また、本発明の作用を妨げない限りこの複合材料に他の原料を添加することも許 される。例えば、少量のマンガン、モリブデンまたは炭素、好ましくは２重量％ 以下のマンガン、５重量％以下のモリブデン及び１重量％以下の炭素を複合材料 中に存在させてもよい。他の鉄族元素、ニッケル及びコバルトを控え目な量存在 させるのも一般的である。チタンが炭化チタンのように結合した形で与えられる 場合には、かかる結合したもののチタンの量はたとえ炭化チタンが完全に溶解さ れないかもしれないが計算して母材中の量に入れる。本明細書に挙げた例で後で 示すように、チタンはたとえそれが純粋な金属、合金または化合物で与えられる か否かに関係なく驚くべき作用を有する。

本発明の複合材料を調製する最も好ましい方法では、原料を用意して一緒に混合 する。鉄、クロム、珪素、硼素及びチタンは普通は非合金の形で、さらに好まし くはスティール、フェロクロム、フェロシリコン、フェロボロン及びフェロチタ ン（これら全ては種々の組成で市販されている）のようなプレアロイの形で提供 する。これらの元素をプレアロイの形で提供すると、均質な母材の溶融を行うに 要する時間が短縮されると共に最終的な複合材料中に母材原料の溶融されない部 分が存在する可能性が減少しかつ合金材料のコストが低下する。また、純粋なチ タンは空気と急速に結合して火災を生せしめる危険がある。プレアロイのチタン を用いるとこのような懸念は生じない。

必要な元素の重量を計って混合する。上述したように、少量の不純物元素または 他の元素を少し添加しても本発明の作用は妨げられず母材中への存在が許容され る。本発明は高純度の原料を用意するのが経済的に実現可能でないような商業的 用途に利用でき、従って市場で手に入り、適当な価格の原料で使用可能なことが テストにより実証されている。

チタンは、硬く複合材料の硬度をさらに高めることができるだけでなくチタン源 となる硼化物及び炭化物を形成する。炭化チタンの場合、炭素が必要なチタンを 提供するに十分な量存在しても問題のないことが判明している。それにもかかわ らず、炭素は複合＋４１中に存在する必要のある硼素の代わりになるものでなく 、或いは硼素の必要性をなくするものではない。

必要な種々の原料は、炭化タングステンが粉末で提供されると好ましい点を除き 粉末或いはそれよりも大きな小片とし、て供給してもよい。接着炭化物業界があ るため、炭化タングステン粉末は市場で容易に手に入る。炭化タングステン粉末 の粒度分布は処理により後で微細化されるため重要ではない。普通市販されてい るタングステン粉末の１つは、炭化タングステン粒子の形状が不規則であり、そ の大部分か粒度１８０乃至４２５マイクロメータの範囲にある。それより大きい かまたは小さい粒子が存在しても問題ない。

原料の混合後、混合物を母材が液状化されるような温度に加熱する。溶融物形成 の温度は普通的１２００’ｃであるが、母材の正確な組成により異なる。しかし ２ながら、この温度では炭化タングステン粒子は溶融せず固相のままである。従 って、溶融物は液相の母材合金と固相の炭化タングステンの流動可能な混合物で ある。それと等価的に、母材原料の全部または一部を溶融させ、炭化タングステ ンを含む複合材料の残りの原料を添加することも可能である。かくして、例えば 母相成分を溶融さぜた後固まる前に炭化タング込テン粒子をその表面に振りかけ て溶融物と混合してもよい。

溶融を生ぜしめる熱或いはエネルギー人力は、例えば（そして限定されない）炉 、アーク溶融器、溶接機、プラズマアーク或いはレーザービームを含む任意の適 当な方法で導入できる。

本発明の材料を利用する用途の１一つの候補としては、基板の表面に溶接により イ（１着ざぜる硬い面をちった被覆がある。その場合１．複合材料は図１に示す ように、中空ワイヤまたは管体１２の内部１４に粉末を充填した中心部が粉末の ワイヤまたはチューブとして提供される。本発明のこの例を実現する１つの方法 では、その本体を母材合金で形成１２、内部に炭化タングステン粉末を充填する 。さらに経済的な方法として、ワイヤまたはチューブ本体を手に入るそして成型 が容易な金属合金で形成した後、中心部が粉末のワイヤまたはチューブの正味組 成が本発明の望ましい組成であるように選択し、た炭化タングステン及び金属粉 末を内部に充填する。低炭素スティール及びステンレススティールのような多く の鉄系材料で形成した中空管は既に市販されているため、この溶融合金組成のワ イヤまたはチューブを製造するには適当なワイヤまたはチューブを購入し粉末混 合物を充填して必要なサイズに延伸することが必要である。或いは、中心部の粉 末を本体材料のストリップを円筒状にたたんで容器を形成する際そのストリップ 上に配置し、その後延伸して粉末を突き固めることができる。中心部が粉末のワ イヤまたはチューブは、正しい混合比の材料を市場で供給して消費者が正しい合 金組成を確実に得ることができるようにするための便利な形状である。

中心部が粉末のワイヤまたはチューブは、被覆を施す基板表面と接触関係におか れた材料へ向けるアーク溶接機またはレーザビームのような溶接装置を用いて消 費者が再溶融する。母材合金の最初の溶融及び硬い炭化物の添加は基板上で行う ことができるが、この方法は、もし溶融物が長い時間溶融状態にあると基板が損 傷を受ける可能性が増加するため、またもし溶融物が十分な時間溶融状態に維持 されないと不完全な溶融及び混合が生じる可能性が増大するため好ましくない。

図２は、かかる方法により基板２２上に付着させた典型的な硬い面を持つ溶接肉 盛ビード２０を示す。この図はビード２０の幅にわたって切った横断面図である 。自動化された溶接装置により、通常、基板２２が溶接ヘッド（図示せず）に関 して移動するにつれてビード２０を連続的に付着させ、本発明の肉盛部の材料を 、固化するとビード２０を形成する溶融溶接プールへ連続的に供給する。かくし て、ビード２０は図の面に鉛直な方向において延伸した長さを持つ。基板２２の 全表面にわたる溶接被覆または肉盛りの形成は一連のビード２０を並置関係に付 着させることにより行う。

図３は本発明の方法により形成された溶接ビード２０の顕微鏡写真であり、図４ は本発明の方法によらないで形成された溶接ビード２０の顕微鏡写真である。

これらの写真の白い領域が炭化タングステン粒子である。いずれの場合において も、炭化タングステンの出発材料は図４に示した形状を有し、粒度は約１８０− ４２５マイクロメーターである。図４のスティール母材のように本発明によらな い組成の母材を用いた場合、炭化チタン粒子は粒度がマクロで一様でない分布を 示す。本発明による組成の母材（特に図３であって以下に示す例１）を用いた場 合、粒子は格段と細かく一段と均質に分布している。

母材の合金元素、それらの数値、また互いの相互関係は、本発明の望ましい結果 を得るために注意深く選ばれる。特定の範囲のクロム、珪素及び硼素を用いると 、それらの原料と同じ硬くて耐磨耗性のある固化した母材合金が得られる。クロ ム含有量は母材の重量比で約１５乃至４５％、好まし７くは約２４乃至約４５％ である。クロムの使用量が少なすぎると、母材の強度及び強靭さが十分でなく浸 食条件のもとて磨耗が早く生じる。もし使用するクロムの量が多すぎると母材は 脆くなり、その合金が異常に高価になる。

珪素の含有量は母材の重量比でＯ乃至約３％、好まｊ７＜は約１−１２乃至約３ ％である。珪素が全く存在し、ないか或いは僅かに存在する合金組成は、炭化タ ンツノ゛ステン粒子の粒度を減少させる作用があるＯ　Ｉ−ｚか化ながら、珪素 含有量が母材θ）重量比で約ｔ　２％以下だと、母材内の硼化物の形態が分離状 でなくて樹枝状（、：なって母材全体にわたっでほぼ一様に分布するという好ま ｊ〜くない結果となる１、珪素が少なすぎ°ると（重量比で約１，２％以下）母 材の脆さが増加する１、珪素含有量か約３％以上になると、母材は脆くなる傾向 がある。

硼素は母材の重量比で約２乃至約６％の量存在する。約２％以下だと、炭化タン グステンが母材に溶解して炭化タングステンの有利な効果が失われる傾向がある 。加えて、硼素含有量がそのように低いと、４母材中には高い硬度を与えるに十 分な硼化物が存在しない。硼素が約６％より多く存在すると、形成される硼化物 が多すぎて母材が受け入れられないほど脆くなるが、硬度或いは耐磨耗性が目に 見えるほど増加することはない。

チタンは母材の重量比で約３乃至１１％の量存在する。チタン含有量が約３％以 下であると、炭化タングステンの粒度の減少がせいぜい不完全に生じるだけで、 大きな炭化タングステン粒子の重力による凝離が観察される。チタン含有量か約 １１％以上だと、母材の硬度及び耐磨耗性が受け入れられないほど低いレベルに 減少する。

チタンは金属として添加可能であるが、空気或いは酸素中で発火する傾向がある ためこの添加は好ましくない。チタンを他の原料との合金或いは化合物として添 加するのが好ましい。フェロチタンのようなチタンを含有する合金が市販されて いる。チタンは炭化チタン或いは硼化チタンのような化合物として添加すること も可能である。このようにすると、最終的な複合材料はその母材中に一部合金状 のチタンを含むことがあるが、チタンのはとんとは未溶解の炭化チタン或いは硼 化チタン化合物として存在する。本明細書におい°Ｃチタンを母材の１成分とし て説明したが、存在するチタンの全重量比を決定するためにはかかる化合物の形 のチタンをあたかも母材中に存在するように計算に入れるように意図されている 。

かくして、例えば、チタンの量的限界は約３乃至約１１重量比であるとすると、 その数字は溶液状及び化合物の形の両方のチタンを含む。

母材の残１部は−ｒとし、て鉄である。」二連したように、市販の合金材料及び スフ’４−ルに普通見られる中子の他の元素は、ぞれらが本発明の作用にｊとい 影響を及＋Ｘ、きない限り受け入れ可能である。例、えば、最高約２重量％のマ ンガン１．５重量％のモリブデン及び１重量％の炭素は問題ないことが判明ｌ、 でいる８、控え目な量の、″′、ツケル及びコバルト、鉄と同様な挙動を示す他 の鉄族元素は存在１９．でもこの材料ｊ、ご悪い影響をＩ−、ｉえイことはない 、。

炭化タングステンは好ましくはその材料の重量川下約１５１Ｔ＋至約６０％含４ ：わる。（母材の組成は母材をベースにして説明し、だが、炭化タングステンは 材料全体をベースとし、て述べである）。０よりも多い少なくともある量の炭化 タングステンを材料中に存在させて硬度及び耐磨耗性という利点を得ると共に有 利な粒度減少効臂を実現する必要がある。この利点は炭化タングステン含有量が 低い場合でも得られるものである。しかし、なから、炭化タングステンの量が母 材の重量比で約１５％以下の場合、その材料により得られる特性の改善はイの存 在を正当化するに十分な程大きくないのが普通である。炭化タングステンが材料 の重量比で約６０％以上存在する場合、恐らく溶融時に炭化タングステンの骨格 構造が形成されるため、溶融物の流動性は効率的な鋳造及び溶接操作を行うには 低すぎる。

かくして、本発明は０よりも大きいが材料の重量比で６０％よりも低い全ての炭 化タングステン含有量に対して作用するが、炭化タングステン含有量は好ましく は材料の重量比で約１５乃至約６０％である。

以下に述べる例は本発明の種々の特徴及びその利用性を説明するためのものであ って、本発明をいかなる点においても限定する意図を持たない。

例１ プラズマアーク溶接トーチを用いて以下の組成（重量比）の粉末混合物のビード を溶融した；４３．４％の鉄、４０．９％のクロム、５．３％の硼素、１．７％ の珪素、及び８．６％のチタン。この溶融物の重量比で７０部に粒度がほぼ１８ ０−４２５マイクロメーターの１炭化タングステン（ＷＣ）を３０部添加した。

熱入力が最小となるようにトーチを一様に移動させ、溶融後ビードの固化が急速 に起こらないように注意した。ビードは図２に示すような一般的な形状を有し、 その最大厚さは約３ｍｍであった。

ビードの一部を薄片にして金属組織を調べるべく研磨した。この部分を走査型電 子顕微鏡で見てその金属組織を観察した。典型的な領域を図３に示す。この部分 は合金母材中に最大寸法が約２−６マイクロメーターの主としてブロック状の炭 化タングステン粒子を含んでいた。炭化タングステン粒子の粒度を減少する方法 が成功であった印として、２０マイクロメーターより大きい最大寸法を持つ粒子 の数をカウントシた（０が好ましい結果である）。１つの試料につき平均３つの かかる大きな粒子がカウントされた。ビードのロックウェルＡ硬度は８０．５で あった。この部分に明らかなき裂はなかった。

例２（対照例） 母材合金が０．０２重量％の炭素、０．２重量％のモリブデン、残部が鉄のステ ィールである（本発明の範囲外の組成）点を除き例１の手順に従った。図４はビ ードの典型的な横断面を示す。炭化タングステン粒子の粒度、分布及び形態の差 は図３に示した構造と比較して顕著である。

例３−１１ 例７のビードをガスー金属アーク（金属不活性ガスまたはＭＩＧとして知られて いる）溶接機を用いて調製した点を除き例１に述べたと同じ方法を用いて一連の ビーズを調製した。例３−７の組成は本発明の範囲内のものであり、例８−１１ の組成は本発明の範囲外であった。表■は母材の重量組成及び硬い相を示し、表 ■■は例１に関連して説明したタイプの試験結果を示す。

表■ 母材化学　％硬い相 例　（重量％）　ＷＣその他 ３　４２．４　Ｆｅ、４４．８　Ｃｒ、５．７　Ｂ、　３０　−７、　Ｉ　Ｔｉ 　（ＦｅＴｉ　として供給された）４　４６．３　Ｆｅ、４１．７　Ｃｒ、５． ４　Ｂ、１．８８ｉ、　４２４、８７ｉ　（ＦｅＴｉとして） ５　４７、５　Ｆｅ、４４．８　Ｃｒ、５．８　Ｂ、１．９Ｓｉ　３６　６Ｔｉ Ｃ６４７，５Ｆｅ、４４．８　Ｃｔ、５．８　Ｂ、１．９　Ｓｉ　４　ＴｉＢ２ ７　６９、７　Ｆｅ、２４．３　Ｃｒ、３　Ｂ、１．５　Ｓｉ、１゜４Ｍｎ　１ ８　６ＴｉＣ８４５，９Ｆｅ、４５．３Ｃｒ、５．９Ｂ、２．９Ｓｉ　３０　１ ０Ｖｃ９　８７．２　Ｆｅ、７．Ｉ　Ｔｉ、５．７　Ｂ　３０　−−（ＴｉはＦ ｅＴｉとして） １０　４３、８　Ｆｅ、４６．８　Ｃｒ、２．３　Ｓｉ、７、ｌ　Ｔｉ　３０　 −（ＴｉはＦｅＴ＋とじて） １１　４２、Ｉ　Ｆｅ、３９．７　Ｃ「、５．Ｉ　Ｂ、１．７　Ｓｉ、　３０　 −１１．４７ｉ 表■において、“ＦｅＴｉ″はフェロチタンを示し、これは重量比で約３０％の 鉄と重量比で約７０％のチタンを有する鉄とチタンとフレアロイである。例８− １１は本発明の組成の範囲外にあって、例８はチタンを含まず、例９はクロムを 含まず、例１０は硼素を含まず、例１１のチタンは多すぎる。

（以　下　余　白） 表ＩＩ ＮＤ−一カウントせず “　−一この表示の合金は、炭化タングステンが母材内に溶解して粒子を視認で きない。

以上の結果より、本発明の範囲内の複合材料、例１及び３−７は粒度力く約２０ マイクロメーターより大きい粒子の平均数が１横断面当たり２０以下で、Ｒ（Ａ ）［ロックウェル（Ａ）］硬度が約８３以上であった。本発明の範囲外の材料で （ま大きな粒子または母材と合金を形成したＷＣ粒子の数は格段に多く、またＲ 　（Ａ）値は８３以下であった。

かくして、本発明は溶融時密度の差による凝離を有意には生ぜしめなｔ１硬（１ 炭化物を母材中に含有する、微細構造及び特性が改善された溶融可能な組成物を 提供する。例示の目的のために本発明の特定の実施例を詳細に説明した力く、本 発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変形例が可能である。従って、 本発明は後続の特許請求の範囲による場合を除き限定されるものでな０゜溶融に より処理され得る炭化タングステン含有硬合金要約書 高い硬度を持った母材楼着炭化物含有材料は、重量比で約１５乃至４５％のクロ ム、０乃至約３％の珪素、約２乃至約６％の硼素、約３乃至約１１％のチタン（ 金属として或いは化合物として）、残部が鉄及び不純物の組成を有する母材合金 、及び炭化タングステン粒子のかたまりを含む混合物であって、炭化タングステ ン粒子が好ましくは全混合物の重量比で約１５乃至約６０％、また母材合金が好 ましくは全混合物の重量比で約８５乃至約４０％存在する混合物を用いて調製さ れる。母材合金は溶融されて液相と固体炭化タングステン粒子とを有する流動可 能な混合物となり、その後固化する。溶融する間、炭化タングステン粒子の粒度 は液相との相互作用により減少する。溶融は従来の溶融鋳造法によるか或いは母 材の液相を生ぜしめる溶接或いは他の方法により行うことができる。溶融時に生 じる微細な炭化タングステン粒子はほとんど沈殿せず、そのため最終の固化した 製品はマクロで均質性を有する。

国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．母材接着炭化物含有複合材料であって、重量比で約１５乃至４５％のクロム と、重量比で０乃至約３％の珪素と、重量比で約２乃至約６％の硼素と、重量比 で約３乃至約１１％のチタンと、残部が鉄の組成を持つ母材、及び前記母材中に 分散された炭化タングステンよりなり、炭化タングステンが全材料の重量比で約 １５乃至約６０％の量、また前記母材が全材料の重量比で約８５乃至約４０％の 量存在することを特徴とする複合材料。
2. ２．炭化タングステンが全材料の重量比で約１８乃至約４２％存在する特許請求 の範囲第１項の材料。
3. ３．クロムが母材の約２４乃至約４５％存在する特許請求の範囲第１項の材料。
4. ４．チタンが母材の重量比で約４乃至８％存在する特許請求の範囲第１項の材料 。
5. ５．チタンが別の元素との化合物として存在する特許請求の範囲第１項の材料。
6. ６．棚素が母材の重量比で約５乃至約６％存在する特許請求の範囲第１項の材料 。
7. ７．珪素の含有量が母材の約１．２乃至約３重量％である特許請求の範囲第１項 の材料。
8. ８．母材がマンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、炭素よりなる群からな る選択した少なくとも１つの元素を重量比で約２％以下さらに含む特許請求の範 囲第１項の材料。
9. ９．母材接着炭化物含有複合材料を調製する方法であって、重量比で約１５乃至 約４５％のクロムと、重重比で０乃至約３％の珪素と、重量比で約２乃至約６％ の棚素と、重量比で約３乃至約１１％のチタンと、残部が鉄の組成を有する母材 合金、及び炭化タングステン粒子のかたまりを含む混合物であって、炭化タング ステン粒子が全混合物の重量比で約１５乃至約６０％、また母材合金が全混合物 の重量比で約８５乃至約４０％存在する混合物を提供し、母材合金を溶融して金 属合金と粒子との自由流動混合物を形成し、その後その混合物を固化させるステ ップよりなる方法。
10. １０．チタンがチタン合金の形で提供される特許請求の範囲第９項の方法。
11. １１．チタンがチタン化合物の形で提供される特許請求の範囲第９項の方法。
12. １２．特許請求の範囲第９項の方法により調製される複合材料。
13. １３．重量比で約１５乃至約４５％のクロムと、重量比で０乃至約３％の珪素と 、重量比で約２乃至約６％の棚素と、重量比で約３乃至約１１％のチタンと、残 部が鉄の合金、及び炭化タングステン粒子のかたまりから本質的に成る組成を有 し、炭化タングステン粒子が全混合物の重量比で約１５乃至約６０％、また母材 合金が全混合物の重量比で約８５乃至約４０％存在する溶融材料。
14. １４．溶融材料が中空中心部に粒子のかたまりを有する中空体の形で提供され、 その中空体及び粒子のかたまりの正味の組成が溶融材料の組成である特許請求の 範囲第１３項の材料。
15. １５．母材合金のチタンの少なくとも一部がチタンの化合物の形で提供される特 許請求の範囲第１３項の材料。
16. １６．母材合金のチタンの少なくとも一部が炭化チタン及び炭化硼素よりなる群 から選択した化合物の形で提供される特許請求の範囲第１３項の材料。