JPH05156396A - 盛金用Ni基合金 - Google Patents

盛金用Ni基合金

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JPH05156396A
JPH05156396A JP33930691A JP33930691A JPH05156396A JP H05156396 A JPH05156396 A JP H05156396A JP 33930691 A JP33930691 A JP 33930691A JP 33930691 A JP33930691 A JP 33930691A JP H05156396 A JPH05156396 A JP H05156396A
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JP
Japan
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carbide
metal
based alloy
deposit
wear
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JP33930691A
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English (en)
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Kazuhiko Mori
和彦 森
Makoto Yoshida
信 吉田
Masahiro Nakagawa
政宏 仲川
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却速度が極めて早くなるレーザやプラズマ
などの高エネルギー密度熱源を利用する盛金において
も、初晶炭化物を安定して大きく晶出させることのでき
る盛金用Ni基合金を提供することである。 【構成】 下記組成(重量%) Cr: 20〜35% C: 2.5〜4% Ti,Zr,Nb,VおよびTaの少なくとも一種:
3〜20% Si: 0.5〜3% Mo: 2〜15% 残部: Niおよび不可避的不純物 からなり、Ti,Zr,Nb,V,Taの少なくとも1
種が初晶炭化物を形成している盛金用Ni基合金であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、盛金用合金、より詳し
くは、高密度エネルギー熱源を利用した盛金用Ni基合
金に関する。盛金(肉盛)とは、金属機械部品などの表
面に耐摩耗性の良い金属を溶着することであり、各種分
野にて耐摩耗性や耐食性を要求される箇所に盛金が施さ
れている。
【0002】近年、エンジンの高出力化、高性能化に伴
って、エンジンバルブのフェース部に耐摩耗性合金を盛
金することがますます増えている。その盛金方法が、従
来の酸素−アセチレンガス法に代わる高速盛金法とし
て、レーザやプラズマなどの高エネルギー密度熱源を利
用する方法が開発され、実用化されつつある。この盛金
法によって設備の自動化と相俟って、盛金速度を2〜3
倍速くし、不良品の発生を5分の1〜10分の1に低減
することが可能である。このために、今後はこれら高エ
ネルギー密度熱源を利用した方法が盛金(肉盛)工法の
主流となると考えられる。
【0003】
【従来の技術】一方、盛金用合金は、従来の酸素−アセ
チレンガス法を基本的前提として、また、母材希釈がほ
とんどない状態で材料設計がなされている。そのため
に、上述の高エネルギー密度熱源を用いた高速盛金法で
は、高エネルギー密度であるがゆえに母材表面層を溶融
し、ぬれ性を確保しているため、母材希釈が発生し、し
ばしば所望の材料組織が得られず、盛金合金の耐摩耗性
が不足する生じることがある。例えば、特開昭59−4
3836号公報にて提案された過共晶Ni−Cr−C系
合金においては、冷却速度が速くなると、初晶の炭化物
はその量が少なく、サイズも小さくなりかつ大部分が共
晶部分に存在するようになる(図1参照)。初晶として
晶出するような比較的大きな硬質炭化物は耐摩耗性に
(特に、アブレシブな摩耗において)重要な働きしてい
るわけであるが、高エネルギー密度熱源を利用した場
合、このままでは盛金層の耐摩耗性が低下することにな
る。
【0004】ところで、アブレシブ摩耗試験において、
炭化物の大きさが耐摩耗性にどのように影響するかを調
べると、図2に示すような結果が得られており、盛金層
に相手材の硬質粒子と同等サイズレベルの硬質粒子(炭
化物)が存在することは摩耗量の低減に重要な要因であ
ると分かる。図2において、横軸は盛金層中の炭化物粒
子の平均径と相手材(SiCアブレシブペーパー)中の
SiC硬質粒子径との比であり、縦軸は摩耗量(盛金層
の重量減量)である。さらに、この場合の基材金属(盛
金層のステライトNo. 32)中に存在する炭化物の平均粒
径と摩耗量との関係は、例えば、Silence, W.L.; Trans
of the ASME, Vol. 100, (July), 1978, pp.428-438
(1978), Fig. 2に示されたデータによると、ある程度
の大きさの炭化物が存在することが耐摩耗性に有効なこ
とが分かっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本願発明の目的は、上
述の問題点に鑑み、冷却速度が極めて早くなる(例え
ば、5×102 〜103 K/secの冷却速度となる)
レーザやプラズマなどの高エネルギー密度熱源を利用す
る盛金においても、初晶炭化物を安定して大きく晶出さ
せることのできる盛金用Ni基合金を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、下記組成
(重量%): Cr: 20〜35% C: 2.5〜4% Ti,Zr,Nb,VおよびTaの少なくとも一種:
3〜20% Si: 0.5〜3% Mo: 2〜15% 残部: Niおよび不可避的不純物 からなり、Ti,Zr,Nb,V,Taの少なくとも一
種が初晶炭化物を形成していることを特徴とする高密度
エネルギー熱源による盛金用Ni基合金によって達成さ
れる。
【0007】盛金材中に形成される炭化物は、TiC,
ZrC,NbC,Nb2 C,VC,V4 3 ,TaCな
いしTa2Cであり、炭素(C)はTi,Zr,Nb,
VおよびTaの少なくとも一種がこのような炭化物に変
化するのに十分な量である。
【0008】
【作用】初晶炭化物の発生・成長を図3を用いて原理的
かつ模式的に説明する。例えば、ある炭化物(MC)の
場合に、温度T1 での液相線(初晶線)Lにて初晶析出
があり、共晶温度T2 まで成長する。この温度T1 から
2 までの冷却時間に炭化物の成長が依存するので、盛
金プロセスでの冷却速度をC(K/sec)すると(T
1 −T2 )/Cの時間で成長することになる。したがっ
て、炭化物を大きく成長させるには、T1 −T2 の温度
差を大きくするか、冷却速度Cを遅くすれば良いわけで
ある。そこで、冷却速度の速いプロセスにおいては、出
来る限りT1 を高くすることが重要であり、融点がより
高いT3 の炭化物であれば大きく成長する。実際には、
組成や冷却速度などによって液相線、共晶点の温度など
が変動するが、本質的には図3に示すようになってい
る。
【0009】本発明に係るNi基合金では、クロム(C
r)よりも炭素(C)との結合力が溶融時に大きく(即
ち、炭化物生成反応の標準エネルギーの小さい、図4参
照)、しかも炭化物としての融点がCr炭化物よりも高
い金属元素(Ti,Zr,Nb,VおよびTa)を添加
することにより、レーザやプラズマによる盛金の高速急
冷でも約10μmの比較的に大きな炭化物を形成するこ
とができる。
【0010】本発明における組成成分の限定理由は次の
通りである。CrはNiを固溶強化する元素でかつ初晶
および共晶部で炭化物を形成して耐摩耗性を強化する元
素である。20wt%未満では強化の効果が得られず、一
方、35wt%を超えると、盛金層の靱性低下が著しい。
Cは炭化物形成元素であり、所定の添加元素を炭化物に
変化させるのに十分な量としてある。2.5wt%未満で
は十分な量の炭化物を得ることができず、一方、4wt%
を超えると、靱性の低下が著しい。
【0011】Ti,Zr,Nb,VおよびTaのこれら
元素は、炭化物形成して耐摩耗性を高める。表1に各元
素の炭化物の組成とその融点を示す(日本金属学会編、
金属データブック(丸善)、1984、p.150の表
10・1・1よりの抜粋)。何れの炭化物の融点はCr
炭化物の融点よりも高い。これら元素の少なくとも一種
の添加量が3wt%未満では耐摩耗性改善の効果が得られ
ず、一方、20wt%を超えると、盛金層の靱性が著しく
低下しかつ盛金時に割れが発生することがある。
【0012】
【表1】
【0013】Siは自溶性を有して盛金時の濡れ性を向
上させる元素であり、0.5wt%未満では濡れ性向上効
果が見られず、一方、3wt%を超えると、盛金時にビー
ド割れが発生することがある。Moは接触する(摺動す
る)材料との潤滑性を高める元素であり、2wt%未満で
はその効果が見られず、一方、15wt%を超えると、盛
金層が脆化する。
【0014】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。表
2に示した本発明に係る合金粉末の試料1〜6と、比較
例の合金粉末(Ti,Zr, Nb, V およびTaの何れも添加し
ていない)の試料7とを用意し、後述するようにレーザ
光を熱源として用いて、耐熱鋼(JIS・SUH1)基
板上に溶着させて盛金層を形成する。
【0015】
【表2】
【0016】ここでの溶着(盛金)は特開昭63−15
7826号公報にて開示されたやり方と同様にして図5
に示すような装置を用いて行った。図5において、耐熱
鋼(金属)基体1を矢印Pの方向へ450〜2000mm
/minの速度で連続的に移動させる。この基体1上に、
試料1〜7の粉末2を図示しないホッパーから粉末供給
管3を介して移動方向Pに対し直交する方向にある幅W
で連続的に供給する。一方、レーザ光4は図示しないレ
ーザ光源(3kWのレーザ出力)から折り返しミラー5
およびオシレートミラー6で反射されて、基体1上の粉
末2にサイズ6mm×3.5mmに集光された状態で75J
/mm2 のエネルギー密度で照射される。ここでオシレー
トミラー6はガルバノモータなどの振動機構7によって
所定角度の範囲で振動して、粉末2に照射されるレーザ
光4を移動方向Pに対し直交する方向、すなわち、基体
1上の粉末2の幅Wの方向に180Hzの周波数でオシ
レート(走査)する。
【0017】このようなレーザ光4の照射によって粉末
2は溶融されて溶融物9となり、かつレーザ光4をオシ
レートすることによりその溶融物9が攪拌され、引き続
いてその溶融物9が金属基体1のP方向への移動により
レーザ光4が照射されない位置に到れば、基体1への熱
移動により急速凝固され、分散強化Cu基合金からなる
盛金層(溶着層)8が形成される。
【0018】試料1および4の盛金層の表面研磨金属組
織の顕微鏡写真を図6および7に示す。また、比較例の
試料7の場合の表面研磨金属組織の顕微鏡写真は図1で
ある。これらの金属組織写真から、比較例Ni基合金で
は初晶の炭化物が殆どないのに対し、本発明のNi基合
金では冷却速度が速いにもかかわらず炭化物が多数存在
していることが分かる。
【0019】成形した盛金層の硬さは表3に示す値であ
り、本発明に係るNi基合金の方が比較例よりもビッカ
ース硬さで20〜80硬いことが分かる。
【0020】
【表3】
【0021】得られたNi基合金盛金層について、摩耗
特性を調べるために、図8に示すようにスラスト−カラ
ー型摩耗試験を行う。この試験では、相手材にバルブシ
ート用Fe基合金(Fe−0.9C−9Mo−2.5C
o−16Pb)の円筒相手材11を高周波コイル12で
400℃に加熱した状態で回転させ、この相手材11に
耐熱鋼(金属)基体1の盛金層8を力Lで下から押しつ
ける。試験条件としては、すべり速度0.3m/秒、押
しつけ面圧5kg/cm2 、すべり距離180mであ
り、摩耗量(減少重量)を測定し、その結果を図9に示
す。
【0022】図9より明らかなように、本発明に係るN
i基合金盛金層は比較例の場合よりも摩耗量が少なく、
耐摩耗性が大幅に向上している。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る急速
加熱冷却となる高密度エネルギー熱源によるNiCu基
合金盛金層は、従来よりも硬度が高く、高温状態でも耐
摩耗性が優れている。そして、本発明のNi基合金を任
意に金属基体上に盛金(溶着)形成できるので、各種の
機械部品(エンジンのバルブシートを含め)での耐摩耗
性が必要な部位のみに形成して特性向上を図ることがで
きる。また、CrよりもTi,Zr,Nb,VおよびT
aが炭化物を形成して、炭化物を形成しないCrが増え
Niに固溶する量が増加し、耐酸化性および耐食性を向
上させることになる。また、高エネルギー加熱のために
起きる母材希釈が生じても、炭化物形成能が高くなって
いるために、初晶炭化物の確保ができる(母材希釈30
%までは問題のないことが確認できている。)
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例(比較例試料7)のNi基合金盛金層の
金属組織写真(×400)である。
【図2】硬質粒子径比に関連したアブレシブ摩耗評価の
グラフである。
【図3】NiCr−炭化物疑2元系共晶状態図である。
【図4】炭化物生成反応の標準エネルギーを示すグラフ
である。
【図5】金属基板上へNi基合金をレーザ盛金(溶着)
する方法を説明する盛金装置の概略斜視図である。
【図6】本発明にかかる試料1のNi基合金盛金層の金
属組織写真(×400)である。
【図7】本発明にかかる試料4のNi基合金盛金層の金
属組織写真(×400)である。
【図8】スラスト−カラ型摩耗試験を模式的に示す概略
図である。
【図9】摩耗試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1…金属基体 2…粉末 4…レーザ光 8…盛金層(溶着層) 11…相手材 12…高周波コイル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記組成(重量%): Cr: 20〜35% C: 2.5〜4% Ti,Zr,Nb,VおよびTaの少なくとも一種:
    3〜20% Si: 0.5〜3% Mo: 2〜15% 残部: Niおよび不可避的不純物 からなり、Ti,Zr,Nb,V,Taの少なくとも一
    種が初晶炭化物を形成していることを特徴とする高密度
    エネルギー熱源による盛金用Ni基合金。
JP33930691A 1991-11-29 1991-11-29 盛金用Ni基合金 Pending JPH05156396A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1199960A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Mazda Motor Corp 車両ボデーの強化組立体および強化組立法
WO2005038061A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 Ebara Corporation Corrosion/abrasion resistant alloy for coating metal surface
WO2005038062A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 Ebara Corporation Apparatus using corrosion/abrasion resistant alloy for coating metal surface
JP2010269342A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接材料の選定方法及び発電用プラント
EP3505277A1 (en) * 2017-12-26 2019-07-03 Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. Corrosion and wear resistant overlay, method for forming corrosion and wear resistant overlay, and corrosion and wear resistant valve
WO2021201118A1 (ja) 2020-03-31 2021-10-07 日立金属株式会社 合金、合金粉末、合金部材および複合部材

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1199960A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Mazda Motor Corp 車両ボデーの強化組立体および強化組立法
WO2005038061A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 Ebara Corporation Corrosion/abrasion resistant alloy for coating metal surface
WO2005038062A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 Ebara Corporation Apparatus using corrosion/abrasion resistant alloy for coating metal surface
JP2010269342A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接材料の選定方法及び発電用プラント
EP3505277A1 (en) * 2017-12-26 2019-07-03 Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. Corrosion and wear resistant overlay, method for forming corrosion and wear resistant overlay, and corrosion and wear resistant valve
WO2021201118A1 (ja) 2020-03-31 2021-10-07 日立金属株式会社 合金、合金粉末、合金部材および複合部材
US11883880B2 (en) 2020-03-31 2024-01-30 Proterial, Ltd. Alloy, alloy powder, alloy member, and composite member

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