JPH0637689B2 - 耐キャビテーション・耐土砂摩耗用複合材料 - Google Patents
耐キャビテーション・耐土砂摩耗用複合材料Info
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- JPH0637689B2 JPH0637689B2 JP62221630A JP22163087A JPH0637689B2 JP H0637689 B2 JPH0637689 B2 JP H0637689B2 JP 62221630 A JP62221630 A JP 62221630A JP 22163087 A JP22163087 A JP 22163087A JP H0637689 B2 JPH0637689 B2 JP H0637689B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
- B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水車部品やポンプ部品等の材料として有用な
耐キャビテーション性および耐土砂摩耗性にすぐれた金
属−セラミック複合材料に関する。
耐キャビテーション性および耐土砂摩耗性にすぐれた金
属−セラミック複合材料に関する。
〔従来の技術〕 揚水発電所における落水により運転する水車や揚水を目
的とするポンプ、あるいは水車とポンプを兼ねたポンプ
水車等は、長期の使用により、キャビテーション壊食や
土砂摩耗浸食をうける。
的とするポンプ、あるいは水車とポンプを兼ねたポンプ
水車等は、長期の使用により、キャビテーション壊食や
土砂摩耗浸食をうける。
キャビテーション壊食は、水の流れの中の速度変化に伴
う圧力変化によって生じる。すなわち、流体の局部的な
圧力がその流体温度における蒸気圧以下に低下するとキ
ャビティ（気泡）が生じ、次に圧力が蒸気圧まで上昇す
るとキャビティの崩壊が始まり、キャビティ崩壊の際に
衝撃波が生じる。この圧力変化の繰返しにより部材が破
壊されるのがキャビテーション壊食である。他方、土砂
摩耗浸食は、水中に土砂が混入している場合に、その土
砂が水と共に部材表面に衝突・接触し、その繰返しによ
り部材に摩耗が生じることをいう。
う圧力変化によって生じる。すなわち、流体の局部的な
圧力がその流体温度における蒸気圧以下に低下するとキ
ャビティ（気泡）が生じ、次に圧力が蒸気圧まで上昇す
るとキャビティの崩壊が始まり、キャビティ崩壊の際に
衝撃波が生じる。この圧力変化の繰返しにより部材が破
壊されるのがキャビテーション壊食である。他方、土砂
摩耗浸食は、水中に土砂が混入している場合に、その土
砂が水と共に部材表面に衝突・接触し、その繰返しによ
り部材に摩耗が生じることをいう。
上記キャビテーション壊食と土砂摩耗浸食とが特に問題
となる水車部品について、フランシス水車を例に挙げて
説明する。第１図はフランシス水車の軸心を通る要部断
面を示している。(1)はケーシング、(3)は羽根、(5)は
ランナであり、圧力水はケーシング(1)からガイドベン
(2)を介してランナの羽根(3)の入口側(4)から羽根(3)に
流入し、水車ランナ(5)に水動力を加えて仕事を伝達し
たのち、羽根(3)の出口側(6)から流出する。この水動力
の仕事により水車ランナ(5)が回転する。第２図は、壊
食発生部を説明するためのランナ(5)近傍断面説明図で
あり、第２図のＰ矢視図およびＱ矢視図をそれぞれ第３
図および第４図に示す。図中、(7)は羽根(3)の入口側
(6)において圧力水が直接当る正圧面、(8)は羽根(3)の
正圧面と反対側の負圧面である。キャビテーション壊食
が生じ易い個所は前記のように流水速度の変化による圧
力変化が生起する個所であり、図中斜線で示したＡ領
域、すなわちランナの羽根(3)の負圧面(8)側におけるラ
ンナバンド(10)の付根部である。また、水車部品の土砂
摩耗浸食が生じ易い個所は、前記キャビテーション壊食
が生じ易い領域とほぼ同じである。
となる水車部品について、フランシス水車を例に挙げて
説明する。第１図はフランシス水車の軸心を通る要部断
面を示している。(1)はケーシング、(3)は羽根、(5)は
ランナであり、圧力水はケーシング(1)からガイドベン
(2)を介してランナの羽根(3)の入口側(4)から羽根(3)に
流入し、水車ランナ(5)に水動力を加えて仕事を伝達し
たのち、羽根(3)の出口側(6)から流出する。この水動力
の仕事により水車ランナ(5)が回転する。第２図は、壊
食発生部を説明するためのランナ(5)近傍断面説明図で
あり、第２図のＰ矢視図およびＱ矢視図をそれぞれ第３
図および第４図に示す。図中、(7)は羽根(3)の入口側
(6)において圧力水が直接当る正圧面、(8)は羽根(3)の
正圧面と反対側の負圧面である。キャビテーション壊食
が生じ易い個所は前記のように流水速度の変化による圧
力変化が生起する個所であり、図中斜線で示したＡ領
域、すなわちランナの羽根(3)の負圧面(8)側におけるラ
ンナバンド(10)の付根部である。また、水車部品の土砂
摩耗浸食が生じ易い個所は、前記キャビテーション壊食
が生じ易い領域とほぼ同じである。
水車ランナは、キャビテーション壊食や土砂摩耗浸食を
うけると初期の効率を維持できなくなり、その寿命は壊
食・浸食によって大きく左右されるので、水車ランナ
は、できるだけ壊食・浸食に対する抵抗性にすぐれたも
のであることを要する。水車ランナの壊食に最も大きな
関係をもつのは、その材質および羽根の形状であること
が知られているが、羽根の形状は、当初の設計効率との
関係もあるので、壊食防止の観点だけから一方的に形状
変更を加えることはできない。このため、壊食防止は材
質の面から検討されるのが一般であり、従来より耐キャ
ビテーション壊食性と耐土砂摩耗浸食性の点から、13Ｃ
ｒ−３．８Ｎｉ系鋳鋼（Ａ６ＮＭ）に代表されるステン
レス鋳鋼が広く使用されている。
うけると初期の効率を維持できなくなり、その寿命は壊
食・浸食によって大きく左右されるので、水車ランナ
は、できるだけ壊食・浸食に対する抵抗性にすぐれたも
のであることを要する。水車ランナの壊食に最も大きな
関係をもつのは、その材質および羽根の形状であること
が知られているが、羽根の形状は、当初の設計効率との
関係もあるので、壊食防止の観点だけから一方的に形状
変更を加えることはできない。このため、壊食防止は材
質の面から検討されるのが一般であり、従来より耐キャ
ビテーション壊食性と耐土砂摩耗浸食性の点から、13Ｃ
ｒ−３．８Ｎｉ系鋳鋼（Ａ６ＮＭ）に代表されるステン
レス鋳鋼が広く使用されている。
ステンレス鋳鋼品は、水車部品やポンプ部品等の材料と
して、他材料に比しすぐれているけれども、その耐キャ
ビテーション壊食性，耐土砂摩耗浸食性は必ずしも十分
ではなく、水車ランナでは、数年の使用により水車効率
が著しく低下してしまうものも少くない。
して、他材料に比しすぐれているけれども、その耐キャ
ビテーション壊食性，耐土砂摩耗浸食性は必ずしも十分
ではなく、水車ランナでは、数年の使用により水車効率
が著しく低下してしまうものも少くない。
本発明は上記に鑑み、水車部品やポンプ部品等の耐キャ
ビテーション壊食性および耐土砂摩耗浸食性を改善する
ための新規材料を提供しようとするものである。
ビテーション壊食性および耐土砂摩耗浸食性を改善する
ための新規材料を提供しようとするものである。
本発明の耐キャビテーション・耐土砂摩耗用材料は、金
属基地と、該金属基地中に分散相として混在するセラミ
ック粒子とからなる複合組織を有する、金属−セラミッ
ク複合材料であって、 前記金属基地は、Ｃｒ：20〜30％，Ｎｉ：３〜10％，Ｍ
ｏ：１〜５％，残部実質的にＦｅからなるフェライト・
オーステナイト二相組織を有する鉄基合金であり、前記
セラミック粒子は、炭化クロム粒子であって、複合組織
に占める割合は５〜60重量％であることを特徴としてい
る。
属基地と、該金属基地中に分散相として混在するセラミ
ック粒子とからなる複合組織を有する、金属−セラミッ
ク複合材料であって、 前記金属基地は、Ｃｒ：20〜30％，Ｎｉ：３〜10％，Ｍ
ｏ：１〜５％，残部実質的にＦｅからなるフェライト・
オーステナイト二相組織を有する鉄基合金であり、前記
セラミック粒子は、炭化クロム粒子であって、複合組織
に占める割合は５〜60重量％であることを特徴としてい
る。
水車部品等に生じるキャビテーション壊食は、前述のよ
うにキャビティが崩壊する際の衝撃圧の繰返しによる衝
撃疲労の１種であるから、部品材料の強度・靭性および
加工硬化能の向上により、その耐キャビテーション性の
強化が可能となる。また、同種の材料では、硬度の高い
もの程、耐キャビテーション性能にすぐれる傾向にあ
る。本発明は、基材金属の材質の選択、およびセラミッ
ク粒子との複合組織化によって、キャビテーション壊食
に対する抵抗性を強化し、併せて土砂摩耗浸食に対する
抵抗性を向上させている。すなわち、本発明の複合材料
における基地金属であるＣｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系鉄基合金
は、それ自身、他の金属材料に比し、耐キャビテーショ
ン性能の点で良好な強度，靭性および加工硬化能を備え
ている二相ステンレス鋼相当合金であり、他方セラミッ
ク粒子もまた強度が高く、極めて硬質の粒子であるの
で、ステンレス鋼基地中に分散して、基地の強度および
硬度を大きく高め、かつその粒子の分散強化機構により
転位の移動を効果的に阻止し、結果として従来の金属材
料では得られない卓抜した耐キャビテーション壊食性を
実現する。また、基地中のセラミック粒子の分散効果に
よって高硬度が与えられる結果、土砂摩耗浸食に対して
も従来の金属材料では得られないすぐれた抵抗性が確保
されるのである。
うにキャビティが崩壊する際の衝撃圧の繰返しによる衝
撃疲労の１種であるから、部品材料の強度・靭性および
加工硬化能の向上により、その耐キャビテーション性の
強化が可能となる。また、同種の材料では、硬度の高い
もの程、耐キャビテーション性能にすぐれる傾向にあ
る。本発明は、基材金属の材質の選択、およびセラミッ
ク粒子との複合組織化によって、キャビテーション壊食
に対する抵抗性を強化し、併せて土砂摩耗浸食に対する
抵抗性を向上させている。すなわち、本発明の複合材料
における基地金属であるＣｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系鉄基合金
は、それ自身、他の金属材料に比し、耐キャビテーショ
ン性能の点で良好な強度，靭性および加工硬化能を備え
ている二相ステンレス鋼相当合金であり、他方セラミッ
ク粒子もまた強度が高く、極めて硬質の粒子であるの
で、ステンレス鋼基地中に分散して、基地の強度および
硬度を大きく高め、かつその粒子の分散強化機構により
転位の移動を効果的に阻止し、結果として従来の金属材
料では得られない卓抜した耐キャビテーション壊食性を
実現する。また、基地中のセラミック粒子の分散効果に
よって高硬度が与えられる結果、土砂摩耗浸食に対して
も従来の金属材料では得られないすぐれた抵抗性が確保
されるのである。
基地金属に分散相として混在するセラミック粒子は、前
記のように高強度・高靭性かつ高硬度である程、好まし
く、また基地金属との濡れ性がよく、その界面において
強固に接合していることが必要である。そのセラミック
粒子として、炭化クロムセラミック（Cr3C2）を選択し
たのは、このものが上記要求を満足し、特に本発明の複
合材料を、ＴＩＧ溶接やプラズマ粉体溶接等による溶接
肉盛層として形成する場合にも、高温熱影響下での分解
反応（その分解反応は、基地金属のブローホールの発
生、Ｃ分の固溶による耐食性の低下等の原因となる）を
実質的に付随することのない安定性を有し、健全な複合
組織の形成を容易にするからである。その粒径は特に限
定されないけれども、複合組織の均一性、および転位阻
止効果等の点から、０．１〜10μｍの範囲が適当であ
る。
記のように高強度・高靭性かつ高硬度である程、好まし
く、また基地金属との濡れ性がよく、その界面において
強固に接合していることが必要である。そのセラミック
粒子として、炭化クロムセラミック（Cr3C2）を選択し
たのは、このものが上記要求を満足し、特に本発明の複
合材料を、ＴＩＧ溶接やプラズマ粉体溶接等による溶接
肉盛層として形成する場合にも、高温熱影響下での分解
反応（その分解反応は、基地金属のブローホールの発
生、Ｃ分の固溶による耐食性の低下等の原因となる）を
実質的に付随することのない安定性を有し、健全な複合
組織の形成を容易にするからである。その粒径は特に限
定されないけれども、複合組織の均一性、および転位阻
止効果等の点から、０．１〜10μｍの範囲が適当であ
る。
複合組織におけるセラミック粒子（炭化クロム粒子）の
混在量（重量％）〔セラミック粒子／（基地金属＋セラ
ミック粒子）×100〕は、５〜60重量％とする。このセ
ラミック粒子の混在量は、耐キャビテーション壊食性お
よび耐土砂摩耗浸食性との総合評価にもとづいて決定さ
れたものであり、５重量％を下限値とするのは、それよ
り少いと、耐キャビテーション壊食性および耐土砂摩耗
浸食性を十分に確保し難いからであり、他方60重量％を
上限とするのは、それを越えると、複合材料の靭性の劣
化により、却って耐キャビテーション壊食性の低下をみ
るからである。
混在量（重量％）〔セラミック粒子／（基地金属＋セラ
ミック粒子）×100〕は、５〜60重量％とする。このセ
ラミック粒子の混在量は、耐キャビテーション壊食性お
よび耐土砂摩耗浸食性との総合評価にもとづいて決定さ
れたものであり、５重量％を下限値とするのは、それよ
り少いと、耐キャビテーション壊食性および耐土砂摩耗
浸食性を十分に確保し難いからであり、他方60重量％を
上限とするのは、それを越えると、複合材料の靭性の劣
化により、却って耐キャビテーション壊食性の低下をみ
るからである。
本発明の複合材料における基地金属であるＣｒ−Ｎｉ−
Ｍｏ系鉄基合金は二相ステンレス鋼相当合金であり、そ
の成分限定理由は次のとおりである。成分含有量を示す
％は重量％である。
Ｍｏ系鉄基合金は二相ステンレス鋼相当合金であり、そ
の成分限定理由は次のとおりである。成分含有量を示す
％は重量％である。
Ｃｒ：20〜30％ Ｃｒは耐食性、殊に耐粒界腐食性の向上に大きな結果を
示し、耐応力腐食割れ性の改善に奏効する。また、組織
の安定化、強度向上効果を有する。更に、Ｃｒはフェラ
イト生成元素であり、フェライト−オーステナイト２相
組織におけるフェライト相の形成により強度を高める。
本発明では、耐食性と強度を確保するため、下限を20％
とする。Ｃｒ量の増加により、その効果は増すが、多量
に添加すると、靭性の低下をみるほか、Ｎｉ量との関係
で、フェライト量が過剰となり、２相組織におけるオー
ステナイト相との量的バランスを失し、耐食性，就中孔
食、すきま腐食に対する抵抗性が低下する。このため、
Ｃｒ量の上限値を30％とする。
示し、耐応力腐食割れ性の改善に奏効する。また、組織
の安定化、強度向上効果を有する。更に、Ｃｒはフェラ
イト生成元素であり、フェライト−オーステナイト２相
組織におけるフェライト相の形成により強度を高める。
本発明では、耐食性と強度を確保するため、下限を20％
とする。Ｃｒ量の増加により、その効果は増すが、多量
に添加すると、靭性の低下をみるほか、Ｎｉ量との関係
で、フェライト量が過剰となり、２相組織におけるオー
ステナイト相との量的バランスを失し、耐食性，就中孔
食、すきま腐食に対する抵抗性が低下する。このため、
Ｃｒ量の上限値を30％とする。
Ｎｉ：３〜10％ Ｎｉはオーステナイト相を安定化し、靭性を高める。ま
た、耐食性を確保するためにも不可欠の元素である。添
加量が３％に満たないと、その効果が不足する。前記Ｃ
ｒ量とのバランスを得るためにも、３％以上を必要とす
る。しかし、10％を越えると、添加量の割にその効果、
特に耐食性や機械的性質の向上効果は少く、経済的に不
利であり、また、オーステナイト量が過剰となり、２相
の量的バランスが失なわれる。よって、10％を上限とす
る。
た、耐食性を確保するためにも不可欠の元素である。添
加量が３％に満たないと、その効果が不足する。前記Ｃ
ｒ量とのバランスを得るためにも、３％以上を必要とす
る。しかし、10％を越えると、添加量の割にその効果、
特に耐食性や機械的性質の向上効果は少く、経済的に不
利であり、また、オーステナイト量が過剰となり、２相
の量的バランスが失なわれる。よって、10％を上限とす
る。
Ｍｏ：１〜５％ Ｍｏはステンレス鋼の耐食性の向上に大きな効果を示
す。殊に、孔食，すきま腐食抵抗性の改善効果は顕著で
あり、１％以上の添加により、非酸化性酸に対する耐食
性，塩化物を含む溶液中での孔食，粒界腐食および応力
腐食割れに対する高度の抵抗性が確保される。添加量の
増加に伴ってその効果は増大するが、５％を越えるとほ
ぼ効果は飽和し、またσ相の析出による脆化が著しくな
るので、５％を上限とする。
す。殊に、孔食，すきま腐食抵抗性の改善効果は顕著で
あり、１％以上の添加により、非酸化性酸に対する耐食
性，塩化物を含む溶液中での孔食，粒界腐食および応力
腐食割れに対する高度の抵抗性が確保される。添加量の
増加に伴ってその効果は増大するが、５％を越えるとほ
ぼ効果は飽和し、またσ相の析出による脆化が著しくな
るので、５％を上限とする。
基地金属は上記Ｃｒ,ＮｉおよびＭｏを必須元素とし、
所望により、Ｆｅの一部が０．５〜５％のＡｌ，０．５
〜２％のＮｂ,０．５〜２％のＴｉ,０．５〜２％のＣ
ｕ,１〜５％のＷ,等の１種もしくは２種以上の元素を以
て置換されたものであってもよい。
所望により、Ｆｅの一部が０．５〜５％のＡｌ，０．５
〜２％のＮｂ,０．５〜２％のＴｉ,０．５〜２％のＣ
ｕ,１〜５％のＷ,等の１種もしくは２種以上の元素を以
て置換されたものであってもよい。
なお、基地金属は、Ｃ,Ｓｉ,Ｍｎ,Ｐ,Ｓ等の混在が許容
される。例えば、Ｃは０．６％以下、Ｓｉは１．５％以
下、Ｍｎは１．５％以下、Ｐは０．３％以下、Ｓは０．
３％以下混入しても本発明の趣旨が損なわれることはな
い。
される。例えば、Ｃは０．６％以下、Ｓｉは１．５％以
下、Ｍｎは１．５％以下、Ｐは０．３％以下、Ｓは０．
３％以下混入しても本発明の趣旨が損なわれることはな
い。
本発明の複合材料は、鋳造法，焼結法，または溶接法等
により水車部品，ポンプ部品等に適用することができ
る。鋳造法によれば、基地金属の溶湯にセラミック粉末
（炭化クロム）を添加混合し、均一な固液混合物として
目的とする部品を鋳造すことができ、また焼結法によれ
ば、基地金属の粉末とセラミック粉末の均一な粉末混合
物を焼結材料とし、加圧成形および焼結工程を経て目的
とする部材を得ることができる。また、溶接法による場
合は、基地金属の粉末とセラミック粉末との粉末混合物
を溶接材料とし、例えばタングステン不活性ガスアーク
溶接（ＴＩＧ溶接）やプラズマ粉体溶接（ＰＡＴ溶接）
法により、部材表面に複合組織を有する肉盛層を形成す
ることができる。特に、溶接法による場合は、部材の表
面全体に対してはむろんのこと、その一部にのみ選択的
に肉盛層を形成することができるので、水車部品等にあ
っては、第２図〜第４図に示したように、キャビテーシ
ョン壊食や土砂摩耗浸食の生じ易い部分（Ａ領域）だけ
を肉盛層で被覆することとすれば、設計上および価格
上、最も効率よく部材の保護と耐久性の向上を図ること
ができる。溶接法により形成される肉盛層は、溶接入熱
により部材表面に十分に融着し接合強度が高いので、剥
離の問題もなく、長期に亘って保護層として機能する。
なお、溶接法等を適用する場合の原料粉末混合物は、ハ
ンドリング性や得られる複合組織の均一性等の点から、
適当な粒径に造粒された造粒粉（好ましくは、φ100〜2
00μｍ）として使用するとよい。
により水車部品，ポンプ部品等に適用することができ
る。鋳造法によれば、基地金属の溶湯にセラミック粉末
（炭化クロム）を添加混合し、均一な固液混合物として
目的とする部品を鋳造すことができ、また焼結法によれ
ば、基地金属の粉末とセラミック粉末の均一な粉末混合
物を焼結材料とし、加圧成形および焼結工程を経て目的
とする部材を得ることができる。また、溶接法による場
合は、基地金属の粉末とセラミック粉末との粉末混合物
を溶接材料とし、例えばタングステン不活性ガスアーク
溶接（ＴＩＧ溶接）やプラズマ粉体溶接（ＰＡＴ溶接）
法により、部材表面に複合組織を有する肉盛層を形成す
ることができる。特に、溶接法による場合は、部材の表
面全体に対してはむろんのこと、その一部にのみ選択的
に肉盛層を形成することができるので、水車部品等にあ
っては、第２図〜第４図に示したように、キャビテーシ
ョン壊食や土砂摩耗浸食の生じ易い部分（Ａ領域）だけ
を肉盛層で被覆することとすれば、設計上および価格
上、最も効率よく部材の保護と耐久性の向上を図ること
ができる。溶接法により形成される肉盛層は、溶接入熱
により部材表面に十分に融着し接合強度が高いので、剥
離の問題もなく、長期に亘って保護層として機能する。
なお、溶接法等を適用する場合の原料粉末混合物は、ハ
ンドリング性や得られる複合組織の均一性等の点から、
適当な粒径に造粒された造粒粉（好ましくは、φ100〜2
00μｍ）として使用するとよい。
金属と炭化物系セラミック粒子とからなる粉末混合物、
または金属単体粉末を溶接肉盛材とし、ＴＩＧ溶接法に
より、13Ｃｒ−３．８Ｎｉ系鋳鋼板材(100W×200L×5
0t,mm)の板面に層厚３〜４mmの肉盛層を形成した。これ
らの供試材から試片を切り出し、キャビテーション壊食
試験、および土砂摩耗試験を行った。第１表に、供試材
と、それぞれの試験結果を示す。表中、No.１〜７は発
明例、No.11〜15は比較例である。比較例No.11〜15のう
ち、No.11は、セラミック粒子を含まない例、No.12は適
量のセラミック粒子を含んでいるが、基地金属が本発明
の規定の成分組成からはずれている例（基地金属はオー
ステナイト単相組織）、No.13はセラミック粒子量が本
発明の上限規定値からはずれている例、No.14は、従来
の水車ランナ材料として汎用されている13Ｃｒ−３．８
Ｎｉオーステナイト鋳鋼（Ａ６ＮＭ）の鋳造材、No.15
は、基地金属と炭化クロム粒子からなる溶接肉盛による
複合材料であるが、基地金属のフェライト生成元素Ｃ
ｒ，Ｍｏ量に対するオーステナイト生成元素Ｎｉ量の不
足により基地金属がフェライト単相組織を有している例
である。表中、「総合評価」の欄における「◎」は、効
果顕著、「○」は効果有、「△」は効果小、「×」は効
果なし、を表わしている。
または金属単体粉末を溶接肉盛材とし、ＴＩＧ溶接法に
より、13Ｃｒ−３．８Ｎｉ系鋳鋼板材(100W×200L×5
0t,mm)の板面に層厚３〜４mmの肉盛層を形成した。これ
らの供試材から試片を切り出し、キャビテーション壊食
試験、および土砂摩耗試験を行った。第１表に、供試材
と、それぞれの試験結果を示す。表中、No.１〜７は発
明例、No.11〜15は比較例である。比較例No.11〜15のう
ち、No.11は、セラミック粒子を含まない例、No.12は適
量のセラミック粒子を含んでいるが、基地金属が本発明
の規定の成分組成からはずれている例（基地金属はオー
ステナイト単相組織）、No.13はセラミック粒子量が本
発明の上限規定値からはずれている例、No.14は、従来
の水車ランナ材料として汎用されている13Ｃｒ−３．８
Ｎｉオーステナイト鋳鋼（Ａ６ＮＭ）の鋳造材、No.15
は、基地金属と炭化クロム粒子からなる溶接肉盛による
複合材料であるが、基地金属のフェライト生成元素Ｃ
ｒ，Ｍｏ量に対するオーステナイト生成元素Ｎｉ量の不
足により基地金属がフェライト単相組織を有している例
である。表中、「総合評価」の欄における「◎」は、効
果顕著、「○」は効果有、「△」は効果小、「×」は効
果なし、を表わしている。
〔Ｉ〕キャビテーション壊食試験 振動式壊食試験法により、下記条件で試片の壊食減量
（mg／15Ｈｒ）を測定する。
（mg／15Ｈｒ）を測定する。
周波数：190ＫHz、環境：水中（22±１℃）、最大変位
振幅：30μｍ、時間：15Ｈｒ 〔II〕土砂摩耗試験 第１図参照。容器（内径：φ220)(ａ)の側面に試片（Ｔ
Ｐ）を固定し、溶器内の土砂混入酸水溶液（ｐＨ４，土
砂66重量％）(ｂ)を翼(ｃ)の高速回転（1700rpm）によ
り撹拌して高速流を形成し、５０時間後の試片の摩耗減
量を測定する。表中、「土砂摩耗浸食比」は、従来の水
車ランナ材である13Ｃｒ−３．８Ｎｉ鋳鋼の摩耗減量を
１とする試験片の摩耗減量比をあらわしている。
振幅：30μｍ、時間：15Ｈｒ 〔II〕土砂摩耗試験 第１図参照。容器（内径：φ220)(ａ)の側面に試片（Ｔ
Ｐ）を固定し、溶器内の土砂混入酸水溶液（ｐＨ４，土
砂66重量％）(ｂ)を翼(ｃ)の高速回転（1700rpm）によ
り撹拌して高速流を形成し、５０時間後の試片の摩耗減
量を測定する。表中、「土砂摩耗浸食比」は、従来の水
車ランナ材である13Ｃｒ−３．８Ｎｉ鋳鋼の摩耗減量を
１とする試験片の摩耗減量比をあらわしている。
第１表に示したように、発明例は、従来材であるNo.14
(13Ｃｒ−３．８Ｎｉ鋳鋼)に比し、キャビテーション壊
食量は約1/10と少く、また土砂摩耗量も大幅に減少し、
耐キャビテーション性および耐土砂摩耗性のいずれにも
すぐれている。なお、他の比較例No.11（炭化クロム粒
子を含まない）、No.12（基地金属がオーステナイト単
相組織）、No.13（炭化クロム粒子量が過剰）、およびN
o.15（基地金属がフェライト単相組織）についても、特
にキャビテーション壊食が著しくいずれも発明例の材質
に及ばない。
(13Ｃｒ−３．８Ｎｉ鋳鋼)に比し、キャビテーション壊
食量は約1/10と少く、また土砂摩耗量も大幅に減少し、
耐キャビテーション性および耐土砂摩耗性のいずれにも
すぐれている。なお、他の比較例No.11（炭化クロム粒
子を含まない）、No.12（基地金属がオーステナイト単
相組織）、No.13（炭化クロム粒子量が過剰）、およびN
o.15（基地金属がフェライト単相組織）についても、特
にキャビテーション壊食が著しくいずれも発明例の材質
に及ばない。
〔発明の効果〕 本発明の複合材料は、耐キャビテーション壊食性および
耐土砂摩耗浸食性にすぐれているので、例えば水車部品
やポンプ部品に適用することにより、これらの部品のキ
ャビテーション壊食や土砂摩耗浸食を効果的に抑制し、
長期に亘る安定した使用を可能にする。また、本発明の
複合材料は、鋳造や焼結だけでなく、溶接による肉盛形
成が可能であるので、小物部材のみならず、水車部品の
ような焼結による製造の困難ないし不可能な大型部材へ
の適用が容易であり、部材の表面全体に対してはむろ
ん、その一部にのみ選択的に肉盛形成することができ、
従ってキャビテーション壊食や土砂摩耗浸食の生じ易い
部分だけを肉盛層で被覆することにより、設計・施工上
および価格上、最も効率よく部材の保護と耐久性の向上
を図ることができる。
耐土砂摩耗浸食性にすぐれているので、例えば水車部品
やポンプ部品に適用することにより、これらの部品のキ
ャビテーション壊食や土砂摩耗浸食を効果的に抑制し、
長期に亘る安定した使用を可能にする。また、本発明の
複合材料は、鋳造や焼結だけでなく、溶接による肉盛形
成が可能であるので、小物部材のみならず、水車部品の
ような焼結による製造の困難ないし不可能な大型部材へ
の適用が容易であり、部材の表面全体に対してはむろ
ん、その一部にのみ選択的に肉盛形成することができ、
従ってキャビテーション壊食や土砂摩耗浸食の生じ易い
部分だけを肉盛層で被覆することにより、設計・施工上
および価格上、最も効率よく部材の保護と耐久性の向上
を図ることができる。
第１図は水車の要部断面図、第２図は水車の壊食発生部
説明図、第３図は第２図のＰ矢視図、第４図は第２図の
Ｑ矢視図、第５図は土砂摩耗試験要領説明図である。 １：ケーシング、２：ガイド弁、３：羽根、５：水車ラ
ンナ。
説明図、第３図は第２図のＰ矢視図、第４図は第２図の
Ｑ矢視図、第５図は土砂摩耗試験要領説明図である。 １：ケーシング、２：ガイド弁、３：羽根、５：水車ラ
ンナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０３Ｂ 11/04 7361−3Ｈ Ｆ０４Ｂ 21/00 Ｎ 2125−3Ｈ (72)発明者 久保田 喬 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 赤羽 賢太郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 平石 久志 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 久 保田鉄工株式会社枚方製造所内 (72)発明者 日根野 実 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 久 保田鉄工株式会社枚方製造所内 (56)参考文献 特開 昭49−65910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−118859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−134193（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】金属基地と、該金属基地中に分散相として
混在するセラミック粒子とからなる複合組織を有し、前
記金属基地は、Ｃｒ：20〜30％，Ｎｉ：３〜10％，Ｍ
ｏ：１〜５％，残部実質的にＦｅからなるフェライト・
オーステナイト二相組織を有する鉄基合金であり、前記
セラミック粒子は、炭化クロム粒子であって、複合組織
に占める割合は５〜60重量％であることを特徴とする耐
キャビテーション・耐土砂摩耗用複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62221630A JPH0637689B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | 耐キャビテーション・耐土砂摩耗用複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62221630A JPH0637689B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | 耐キャビテーション・耐土砂摩耗用複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6465275A JPS6465275A (en) | 1989-03-10 |
| JPH0637689B2 true JPH0637689B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16769777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62221630A Expired - Lifetime JPH0637689B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | 耐キャビテーション・耐土砂摩耗用複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637689B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3080380B2 (ja) * | 1988-11-09 | 2000-08-28 | 株式会社日立製作所 | 水車及び機器とその製造方法 |
| JP2743105B2 (ja) * | 1990-01-10 | 1998-04-22 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 鉄系焼結集電摺動材料 |
| CN106906398A (zh) * | 2017-03-04 | 2017-06-30 | 镇江百睿特增材科技有限公司 | 一种镍铬钼钢基wc50钢结硬质合金导卫辊及其制造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2244470C3 (de) * | 1972-09-11 | 1975-03-13 | Deutsche Edelstahlwerke Ag, 4150 Krefeld | Hochkorrosionsbeständige und -verschleißfeste Sinterstahllegierung |
| JPS59118859A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-09 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 摺動部材 |
| JPH0238076B2 (ja) * | 1985-12-06 | 1990-08-28 | Kubota Ltd | Yosetsunikumoryofukugofunmatsuyosetsuzai |
-
1987
- 1987-09-03 JP JP62221630A patent/JPH0637689B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6465275A (en) | 1989-03-10 |
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