JPH0689380B2 - 耐食耐摩耗部材およびその製造方法 - Google Patents

耐食耐摩耗部材およびその製造方法

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JPH0689380B2
JPH0689380B2 JP63309607A JP30960788A JPH0689380B2 JP H0689380 B2 JPH0689380 B2 JP H0689380B2 JP 63309607 A JP63309607 A JP 63309607A JP 30960788 A JP30960788 A JP 30960788A JP H0689380 B2 JPH0689380 B2 JP H0689380B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、例えばガラスファイバなどを充填したプラス
チックの加工に用いられるスクリュ等のように耐食耐摩
耗性を必要とする部材およびその製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) 近年、ガラスファイバ、シリカ等の充填物を添加したプ
ラスチックが用いられている。このようなプラスチック
を加工するためのシリンダおよびスクリュ等は、上記充
填物によって摩耗するため、耐食性はもちろん耐摩耗性
が強く要求されている。特にスクリュおよび逆流防止弁
等の部材は、耐食耐摩耗性と同時に使用上、取付け上ま
たは寸法上などの点から比較的高い機械的強度をも必要
とする。そこで、シリンダに比較してスクリュや逆流防
止弁等に対する耐食耐摩耗性の付与は遅くれており、従
来は窒化処理や浸炭処理を施こしたものが用いられ、場
合によっては耐食耐摩耗性を有するNi基自溶性合金など
を溶射して被覆したものも用いられていた。
(発明が解決しようとする課題) ところが、例えば窒化処理したスクリュは、窒化層が0.
2mm以下と薄く、また浸炭処理は処理硬さがHv800程度と
低いため、ガラスファイバを30重量%混入したプラスチ
ックの場合、1〜2ヵ月程度でスクリュのフライト部が
大きく摩耗して使用できなくなっていた。また、Ni基自
溶性合金などを溶射して被覆層を設けたものは、被覆層
の熱膨張係数とスクリュ基材の熱膨張係数の差が大きい
ため、被覆後に焼鈍処理を施こすことが不可欠であり、
この結果、スクリュ基材の硬度が非常に低く、スクリュ
に要求される機械的強度を十分に得られない欠点があっ
た。
さらにまた、中空分割型スクリュを1本のスクリュ軸に
複数個嵌入してスクリュを形成する組立式スクリュにあ
っては、中空分割型スクリュの全体をTiC粒子とFe基自
溶性合金との複合体である超硬合金で製作したものも用
いられているが、これは硬くて非常にもろいため、フラ
イト部や中空穴に設けたキー溝部が破壊する欠点があっ
た。
本発明は、耐食耐摩耗性に優れると共に機械的強度を十
分に有し、剥離や破損の発生もほとんどなく、長寿命が
得られる耐食耐摩耗性部材およびその製造方法を提供す
ることを目的としている。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するための本発明による耐食耐摩耗性部
材は、カーボン量が0.3重量%以下であって焼入可能な
機械構造用炭素鋼若しくは合金鋼で形成され焼入処理を
施こされている基材と、硬質粒子を焼入可能な合金鋼の
マトリックで結合した超硬合金で形成され同じく焼入処
理を施こされている耐食耐摩耗部分と、この耐食耐摩耗
部分と基材とを拡散接合するための金属接合層とからな
るものである。
なお、金属接合層は、カーボン量が0.3重量%以下の鉄
合金粒子または溶融温度が1100℃以上のCo基もしくはNi
基合金粒子とマトリックス金属とによって形成すること
が好ましい。
また、前記の耐食耐摩耗性部材の製造方法としては、焼
入処理を施こされていない前記基材と耐食耐摩耗部分と
を、すき間を介在させて配置し、このすき間内に前記の
合金粒子を充填するか、または充填することなしに、減
圧雰囲気中で加熱し、すき間内に金属の融液を浸透させ
て基材と耐食耐摩耗部分とを拡散接合した後、少なくと
も焼入を含む熱処理を施こす方法とすることが好まし
い。
(作用) 前記のような基材と耐食耐摩耗部分との組合わせとし、
これらを金属接合層で結合すると、いずれの側にも割れ
やヒビ割れを生じないと共に、拡散接合による強固な結
合を生ずる。また、耐食耐摩耗部分は接合後に焼入れす
ることにより非常に優れた耐食耐摩耗性を有し、基材は
機械部材として要求される機械的強度、特に靱性を有
し、両者の組合わせによって機械的強度と耐食耐摩耗性
を共に満足する部材となる。
また、金属接合層中に合金粒子を充填すれば、接合層自
身の機械的強度、例えばせん断力を向上させることがで
きる。
(実施例) 以下本発明をプラスチックの押出機用スクリュに適用し
た実施例につき第1図ないし第3図を参照して説明す
る。
実施例−1、 第1図に示す中空円筒状の基材11を、JIS規格のSCM415
(成分、重量%、C:0.13〜0.18,Si:0.15〜0.35,Mn:0.60
〜0.85,P:0.030以下,S:0.030以下,Cr:0.90〜1.20,Mo:0.
15〜0.30,Bal:Fe)で形成した。この基材11は、内面に
キー溝12を有し、図示しないスクリュ軸に嵌入して用い
るものである。
13はスクリュのフライト部となる耐食耐摩耗部分で、フ
ェロチック:CM55(中外電気工業社製:商品名)により
形成した。このフェロチック:CM55は、TiC粒子(55重量
%)をJIS規格のSKD11に類似の鋼をマトリックス金属
(45重量%)として焼結したものである。この耐食耐摩
耗部分13は、機械加工により穴径を前記基材11の外径よ
り2m大きく形成すると共に、外周に予じめフライト部13
aを加工した。
前記基材11と耐食耐摩耗部分13とを、第1図に示すよう
に、真空炉(図示せず)のルツボ14上に、同心状にセッ
トし、両者の間に1mmのすき間tが生ずるようにした。
このすき間t内に、JIS規格のSUS410(成分、重量%、
C:0.15以下,Si:1.00以下,Mn:1.00以下,P:0.040以下,S:
0.030以下,Cr:11.50〜13.50,Bal:Fe)の金属粒子(100
メッシュ以下)15を充填した。
次に、前記すき間tの上方に、第1図に示すように、Ni
基自溶性合金(成分、重量%、B:2.4,Si:4.5,C:0.5,Fe:
0.5以下,Bal:Ni,その他:0.5以下)の粉末16を置いた。
前記のようにルツボ14上にセットしたものをルツボ14と
共に、図示しない真空炉に入れ、真空度2×10-2Torrの
減圧雰囲気中で、1100℃まで加熱し、この温度に30分間
保持した。この加熱によりNi基自溶性合金粉末16を溶融
させ、すき間t内に充填された前記金属粒子15間に浸透
させて金属接合層17(第2図参照)を形成すると共に、
基材11と耐食耐摩耗部分13との両方にそれぞれ拡散接合
させた。
この加熱終了後、上記1100℃から真空炉の温度を急降下
させて急冷し、いわゆる真空焼入れを行ない、続いて55
0℃空冷による焼もどしを行なった。
その結果、金属接合層17は、第2図の写真(50倍)に示
すように、拡散による良好な接合状態であることが確認
された。また、金属接合層17のせん断試験の結果、せん
断強さは45Kgf/mm2と高い値を得た。さらに耐食耐摩耗
部分13の硬度はHRC68と十分に高く、基材11の硬度はHRC
20と機械部品に要求される硬度を十分に有し、靱性に富
むものであった。
前記のようにして製造したスクリュを仕上げ加工して、
図示しないスクリュ軸に組込み、ガラスファイバを30重
量%混入したプラスチックの押出成形に使用した結果、
スクリュのフライト部を形成している耐食耐摩耗部分13
の摩耗はほとんど見られず、2ヵ月間のテストによって
もほとんど摩耗が進んでいないことを確認した。また、
基材11,金属接合層17,耐食耐摩耗部分13自身ならびにこ
れらの間のいずれにもひび割れやすき間等の欠陥を生じ
ず、さらに基材11のキー溝12の変形もなく、スクリュ軸
やキーとの係合関係も良好に保たれていた。
実施例−2、 この実施例−2は、基材11と耐食耐摩耗部分13とのすき
間t内に、第1図に示した金属粒子15を充填せずに、前
記と同じNi基自溶性合金粉末16をすき間t内に溶融浸透
させたほかは、材質的には実施例−1と同一である。ま
た、前記すき間tの寸法は、後述する加熱温度1100℃に
おいて0.1mmとなるように設定した。
前記すき間tの上方に、実施例−1と同様にNi基自溶性
合金粉末16を置き、実施例−1と同様に真空炉により11
00℃に加熱した。なお、この1100℃での保持時間は15分
間であった。加熱後の焼入れ、焼もどしは実施例−1と
同様にした。
その結果、第4図に示す金属接合層18のせん断強さが30
Kgf/mm2と実施例−1より低くかったほかは、実施例−
1とほとんど同じであった。
前述した実施例−1,2は、いずれも本発明をプラスチッ
クの押出成形用スクリュに適用した例を示したが、これ
に限らず、射出成形用スクリュおよび該スクリュに組合
わせて用いる逆流防止弁、さらにはプラスチック加工機
以外の他の種々の装置の部材に適用でき、基材11と耐食
耐摩耗部分13の形状、構成も適用する部材によって適宜
に決定すればよいことは言うまでもない。
なお、実施例−1のように金属接合層17中に金属粒子15
を充填する場合は、すき間tの寸法は0.1〜3mm程度にす
ることが好ましく、また、実施例−2のように金属粒子
15を充填しない場合には、加熱時のすき間tが0.05mm未
満であると溶融金属の浸透が不完全となり、逆に広すぎ
ると溶融金属が下へ流れ出てしまうので、0.05〜0.3mm
とすることが好ましい。
また、基材11の材質は、カーボン量が0.3重量%以下で
あって焼入可能な機械構造用炭素鋼若しくは合金鋼であ
ればよく、前記のSCM415のほか、例えば、SCM420,SC15,
SC17,SC20,SCr415,SCr420,SNCM220,SNCM415などを用い
ることができる。
また、耐食耐摩耗部分13の材質は、炭化物または硼化物
等の硬質粒子を焼入可能な合金鋼のマトリックスで結合
した超硬合金であればよく、前記のフェロチック:CM55
のほか、同CM35、KF合金(富士ダイス社製、商品名)、
KHM(東洋鋼板社製、商品名)などを用いることができ
る。
また、金属接合層17に充填する金属粒子15は、該金属接
合層17の機械的強度を増すための骨材として作用するも
のであり、特に材質を限定する必要はないが、カーボン
量が0.3重量%以下の鉄合金粒子または溶融温度が1100
℃以上のCo基、Ni基合金が好ましく、これらに相当する
ものとして、純鉄,SC15,SC17,SC20,SCr415,SCr420,SCM4
15,SUS403,SUS410,SUS420J1,SUS316,ステライト合金(C
o系),ハステロイ合金(Ni系)などをあげることがで
きる。
さらにまた金属接合層17のマトリックス金属および金属
接合層18自身を形成する金属の材質は、前記のようなNi
基自溶性合金のほか、Co基またはFe基自溶性合金を用い
ることが好ましいが、1100℃程度で溶融し、前記のよう
な基材11および耐食耐摩耗部分13と拡散接合などの強固
な結合を生ずるものであればよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、必要な部分が十分な
耐食耐摩耗性を有すると共に、基材は機械的強度、特に
優れた靱性を有し、基材と耐食耐摩耗部分とは拡散接合
によって強固に結合され、前記両部分およびこれらを結
合する金属接合層のいずれの部分にもひび割れ等の欠陥
を生ずることもないため、機械的強度を必要とする耐食
耐摩耗部材ととして優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例−1による耐食耐摩耗部材の製
造途中を示す断面図、第2図は実施例−1による接合部
の金属組織を示す写真(50倍)、第3図は本発明の実施
例−2による耐食耐摩耗部材の製造途中を示す断面図、
第4図は実施例−2による接合部の金属組織を示す写真
(100倍)である。 11……基材、12……キー溝、 13……耐食耐摩耗部分、 14……ルツボ(真空炉の)、 15……金属粒子、16……接合用の金属粉末、 17,18……金属接合層、t……すき間。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−92823(JP,A) 特開 昭56−47505(JP,A) 特開 昭58−65564(JP,A) 特開 昭62−120404(JP,A) 特開 昭62−199371(JP,A) 特開 昭62−87846(JP,A) 特開 昭63−144809(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カーボン量が0.3重量%以下であって焼入
    可能な機械構造用炭素鋼若しくは合金鋼で形成され焼入
    処理を施こされている基材と、硬質粒子を焼入可能な合
    金鋼のマトリックスで結合した超硬合金で形成され同じ
    く焼入処理を施こされている耐食耐摩耗部分と、前記耐
    食耐摩耗部分と前記基材とを拡散接合するための金属接
    合層とからなる耐食耐摩耗部材。
  2. 【請求項2】金属接合層は、カーボン量が0.3重量%以
    下の鉄合金粒子または溶融温度が1110℃以上のCo基若し
    くはNi基合金粒子とマトリックス金属とによって形成さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の耐食耐摩耗部
    材。
  3. 【請求項3】焼入処理を施こされていない請求項1記載
    の基材と耐食耐摩耗部分とを、すき間を介在させて減圧
    雰囲気中で加熱し、前記すき間内に接合用金属の融液を
    浸透させて前記基材と耐食耐摩耗部分とを拡散接合した
    後、少なくとも焼入れを含む熱処理を施こすことを特徴
    とする請求項1記載の耐食耐摩耗部材の製造方法。
  4. 【請求項4】焼入処理を施こされていない請求項1記載
    の基材と耐食耐摩耗部分とを、すき間を介在させて設置
    し、前記すき間内に請求項2記載の合金粒子を充填し、
    これらを減圧雰囲気中で加熱し、前記すき間内にマトリ
    ックス金属の融液を浸透させて前記基材と耐食耐摩耗部
    分とを拡散接合した後、少なくとも焼入れを含む熱処理
    を施こすことを特徴とする請求項2記載の耐食耐摩耗部
    材の製造方法。
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