JPH0711418A - 金属材料の母材表面強化方法 - Google Patents
金属材料の母材表面強化方法Info
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- JPH0711418A JPH0711418A JP17759393A JP17759393A JPH0711418A JP H0711418 A JPH0711418 A JP H0711418A JP 17759393 A JP17759393 A JP 17759393A JP 17759393 A JP17759393 A JP 17759393A JP H0711418 A JPH0711418 A JP H0711418A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属材料の母材表面を強化し、優れた熱疲労
特性が得られるようにする。 【構成】 金属材料の母材１表面に、Ｎｉ溶射によりＮ
ｉ層５をコーティングする。しかる後、Ｎｉ層５の表面
に、超硬合金を溶射によりコーティングして強化層２を
形成する。母材１と強化層２との間のＮｉ層５を、Ｎｉ
の展延性に富む性質を利用して緩衝材として機能させ、
強化層２の疲労強度を母材１の疲労強度に近付ける。
特性が得られるようにする。 【構成】 金属材料の母材１表面に、Ｎｉ溶射によりＮ
ｉ層５をコーティングする。しかる後、Ｎｉ層５の表面
に、超硬合金を溶射によりコーティングして強化層２を
形成する。母材１と強化層２との間のＮｉ層５を、Ｎｉ
の展延性に富む性質を利用して緩衝材として機能させ、
強化層２の疲労強度を母材１の疲労強度に近付ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は優れた熱疲労特性が要求
される高温用機器等の部材として用いられる金属材料の
母材表面強化方法に関するものである。
される高温用機器等の部材として用いられる金属材料の
母材表面強化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ等の高温環境下で用いられる高温
用機器等は耐蝕性、耐摩耗性、耐熱性を有することが必
要である。この場合、金属材料の母材自体を耐蝕性、耐
摩耗性、耐熱性の大なるものとすればよいが、母材自体
の耐蝕性等を大なるものとすると高価なものとなること
から、従来では、母材表面を強化加工することが行われ
ている。
用機器等は耐蝕性、耐摩耗性、耐熱性を有することが必
要である。この場合、金属材料の母材自体を耐蝕性、耐
摩耗性、耐熱性の大なるものとすればよいが、母材自体
の耐蝕性等を大なるものとすると高価なものとなること
から、従来では、母材表面を強化加工することが行われ
ている。
【０００３】金属材料の母材表面を強化する方法として
は、図６に一例を示す如く、Ｃｒ−Ｍｏ鋼又は銅合金の
母材１の表面に、ＣｒＣ又はＣｏ−ＷＣを直接溶射した
り、あるいは、硬質Ｃｒをメッキすることにより強化層
２を形成する方法がある。
は、図６に一例を示す如く、Ｃｒ−Ｍｏ鋼又は銅合金の
母材１の表面に、ＣｒＣ又はＣｏ−ＷＣを直接溶射した
り、あるいは、硬質Ｃｒをメッキすることにより強化層
２を形成する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、母材１の表
面に硬質Ｃｒ等をメッキして強化層２を形成した場合
は、メッキ表面に大きな凹凸が存在すること、更には、
メッキそのものに多数の微小クラックが存在することか
ら、熱疲労により強化層２に大きな亀裂３が発生し易
く、この亀裂３が起点となって母材１にも亀裂４が発生
してしまうことになる。一方、母材１の表面にＣｒＣ又
はＣｏ−ＷＣ等の超硬合金を直接溶射して強化層２を形
成した場合には、メッキによる場合よりは亀裂３は若干
発生しにくくなるものの、母材１と強化層２との間には
硬度差があるため、継続して圧縮、引張を受ける部分で
使用すると、繰り返し応力により強化層２に亀裂３が発
生し、それが急速に進展して母材１中へ伝播してしまう
ことになり、したがって、上記いずれの場合も母材１の
疲労強度が低下してしまう問題がある。
面に硬質Ｃｒ等をメッキして強化層２を形成した場合
は、メッキ表面に大きな凹凸が存在すること、更には、
メッキそのものに多数の微小クラックが存在することか
ら、熱疲労により強化層２に大きな亀裂３が発生し易
く、この亀裂３が起点となって母材１にも亀裂４が発生
してしまうことになる。一方、母材１の表面にＣｒＣ又
はＣｏ−ＷＣ等の超硬合金を直接溶射して強化層２を形
成した場合には、メッキによる場合よりは亀裂３は若干
発生しにくくなるものの、母材１と強化層２との間には
硬度差があるため、継続して圧縮、引張を受ける部分で
使用すると、繰り返し応力により強化層２に亀裂３が発
生し、それが急速に進展して母材１中へ伝播してしまう
ことになり、したがって、上記いずれの場合も母材１の
疲労強度が低下してしまう問題がある。
【０００５】本発明者は、強化層２を形成した１Ｃｒ−
０．５Ｍｏ鋼母材１の低サイクル疲労試験と、強化層２
を形成した銅合金母材１の低サイクル疲労試験を行った
ところ、図４と図５の如き結果が得られた。
０．５Ｍｏ鋼母材１の低サイクル疲労試験と、強化層２
を形成した銅合金母材１の低サイクル疲労試験を行った
ところ、図４と図５の如き結果が得られた。
【０００６】図４は前者の１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼母材１
の場合の４００℃における疲労特性を示すもので、イは
１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼母材１にＣｒＣ溶射を施していな
いときの疲労特性曲線であり、ロは硬質Ｃｒメッキによ
る強化層２の疲労特性曲線であり、ハはＣｒＣ直接溶射
による強化層２の疲労特性曲線であり、曲線イに対して
曲線ロ，ハが大きく離れており、高温での疲労強度が低
いことが解る。又、図５は後者の銅合金母材１の場合の
３００℃における疲労特性を示すもので、イ′は銅合金
母材１の疲労特性曲線であり、ロ′は硬質Ｃｒメッキに
よる強化層２疲労特性曲線であり、ハ′はＣｏ−ＷＣの
直接溶射による強化層２の疲労特性曲線であり、図４の
場合と同様に、曲線イ′に対して曲線ロ′，ハ′が大き
く離れており、高温での疲労強度が低いことが解る。し
たがって、従来の母材表面に直接強化層を形成する方法
では、高温で使用するとき疲労強度が低く割れが入る。
の場合の４００℃における疲労特性を示すもので、イは
１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼母材１にＣｒＣ溶射を施していな
いときの疲労特性曲線であり、ロは硬質Ｃｒメッキによ
る強化層２の疲労特性曲線であり、ハはＣｒＣ直接溶射
による強化層２の疲労特性曲線であり、曲線イに対して
曲線ロ，ハが大きく離れており、高温での疲労強度が低
いことが解る。又、図５は後者の銅合金母材１の場合の
３００℃における疲労特性を示すもので、イ′は銅合金
母材１の疲労特性曲線であり、ロ′は硬質Ｃｒメッキに
よる強化層２疲労特性曲線であり、ハ′はＣｏ−ＷＣの
直接溶射による強化層２の疲労特性曲線であり、図４の
場合と同様に、曲線イ′に対して曲線ロ′，ハ′が大き
く離れており、高温での疲労強度が低いことが解る。し
たがって、従来の母材表面に直接強化層を形成する方法
では、高温で使用するとき疲労強度が低く割れが入る。
【０００７】一例として、１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼の母材
１の表面にＣｒＣを直接溶射して強化層２を形成した図
４のハの場合のＣｒＣ溶射部の疲労試験後の組織を調べ
たところ、図７の金属組織の写真に示す如く割れがあ
り、又、銅合金製の母材１の表面にＣｏ−ＷＣを直接溶
射して強化層２を形成した図５のハ′の場合のＣｏ−Ｗ
Ｃ溶射部の疲労試験後の組織を調べたところ、図８の金
属組織の写真に示す如く割れがあり、更に、図５のロ′
の場合には図９に示す写真の如き割れがあった。
１の表面にＣｒＣを直接溶射して強化層２を形成した図
４のハの場合のＣｒＣ溶射部の疲労試験後の組織を調べ
たところ、図７の金属組織の写真に示す如く割れがあ
り、又、銅合金製の母材１の表面にＣｏ−ＷＣを直接溶
射して強化層２を形成した図５のハ′の場合のＣｏ−Ｗ
Ｃ溶射部の疲労試験後の組織を調べたところ、図８の金
属組織の写真に示す如く割れがあり、更に、図５のロ′
の場合には図９に示す写真の如き割れがあった。
【０００８】そこで、本発明は、耐蝕性や耐摩耗性向上
のために母材の表面に強化層をコーティングしても、疲
労強度を低下させることなく優れた熱疲労特性が得られ
るような金属材料の母材表面強化方法を提供しようとす
るものである。
のために母材の表面に強化層をコーティングしても、疲
労強度を低下させることなく優れた熱疲労特性が得られ
るような金属材料の母材表面強化方法を提供しようとす
るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、金属材料の母材表面に超硬合金による強
化層を形成するに当り、上記母材の表面にＮｉを溶射し
てコーティングすることによりＮｉ層を形成し、しかる
後、該Ｎｉ層の表面に、超硬合金を溶射してコーティン
グすることにより強化層を形成することを特徴とする金
属材料の母材表面強化方法とする。
決するために、金属材料の母材表面に超硬合金による強
化層を形成するに当り、上記母材の表面にＮｉを溶射し
てコーティングすることによりＮｉ層を形成し、しかる
後、該Ｎｉ層の表面に、超硬合金を溶射してコーティン
グすることにより強化層を形成することを特徴とする金
属材料の母材表面強化方法とする。
【００１０】
【作用】母材の表面にＣｒＣ又はＣｏ−ＷＣの如き超硬
合金を溶射して強化層を形成する前に、母材表面にＮｉ
溶射によりＮｉ層を形成し、その表面に超硬合金を溶射
して強化層を形成すると、Ｎｉ層が母材と強化層との間
の緩衝材となるので、母材の疲労強度と同程度の疲労強
度が得られ、疲労強度を向上できることになる。
合金を溶射して強化層を形成する前に、母材表面にＮｉ
溶射によりＮｉ層を形成し、その表面に超硬合金を溶射
して強化層を形成すると、Ｎｉ層が母材と強化層との間
の緩衝材となるので、母材の疲労強度と同程度の疲労強
度が得られ、疲労強度を向上できることになる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１２】図１は本発明の一実施例を示すもので、母
材１の表面に超硬合金による強化層２を形成するに当
り、先ず、１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼を母材１として、該母
材１の表面に、ＣｒＣの下地層としてＮｉを溶射して厚
さ０．０２〜０．０３mm程度のＮｉ層５を形成し、しか
る後、該Ｎｉ層５の表面に、超硬合金としてのＣｒＣを
溶射してコーティングすることにより厚さ０．１mm程度
の強化層２を形成し、母材表面を強化させるようにす
る。
材１の表面に超硬合金による強化層２を形成するに当
り、先ず、１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼を母材１として、該母
材１の表面に、ＣｒＣの下地層としてＮｉを溶射して厚
さ０．０２〜０．０３mm程度のＮｉ層５を形成し、しか
る後、該Ｎｉ層５の表面に、超硬合金としてのＣｒＣを
溶射してコーティングすることにより厚さ０．１mm程度
の強化層２を形成し、母材表面を強化させるようにす
る。
【００１３】上記のように、１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼の母
材１の表面にＮｉを溶射してＮｉ層５を形成し、次い
で、その表面にＣｒＣを溶射して強化層２を形成させる
と、Ｎｉが母材１の硬度と強化層２の硬度との中間に位
置する硬度（中間の伸び率を有する）を有しているた
め、Ｎｉ層５が母材１と強化層２との間の硬度差を緩衝
する緩衝材として機能することになり、疲労強度が向上
して割れないものとすることができる。
材１の表面にＮｉを溶射してＮｉ層５を形成し、次い
で、その表面にＣｒＣを溶射して強化層２を形成させる
と、Ｎｉが母材１の硬度と強化層２の硬度との中間に位
置する硬度（中間の伸び率を有する）を有しているた
め、Ｎｉ層５が母材１と強化層２との間の硬度差を緩衝
する緩衝材として機能することになり、疲労強度が向上
して割れないものとすることができる。
【００１４】本発明者が、上記のようにＣｒＣ溶射前に
その下地層としてＮｉ層５を形成させたものの低サイク
ル疲労試験を行った結果、図４のニに示す如く母材１の
疲労強度と同程度の疲労強度が得られ、耐蝕性に優れた
ものとすることができた。又、疲労試験後の組織を調べ
たところ、図２に示す金属組織の写真の如く、割れはな
かった。
その下地層としてＮｉ層５を形成させたものの低サイク
ル疲労試験を行った結果、図４のニに示す如く母材１の
疲労強度と同程度の疲労強度が得られ、耐蝕性に優れた
ものとすることができた。又、疲労試験後の組織を調べ
たところ、図２に示す金属組織の写真の如く、割れはな
かった。
【００１５】次に、本発明の他の実施例として、上記実
施例における母材１及び強化層２の材料とは異なる材料
を用いた場合について説明する。すなわち、銅合金の母
材１の表面に、Ｎｉ溶射によるＮｉ層５を形成した後、
該Ｎｉ層５の表面に、超硬合金であるＣｏ−ＷＣを溶射
してコーティングすることにより強化層２を形成し、母
材１の表面を強化させるようにしたものである。
施例における母材１及び強化層２の材料とは異なる材料
を用いた場合について説明する。すなわち、銅合金の母
材１の表面に、Ｎｉ溶射によるＮｉ層５を形成した後、
該Ｎｉ層５の表面に、超硬合金であるＣｏ−ＷＣを溶射
してコーティングすることにより強化層２を形成し、母
材１の表面を強化させるようにしたものである。
【００１６】この実施例においても、上記実施例の場合
と同様に、Ｎｉ溶射によるＮｉ層５を、銅合金母材１と
Ｃｏ−ＷＣの強化層２との間の緩衝材として機能させる
ことができ、疲労強度を向上できて割れのないものとす
ることができる。
と同様に、Ｎｉ溶射によるＮｉ層５を、銅合金母材１と
Ｃｏ−ＷＣの強化層２との間の緩衝材として機能させる
ことができ、疲労強度を向上できて割れのないものとす
ることができる。
【００１７】本発明者が、上記のようにＣｏ−ＷＣの溶
射前にその下地層としてＮｉ層５を形成させたものの低
サイクル疲労試験を行った結果、図５のニ′の如く母材
１の疲労強度と同程度の疲労強度が得られ、耐摩耗性、
耐熱性に優れたものとすることができた。又、疲労試験
後の組織を調べたところ、図３に示す金属組織の写真の
如く、割れはなかった。
射前にその下地層としてＮｉ層５を形成させたものの低
サイクル疲労試験を行った結果、図５のニ′の如く母材
１の疲労強度と同程度の疲労強度が得られ、耐摩耗性、
耐熱性に優れたものとすることができた。又、疲労試験
後の組織を調べたところ、図３に示す金属組織の写真の
如く、割れはなかった。
【００１８】なお、上記各実施例では、母材１と強化層
２との組み合わせとして、Ｃｒ−Ｍｏ鋼とＣｒＣの場合
と銅合金とＣｏ−ＷＣの場合を示したが、他の金属を組
み合わせることは任意であること、その他本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは
勿論である。
２との組み合わせとして、Ｃｒ−Ｍｏ鋼とＣｒＣの場合
と銅合金とＣｏ−ＷＣの場合を示したが、他の金属を組
み合わせることは任意であること、その他本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは
勿論である。
【００１９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の金属材料の母
材表面強化方法によれば、金属材料の母材表面に、Ｎｉ
溶射によるＮｉ層を介して超硬合金の溶射による強化層
を形成するようにしたので、Ｎｉ層が母材と強化層との
硬度差を緩衝する緩衝材として機能することにより強化
層の疲労強度を母材の疲労強度と同程度にすることがで
きて、優れた熱疲労特性を得ることができ、したがっ
て、高温用機器等の部材として好適に用いることができ
る、という優れた効果を発揮する。
材表面強化方法によれば、金属材料の母材表面に、Ｎｉ
溶射によるＮｉ層を介して超硬合金の溶射による強化層
を形成するようにしたので、Ｎｉ層が母材と強化層との
硬度差を緩衝する緩衝材として機能することにより強化
層の疲労強度を母材の疲労強度と同程度にすることがで
きて、優れた熱疲労特性を得ることができ、したがっ
て、高温用機器等の部材として好適に用いることができ
る、という優れた効果を発揮する。
【図１】本発明の金属材料の母材表面強化方法の一実施
例を示す概要図である。
例を示す概要図である。
【図２】図１の実施例を採用した場合の母材表面部の状
況を示すもので、母材に１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼を、又、
強化層にＣｒＣを用いた場合を示す金属組織の写真（１
００倍）である。
況を示すもので、母材に１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼を、又、
強化層にＣｒＣを用いた場合を示す金属組織の写真（１
００倍）である。
【図３】本発明の他の実施例を採用した場合の母材表面
部の状況を示すもので、母材に銅合金を、又、強化層に
Ｃｏ−ＷＣを用いた場合を示す金属組織の写真（１００
倍）である。
部の状況を示すもので、母材に銅合金を、又、強化層に
Ｃｏ−ＷＣを用いた場合を示す金属組織の写真（１００
倍）である。
【図４】母材と各強化層との疲労特性を比較する低サイ
クル疲労試験結果を示すグラフである。
クル疲労試験結果を示すグラフである。
【図５】図４とは異なる材料を用いた場合の低サイクル
疲労試験結果を示すグラフである。
疲労試験結果を示すグラフである。
【図６】従来の金属材料の母材表面強化方法の一例を示
す概要図である。
す概要図である。
【図７】従来方法により加工した母材表面部の状況の一
例を示す金属組織の写真（４０倍）である。
例を示す金属組織の写真（４０倍）である。
【図８】従来方法により加工した母材表面部の状況の他
の例を示す金属組織の写真（４０倍）である。
の例を示す金属組織の写真（４０倍）である。
【図９】従来方法により加工した母材表面部の状況の更
に他の例を示す金属組織の写真（１００倍）である。
に他の例を示す金属組織の写真（１００倍）である。
１ 母材 ２ 強化層 ５ Ｎｉ層
Claims (1)
- 【請求項１】 金属材料の母材表面に超硬合金による強
化層を形成するに当り、上記母材の表面にＮｉを溶射し
てコーティングすることによりＮｉ層を形成し、しかる
後、該Ｎｉ層の表面に、超硬合金を溶射してコーティン
グすることにより強化層を形成することを特徴とする金
属材料の母材表面強化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17759393A JPH0711418A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 金属材料の母材表面強化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17759393A JPH0711418A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 金属材料の母材表面強化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0711418A true JPH0711418A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=16033710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17759393A Pending JPH0711418A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 金属材料の母材表面強化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711418A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011019041A1 (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | 地方独立行政法人大阪市立工業研究所 | 超硬合金の改質方法および該方法によって改質された超硬合金 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP17759393A patent/JPH0711418A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011019041A1 (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | 地方独立行政法人大阪市立工業研究所 | 超硬合金の改質方法および該方法によって改質された超硬合金 |
| JP2011038143A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Osaka Municipal Technical Research Institute | 超硬合金の改質方法および該方法によって改質された超硬合金 |
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