JPH071181A - 耐摩耗材料および該耐摩耗材料を用いた耐摩耗層 - Google Patents

耐摩耗材料および該耐摩耗材料を用いた耐摩耗層

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JPH071181A
JPH071181A JP14353493A JP14353493A JPH071181A JP H071181 A JPH071181 A JP H071181A JP 14353493 A JP14353493 A JP 14353493A JP 14353493 A JP14353493 A JP 14353493A JP H071181 A JPH071181 A JP H071181A
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猛 山田
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俊光 荒木
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雅之 犬塚
Masaharu Yamaguchi
正治 山口
Hironori Ozaki
弘憲 尾崎
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐衝撃性・耐摩耗性に優れた低コストの耐摩
耗材料および該耐摩耗材料を用いた耐摩耗層を提供す
る。 【構成】 マトリックスである金属成分と分散相である
セラミック成分とからなる耐摩耗材料において、セラミ
ック成分が35重量%超且つ65重量%未満のクロムカ
ーバイドであって、金属成分が実質的に鉄であることを
特徴とする耐摩耗材料およびこの組成よりなる耐摩耗材
料の粉末または上記組成を有する混合粉末を用いてプラ
ズマ粉体肉盛溶接法で肉盛溶接することによって得た、
クロムカーバイドと鉄の複合組織からなる耐摩耗層であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、激しい摩耗環境下で運
転される破砕機部材等の表面保護層として好適な耐摩耗
材料およびこの耐摩耗材料を用いた耐摩耗層に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】金属
マトリックスと分散相であるセラミック粉末との複合材
料からなる表面保護膜を形成することは各種構造物の耐
摩耗性を改善するための有効な手段であって、そのため
に各種の複合材料が提案されている。そして、かかる複
合材料からなる表面保護膜を形成する方法として溶射法
が広く行われているが、溶射法により形成される保護膜
は密着強度が低く、機械衝撃により剥離しやすいため、
より耐摩耗性に優れた保護膜形成手段の開発が要望され
ている。この点に関して、耐摩耗性に優れた粉体肉盛溶
接法として、近年プラズマ粉体肉盛溶接法が注目されて
いる。
【0003】さて、このプラズマ粉体肉盛溶接とは、従
来、難加工性で細径のフィラーワイヤなどになりにくい
ステライトやコルモノイ合金などを粉体とすることによ
り、これらの肉盛溶接を容易に行うことができるように
したものであり、合金粉末の配合比率を変えることによ
り極めて厳しい摩耗条件にも十分に適用し得る耐摩耗層
を形成できるので、従来の肉盛溶接では得られない高機
能、高性能の表面層を形成し得る技術として期待されて
いるものである。そして、このプラズマ粉体肉盛溶接材
料としては、以下のものが提案されている。
【0004】すなわち、特開昭64−11093号公報
には、「金属マトリックスと炭化物系セラミック粒子か
らなる複合材料であって、炭化物系セラミック粒子が2
0〜80重量%であり、金属分は、C:0.08%以
下、Si:0.5〜3%、Mn:2%以下、Ni:2〜
10%、Cr:15〜30%、Co:20〜40%、残
部実質的にFeからなる成分組成を有するプラズマ粉体
溶接肉盛用複合溶接材」に関する発明が開示されている
(以下「従来技術I」という)。
【0005】また、特開昭64−18598号公報に
は、「金属マトリックスと炭化物系セラミック粉末から
なる複合材料であって、炭化物系セラミック粉末が20
〜70重量%であり、金属分は、C:8%以下、Si:
2%以下、Mn:2%以下、Ni:2〜10%、Cr:
20〜60%、W:4〜15%、残部実質的にCoから
なる成分組成を有するプラズマ粉体溶接肉盛用複合溶接
材」に関する発明が開示されている(以下「従来技術I
I」という)。
【0006】しかし、従来技術Iは、Crによる靱性の
低下を防止するために、Crを30重量%以下に抑えて
おり、この場合、衝撃の激しい摩耗環境下においては十
分な耐摩耗性を発揮できない。また、従来技術IIは、C
rによる靱性の低下を、多量にCoを含有することでカ
バーしようというものであって、この場合、製造コスト
が高くなる。本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐衝
撃性・耐摩耗性に優れた低コストの耐摩耗材料および該
耐摩耗材料を用いた耐摩耗層を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、マトリックスである金属成分と分散相であ
るセラミック成分とからなる耐摩耗材料において、セラ
ミック成分が35重量%超且つ65重量%未満のクロム
カーバイドであって、金属成分が実質的に鉄であること
を特徴とする耐摩耗材料を第一の発明とし、上記第一の
発明の組成よりなる耐摩耗材料の粉末または第一の発明
の組成を有する混合粉末を用いてプラズマ粉体肉盛溶接
法で肉盛溶接することによって得た、クロムカーバイド
と鉄の複合組織からなる耐摩耗層を第二の発明とする。
【0008】
【作用】本発明で分散相となるクロムカーバイドは硬質
で強度が高く、金属マトリックスである鉄との濡れ性が
よく、分散強化成分として優れた物質である。しかし、
クロムカーバイドの量が35重量%以下では、耐摩耗性
の点で十分でなく、一方、クロムカーバイドの量が65
重量%以上になると、欠陥(ボイド)が多くなり、耐衝
撃性が低下するので好ましくない。
【0009】そこで、クロムカーバイドを35重量%超
且つ65重量%未満とし、残部を鉄とすることにより、
靱性を低下することなく、耐衝撃性・耐摩耗性を向上す
ることができる。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例を説明するが、まず、以
下の試験で使用した供試材の詳細について述べると、使
用した鉄系粉体およびクロムカーバイドの化学成分(重
量%)は以下の表1の通りであり、クロムカーバイドの
物性は以下の表2の通りであり、表1の鉄系粉体とクロ
ムカーバイドからなる肉盛粉体材料のクロムカーバイド
の含有率(重量%)は、以下の表3に示すように3種類
とした。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】
【表3】
【0014】そして、表3に示すクロムカーバイド比率
の粉体材料を用いて、プラズマ粉体肉盛溶接により衝撃
摩耗試験片を作製し、衝撃摩耗試験を行ったので、以下
にその詳細について説明する。
【0015】まず、プラズマ粉体肉盛溶接法に関して、
図1の概略構成図に基づいて簡単に説明する。同図にお
いて、1はタングステン電極(−)、2は母材(+)、
3はシールドガス導入口、4は粉体装入口、5はプラズ
マアーク用ガス導入口である。このような構成におい
て、装入口4から装入した粉体はタングステン電極1と
母材2との間に発生したプラズマアーク6により溶融
し、母材2上に肉盛金属7が形成される。なお、本実施
例においては、シールドガス、プラズマアーク用ガスと
してアルゴンガスを使用した。
【0016】そして、このプラズマ粉体肉盛溶接法によ
り、図2(a)(b)に示すような形状の衝撃摩耗試験
片を得た。同図において、8は粉体肉盛部(鉄−クロム
カーバイド複合組織)、9は母材(SS材)である。な
お、粉体肉盛部8の肉厚Tは10mmであり、粉体肉盛に
際して、母材9を約600℃に予熱した。
【0017】次に、この試験片を用いて衝撃摩耗試験を
行ったので、その内容について説明する。すなわち、図
2に示す形状の4個の衝撃摩耗試験片10を図3のよう
な構成のインパクトブレーカーのローター11に取りつ
け、ローター11を一定の速度で回転させながら、開口
12から300kgの石を試験機内に投入し、この30
0kgの石を試験片10の粉体肉盛部8で粉砕した後の
試験片10の摩耗重量を測定し、さらに300kgの石
を試験機内に投入して、この石を同粉体肉盛部8で粉砕
した後の試験片10の摩耗重量を測定するという方法で
衝撃摩耗試験を行った。この場合の各300kgの石を
粉砕した後の摩耗減量と表面硬さ(HRC) を図4に示
す。同図に明らかなように、クロムカーバイドを50重
量%含有した試験片の摩耗量は最も少なく、クロムカー
バイドを50重量%含有することによって耐衝撃性・耐
摩耗性を向上し得ることが分かる。
【0018】さらに、図5(a)に示すように、衝撃摩
耗試験後の試験片の肉盛部8より調査用試験片13を採
取し、垂直方向の硬さ測定、金属組織観察および分析電
子顕微鏡による元素分析を行ったので、その内容につい
て説明する。
【0019】〔垂直方向の硬さ測定〕垂直方向の硬さ測
定法は、図5(b)に点線で示すように、母材9と肉盛
部8との界面Aから表面に向かって垂直方向にビッカー
ス硬さを測定したもので、3箇所の各垂直方向対応位置
における平均硬さを図6に示す。図において、○はクロ
ムカーバイド30重量%のもの、□は同50重量%のも
の、△は同70重量%のものの値である。同図に明らか
なように、クロムカーバイドの含有量が増えるに伴って
硬度が増す傾向にある。
【0020】〔金属組織観察〕〔元素分析〕 図7に調査用試験片13の金属組織(×100)を示
す。組織観察位置は、図5(a)の摩耗面(B部)付近
と表面(C部)付近の垂直断面方向である。
【0021】また、図8、図9、図10に、それぞれク
ロムカーバイドの含有量が30重量%、50重量%、7
0重量%の試験片の表面(C部)付近の垂直断面方向の
元素分析結果(×500)を示す。図10に明らかなよ
うに、クロムカーバイド70重量%のものは、50重量
%(図9(b)参照)や30重量%(図8(b)参照)
のものに比べて鉄分(図10(b)で白い部分)が少な
く、クロムカーバイドの間隙を延性の優れた鉄分で埋め
ることができないので、図7(e)(f)に示すように
ボイド(同図で黒い部分)が多くなったものと思われ
る。従って、クロムカーバイドを70重量%含有するも
のは硬度が高いが、ボイドが多いので耐衝撃性に劣る。
一方、クロムカーバイドが30重量%のものは、図8
(b)に示すように、鉄分(白い部分)は多いが、微細
なクロムカーバイド(図8(c)で白い部分)が全面に
分散しているので、延性はよいが、耐摩耗性に劣る。こ
れらに比してクロムカーバイドが50重量%のものは、
図9(c)に示すように、適当な大きさのクロムカーバ
イドが適当に分散し、この間隙を鉄分が埋めるので、上
記衝撃摩耗試験で明らかにしたように、耐衝撃性・耐摩
耗性に優れた性質を示したものと思われる。
【0022】なお、表1のクロムカーバイドと鉄系粉体
を用いて、同上プラズマ粉体肉盛溶接法によりクロムカ
ーバイドが35重量%と65重量%の粉体肉盛部を有す
る衝撃摩耗試験片も作製し、その試験片についても同上
衝撃摩耗試験を行い、試験片表面付近の金属組織観察と
元素分析も同上方法で行ったが、クロムカーバイド35
重量%のものは30重量%のものと同様に微細なクロム
カーバイドが全面に分散した組織を示し、クロムカーバ
イド65重量%のものは70重量%のものと同様にボイ
ドの多い組織であった。また、同上条件で粉体肉盛部8
の肉厚Tが20mmの衝撃摩耗試験片も作製することがで
きた。
【0023】
【発明の効果】本発明にかかる耐摩耗材料は耐衝撃性・
耐摩耗性に優れているので、激しい摩耗環境に晒される
破砕機部材等の耐摩耗層として極めて好適に使用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマ粉体肉盛溶接法を説明する図である。
【図2】図2(a)は衝撃摩耗試験片の側面図、図2
(b)は同試験片の正面図である。
【図3】インパクトブレーカーの概略構成を示す側面図
である。
【図4】衝撃摩耗試験後の試験片の摩耗量および表面硬
さを示す図である。
【図5】図5(a)は衝撃摩耗試験後の試験片の斜視
図、図5(b)は硬さ測定方向を説明する図である。
【図6】衝撃摩耗試験後の試験片の表面付近の垂直方向
硬さ分布を示す図である。
【図7】図7(a)〜(f)は衝撃摩耗試験後の試験片
の表面付近(粉体肉盛部)の金属組織を示す図で、
(a)(b)はクロムカーバイド30重量%含有のもの
を示し、(c)(d)は同50重量%含有のものを示
し、(e)(f)は同70重量%含有のものを示す。
【図8】図8(a)〜(d)は粉体肉盛部にクロムカー
バイドを30重量%含有した試験片の衝撃摩耗試験後の
表面付近の垂直断面方向の元素分析結果を示す図で、
(a)は組織を示し、(b)は鉄分を示し、(c)はク
ロム分を示し、(d)は炭素分を示す。
【図9】図9(a)〜(d)は粉体肉盛部にクロムカー
バイドを50重量%含有した試験片の衝撃摩耗試験後の
表面付近の垂直断面方向の元素分析結果を示す図で、
(a)は組織を示し、(b)は鉄分を示し、(c)はク
ロム分を示し、(d)は炭素分を示す。
【図10】図10(a)〜(d)は粉体肉盛部にクロム
カーバイドを70重量%含有した試験片の衝撃摩耗試験
後の表面付近の垂直断面方向の元素分析結果を示す図
で、(a)は組織を示し、(b)は鉄分を示し、(c)
はクロム分を示し、(d)は炭素分を示す。
【符号の説明】
1…タングステン電極 2…母材 3…シールドガス導入口 4…粉体装入口 5…プラズマアーク用ガス導入口 6…プラズマアーク 7…肉盛金属 8…粉体肉盛部 9…母材 10…衝撃摩耗試験片 11…ローター 12…開口 13…調査用試験片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 犬塚 雅之 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番1 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 山口 正治 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番1 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 尾崎 弘憲 千葉県八千代市上高野1780番地 川崎重工 業株式会社八千代工場内 (72)発明者 田村 朗 千葉県八千代市上高野1780番地 川崎重工 業株式会社八千代工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリックスである金属成分と分散相で
    あるセラミック成分とからなる耐摩耗材料において、セ
    ラミック成分が35重量%超且つ65重量%未満のクロ
    ムカーバイドであって、金属成分が実質的に鉄であるこ
    とを特徴とする耐摩耗材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の組成よりなる耐摩耗材料
    の粉末または請求項1記載の組成を有する混合粉末を用
    いてプラズマ粉体肉盛溶接法で肉盛溶接することによっ
    て得た、クロムカーバイドと鉄の複合組織からなる耐摩
    耗層。
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CN102366860A (zh) * 2011-10-09 2012-03-07 北京华电泰锐科技有限公司 中速磨煤机磨辊耐磨堆焊用粉芯焊丝及其制备与堆焊方法

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