JPH07179967A

JPH07179967A - 耐食性、耐摩耗性及び高温強度にすぐれるコバルト基合金

Info

Publication number: JPH07179967A
Application number: JP5328053A
Authority: JP
Inventors: Akira Onishi; 杲大西; Isamu Otsuka; 勇大塚
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-18
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2837798B2

Abstract

(57)【要約】【目的】すぐれた耐食性、耐摩耗性を備えるＣｏ基合
金において、それらの特性を損なうことなく、耐熱用と
しても適用できるように、ジェットエンジン等に使用さ
れている耐熱Ｎｉ基合金と同等又はそれ以上の高温強度
を具備させる。【構成】重量％にて、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍｏ：１
５〜２４％、Ｂ：０.５〜２％、Ｓｉ：０.１％以上で
０.５％未満、Ｃ：１％を越えて２％以下、Ｆｅ：２％
以下、Ｎｉ：２％以下、残部実質的にＣｏからなる化学
組成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性、耐摩耗性にす
ぐれると共に、強度、特に高温での強度にすぐれるコバ
ルト基合金に関する。

【０００２】

【従来技術及び問題点】出願人は、以前に、プラスチッ
クの混練機や成形機の部材用に好適な材料として、耐食
性、耐摩耗性及び耐衝撃摩耗性にすぐれたコバルト基合
金を提案した(特願平４−３２２４７０)。この合金は、
重量％にて、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍｏ：１５〜２４
％、Ｂ：０.５〜２％、Ｓｉ：０.１％以上で０.５％未
満、Ｃ：１％以下、Ｆｅ：２％以下、Ｎｉ：２％以下、
及び残部実質的にＣｏからなる。

【０００３】上記成分構成を有するＣｏ基合金は、Ｃ
ｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの４元系合金相にモリブデン硼化
物及びクロム炭化物が比較的微細に分散した複合組織を
有している。このため、マトリックス中に固溶するＣ
ｒ、Ｍｏ等によって高耐食性がもたらされ、またマトリ
ックスに分散する硼化物の自己潤滑性によって耐食性及
び耐摩耗性が高められる。

【０００４】しかし、上記合金は、強度がやや不足して
おり、特に高温での使用時に問題があった。このため、
耐食性と耐摩耗性だけでなく、強度、特に耐熱用として
高温強度が要求される用途、例えば熱間押出用金型用材
料にはあまり適しているとはいえなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、前記Ｃｏ基合金と略同等の耐食性、耐摩耗性を備え
ると共に、高い高温強度を備える耐熱Ｃｏ基合金を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のＣｏ基合金は、
重量％にて、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍｏ：１５〜２４
％、Ｂ：０.５〜２％、Ｓｉ：０.１％以上で０.５％未
満、Ｃ：１％を越えて２％以下、Ｆｅ：２％以下、Ｎ
ｉ：２％以下、残部実質的にＣｏからなる化学組成を有
している。

【０００７】

【作用】上記成分構成を有する本発明のＣｏ基合金は、
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの４元系合金相にモリブデン硼
化物及びクロム炭化物が比較的微細に分散した複合組織
を有し、良好な耐食性及び耐摩耗性、並びに高い強度を
備えている。マトリックス中へのＣｒ、Ｍｏ等の固溶に
より高耐食性がもたらされ、またマトリックスに分散す
る硼化物の自己潤滑性により耐食性及び耐摩耗性が高め
られる。特に、Ｃの高含有化によりクロム炭化物が微細
分散し、その効果として強度が著しく向上し、高温にお
いても所定の強度が維持される。

【０００８】

【成分限定理由の説明】Ｃｒ：２１〜２９％Ｃｒは、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｂ、Ｓｉ等と共に前記合金相を形
成する。Ｃｒの含有により、硬度及び耐食性が高められ
る。含有量が２１％に満たないと、耐食性の不足をきた
し、また硬度、靱性の改善効果も不十分となる。含有量
が増加するにつれて、これら効果の増加をみるが、反面
靱性の低下をきたす。従って、含有量は２１〜２９％に
規定する。

【０００９】Ｍｏ：１５〜２４％Ｍｏは、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂ、Ｓｉ等と共に前記合金相を形
成する。Ｍｏの含有により、硬度、耐食性が高められ
る。含有量が１５％に満たないと、耐食性の改善効果が
十分でない。一方、２４％を越えて含有しても対応する
効果を得ることができず、経済的に不利である。従っ
て、含有量は１５〜２４％に規定する。

【００１０】Ｂ：０.５〜２％Ｂは、Ｍｏと結合して自己潤滑性を有するモリブデン硼
化物を形成する。マトリックス中におけるモリブデン硼
化物の均一分散により、その自己潤滑効果として、耐摩
耗性が高められる。この効果を十分なものとするため、
少なくとも０.５％以上含有させる。含有量の増加につ
れて効果を増すが、あまり多く含むと、酸化性酸に対す
る腐食抵抗性が損なわれるので、２％を上限とする。

【００１１】Ｓｉ：０.１％以上で０.５％未満Ｓｉは合金の融点を下げ、溶湯の流動性を高めることに
より、その噴霧・造粉性や鋳造性を良好なものとし、ま
た合金粉末の焼結性を改善する。この効果を得るため
に、０.１％以上必要とする。しかし、０.５％以上含有
すると、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｓｉ相の生成・増加による合金の
脆化及び耐食性の低下を招く。このため、上限を０.５
％未満とする。

【００１２】Ｃ：１％を越えて２％以下Ｃはクロム炭化物を形成し、その微細分散効果により合
金の硬度、耐摩耗性、及び高温強度の向上に著しく寄与
する。Ｃの含有量が１％以下であれば、耐熱用として十
分な高温強度を得ることができない。一方、Ｃ量の含有
量が２％を越えると、Ｃｒ、Ｍｏの炭化物生成量が過剰
となって、脆化が著しくなる。また、マトリックス中の
Ｃｒ、Ｍｏの有効量の減少が大きく、耐食性の低下が著
しくなる。このため、含有量は、１％を越えて２％以下
に規定する。

【００１３】Ｆｅ：２％以下、Ｎｉ：２％以下Ｆｅ及びＮｉは不純物元素であり、これら成分の含有は
耐食性低下の原因となる。このため、含有量はできるだ
け少ない程好ましいが、夫々２％までの含有であれば本
発明の趣旨が損なわれない。

【００１４】

【発明の効果】本発明のＣｏ基合金は、良好な耐食性及
び耐摩耗性を備えている。また高温での強度について
は、耐熱Ｎｉ基合金を凌ぐ強度を備えている。従って、
その鋳造品又は焼結品は、耐食性、耐摩耗性及び高温強
度の３特性が要求される用途、例えば熱間押出用金型、
高温高圧用バルブ、エンジン用部品等に有用である。

【００１５】

【実施例】高周波溶解炉(Ａｒ雰囲気)で溶製した合金溶
湯を遠心噴霧造粉機により粉末化した。次に、鋼製の缶
(内寸法：φ60×60mm)と蓋をキャニング材とし、粉末を
入れて真空中で施蓋すると共に溶接で密封した後、熱間
等方圧加圧焼結(処理温度：1100℃±10℃，加圧力：110
0kgf/cm²，時間：２Hr)に付した。焼結完了後、キャニ
ング材を機械加工により除去し、円板形状の焼結合金ブ
ロックを採取した。

【００１６】表１に供試焼結合金の化学組成を示す。N
o.１及びNo.２は発明例である。No.11及びNo.12は、耐
食性及び耐摩耗性にすぐれる合金として前述の特願平４
−３２２４７０で提案した比較用の合金例であり、Ｃ量
が本発明の合金よりも少ない。No.13及びNo.14は、従来
のＣｏ基合金である。また、No.15は従来よりジェット
エンジン、ロケット用部品として使用されているＮｉ基
合金である。

【００１７】硬さ供試No.１、No.２、No.11〜No.13の焼結合金ブロックに
ついて、盤面の5箇所をロックウエルＣスケールで測定
し、その平均値を表２に示している。

【００１８】耐摩耗性供試No.１、No.２、No.11〜No.13の焼結合金ブロックに
ついて、理研−大越式迅速摩耗試験機により、比摩耗量
(mm²/kgf)を測定した。試験結果を表２に示している。
この摩耗試験の原理は、回転円板を平面試験片に押し付
け、試験片表面に生じた摩耗痕の深さ、幅等から摩耗抵
抗性を評価するものである。なお、試験条件は、相手材
がSUJ-2(HRC 60)、摩耗距離400mm、最終荷重6.2kgf、摩
耗速度1.05m/秒とした。

【００１９】腐食抵抗性非酸化性酸として24％塩酸水溶液、酸化性酸として20％
硫酸水溶液(いずれも液温は50℃)を試験薬とし、供試N
o.１、No.２、No.11〜No.13の柱状試験片(10×10×10m
m)を試験液中に懸吊浸漬し、24時間経過後の腐食減量(m
g)を測定した。試験結果を表２に示している。

【００２０】引張強度供試No.１、No.２、No.11、No.13、No.15の焼結合金ブ
ロックについて、温度を変えて引張試験(JIS G 0567に
準拠)を行なった。試験結果を表３に示す。また、表３
のデータをプロットしたものを図１に示している。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】表２において、発明例No.１及びNo.２は、
比較例No.11及びNo.12よりも、硬さと耐摩耗性の点で比
較例よりすぐれている。これはＣの高含有化に伴うクロ
ム炭化物の分散効果によるものと考えられる。なお、発
明例は、非酸化性性酸に対する腐食抵抗性については、
比較例よりも若干劣るが、酸化性酸に対する腐食抵抗性
については比較例と略同等の特性を備えていることがわ
かる。これに対し、従来例のNo.13は、硬さ及び耐摩耗
性が低く、非酸化性酸及び酸化性酸に対する耐食性も乏
しい。

【００２５】表３及び図１に示されるように、従来のＣ
ｏ基合金であるNo.13の引張強さは低く、900℃の温度で
は試験片が破損しており、耐熱用途として不適であるこ
とがわかる。また、比較例のＣｏ基合金であるNo.11は
Ｃの含有量が少ないため、その引張強さはあまり大きく
なく、約700℃以上の温度では一般的な耐熱用Ｎｉ基合
金であるNo.15と略同等であるものの、約700℃よりも低
い温度ではNo.15よりも劣っている。これに対し、発明
例No.１及びNo.２は、全ての温度範囲に亘って、No.11
及びNo.15を凌ぐ引張強さを備えている。特に、約800℃
の温度でも約1.0GPa以上の引張強さを備えている。これ
は、比較例のＣｏ基合金No.11では略常温での強度、耐
熱Ｎｉ基合金であるNo.15では約600℃における強度に相
当するもので、高温強度が著しく改善されており、本発
明合金が耐熱用としても好適であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表３に示す引張試験結果について、温度と引張
強度の関係をグラフに表わした図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍ
ｏ：１５〜２４％、Ｂ：０.５〜２％、Ｓｉ：０.１％以
上で０.５％未満、Ｃ：１％を越えて２％以下、Ｆｅ：
２％以下、Ｎｉ：２％以下及び残部実質的にＣｏからな
る、耐食性、耐摩耗性及び高温強度にすぐれるコバルト
基合金。