JPH076051B2

JPH076051B2 - 破砕機用耐摩耗部品

Info

Publication number: JPH076051B2
Application number: JP63252338A
Authority: JP
Inventors: 兵衛苧野; 朗田村
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1988-10-06
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH02101154A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は表面に表面硬化層を備えた耐摩耗性に優れた破
砕機用耐摩耗部品に関する。

〔従来の技術〕破砕機用耐摩耗部品、例えば破砕要素などは苛酷な破砕
作用のもとで衝撃荷重を受け、摩耗の進展をもたらすの
で耐摩耗材料などが用いられている。

一方、耐摩耗性を増大させ、強度を向上させるために材
料の表面硬化法が利用されており、これらの方法のうち
では浸炭硬化法などが普及し、自動車部品、土木掘削用
ビット、各種建設機械用摩耗部分などの機械部品に多用
されている。

浸炭硬化処理法では、浸炭材のカーボンポテンシャルを
調節し、部品の表面炭素量をほゞ0.8〜1.00％となるよ
うに浸入固溶させ、その後焼入れによってその表層部を
硬いマルテンサイト組織にするようにしている。最近で
は浸炭硬化処理法の改良として、高温のオーステナイト
の状態で、さらに、高いカーボンポテンシャルの雰囲気
中で、鋼中にＣを浸入固溶させ、硬くて微細な球状の炭
化物を生成させる過剰浸炭処理法が発展したきた（例え
ば、特開昭52-140435号公報、特開昭61-104065号公報な
ど）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の浸炭処理を行った部品では、
技術上、次のような問題があった。

１） Cr元素の含有量が少く、また、Ti,Zr,V,B,Nbの添
加がないため、鋼の耐摩耗性、耐衝撃性が充分でない。

２）焼入層は厚さが薄く、厚い場合でも3mm程度であ
るため、破砕機用耐摩耗部品の場合では部品の心部にま
で摩耗が進展すると、摩耗速度が急進し、部品の耐久性
を低下させるにいたる。

３）ガス浸炭炉による浸炭処理を行う場合、浸炭温度
が低いため、浸炭速度を増大させることができず、処理
時間を遅延させてしまう。

４）部品が鋳造品である場合には、部品の鋳肌が存在
して炭素が内部に浸炭し難い。

本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、
表面に真空浸炭法を用いて、高温にて高濃度浸炭処理を
行い、浸炭硬化層に硬い球状微細炭化物を分散析出させ
た表面硬化層を備えた耐摩耗性、耐衝撃性に優れた破砕
機用耐摩耗部品を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、重量％で、C:0.20
〜0.40％、Si:1.00〜2.00％、Mn:0.40〜1.10％、Cr:2.0
0〜4.50％、Mo:0.1〜0.5％、残部をFeおよび不純物より
なる化学成分を有し、表面にカーボンポテンシャル1.0
％以上の雰囲気中で950〜1100℃の温度範囲に加熱し浸
炭して400〜500℃の温度範囲に冷却させることを繰返え
す熱サイクルにて浸炭処理を行い、上記浸炭処理後、焼
入れおよび焼戻しを行い、浸炭硬化層に球状微細炭化物
を分散析出させた表面硬化層を備えたことを特徴とす
る。

本発明は重量％で、C:0.20〜0.40％、Si:1.00〜2.00
％、Mn:0.40〜1.10％、Cr:2.00〜4.50％、Mo:0.1〜0.5
％、Ti,Zr,V,B,Nbから選ばれる１種又は２種以上の総量
0.5以下、残部をFeおよび不純物よりなる化学成分を有
し、表面にカーボンポテンシャル1.0％以上の雰囲気中
で950〜1100℃の温度範囲に加熱し浸炭して、400〜500
℃の温度範囲に冷却させることを繰返えす熱サイクルに
て浸炭処理を行い、上記浸炭処理後、焼入れおよび焼戻
しを行い、浸炭硬化層に球状微細炭化物を分散析出させ
た表面硬化層を備えたことを特徴とする。

本発明は、破砕機用耐摩耗部品の表面に格子状の突起部
又は溝部を形成して浸炭硬化させた表面硬化層を備えた
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明による破砕機用耐摩耗部品を構成する素材の成分
範囲の限定理由について説明する。

C:0.20〜0.40％Ｃは部品の心部における強度を確保するために0.20％以
上を含有させる。しかし、高くなると浸炭性雰囲気のカ
ーボンポテンシャルと素材中のＣとの濃度差が低くなっ
て、浸炭しにくくなり、また心部が脆くなるため0.40％
以下とした。

Si:1.00〜2.00％ Siは浸炭阻害作用があり、Cr,Moが含有される場合には
含有が多くても浸炭可能であるが、2.0％以下とした。

また、1.00％以下では残留オーステナイトが増加して高
い硬さが得られない。したがって1.00％以上とした。

Mn:0.40〜1.10％ Mnは溶製時の脱酸剤として加えられて残存し、添加量を
多くすると焼入効果を増大し、焼入れひずみを助長する
ので、1.10％以下とした。焼入効果が得られるために0.
40％以上とした。

Cr:2.00〜4.50％ Crは浸炭時に炭化物を析出し、表面硬さを上昇させる元
素であり、このため2.00％以上添加する必要がある。し
かし、添加量を多くすると焼入割れなどを発生するので
上限を4.50％とした。

Mo:0.10〜0.50％ Moは炭化物を析出し、0.50％以下ではMoの量が多くなる
程、焼入効果を増大するので、0.10％以上添加し、上限
を0.50％とした。

Ti,Zr,V,B,Nbから選ばれる１種又は２種以上の総量0.5
以下前記の元素から選ばれる１種又は２種以上を総量で0.03
％以上添加することにより衝撃値の低下を阻止すること
とした。しかし、添加量が0.50％を越えると靱性に悪影
響を及ぼすので0.50％以下とした。上記の素材を用い
て、表面を950〜1100℃の温度範囲にて高温浸炭するこ
とにより、Ｃの鋼中への拡散を著しく進行させるので浸
炭時間を短縮できるとともに省エネルギーとすることが
できる。また、浸炭材のカーボンポテンシャルを1.0％
以上の雰囲気に調節し、真空浸炭法を用いるなどして、
加熱にさいしての高温度における鋼の表面の活性化を行
わせ、部品の表面炭素量2.0〜3.0％とすることにより、
残留オーステナイト量の増大を軽減し、炭化物を微細に
分散析出させる。生成する炭化物の種類は、主として
（Cr,Fe）₃Ｃであり、高い硬さを有している。上記にお
いて、浸炭処理にさいし、冷却加熱を繰返えす熱サイク
ルにより、炭化物の生成と球状化を促進するとともに結
晶粒の微細化をはかることができる。さらに、一度冷却
した後焼入温度840〜960℃にて焼入れを行い、マルテン
サイトや旧オーステナイト粒が粗大となることを防いで
おり、次いで適当な焼戻温度200〜400℃で焼戻しするこ
とにより、残留オーステナイト量を減少させている。

かくして、浸炭硬化層に球状微細炭化物を分散析出した
表面硬化層を備えた耐摩耗性、耐衝撃性に優れた破砕機
用耐摩耗部品を得ることができる。

さらに、Cr,Moを多量に含有する鋼に比して、安価とす
ることができるのみならず、過剰な焼入性を回避するこ
とができるので材料の焼割れ防止を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基いて説明する。

第１表に示す化学成分の鋼を溶製したのち、破砕摩耗試
験片を作製した。次いで、各破砕摩耗試験片に対して第
２表に示す条件で浸炭処理を行い、浸炭層硬さおよび破
砕摩耗試験機による摩耗原単位の結果が得られた。

第１表においいて本発明Ａの試料を基本成分とし、試料
ＢにおいてはＶ添加の効果、試料ＣにおいてはＶおよび
Ti添加の効果を検討し、また、試料Ｄにおいては低Siの
影響を検討し、さらに、比較例として試料Ｅにおいては
Mn鋼、試料Ｆにおいては高クロム鉄との差異を検討し
た。

第１図は第２表の試番No.1について浸炭処理および熱処
理の熱サイクルを示し、1040℃の温度に加熱し浸炭さ
せ、その温度から480℃まで冷却し、さらに上記温度へ
の加熱、冷却を３回繰返えす熱サイクルにて浸炭処理を
行い、浸炭硬化層において高硬度で球状化した微細な炭
化物の生成，分散を促進させた。上記浸炭処理後、焼入
れおよび焼戻しを行った。焼戻し温度は350℃としてお
り、残留応力の低減をはかった。

第２図は第２表の試番No.1についての、熱処理後におけ
る試料断面のビッカース硬度による硬さ分布を示し、表
面硬さHv:850までの深さである有効硬化層深さは、2.2m
mであった。なお、その他の試番の硬さ分布については
図示することを省略した。

第３図は第２図と同様に、試番No.1についての熱処理後
における組織写真を示し、表層部および心部について炭
化物の分布状態を示しており、表層部においては球状微
細炭化物が分散析出されていることが判明した。なお、
その他の試番の組織写真については図示することを省略
した。

第２表において、試番No.6のごとく低Siとした場合には
硬化層深さは深くなり、試番No.3,4および５のごとくV,
Tiなどの元素を添加した場合には高い表層硬さが得られ
たが、硬さ分布試験により硬化層深さが浅いことが判明
した。

試番No.1および２において、浸炭温度950℃とした場合
にはまだ充分な硬化層深さが得られなかったが、1040℃
とすることによって試料Ａに関し、満足すべき、硬化層
深さと硬さとが得られることが判明した。

破砕摩耗試験機は、耐撃破砕機の構造を有し、破砕摩耗
試験片を打撃子とし、周速30m/s、破砕間隙15mmのもと
で、粒度20-05の硬砂岩を基準材料として、300kgを破砕
処理するものであり、処理前後における破砕摩耗試験片
の重量差を用いて摩耗原単位（g/ton）としている。表
示数値が少い程、耐摩耗性が高くなることを示してい
る。

第２表において、本発明の試料Ａは、既存の耐摩耗材料
である試料Ｆとほゞ同様な耐摩耗性が得られており、ま
た同様に試料Ｅと比較して、高い耐摩耗性を示してい
る。

さらに、試番No.3,4,5,6と比較して高い耐摩耗性を発揮
しうることが判明した。

次に、破砕機用耐摩耗部品の表面にわたって格子状の突
起部又は溝部を微細に形成した後、浸炭硬化を行うよう
にさせると、浸炭硬化層の体積率を増大させるようにな
るので、破砕機用耐摩耗部品の使用にあたり、その耐用
寿命を延長させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記実施例により明らかなように鋼の組成を選
定し、高いカーボンポテンシャルの雰囲気中で加熱およ
び冷却を繰返えす熱サイクルのもとで高温にて浸炭処理
を行い、浸炭硬化層に硬い球状微細炭化物を分散析出し
た耐摩耗性および高靱性を有する優れた破砕機用耐摩耗
部品を提供することができる。

さらに耐摩耗部品の表面形状を変化させて浸炭硬化層を
増大するように有効に利用することにより、耐用寿命を
延長させることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明による化学成分を有する試料についての
浸炭処理および熱処理の熱サイクルの説明図、第２図は
この場合の試料断面の硬さ分布曲線、第３図はこの場合
の試料の表層部および心部の金属組織写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.20〜0.40％、Si:1.00〜2.0
0％、Mn:0.40〜1.10％、Cr:2.00〜4.50％、Mo:0.1〜0.5
％、残部をFeおよび不純物よりなる化学成分を有し、表
面にカーボンポテンシャル1.0％以上の雰囲気中で950〜
1100℃の温度範囲に加熱し浸炭して400〜500℃の温度範
囲に冷却させることを繰返えす熱サイクルにて浸炭処理
を行い、上記浸炭処理後、焼入れおよび焼戻しを行い、
浸炭硬化層に球状微細炭化物を分散析出させた表面硬化
層を備えたことを特徴とする破砕機用耐摩耗部品。
【請求項２】重量％で、C:0.20〜0.40％、Si:1.00〜2.0
0％、Mn:0.40〜1.10％、Cr:2.00〜4.50％、Mo:0.1〜0.5
％、Ti,Zr,V,B,Nbから選ばれる１種又は２種以上の総量
0.5％以下、残部をFeおよび不純物よりなる化学成分を
有し、表面にカーボンポテンシャル1.0％以上の雰囲気
中で950〜1100℃の温度範囲に加熱し浸炭して400〜500
℃の温度範囲に冷却させることを繰返えす熱サイクルに
て浸炭処理を行い、上記浸炭処理後、焼入れおよび焼戻
しを行い、浸炭硬化層に球状微細炭化物を分散析出させ
た表面硬化層を備えたことを特徴とする破砕機用耐摩耗
部品。
【請求項３】破砕機用耐摩耗部品の表面に格子状の突起
部又は溝部を形成して浸炭硬化させた表面硬化層を備え
たことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の破砕機
用耐摩耗部品。