JPH0776431B2 - チタン製品の表面硬化方法 - Google Patents
チタン製品の表面硬化方法Info
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- JPH0776431B2 JPH0776431B2 JP62314791A JP31479187A JPH0776431B2 JP H0776431 B2 JPH0776431 B2 JP H0776431B2 JP 62314791 A JP62314791 A JP 62314791A JP 31479187 A JP31479187 A JP 31479187A JP H0776431 B2 JPH0776431 B2 JP H0776431B2
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はチタン製品の耐摩耗性を向上させるため、表面
層に酸素及び酸素と硬質化物質を添加する方法に関す
る。
層に酸素及び酸素と硬質化物質を添加する方法に関す
る。
一般にチタン製品は耐摩耗性に欠けることから、機械部
品等の摺動部として使用することが困難であった。この
欠点を解決するため、チタン製品の表面に例えばTiO2等
の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、または酸素等
の硬質化物質を付着させて該付着部に高エネルギービー
ムを照射し、表層部において硬質化物質とチタン製品と
を融合一体化させる方法（特開昭61−231151）や、チタ
ン製品の表面層を高エネルギー照射で溶解し、溶融池中
に例えばTiC等の分散強化させる硬質材の粉末や、固溶
強化させる酸素ガス等を噴射混入させる方法（特開昭62
−56561）が提案されている。
品等の摺動部として使用することが困難であった。この
欠点を解決するため、チタン製品の表面に例えばTiO2等
の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、または酸素等
の硬質化物質を付着させて該付着部に高エネルギービー
ムを照射し、表層部において硬質化物質とチタン製品と
を融合一体化させる方法（特開昭61−231151）や、チタ
ン製品の表面層を高エネルギー照射で溶解し、溶融池中
に例えばTiC等の分散強化させる硬質材の粉末や、固溶
強化させる酸素ガス等を噴射混入させる方法（特開昭62
−56561）が提案されている。
特開昭61−231151の方法による金属酸化物を付着させる
方法では、金属酸化物から酸素を分離して母材のチタン
中に多量の酸素を固溶させることや固溶酸素量の制御が
困難であり、また酸素の単体を付着させる具体的な方法
の開示がなく、一方特開昭62−56561の方法では、酸素
ガスを噴射させるから溶融池の極く表面層が硬化される
だけであって、表面硬化されたチタン製品を機械部品と
して使用するために硬化後の表面を機械仕上げする場合
は、硬化層が削除されてしまうことがあった。
方法では、金属酸化物から酸素を分離して母材のチタン
中に多量の酸素を固溶させることや固溶酸素量の制御が
困難であり、また酸素の単体を付着させる具体的な方法
の開示がなく、一方特開昭62−56561の方法では、酸素
ガスを噴射させるから溶融池の極く表面層が硬化される
だけであって、表面硬化されたチタン製品を機械部品と
して使用するために硬化後の表面を機械仕上げする場合
は、硬化層が削除されてしまうことがあった。
そこで本発明の目的は、チタン製品の摺動部に多量の酸
素を添加して固溶させ、比較的深い硬化層を形成させる
ことによる、耐摩耗性を改善する方法と、その効果を一
層高める方法を提供することである。
素を添加して固溶させ、比較的深い硬化層を形成させる
ことによる、耐摩耗性を改善する方法と、その効果を一
層高める方法を提供することである。
多量の酸素を固溶含有するチタンを溶解してこれを粉末
化し、この粉末を噴射混入すれば硬化予定部分に多量の
酸素を固溶させ、硬度を増大させて耐摩耗性が改善でき
ることを見出し、本発明を完成した。その要旨は下記
〜のチタン製品の硬化方法にある。
化し、この粉末を噴射混入すれば硬化予定部分に多量の
酸素を固溶させ、硬度を増大させて耐摩耗性が改善でき
ることを見出し、本発明を完成した。その要旨は下記
〜のチタン製品の硬化方法にある。
チタン製品の表面層を高エネルギー源からのエネル
ギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2〜3.0重量
％の酸素を含有させたチタン粉末を噴射混入させること
を特徴とするチタン製品の表面硬化方法、 チタン製品の表面層を高エネルギー源からのエネル
ギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2〜3.0重量
％の酸素を含有させたチタン粉末と、硬質材粉末の混合
物を噴射混入させることを特徴とするチタン製品の表面
硬化方法。
ギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2〜3.0重量
％の酸素を含有させたチタン粉末を噴射混入させること
を特徴とするチタン製品の表面硬化方法、 チタン製品の表面層を高エネルギー源からのエネル
ギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2〜3.0重量
％の酸素を含有させたチタン粉末と、硬質材粉末の混合
物を噴射混入させることを特徴とするチタン製品の表面
硬化方法。
チタン製品の表面層を高エネルギー源からのエネル
ギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2〜3.0重量
％の酸素を含有させたチタン粉末を噴射混入させ、次い
で硬質材粉末を噴射混入させることを特徴とするチタン
製品の表面硬化方法。
ギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2〜3.0重量
％の酸素を含有させたチタン粉末を噴射混入させ、次い
で硬質材粉末を噴射混入させることを特徴とするチタン
製品の表面硬化方法。
即ち、本発明方法では、酸素の溶融池への供給を、チタ
ン粉末に酸素を含有させ、これを溶融池に噴射混入させ
ることによって行うのである。
ン粉末に酸素を含有させ、これを溶融池に噴射混入させ
ることによって行うのである。
ここでチタン製品とは工業用純チタン及びチタン合金製
品をいい、チタン合金とはTi−5Al−2.5Sn等のα型チタ
ン合金、Ti-6Al-4V等のα＋β型チタン合金、Ti−15V−
3Al−3Sn−3Cr等のβ型チタン合金等の高強度のチタン
合金をいう。
品をいい、チタン合金とはTi−5Al−2.5Sn等のα型チタ
ン合金、Ti-6Al-4V等のα＋β型チタン合金、Ti−15V−
3Al−3Sn−3Cr等のβ型チタン合金等の高強度のチタン
合金をいう。
また高エネルギー源からのエネルギー照射とは、PTAト
ーチによる加熱、TIG溶接用トーチによる加熱、プラズ
マ溶接用トーチによる加熱、レーザービーム照射、電子
ビーム照射をいう。
ーチによる加熱、TIG溶接用トーチによる加熱、プラズ
マ溶接用トーチによる加熱、レーザービーム照射、電子
ビーム照射をいう。
溶融池に噴射して混入させるチタン粉末とは、純チタン
粉末及び前記のチタン合金粉末で、予め酸素量のみを特
別に多量に含有させた粉末をいう。予め含有させる酸素
量は0.2〜3.0重量％である。硬質材粉末は、W2C,TiN等
の金属炭化物、金属窒化物であって、周知の硬化材をい
う。
粉末及び前記のチタン合金粉末で、予め酸素量のみを特
別に多量に含有させた粉末をいう。予め含有させる酸素
量は0.2〜3.0重量％である。硬質材粉末は、W2C,TiN等
の金属炭化物、金属窒化物であって、周知の硬化材をい
う。
高エネルギー源からのエネルギー照射を行なうのは、加
熱範囲が限定しやすく、局部的に高温にすることが出来
るためである。
熱範囲が限定しやすく、局部的に高温にすることが出来
るためである。
なお深い硬化層を得るためには、PTAトーチによる加
熱、TIG溶接用トーチによる加熱、プラズマ溶接用トー
チによる加熱方法を用いるのが有効であり、浅い硬化層
を得るためには、レーザービーム照射、電子ビーム照射
を用いるのが有効である。
熱、TIG溶接用トーチによる加熱、プラズマ溶接用トー
チによる加熱方法を用いるのが有効であり、浅い硬化層
を得るためには、レーザービーム照射、電子ビーム照射
を用いるのが有効である。
酸素を用いるのは、少量で高い硬度が得られるためであ
る。また、酸素は通常の不純物であって、スクラップは
異材の混入したものとならないためである。
る。また、酸素は通常の不純物であって、スクラップは
異材の混入したものとならないためである。
硬質材粉末を用いるのは、酸素で硬化された高酸素マト
リックス中に分散させて、より耐摩耗性を改善するため
であり、マトリックスが硬化されているため硬質材粉末
の保持効果がよく、複合効果としては、より耐摩耗性を
向上させる。
リックス中に分散させて、より耐摩耗性を改善するため
であり、マトリックスが硬化されているため硬質材粉末
の保持効果がよく、複合効果としては、より耐摩耗性を
向上させる。
予め高酸素を含有させたチタン粉末を用いるのは、粉末
の母材がチタンであるから、粉末と母材との融合が容易
であり、また母材と粉末の比重がほぼ同一であるから溶
融池の中で均一に混ざり易く、硬度の均一性が得られる
ためである。なお、酸素含有量の調整は、粉末用素材の
溶解時に添加する酸素量を調整することによって行うこ
とができ、これは公知のチタン溶解技術で実施可能であ
る。
の母材がチタンであるから、粉末と母材との融合が容易
であり、また母材と粉末の比重がほぼ同一であるから溶
融池の中で均一に混ざり易く、硬度の均一性が得られる
ためである。なお、酸素含有量の調整は、粉末用素材の
溶解時に添加する酸素量を調整することによって行うこ
とができ、これは公知のチタン溶解技術で実施可能であ
る。
酸素含有チタン粉末を溶融池に噴射して混入させるの
は、この方法であれば、粉末輸送の技術が使用でき、操
業の機械化と自動化が容易だからである。
は、この方法であれば、粉末輸送の技術が使用でき、操
業の機械化と自動化が容易だからである。
チタン粉末と硬質材粉末を混合して噴射するのは、深い
溶融池を作り、深い硬化層を得るときに有効であり、均
一の深い硬化層が得られるからである。
溶融池を作り、深い硬化層を得るときに有効であり、均
一の深い硬化層が得られるからである。
チタン粉末を先に噴射し、次いで硬化粉末を噴射するの
は、浅い硬化層を得るのに有効であり、まずマトリック
スを硬化し、次いで表面層に硬化材粉末を分散させるか
ら表面層のみを、特に硬化させる効果があるからであ
る。
は、浅い硬化層を得るのに有効であり、まずマトリック
スを硬化し、次いで表面層に硬化材粉末を分散させるか
ら表面層のみを、特に硬化させる効果があるからであ
る。
〔実施例１〕 母材として、純Ti及びTi−6Al−4Vのφ100×40lを用
い、表１の条件下で、0.5〜１重量％酸素含有量を持つ
純TiまたはTi合金粉（Ti−6Al−4V）、並びに前記粉末
に金属炭化物粉末（W2C）、金属窒化物粉末（TiN）を１
種又は２種を混合し円板上に、プラズマトーチ（１）
（第１図）及びPTAを用いて、溶融硬化処理を行なっ
た。試験片の硬化肉盛深さは約3.5mmである。
い、表１の条件下で、0.5〜１重量％酸素含有量を持つ
純TiまたはTi合金粉（Ti−6Al−4V）、並びに前記粉末
に金属炭化物粉末（W2C）、金属窒化物粉末（TiN）を１
種又は２種を混合し円板上に、プラズマトーチ（１）
（第１図）及びPTAを用いて、溶融硬化処理を行なっ
た。試験片の硬化肉盛深さは約3.5mmである。
しかるのちに、φ10×40lの摩耗試験用試験片（４）を
切り出し表面を0.5mm研磨後それらを摩耗試験に供し
た。比較のために同じ純Ti,Ti−6Al−4Vより、溶融硬化
処理しないで、摩耗試験用試験片を切り出し、摩耗試験
に供した。
切り出し表面を0.5mm研磨後それらを摩耗試験に供し
た。比較のために同じ純Ti,Ti−6Al−4Vより、溶融硬化
処理しないで、摩耗試験用試験片を切り出し、摩耗試験
に供した。
従来例（１）として、プラズマトーチを用い酸素ガスを
溶融池に吹きこみ、硬化処理を行なった。
溶融池に吹きこみ、硬化処理を行なった。
従来例（２）として溶融池にW2Cを単独に混入した。
摩耗試験は第２図に示すようなピンオンディスク方式で
あり、荷重（８）:2kg、摺動速度（７）:62.8m/min、摺
動距離:2.5×104ｍ、相手材60キロ高張力鋼潤滑なしで
摩耗試験を行ない、重量減少量で耐摩耗性を評価した。
結果を表２に示す。
あり、荷重（８）:2kg、摺動速度（７）:62.8m/min、摺
動距離:2.5×104ｍ、相手材60キロ高張力鋼潤滑なしで
摩耗試験を行ない、重量減少量で耐摩耗性を評価した。
結果を表２に示す。
酸素量を富化したTi−6Al−4V粉を用いて、硬化肉盛し
た部分の耐摩耗性は、肉盛しないものより良好な耐摩耗
性を有している。硬化物質を混入させた場合はさらに良
好な耐摩耗性を有している。
た部分の耐摩耗性は、肉盛しないものより良好な耐摩耗
性を有している。硬化物質を混入させた場合はさらに良
好な耐摩耗性を有している。
尚、酸素ガスを溶融池（２）にふきこんだ肉盛部は表面
硬度と内部硬度がバラツキ又、表面部に気泡、ワレがみ
られ、肉盛部品質は悪かった。又、W2C混入硬化部（従
来例（２））の耐摩耗性は対応するTi−6Al−4V＋W2C混
合粉を用いて溶融硬化処理したものより悪かった。
硬度と内部硬度がバラツキ又、表面部に気泡、ワレがみ
られ、肉盛部品質は悪かった。又、W2C混入硬化部（従
来例（２））の耐摩耗性は対応するTi−6Al−4V＋W2C混
合粉を用いて溶融硬化処理したものより悪かった。
尚、使用した純Ti,Ti−6Al−4V円板の表面硬度は各々Hv
180,320であった。
180,320であった。
〔実施例２〕 Ti−6Al−4Vのφ100×40l円板に、出力1KW,移動速度1m/
minの条件で、アルゴンガスでシールしながら、円板表
面部を溶解し、Ti−6Al−4V−0.5％O2粉末を2CC/minの
流量で吹きつけ、ついでW2C粉末を噴射混合して、表面
部にW2C量が多い表面硬化部を形成させた。硬化部の表
面からの断面硬度分布を第３図に示す。これより、φ10
×40l摩耗試験用試験片を切り出し、実施例１と同じ摩
耗試験を行ない、結果を表３に示す。表面硬化層は薄い
が良好な耐摩耗性を示した。
minの条件で、アルゴンガスでシールしながら、円板表
面部を溶解し、Ti−6Al−4V−0.5％O2粉末を2CC/minの
流量で吹きつけ、ついでW2C粉末を噴射混合して、表面
部にW2C量が多い表面硬化部を形成させた。硬化部の表
面からの断面硬度分布を第３図に示す。これより、φ10
×40l摩耗試験用試験片を切り出し、実施例１と同じ摩
耗試験を行ない、結果を表３に示す。表面硬化層は薄い
が良好な耐摩耗性を示した。
以上に説明したごとく、本発明はチタン製品の表面を局
部的に硬化して耐摩耗性を向上させることができるか
ら、摺動部を有する機械部品等にチタンを使用すること
ができ、産業に寄与する効果が大きい。
部的に硬化して耐摩耗性を向上させることができるか
ら、摺動部を有する機械部品等にチタンを使用すること
ができ、産業に寄与する効果が大きい。
第１図はプラズマトーチを使用した本発明法の一実施例
であり、第２図はピンオンディスク試験法の模式図、第
３図は実施例２の硬化物の断面硬度分布図である。 図中、 １……プラズマトーチ、２……溶融池 ３……ノズル、４……摩耗試験用試験片 ５……硬化部、６……ディスク ７……摺動速度
であり、第２図はピンオンディスク試験法の模式図、第
３図は実施例２の硬化物の断面硬度分布図である。 図中、 １……プラズマトーチ、２……溶融池 ３……ノズル、４……摩耗試験用試験片 ５……硬化部、６……ディスク ７……摺動速度
Claims (3)
- 【請求項１】チタン製品の表面層を高エネルギー源から
のエネルギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2
〜3.0重量％の酸素を含有させたチタン粉末を噴射混入
させることを特徴とするチタン製品の表面硬化方法。 - 【請求項２】チタン製品の表面層を高エネルギー源から
のエネルギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2
〜3.0重量％の酸素を含有させたチタン粉末と、硬質材
粉末の混合物を噴射混入させることを特徴とするチタン
製品の表面硬化方法。 - 【請求項３】チタン製品の表面層を高エネルギー源から
のエネルギー照射で溶解し、この溶融池の中に予め0.2
〜3.0重量％の酸素を含有させたチタン粉末を噴射混入
させ、次いで硬質材粉末を噴射混入させることを特徴と
するチタン製品の表面硬化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62314791A JPH0776431B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | チタン製品の表面硬化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62314791A JPH0776431B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | チタン製品の表面硬化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01156457A JPH01156457A (ja) | 1989-06-20 |
| JPH0776431B2 true JPH0776431B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=18057637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62314791A Expired - Fee Related JPH0776431B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | チタン製品の表面硬化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776431B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03249185A (ja) * | 1990-02-28 | 1991-11-07 | Isuzu Motors Ltd | アルミニウム及びアルミ合金の表面硬化方法 |
| JPH04285164A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-09 | Kobe Steel Ltd | 潤滑性に優れた耐摩耗性ＴｉまたはＴｉ基合金部材 |
| FR2693925B1 (fr) * | 1992-07-23 | 1994-10-14 | Sevenans Inst Polytechnique | Procédé de préparation et de revêtement de surface et dispositif pour la mise en Óoeuvre dudit procédé. |
| JP2006095589A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Teigu:Kk | チタン材料の表面硬化方法 |
| JP4874696B2 (ja) * | 2006-04-13 | 2012-02-15 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| KR101393323B1 (ko) * | 2012-05-10 | 2014-05-09 | 한국수력원자력 주식회사 | 레이저를 이용한 금속 소재의 산화물 분산 강화 방법 |
| JP6075385B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2017-02-08 | 新日鐵住金株式会社 | 熱間圧延用チタン鋳片およびその製造方法 |
| WO2016051503A1 (ja) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 新日鐵住金株式会社 | 表面疵の発生し難い熱間圧延用チタン鋳片およびその製造方法 |
| KR20170045273A (ko) * | 2014-09-30 | 2017-04-26 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 표면 결함이 발생하기 어려운 열간 압연용 티타늄 주조편 및 그 제조 방법 |
| KR101953043B1 (ko) | 2014-09-30 | 2019-02-27 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 열간 압연용 공업용 순티타늄 주조편 및 그 제조 방법 |
| JP6564763B2 (ja) * | 2016-12-27 | 2019-08-21 | 勝義 近藤 | 焼結刃物素材およびその製造方法 |
| JP6785366B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2020-11-18 | 日本発條株式会社 | チタン合金素材 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61231151A (ja) * | 1985-04-08 | 1986-10-15 | Kobe Steel Ltd | チタン又はチタン合金の表面硬化処理方法 |
| JPS6256561A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Honda Motor Co Ltd | ＴｉまたはＴｉ合金の表面硬化方法 |
-
1987
- 1987-12-11 JP JP62314791A patent/JPH0776431B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01156457A (ja) | 1989-06-20 |
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