JPH108171A - 耐摩耗性複合Co合金粉末及び焼結複合Co合金の製法 - Google Patents

耐摩耗性複合Co合金粉末及び焼結複合Co合金の製法

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JPH108171A
JPH108171A JP18413196A JP18413196A JPH108171A JP H108171 A JPH108171 A JP H108171A JP 18413196 A JP18413196 A JP 18413196A JP 18413196 A JP18413196 A JP 18413196A JP H108171 A JPH108171 A JP H108171A
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cobalt alloy
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JP18413196A
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Isao Endo
功 遠藤
Isamu Otsuka
勇 大塚
Takahiro Kitagawa
貴宏 北川
Kazuyuki Inui
一幸 乾
Hiroshi Makino
宏 牧野
Hiroaki Okano
宏昭 岡野
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチックの成形機、原料ペレットの混練
機におけるシリンダ、スクリュー等の構成部材の耐摩耗
性を改善するため、それら部材の材料として好適な焼結
用原料粉末を提供する。 【解決手段】 Coを30重量%以上含有するCo合金
粉末100重量部に対して、金属炭化物(例えば、WC)
の硬質粒子を2乃至100重量部の割合で含む混合粉末
を機械的合金化する過程で、Co合金の基地を非晶質化
し、非晶質化されたCo合金の基地中に少なくともCo
とCと金属炭化物の金属成分を含む金属間化合物の微細
な硬質相が略均一に分散した組織を有する粉末である。
この粉末をHIP等の焼結することにより、耐摩耗性に
すぐれる焼結品を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックの成形機
等の構成部材として有用な耐食性、耐摩耗性にすぐれる
複合Co合金及び焼結複合Co合金の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック成形機や、プラスチック成
形に供される原料ペレットの混練機においては、シリン
ダ、スクリュー、ノズル等の構成部材は金属部材どうし
が接触するため、その構成材料は、耐食性のみならず、
耐摩耗性にすぐれるものでなければならない。この材料
として、種々のCo系合金が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、プラス
チック樹脂の高強度化に対する要求は高まる一方であ
り、それに伴ない、プラスチックの成形機、原料ペレッ
トの混練機におけるシリンダ、スクリュー等の構成部材
に要求される耐摩耗性は一層厳しくなってきている。本
発明の目的は、Co系合金の耐摩耗性を改善することで
ある。
【0004】
【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、Coを30重量%以上含有するCo合金
粉末100重量部に対して、金属炭化物の硬質粒子を2
乃至100重量部の割合で含む混合粉末を機械的合金化
することにより得られる複合Co合金粉末であって、非
晶質化されたCo合金の基地中に、金属間化合物の微細
な硬質相が略均一に分散した組織を有する複合Co合金
粉末を提供するものであり、その複合Co合金を焼結す
るようにしたものである。
【0005】Co合金は、合金基地として所望の耐食性
と靱性を確保するために、Coを少なくとも30重量%
以上含有させるものとし、Co以外に、Cr、Ni等の
元素を適宜含有することができる。Co合金の望ましい
実施例として、重量%にて、C:1%以下、Si:0.
1〜2.0%、B:0.5〜2%、Cr:21〜29%、
Mo:10〜24%、Fe:2%以下、Ni:2%以下
を含有し、残部実質的にCoからなる合金を示すことが
できる。
【0006】硬質粒子として、WC、W2C、TiC、
NbC、TaC等の金属炭化物を用いることができる。
例えば、硬質粒子として、WC、W2Cの金属炭化物を
使用する場合、Co合金との反応によって得られる硬質
相は、少なくともCoとCとWを含む金属間化合物であ
る。また、TiCを用いる場合、硬質相は、少なくとも
CoとCとTiを含む金属間化合物である。
【0007】なお、混合粉末は、Co合金粉末100重
量部に対し、金属炭化物の硬質粒子を2乃至100重量
部の割合で混合した粉末である。硬質粒子の混合割合が
2重量部よりも少ないと、Coとの金属間化合物の硬質
相の生成量が少なく、耐摩耗性向上効果が不十分であ
り、一方100重量部を超えると、耐摩耗性向上効果は
飽和するだけでなく、却って強度低下を招く虞れがある
からである。
【0008】Co合金の非晶質化は、Co合金と金属炭
化物の混合粉末をアトライタ装置の中で鋼球と共に適当
時間の攪拌を行ない、Co合金粒子と金属炭化物粒子が
機械的合金化する過程で達成される。
【0009】
【作用】Co合金の基地中に、金属間化合物の微細な硬
質相が略均一に分散した組織を有する複合Co合金は、
微細硬質相の均一分散効果として、高硬度がもたらさ
れ、すぐれた耐摩耗性を具備している。この複合Co合
金を焼結して得られる製品は、Co合金のもつすぐれた
耐食性と、金属間化合物の微細硬質相の均一分散効果に
よるすぐれた耐摩耗性を具えることができる。この金属
間化合物の硬質相は、Co合金と金属炭化物とが反応し
て得られるから、単に金属炭化物粒子が分散したものと
は異なり、Co合金基地との結合は非常に強固である。
これは、実際の製品として使用された場合、相手材との
摩擦による硬質相の欠落が生じ難いという利点を有す
る。
【0010】なお、この複合Co合金は、非晶質化され
ているので、この粉末を焼結して得られる結晶組織は、
結晶化された粉末を焼結して得られる結晶組織よりも微
細である。これは、焼結温度への原料粉末の加熱を、非
晶質状態からスタートすると、初めから結晶組織の原料
粉末を加熱する場合に比べて、合金結晶化に要する時間
の分だけ、結晶の成長に要する時間が短くなるためであ
る。Co合金基地組織が微細であるほど、金属間化合物
のCo合金基地中への分散度の均一性が高められる利点
がある。なお、複合Co合金原料粉末が非晶質になる
と、Co合金は非平衡状態となり、合金基地中に分散し
た金属炭化物と金属間化合物を生成し易くなる利点もあ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の複合Co合金粉末は、C
o合金粉末と金属炭化物の硬質粒子粉末をアトライタ装
置(高エネルギー型ボールミル)の中で鋼球と共に適当時
間攪拌することにより得られる。焼結処理は、混合粉末
をカプセルに充填し、脱気密封してHIP焼結する方
法、又は混合粉末を適宜の加圧成形処理(冷間静水圧加
圧成形等)に付して成形体を得て、これをホットプレス
し、或はその成形体をカプセルに密封してHIP焼結す
る方法等、公知の適当な方法を用いることができる。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。実施例1 この実施例は、アトライタ装置での攪拌時間とCo合金
の非晶質化との関係、並びに、Co合金の非晶質性と硬
度及び非摩耗量との関係を調べるものである。Co合金
粉末900gとWC粉末100gをアトライタ装置(三井
化工機製;MA−1D)の中で機械的合金化処理を行な
う。アトライタ装置には3/8インチのSUJ−2ボー
ルを17.5kg充填してあり、攪拌棒の回転速度は29
0rpm、攪拌処理時間は5条件(6時間、12時間、24
時間、48時間及び72時間)で実施した。使用したC
o合金粉末は、平均粒径が約30μmであり、組成は、
重量%にて、C:1.11%、Si:0.26%、B:
0.72%、Cr:24.51%、Mo:14.11%、
Fe:0.85%、Ni:1.02%、残部実質的にCo
である。使用したWC粉末は平均粒径が約15μmであ
る。
【0013】得られた複合Co合金粉末をX線回折測定
し、その結果を図1に示す。図1中、縦軸の強さを示す
数値は任意単位(arbitrary unit)であり、供試No.a、N
o.b、No.c、No.d及びNo.eは、夫々、アトライタ装
置での攪拌処理時間が6時間、12時間、24時間、4
8時間及び72時間のときの例である。図1において、
X線回折角度2θが約43〜45度の位置(矢印で示す)
でCo合金のメインピークのピーク形状を観察すると、
No.a(攪拌時間6時間)は尖っており、No.b(攪拌時間
12時間)は尖鋭部はなくなっているものの滑らかさは
不十分であり、No.c(攪拌時間24時間)は滑らかであ
り、No.d(攪拌時間48時間)はやや尖っており、No.e
(攪拌時間72時間)はNo.aと同じように尖っているこ
とがわかる。尖っているのは結晶構造であることを、滑
らかなときは非晶質構造であることを示すから、No.a
は結晶構造、No.bは結晶質と非晶質の複合構造、No.c
は非晶質構造、No.dは結晶質と非晶質の複合構造、No.
eは結晶構造であるといえる。なお、得られた複合Co
合金粉末は、どの処理時間の場合にも全て機械的合金化
されていた。これらの結果から、機械的合金化と非晶質
組織を得るには、アトライタ装置での処理時間に最適時
間のあることがわかる。この実施例では、約24時間が
望ましく、少なくともこの時間の±約5時間の範囲では
非晶質化されているものと推察される。
【0014】次に、得られた複合Co合金粉末を、鋼製
の缶に充填し、脱気密封した後、HIP焼結を行ない、
直径30mm×長さ50mmの供試用焼結品を得た。HIP
焼結は、Arガス雰囲気下にて、温度1100℃×圧力
1100kgf/cm2×2時間の条件で行ない、供試焼結品
を作製した。
【0015】各々の供試焼結品について、硬さ試験と耐
摩耗性試験を行なった。硬さ試験及び耐摩耗性試験の試
験結果を表1に示している。
【0016】硬さ試験は、供試焼結品の盤面の5箇所を
ロックウエルCスケールで測定した。表1中、「硬さ」
欄の数値は、5箇所の平均値を示している。
【0017】耐摩耗性試験は、理研−大越式摩耗試験機
により比摩耗量(mm2/kgf)を測定した。この摩耗試験
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。耐摩耗性試験の試験条件は次の通りである。 相手材 : SUJ−2(HRC 60) 摩擦距離: 400 m 摩擦速度: 1.05 m/s 最終荷重: 60.8 N
【0018】◎
【表1】
【0019】表1の結果から明らかなように、Co合金
基地が完全に非晶質化された粉末を使用して焼結した供
試No.cは、比摩耗量が非常に少ない結果となってお
り、原料粉末の非晶質化が焼結品の耐摩耗性向上に極め
て有効であることがわかる。
【0020】実施例2 この実施例は、Co合金粉末とWC粉末の混合割合と、
硬度及び比摩耗量との関係を調べるものである。Co合
金粉末とWC粉末を、表1に示す割合で混合し、実施例
1と同じ要領にてアトライタ装置の中で機械的合金化処
理を行なった。攪拌時間は全て24時間で実施した。使
用したCo合金粉末は、平均粒径が約30μmであり、
組成は、重量%にて、C:0.04%、Si:0.3%、
B:0.8%、Cr:26%、Mo:16%、Fe:0.
5%、Ni:1%、残部実質的にCoである。WC粉末
は平均粒径が約15μmである。
【0021】得られた各原料粉末を実施例1と同じ条件
でHIP焼結し、供試焼結品を作製した後、各供試焼結
品について、硬さ試験と耐摩耗性試験を行なった。これ
らの試験結果を表2に示している。
【0022】◎
【表2】
【0023】表2中、供試No.1はCo合金粉末のみを
焼結した例、供試No.2乃至No.5は、WC粒子がCo合
金に機械的合金化された粉末を焼結した本発明例であ
る。供試No.2乃至No.5は、供試No.1と比べて、高い
硬度を有しており、比摩耗量も少なく、すぐれた耐摩耗
性を有していることがわかる。
【0024】供試No.2の組織(2000倍)を図2に示
す。図2中で白く見えるのが硬質相であり、少なくとも
CoとCとWを含有する金属間化合物である。なお、黒
く見えるのがMo硼化物及びCr炭化物の析出物、白と
黒の中間色に見えるのがCo合金の基地であり、金属間
化合物の微細な硬質相がCo合金の基地の中に略均一に
分散していることがわかる。本発明の複合焼結合金のす
ぐれた耐摩耗性は、微細化されたCo合金基地に微細な
金属間化合物の硬質相が均一に分散された組織の効果に
よると考えられる。
【0025】
【発明の効果】本発明の複合焼結合金は、プラスチック
の成形機、原料ペレットの混練機等の構成部材の材料と
して要求される高度の耐食性及び耐摩耗性を有してい
る。従って、本発明の焼結合金をこれらの部材に適用す
ることにより、腐食、摩耗が軽減され、耐用寿命の向
上、メンテナンスの軽減等の効果が得られる。なお、本
発明の複合焼結合金は、上記の用途に限定されず、耐食
性、耐摩耗性等が要求される各種の装置、機器の構成部
材の材料としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】複合Co合金粉末のX線回折測定結果を示す図
である。
【図2】本発明の複合焼結合金の組織を示す図面代用顕
微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 一幸 兵庫県尼崎市浜1丁目1番1号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 牧野 宏 兵庫県尼崎市浜1丁目1番1号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 岡野 宏昭 兵庫県尼崎市浜1丁目1番1号 株式会社 クボタ技術開発研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Coを30重量%以上含有するCo合金
    粉末100重量部に対して、金属炭化物の硬質粒子を2
    乃至100重量部の割合で含む混合粉末を機械的合金化
    することにより得られる複合Co合金粉末であって、C
    o合金の基地は非晶質化されており、非晶質化されたC
    o合金の基地中に少なくともCoとCと金属炭化物の金
    属成分を含む金属間化合物の微細な硬質相が略均一に分
    散した組織を有することを特徴とする耐摩耗性複合Co
    合金粉末。
  2. 【請求項2】 鋼球を入れたアトライタ装置の中で、C
    oを30重量%以上含有するCo合金粉末と金属炭化物
    の硬質粒子粉末を攪拌することにより、Co合金を非晶
    質化すると共に、非晶質化したCo合金の基地中に少な
    くともCoとCと金属炭化物の金属成分を含む金属間化
    合物の微細な硬質相が略均一に分散した組織を有する原
    料粉末を作製する工程と、該原料粉末を焼結する工程
    と、からなることを特徴とする焼結複合Co合金の製
    法。
JP18413196A 1996-06-24 1996-06-24 耐摩耗性複合Co合金粉末及び焼結複合Co合金の製法 Pending JPH108171A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002194474A (ja) * 2000-12-22 2002-07-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002194474A (ja) * 2000-12-22 2002-07-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体

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Effective date: 20020416