JPS5921267B2 - 金属基体の表面硬化方法 - Google Patents

金属基体の表面硬化方法

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JPS5921267B2
JPS5921267B2 JP53085632A JP8563278A JPS5921267B2 JP S5921267 B2 JPS5921267 B2 JP S5921267B2 JP 53085632 A JP53085632 A JP 53085632A JP 8563278 A JP8563278 A JP 8563278A JP S5921267 B2 JPS5921267 B2 JP S5921267B2
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carbide
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄基合金基体の表面硬化方法に関する。
さらに詳細には、本発明はバナジウム、タングステン、
クロムおよび炭素を含有する組成物を表面硬化物質とし
て使用することにより鉄基合金基体を表面硬化し、改良
された耐摩耗性および耐衝撃性を提供することに関する
。基体たとえば金属表面の表面硬化法＊は普通工業的に
実施されており、たとえば耐摩耗性刃物、土建用掘さく
具等の製造で鋳造粒状炭化タングステン（Ｗ２Ｃ−ＷＣ
）またはコバルト結合の炭化タングステンが普通鋼管に
収納されて表面硬化技術により鉄基合金に溶着される。
しかしながら、恐らくベース金属と炭化タングステンの
異なる固有物性のためか、表面硬化物質が金属基体の溶
融部分に不均一に分布される傾向があり、その結果得ら
れる凝固表面硬化面に望ましくない硬度の不均一を生じ
させることが見い出された。（＊ＴｈｅＯｘｙ−Ａｃｅ
ｔｙｌｅｎｅＨａｎｄｂｏｏｋ、ＩｌｔｈＥｄｉｔｉｏ
ｎ、ＬｉｎｄｅＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏ
ｎｏｆＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ、またＷｅｌｄｉｎｇＨａｎｄｂｏｏｋＴｈｉｒｄＥ
ｄｉｔｉｏｎ、ＡｍｅｒｉｃａｎＷｅｌｄｉｎｇＳｏｃ
ｉｅｔｙ、）フ また、鋳造およびコバルト結合炭化タ
ングステンを鉄または鋼基体に溶着中、基体中の溶融鉄
は炭化タングステンの少量を溶解し、冷却すると式３Ｗ
Ｃ＋ ９Ｆｅ→Ｆｅ３Ｗ３Ｃ＋ ２Ｆｅ３Ｃにより混合
炭化物（ＦｅＷ）６ＣおよびＦｅ３ｗ３ｃのク 析出を
もたらし、その結果溶着タングステンが実質的に枯渇し
、耐摩耗性の低い相が生成する。
表面硬化で炭火タングステンを使用する場合、炭化タン
グステンが高密度のために、適当な表面硬化のためには
比較的大きい重量の炭化タングステンが必要である。し
たがつて、本発明の目的は、タングステンおよび炭素と
組合わせてバナジウムとクロムの炭化物を含有する物質
を用いて少なくとも通常の炭化タングステンの使用によ
り提供されるものと匹適し得る耐摩耗性を有する表面硬
化面を与える表面硬化法を提供することである。
他の目的は、本発明の実施により得られる試験データの
グラフを示す図面を参照して記載された下記の記載によ
つて明らかにされる。
本発明は、基体の通常の表面硬化法の改良に向けられる
もので、表面硬化組成物として、炭化バナジユム７５重
量％および炭化タングステン２５重量％の重量割合の化
学的に結合されたバナジウム、タングステンおよび炭素
分６０〜９５重量％と、４０重量％までの炭化クロムか
ら本質的になり、更に全量の１５重量％までのコバルト
、鉄、モリブデンおよびニツケルから選ばれる一員を含
有し、前記炭化クロムは遊離状あるいは部分的または全
面的に前記バナジウム、タングステンおよび炭素成分と
化学的に結合されている硬化剤組成物を使用する金属基
体の表面硬化法である。
添加金属は全量の１５重量％までで、特にコバルト３〜
６重量％の添加が好ましい。元素バナジウム、タングス
テン、クロムおよび炭素を含む通常の出発物質から前述
した表面硬化剤を製造するために種々の技術を用いるこ
とが出来るが、本発明の方法で使用される表面硬化剤の
好ましい形態は、下記実施例において説明される粒状物
を冷問プレスし、たとえば水素雰囲気または真空下で焼
結し、次いで粒状化した物質である。
これらの例では、出発原料のバナジウム、タングステン
、クロムおよび炭素物質を混合し、圧縮し、そして水素
雰囲気下で高められた温度、たとえば約１２００−１６
００℃で前述した物質を生成するのに十分な時間たとえ
ば１／２〜３時間焼結する。本発明の特定の実施態様は
、鉄および鉄基合金金属基体たとえば軟鋼、・・ツドフ
イールド鋼等の表面硬化に使用するための通常の形態の
表面硬化棒を包含する。
このような表面硬化棒はそのような目的の１こめの晋通
の金属たとえば鉄、鋼、アルミニウム、銅等から形成さ
れた金属鞘または管に前述した表面硬化組成物を含ませ
たものからなる。本発明の表面硬化法は、公知のガスお
よび電気溶接技術たとえばガス溶接、アーク溶接および
゛ＭａｓｔｅｒＣｈａｒｔＯｆＷｅｌｄｉｎｇＰｒＯｃ
ｅｓｓｅｓ５５ＡｍｅｒｉｃａｎＷｅｌｄｉｎｇＳＯｃ
ｉｅｔｙ（１９６９）に記載されている他の実施法で通
常のフラツクスを用いて使用することが出来る。
本発明の表面硬化法は、またブラズマフレームスプレ一
またはコーテイング技術（゛ＦｌａｍｅＳｐｒａｙＨａ
ｎｄｂＯＯＫ′゛ＶＯｌｕｍｅ−ＭＥＴＣＯＩＮＣ．（
１９６５）を使用することができる。
前述した通常の技術により本発明により金属基体を表面
硬化する際、金属基体および適用された表面硬化物質は
冶金的に結合される。下記の例は本発明により表面硬化
組成物として使用する物質を説明する。
例１ 下記の物質を用（・て本発明で使用するための９０重量
％の炭化バナジウム−タングステン（３％のＣＯを含む
）および１０重量％のＣｒ３ｃ２を含有する冷間ブレス
して焼結した表面硬化組成物を得た。
（ａ）下記の分析値を有する６５メツシユおよびそれよ
り微細な混合Ｖ２Ｃ＋ＶＣを含有する市販物質（Ｕｎｉ
ＯｎＣａｒｂｉｄｅＣＯｒｐＯｒａｔｉＯｎ）３１１１
．８７８４．６９％ Ｖ ｌ３．２Ｏ％ Ｃ ｌ．ｌＯＣｌ６Ｏ２ 残部水分および不随不純物。
（ｂ） ２４４．５ｆのアチソン＊プラントＧ３９黒鉛
粉末、２００メツシユおよびそれより微細。
（ｃ） １３５ｙのコバルト粉末、ＡｆｒｉｃａｎＭｅ
ｔａｌｓＣＯｒｐよりの特別な微細級。（ｄ） １０２
４．３ｙのユカ一＊（ＵＣＡＲ）タングステン金属粉末
（２ミクロン）（ｅ） ５００ｆの炭化クロム（Ｃｒ３
Ｃ２）、３２５メツシユおよびそれより微細。
このＣｒ３ｃ２は下記の分析値を有する。８６．６７％
Ｃｒ ｌ２．６Ｏ％ Ｃ Ｏ．Ｏ４％ ０２ ０．２９Ｃ！ｌ） Ｆｅ ＊ＵｎｉＯｎＣａｒｂｉｄｅＣＯｒｐＯｒａｔｉＯｎの
商標これらの粉末を７５１ｂの１／２インチ直径ボール
を有する１立方フードボールミルに入れ、５７ＲＰＭで
１８時間回転させた。
１８時間のミリング後、物質を２インチ直径ダイスを用
い、５０トン負荷でブレス成形してペレツトとした。
ペレツトを粉砕して粒状体にした。粒状体を黒鉛ボート
に入れ、純粋水素が通り抜けるモリブデン巻き熱処理炉
で焼結した。焼結サイクルは次のようであつた：黒鉛ボ
ートを炉ドアの内部に１／２時間置き、残留大気ガスを
拡散放出せしめた。次に、ボートを９００−１２００℃
帯域に進めて残尚酸化物を還元させ、還元生成物を除去
した。次に、ボートを１５００℃の高温帯域て１−１／
２時間進め、冷間ブレス物質を焼結した。次に、ボート
を高温帯域から水冷室に押出し、約１５分で室温にもた
らした。粒状体は互いに軽く結合していたが、ジヨーク
ラツシヤ一で容易に分離された。含まれるコバルトおよ
びＣｒ３ｃ２は別として、組成物は化学的に結合したバ
ナジウム、タングステンおよび炭素、ずなわちＶＣＯ．
７５（！）、ＷＣＯ．２５％から形成され、下記の分析
値（重量基準）を有した：Ｖ５ｌ．ｌ９％Ｗ２Ｏ．８Ｏ
％ Ｃｒ８．４６％ Ｆｅｌ．６Ｏ％ ＣＯ３．７５（！） Ｃｌ３．５８％ ０２０．３４％ Ｎ２Ｏ．ｌ４％ 冷間プレスして焼結した物質を前記例で調製したが、こ
のものを種々の量のＣｒ３ｃ２を用いて次のようにして
表面硬化組成物として用いた。
電気溶接式沈着用として、１０×３０メツシユ粒状体を
長さ１２インチ、外径０．２５０インチおよび内径０．
１９０インチの軟鋼管に充填した。粒状体は棒重量の約
４５重量％である。棒を電気溶着用フラツクスで溶解し
、直流１８０ａｍｐで鉄基体に溶着させた。ガス溶接式
溶着用として、６５Ｘ１５０メツシユ粒状体を同様に軟
鋼管に充填し、酸素一アセチJャ痘n接用フラツクスで溶
解し、酸素−アセチレン技術により浸炭炎の軟鋼基体へ
の浸透を最小限にしながら浴着を行つた。得られた表面
硬化面の耐摩耗性をゴム輪、サンド摩耗および摩滅試験
を用いて試験した。
摩耗および摩滅試験は次のようであつた。１インチ×３
インチ×１／２インチ厚の鋼基体に表面硬化物質を溶着
して表面硬化し、表面硬化面を平らに研摩する。
外径９１／８インチＸ幅１／２インチの不オプレン円板
（デユロメトリ一硬度シヨアＡ５Ｏ−６０）を使用し、
表面硬化面に対し不オブレン円板の背後から３８ｆｔ−
１ｂｓの力を加えた。シリカ砂（サンドブラスト砂サイ
ズ２，ＱＲ０Ｋ）を不オブレン円板と表面硬化面の間に
過剰量供給し、不オブレン円板を２００ＲＰＭで２００
回回転させた。試験用試料を前後で秤量し、工程を繰り
返えし試験に対して一定重量の損失が得られるまで繰り
返えし、この重量損失を摩耗および摩滅抵抗の尺度して
用いる。得られた結果を添付図面のグラフに示した。こ
のグラフにおいて、横軸は炭化バナジウム−タングステ
ン混合物（Ｖ：Ｗ二７５：２５，３％のＣＯを含む）に
添加したＣｒ３ｃ２の重量割合（％）を示し、縦軸は重
量損失（η）を示ず。
曲線ＡおよびＢはそれぞれ上記炭化バナジウム−タング
ステン−クロム焼結混合物を用い電気溶接溶着および酸
素−アセチレン溶接溶着によつて処理した場合の生成物
の重量損失曲線であり、Ａ″およびＢ″は上記炭化バナ
ジウム−タングステン（３％ＣＯを含む）とＣｒ３ｃ２
との機械的混合物を用いたときの結果を示する曲線であ
る。これによると、両者の化学的結合および機械的混合
の何れの場合でもＣｒ３ｃ２を約４０重量％まで添加す
ることによつて、添加しない場合に較べて格段の表面硬
化効米を表わすことが明らかにされている。
例 下記の物質を用いて本発明で使用するための炭化バナジ
ウム−タングステン混合物（：Ｗ＝７５：２５、３％Ｃ
Ｏを含む）７０重量％およびＣｒ３ｃ２の割合で３０重
量％の炭化クロムを含有する冷間プレスして焼結した表
面硬化組成物を得た。
（ａ）混合Ｖ２Ｃ＋ＶＣを含有する市販物質（ＵｎｉＯ
ｎＣａｒｂｉｄｅＣＯｒｐＯｒａｔｌＯｎ）２５８８．
４ｆ７６５メツシユおよびそれより微細、下記の分析値
を有する。
（ｂ） ４２８．５ｒのアチソン＊プラントＧ３９黒鉛
粉末、２００メツシユおよびそれより微細。
（Ｃ） １５０ｔのコバルト粉末、ＡｆｒｉｃａｎＭｅ
ｔａｌｓＣＯｒｐ．よりの特別の微細級。（ｄ） ８２
１．４ｒのユカ一＊タングステン金属粉末（２ミクロン
）（ｅ） １３０６．７Ｖのエルクローム＊金属粉末、
１００メツシユおよびそれより微細。
＊ＵｎｉＯｎＣａｒｂｉｄｅＣＯｒｐＯｒａｔｉＯｎの
商標。
これらの粉末を７５１ｂｓの１／２インチ直径ボールを
有する１立方フードボールミルに人れ、５７ＲＰＭで１
８時間回転させた。
１８時間のミリング後、物質を２インチ直径ダイスで５
０トン負荷でブレス成形してペレツトとした。
ペレツトを粉砕して粒状体にした。粒状体を黒鉛ボート
に入れ、純水素を強制通過させたモリブデン張り熱処理
炉で焼結した。焼結サイクルは次のようであつた。黒鉛
ボードを炉ドア内に１／２時間置き、残留大気ガスを拡
散放出せしめた。次に、ボードを９００−１２００℃帯
域に進めて残留酸化物を還元させ、還元生成物を除去し
た。ボートを１５００℃の高温帯域に１−１１／２時間
進め、冷間プレス物質を焼結した。次に、ボートを高温
帯域から水冷室に押し出し、約１５分で室温にもよらし
た。粒状体は互いに軽く結合していたが、ジヨークラツ
シャ一で容易に分離した。含まれるコバルトは別として
、物質は本発明による化学的に結合されたクロム、バナ
ジウム、タングステンおよび炭素から形成され、下記の
分析値を有した：Ｖ −４０．２０（ＬＣＯ−４．
８０％Ｗ −１５．１５％ ０２−０．０２％Ｃｒ
−２４．０６％ Ｎ２−０．１０％全炭素 −１３。
０３％ Ｆｅ−３．２４９６本発明による物質の溶着物
の摩耗速度は少なくとも鋳造炭化タングステンのそれと
同じ位良好であり、添付グラフに示されるように炭化ク
ロムを含有しないバナジウム、タングステンおよび炭素
物質を用いた比較試験物品より優れている。
他の利点は、本発明による組成物により与えられる溶着
物の高い靭性である。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明による炭化バナジウム−タングステン混
合物（Ｖ：Ｗ＝７５：２５、３％ＣＯを含む）とＣｒ３
ｃ２との混合組成物の溶着物の耐摩耗効果を示すグラフ
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄基合金基体の表面と表面硬化物質との結合によつ
    て該基体の表面硬化を行なう方法において、該表面硬化
    物質として、炭化バナジウム７５重量％および炭火タン
    グステン２５重量％の重量割合で化学的に結合されたバ
    ナジウム、タングステンおよび炭素分６０〜９５重量％
    と炭化クロム５〜４０重量％とから本質的になり、更に
    全量の１５重量％までのコバルト、鉄、モリブデンおよ
    びニッケルを含有し、前記炭化クロムは遊離状あるいは
    部分的または全面的に前記バナジウム、タングステンお
    よび炭素成分と化学的結合状で存在する表面硬化組成物
    を使用することを特徴とする金属基体の表面硬化法。 ２ 上記表面硬化組成物が粒状形の焼結固体物質である
    。 上記第１項に記載の方法。３ コバルト含有量が３〜５
    ％である上記第１項に記載の方法。
JP53085632A 1977-07-13 1978-07-13 金属基体の表面硬化方法 Expired JPS5921267B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US000000815316 1977-07-13
US05/815,316 US4162392A (en) 1977-07-13 1977-07-13 Hard facing of metal substrates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5445652A JPS5445652A (en) 1979-04-11
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JP53085632A Expired JPS5921267B2 (ja) 1977-07-13 1978-07-13 金属基体の表面硬化方法

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JP (1) JPS5921267B2 (ja)
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AU (1) AU515905B2 (ja)
BE (1) BE868944A (ja)
BR (1) BR7804473A (ja)
CA (1) CA1124267A (ja)
DE (1) DE2830578C3 (ja)
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FR (1) FR2397465A1 (ja)
GB (1) GB2001104B (ja)
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