JPS60141397A - 高エネルギ−密度を有する熱源を加熱源とする肉盛材料 - Google Patents

高エネルギ−密度を有する熱源を加熱源とする肉盛材料

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JPS60141397A
JPS60141397A JP24665083A JP24665083A JPS60141397A JP S60141397 A JPS60141397 A JP S60141397A JP 24665083 A JP24665083 A JP 24665083A JP 24665083 A JP24665083 A JP 24665083A JP S60141397 A JPS60141397 A JP S60141397A
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JP24665083A
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Takao Kawai
河合 考男
Hiroshi Iwata
博 岩田
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KANEFUSA HAMONO KOGYO KK
Kanefusa Corp
Original Assignee
KANEFUSA HAMONO KOGYO KK
Kanefusa Corp
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Publication date
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    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K35/32Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はレーザビーム、電子ビーム、イオンビームつン
の昂ニオ・ルギー簀イ曵のず鵠ill!を’Jll @
 )4;jとして照射することにより工具鋼より安価な
軟Ml 、 NIt R用炭景勧、横J青用合金鋼等の
低級な地金のうえで跡を熱、訳冷して急冷凝Ui+ B
グを形成し倣細で均一な炭化物を晶出させて耐摩耗性、
靭性の優れている肉盛材料に閃する。
徒来孜術 従来耐ル(純性の要求される部位例えば摺動量として使
用するため低級な地金のうえに肉盛する材料としては種
々のものが知られている。例えば特に耐摩耗性の良いも
のとして1 ドア0 & J?)%が炭化物または混合
炭化物で残部が自溶性合金P B i + O。
を主体とした合金F或いはNi 、 Oo単体の粉末で
構成されたものが主として用いられている。この肉盛材
料を低級な地金のうえにのせて酸素−アセチレンガス、
T工Gアーク、プラズマアーク等を加熱源として肉好す
る場合間い硬度が侍られるため肉盛+1(の平向をこす
る平滑【+11の−・を摩耗性及び耐熱性、111i、
I I’?Ii性は良好であるが、加熱源が比咬的低い
エネルギー−V度のため加熱に時間がか\す、肉盛材料
と\もに地金材料の一部が溶ける。このため一般にその
閃盛部が地金に希釈され肉盛成分に変化をもたらす。ま
た気孔が発生ずるうえ酸化物の巻き込みが認められる。
トすえば組成がWeは50重1に%(以下同じ)とN1
が!’ニア5.56 、Orが13.68.Bが2.8
2 、 stが2.34 、 Oが0.73 、 Fe
が5.07の合金の50重量%との肉盛材料を酸素−ア
セチレンガスにより熔解したものは、その、511mの
200陪光学顕微鏡写真は第1図の示すように発生した
気孔が明瞭にあられれており炭化物も不均質である。ま
た肉盛合金粉末材料に含まれている粗大炭化物或いは炭
化物を包む基地の?11 ff不足によって肉盛部を鋭
角な角度とする刃物のような使用の場合では肉盛部の刃
欠け、破損が生じ易く、耐刃欠は性に劣り刃物として使
用でき7.cい欠点がある。例えば第1図の組織のもの
を刃に形成したちの一刀先崖あらさを東京精密製のあら
さ言1でフイラにナイフを用いて測定した結果第2図に
示すように順著な刃人けがあらはれており刃物にはとう
てい使用できるものではなし猶またこのようなkA料を
レーザビーム、w、子ビーム。
イオンビームのような高エネルギー密11の熱源を〃1
1熱源として肉盛するときは流動性が悪く清らがな肉盛
が得られずぬれ性が恐くて地金との打着力が弱い。また
基地の靭性不足により、平坦面の接解部として使用する
には支障がないが肉盛部を鋭角なjり度に形成して刃物
として使用する場合には第2図と同程度の刃先の欠け、
破411が生じて実用になり雌い欠点がある。このよう
に現在刈られている肉盛合金粉末材料では耐摩耗性、靭
性とも優れた性能を有するものは見当らず、高耐摩耗性
高靭性の肉盛材料の出現が期待されている。
目的 従って本発明者は上記の点にiみ鋭意研究実験をつ!け
、高エネルギー密度の熱源を加熱源としたときのi熱、
1冷可能なことに着目して更に研究をつ!けた結果、今
までの比較的エネルギー苦瓜の低い熱源によっては利用
が考えられなかった材料成分の使用tU tjヒなこと
に41J達し、開屡耗・II4;。
細柱の階れた肉盛材料を見出し要求に極めて良く適合で
きる材料を提供しようとするものである。
解決手段 篩エネルギー密良の熱源を加熱劇とするl熱。
1冷によって均一でi4軸な球状化した炭化物を晶出す
るにはぐ(本肉盛材料としてはVを含有させることが枠
めて有効であった。またVは柚(めでずσ!い炭化物を
形成するために多く含有することが有効であった。しか
しこの場合基地の々・ゾ性と化1!さの不足特に硬さは
後熱処理によって低−ドするなどの欠点が生じた。そこ
でこれらの欠点をなくすために、基地に他の合金元素を
固溶さす必要があり、本肉盛材料としてVの他にOr 
、 Mo、 Wなる合金元素を添加するもので、Or、
Mo、Wは基地に固溶するがその一部は炭化物を形成し
基地の靭性と硬さを高め後熱処理による砂さ低下を防ぐ
。従って極め゛〔入手し易い軟鋼、構造用炭素鋼、構造
用自金鏑等低級材の地金にのせ高エネルギー密度の熱源
で加熱するに適し耐摩耗性、靭性そして特に耐熱性を必
要とする肉盛材料として、その第1の発明の成分は0が
250〜11.80. Siが0.5以下、Mnが0.
5以下、orが1.5゜〜4.5Q 、 Moが1.5
0〜5−50. Wが2.50〜6.50. ■が9.
50〜50. DO,Feが残部2以上重相%である。
第2の発明の成分は0が2−50〜11.80. sl
が0.5 JIF、 Mnが[1,5以下、 Orが1
.50〜4.50.Wが6.80〜17.50.Vが8
.50〜50.0.Feが残部1以上重量%である。ま
た第1、第2の発明に比して耐熱性は劣るが安価な肉盛
材料としてその第3の発明の成分は0が3.0〜12.
5.Siが0.4以下、 Mnが0.6以下、Orが4
.50〜12−00 、 Moが0.30〜1.20 
、 Vが8.00〜49.00 。
reが残部1以上重量%である。
前記%の規定の理由として第1の発明のa含有量 0含有量は炭化物の形成ならびに基地のマルテンサイト
変態による基地の硬化に役立つ、合金元素(Or、Mo
、W、 V)の含有量により、9 M′LGf 2.5
0〜11.80重貴重と変化し、2.0重重%の場合十
分な硬さが得られず、他方1190重Jit %以上に
なると、肉盛部に気孔の発生が多くなる。
Or含有量 OrはCと化合し、一部の炭化物形成による硬化と、基
地に固溶して耐熱性を与える。4.5重量%より多い場
合、上記効果はほとんどない。
Mo含有量 MOは炭化物生成元素であり、基地に固溶し基地の硬化
能、後熱処理での娩さの低下を防ぐ。
1.50〜4.50重量%が最も効果あり、この範囲を
超えた場合上記後熱処理属の硬さ低下に効果なく同時に
肉@材料の流動性が悪くなる。
W含有量 前記Moと同様の効果で7.0重量−より多くなっても
余り効果なく後熱処理属の硬さも改善されない。
V含有量 Vは、本肉盛材料の炭化物形成元素の主たるもので、■
は特に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性に大きな効果があ
る。65重量%より多い場合肉盛材料の湯の流れが非常
に悪くなり、平滑な肉盛部が得られない。
第2の発明の W含有量 Moの原子量はWの1A!であるから同一質量ではMO
の2倍の原子数を与えることになる。この理由から第一
発明のMoをWにおきかえたものである。
Wが19重俵%を超えると湯の流れが悪く、平滑な肉盛
部が得られない。
他合金元素範囲は第1発明と同様の理由である。
第6の発明の 0含有景 C含有量は炭化物形成ならびに基地のマルテンサイト変
態による基地の硬化に役立つ、合金元素(Or、Mo、
V)の含有量により、0量は3.0〜12.5重量%と
変化し、2.6重量%以下では十分な硬さが得られず、
他方13.0爪It%以上となると肉盛部に気孔が発生
する。
Or含有量 art;!Oと化合し、炭化物形成による蝕化、耐食性
が得られる。しかし13.0重量%以上のものは母材と
のぬれ性が悪くなり、接合不良が発生する。
Mo含有量 Moは炭化物形成元素であり、基地に固溶し、後熱処理
での硬さ低下を防ぐ、1.5重量%以上の含有量の場合
は後熱処理属の硬さ低下に余り効果なく、Mo含有量と
しては0.3〜1.20重量%が最適である。
本発明の肉盛材料を肉盛するには極めて入手し易い軟鋼
、構造用炭素鋼の地金上に前述の肉盛合金粉末材料をの
せその材料に高エネルギー密度の例えばレーザビームを
照射することにより瞬時に溶解が行なわれその溶解熱に
よって肉盛材料は地金へ接合されるとともに地金への熱
伝導により1冷される。これによってバナジウム濃度の
高い微細で均一な炭化物が晶出され急冷凝固層を形成す
る。しかも基地が焼入硬化されるため耐摩耗性は炭化物
と基地の焼入硬化の相乗効果により一層向上される。ま
たこの肉盛合金粉末材料後熱処理後の硬さも高く優れた
ものであって600°atvB度でも高い硬度を示し流
動性が良いため?Ftらかな表面の肉盛りが得られる。
上述のように形成される急冷凝固層の組織、硬さ、機械
的性質に関して次の実施例によりその効果を確認するこ
とができた。
実施例1 先づ第1発明の肉盛材料の試料1の成分としてCが2.
71 、 Siが0.51. Mnが0.33. Or
が3.47 、 Maが4: ’os r Wが5.4
8 、 Vが9.8[]、以上重組%、残1)PeJH
りなる鋼 試料2の成分として0が6.34 、 Siが0.29
 、 M、が0.25゜Orが2.7Q 、 Moが3
.15.Wが4.24 、 Vが25.61.以−に重
量%、残りFeよりなる鋼 試料3の成分として0が9.97. Siが0.25 
、 Mnが0.31゜Orが1.93 、 Moが2.
25 、 Wが3. o3 、 vが41.43.以上
重量%、残りFeよりなる鋼の粉末(必ずしも粉末でな
くても粒状、板状等でもよい、以下同じ)をそれぞれ5
45eの板材の平面長手方向にのせ、1(手方向に沿っ
てレーザビームを照射した。レーザビームの照射は炭層
がスレーザ加工材を用いて行ない照射条件が出力1.8
量w、ビーム径は10φmm、移動速度300mλ、謬
おいて、肉盛材料の粉末は瞬時にして溶融冷却されて地
金」二に急冷凝固層が得られた。この急冷凝固層組織の
200倍光学顕微鏡字真の第6図試料1.2.3は従来
の肉盛材料の第1図及び5KH51の焼入焼戻しした鋼
の組織の200倍光学顕微鏡字真の第4図のものよりは
るかに微細で球状の均一な炭化物の分布が確認できる。
そして肉盛部の硬さを示した表の第5図において、バナ
ジウム量即ちバナジウム炭化物含有量が増加するにつれ
て試料1.2.3の順序で硬さの上昇がみられる。この
ことはバナジウム炭化物含看■を調整することにより任
意の硬さの肉盛材料を得ることが出来ることを意味して
いる。また53000゜560°0の焼戻しにより、硬
さは若干の上昇し、更ニ600°0の焼戻しでも硬さの
低下はみられず後熱処理後の硬さが優れた特性を有する
ことがa紹できる。
をしaは急冷凝固層、bは地金、そして地金厚み6mm
、角度47試峡状態は第7図に示すとおりで、試験条件
はげ)被削材:アビトン材(木材)、(ロ)切込み:1
.2mm、(ハ)切削中’ 20 mm+ (試験片の
中央部を使用)、に)切削速度” ”4n’ (ホ)試
験片回転数:5000r、 pom 、(へ)試験片回
転円径: iooφ酊、(ト)試験片1枚、ヴ→切削形
式:下向き切削、(ワ)取付状態の掬い角:30°、休
)取付状態の逃げ角:1a”cあって供試機械はプレー
ナーを用いた。この試験条件において比較に使用する試
験片は、従来の成分の肉盛材料では第2図のような刃先
しか得られず試験片として使用できないため、5KH5
1の普通材の120000油焼入530°02回焼戻し
だものを比較の試MIQ片とし、本発明の試料1,2.
3の各肉盛材料の急冷凝固層530°02回焼戻したも
のとの各M耗itθの比較をした。第8図に示したよう
に被削材の全切削長において試料1,2.3の肉盛材料
の急冷凝固層の刃先摩耗量は、5KH51の普通材の刃
先摩耗量に比較して著るしく優れており、特にバナジウ
ム炭化物が多い、即ちバナジウム25%以上になると数
倍の耐摩耗性があることが確認できた。また切削iセI
におけるカ付状展をみる刃先線あらさを東京精密製のあ
らさ計でフイラにナイフを用いて測定した結果を示す5
KH51の第9図、試料1の第10図において、5KH
51と試1) 1の肉盛材料とも刃伺状態は良好でさほ
ど差は紹められない。60m切削後のあらさを測定した
結果を示ず5KH51の@11図、試料1の第12図に
おいて、5KH5iは全体に微細な刃欠けが発生し且摩
耗量も大きく鋭利さが低下している。これに対し試料1
の肉盛材F)は刃欠けがあると云えば云える程度で実質
的に(+1(いに等しく摩耗量も極めて僅かで無いに等
しく顕著な効果が認められ耐摩耗性、靭性も著しく優れ
ている。
実施例2 次に@2発明の肉盛材料の試料4の成分として0が8.
06 、 Siが0.35.λ1nが0.25 、 O
rが2.54. Wが10.95.vが32.、98.
以上重崖%、残りFlllヨIJなる鋼の粉末をぞれぞ
れ実施例1と同一条件においてレーザビームを熱射した
。肉盛材料の粉末は1ili#時にして溶解し、1冷さ
れて地金に急冷凝固層が得られた。この急冷凝固層組織
の200倍光学顕微鏡字真の第13図は、実施例1と同
様従来の肉盛材料の第1図、5xH51の第4図と比較
して微細で球状の均一な炭化物の分布が確認できる。そ
して肉盛部の硬さはHv 1200と高い値をしめし、
6oIXloc焼戻し後の硬さ低下はなく後熱処理後の
硬さが優れているものである。
この肉盛部を実施例1と同形状の角度を0゛する試験片
を製作し耐摩耗試験を実施例1と同一条件で行った。摩
耗量を示す第14図において、5xH51に比較して数
倍の耐摩耗性を有することが確dJできる。また刃付は
状態も第15図にし□めすように試料1と同様極めて良
好であり、60m切削後も第16図に示すように試料1
と同様刃欠け、摩耗量とも無いに等しいものであって耐
*耗性、靭性とも極めて侵れている。
実施例3 次いで第6の発明の肉盛部「トの試料5の成分として、
0が8.48 、 sxが0.36 、ん1nが0.4
3 、 Orが7.56゜Moがo、 54 、 vが
32.53.以上重垣%、残りがFeよりなる合同の粉
末をそれぞれ実施例1と同一条件において、レーザビー
ムを照射した。肉盛材料の粉末は瞬時にして溶解し、1
冷して地金上に急冷凝固層が得られた。この思冷凝固M
絹織の200倍光学、窄微境字真の第17図は実施例1
,2と同様従来の肉盛材料の第1図及び5KH5iの第
4図と比較して微細で球状のゴθ−な炭化物の分布が確
認できる□そして肉盛部の硬さは、Hv1200と高い
値をしめす。
この肉盛部を実施例1ど同形状の刃先を有する試験片に
製作−を摩耗試験を実施例1と同一条件にて行った。摩
耗量を示す第18図において5KH51に比較して数倍
の耐摩耗性がKa Ellできる。また刃付は状態を示
す第19pAも試料1,4と同様極めて良好であり1.
60’m切削後は第20図に示すように僅かの刃欠けが
あられれているが微小であって5KH51に比べれば、
はるかに少いものであり、耐摩耗性、靭性も優れている
ものである。
次いでこれらの粉末肉盛材t1の製造の1つの方法とし
ては、バナジウム炭化物粉末とそれの残りの合金組成と
なるようにO、Si、 Mn、 Or、 W、 Mo 
V 、 Fe 、gしくはO’、 Si 、 Mn、 
Or 、 W、 V。
Fe或いは0.Si、Mn、Or、Mo、V、Feを調
整配合した合金鉄粉末の混合による。または2つ目の方
法ハ、フェロバナジウム、フエロタンクステン、フェロ
モリブチン等の純度の高いものの合金鉄粉末とカーボン
粉末とを調整配合したものによる′。また3つ目の方法
は、その2つ1」の方法で配合されたものを溶解し、冷
却後粉末としたものによるかの大略6つの方法の何れか
によって作られるものである。
効果 以上詳述したように本発明は、肉盛材料のみをレーザビ
ーム等により瞬熱し1g冷させ、地金に接合する肉盛材
料において、前述のような成分組成となしたので、これ
までの肉盛材料では得られなかった微細な粒状の多くの
炭化物が均一に分布した組織が得られ、硬度、靭性、耐
摩耗性とも極めて優れたものであることがす1に昭でき
た。従ってこの肉盛材料を耐摩耗性、靭性の要求される
i■;位に盛って急冷凝固層を形成した場合、耐肌耗性
の炙゛求を充分に満し、摺動面等の耐久性は抜群であり
、高性能の機械の特性を充分に発揮できるものであり、
また刃物として用いた場合は切れ昧の良い長寿命で古砂
により切れ味の変化の少ないものが得られるなどの特徴
を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の肉盛材料の1例の組織を示す顕微鏡写
真、第2図はその材料を鋭角に仕上げた刃先のあらさを
示す図、第6図は第1発明の試料1,2.3の肉盛材料
の急冷凝固層の組織を示す顕微鏡写真、第4図は5KH
51材の焼入、焼戻し組織の顕微鏡写真、第5図は試料
1,2.3の硬度を示す図、第6図は実施例の試験片の
図、第7図はプレーナに取付けた回転軸に試験片を固定
した状態図、第8図は試料1,2.3(D試験片と5K
H5jの試験片との刃先摩耗値を示す図、第9図は5K
H5j材の熱処理したものの切削前の刃先線あらさを示
す図、第10図は試料1の急冷凝固層の切削前の刃先線
のあらさを示す図、第11図は5KH51材の熱処理し
たものの60m切削後の刃先線のあらさを示す図、第1
2図は試料1の急冷W固層の60.m切削後の刃先線の
あらさを示すは1、第16図は第2発明の試料4の急冷
凝固層の組織の顕微鏡写真、第14図は試料4の試験片
と5KH5iの熱処理した試験片との刃先摩耗量を示す
図、第15図は試料4の急冷凝固層の切削rasの刃先
線あらさを示す図、第16図は同60m切削後の刃先線
のあらさを示す図、第17図は第3発明の試料5の急冷
凝固層の組織の顕微@写真、第18図は試料5の急冷凝
固層の試験片と5KH51材の熱処理した試験片との刃
先摩耗量を示す図、第19図は試料5の急冷凝固層の切
削前の刃先源のあらさを示す図、第20図は同60m切
削後の刃先線のあらさを示す図である。 a・・・刃物地金 b・・・急冷凝固層第14図 ネ受ガリ不才っLηI’l’J& (y”)第18図 被卸口失。を刀〃1fヒ(4ζ〕 手続補正書 (自発) 昭和59イ1−2月4日 特許庁長官 若杉和夫殿 ・糖、’、:、、■ 事イ1
の表示 昭和58年特 許 願第246650号3 補正をする
者 事件との関係 特許出願人 4、代理 人 〒460 電話<0521263−057]補正の内容 以下のとおり補正する。 t 特iFf請求の範囲 別紙のとおり2 明細誉第4
頁第9行目 「解部」とあるを「触部」 特許請求の範囲 (1)0が2.50−11.80重゛ハi%、 Siが
0.5重hi%以下。 Mnが0−5170<5%以下、 Orが1.5[)−
4,50重hk%、Moが1.5[?”5.5(]Mr
 M%、Wが2.50〜6.50重h&%、■が9゜5
0〜50.00爪量%、 Feが残部よりなることを特
徴とする4%エネルギー晋度を有する熱源を加熱源とす
る肉盛材料。 (2)0が2.50〜11.80重′Mk%、 Siが
0.511< rti%以下。 Mnが0.5Jmm%以下、 Orが1.50〜4.5
0 東bt % 、 Wが6.8ドア、50重’Hf%
、■が8.50Ji0.00重1][t % l Fe
が残部よりなることを特徴とする高エネルギー密度を有
する熱源を加熱源とする肉盛材料。 (3)0が3.0〜12.5重量%、Siが0.4重量
%以下。 Mnが0.6重量%以下、 Orが4.5[J 〜12
.00京1杖%。 Moが0.30〜1.20mm%、Vがa、oN9.o
o、11!m%。 Feが残部よりなることを特徴とする品エネルギー密度
を有する熱源を力11熱源とする肉盛材料。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1;0が2.5[)−11,80重量%、81が0.
    5型組%以下。 Mnが0.5重tf1%lorが1−511)”4.5
    0 車1t’t、 ’% r Moが1.50〜5.5
    DJ′lj:M%、Wが2.5トロ、50重量%、’V
    が9.5NO,00重量%、Feが残S1(よりなるこ
    とを特徴とする高エネルギー密度を有する熱源を加熱源
    とする肉・盛羽村。 (2)0が2.5ヒ1.80重量%、Siが0.5恵垣
    %以下。 Mnが0.5重量%以下、Orが1.50−4.50 
    重Jf %以下、Wが6.8ドア、50重量%以下、■
    が8.50間0.00重型頭。 Feが残部よりなることを特徴とする高エネルギー密度
    を有する熱源を加熱源とする肉盛材料。 (3)Cか6.0〜12.5重里%、Siが0.4重量
    %以下。 Mn力旬−6重量%以下、Orが4.5[)−12,0
    0重量’1Moが0−6”:)□1+20 ’f1g 
    1++、 % 、■が8.OH2,00重ft%、?e
    が残VtVrよりなることを特徴とする尚エネルギー密
    度を有する熱と1東を加熱源とする肉盛材料。
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