JPS643944B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高硬度耐熱合金に関するものである。 デイーゼル機関等の排気弁フエース部には溶射
あるいは肉盛溶接による高硬度盛金が使用されて
いるが、使用中の割れや圧痕からの吹抜けという
問題が多く発生している。フエース部の盛金材
は、高温ガス中での耐食性、耐酸化性に優れてい
る必要のあることは勿論であるが、フエース部分
に高温にて圧痕が生じて吹抜けを起すのを防ぐた
めには、高温硬さの高いことが必要である。また
繰返し加熱を受けて、熱衝撃割れを起すのを防止
するためには、熱膨張率の低いことが必要であ
る。 従来、フエース部盛金材としては、耐食性、耐
酸化性に優れ、高温硬さも高いCo基合金やNi基
合金が使われているが上述の圧痕からの吹抜け
や、熱衝撃割れの発生により寿命が限られている
のが現状である。 本発明は、耐食性、耐酸化性については上記し
た従来のCo基合金やNi基合金に対して遜色なく、
高温硬さはこれらよりも優れ、また熱膨張率はこ
れらより低く、しかも溶射や溶接肉盛性に優れた
合金を提案するものである。本発明合金は、温度
の上昇にしたがい硬さを高めるAlおよびTiに富
んだγ′（ガンマ・プライム）相を有するNi基母地
と、じん性を確保するために温度の上昇にしたが
い硬さの低下を示すとともに延性を増すCoに富
んだNi基母地とを合成して高温における硬さの
低下の抑制とじん性を確保し、さらに高温硬さを
高めるためにＢを多量に添加してほう化物粒子の
分散をはかつたものである。本発明合金の用途
は、上記したデイーゼル機関の排気弁フエース部
盛金用としてのみならず、デイーゼル機関の排気
弁フエース部以外でも、400〜900℃という高温で
繰返し加熱され、且つ摩耗環境で使用される機械
部品、たとえば連続鋳造設備のロール、焼却炉部
材等の表面処理用材料にも適している。 本発明の合金組成を第１表に示す。

【表】 次に各元素の組成を第１表のように限定した理
由を説明する。 Cr：耐熱、耐酸化性付与のためNiへの基本的な
合金元素として加える。13％以下では不十分で
あり、含有量が17％をこえると、デイーゼル機
関の排ガスのような硝酸性ガス中での耐食性が
劣化するため13〜17％の範囲が最適である。ま
たＢと共にほう化物を生成し、合金の硬さを高
める。 Al：耐酸化性の改良のためと、Niとの析出物
γ′を組織に導入するため、γ′は母地の変形抵抗
を増し、高温硬さ度が上る。３％以下では不十
分である。但し多過ぎると脆化するため６％を
上限とする。 Ｗ：母地の高温硬さ改良のため、室温での硬さは
それ程改良されないが適当量の添加により高温
硬さが改良される。４％以下では不十分であ
り、７％をこえると脆化する。またCrと同様
にほう化物を生成し、合金の硬さを高める。 Ｂ：1.5％以上含有すればCrやＷとほう化物を形
成し合金の硬さを著しく高めると共に肉盛に適
したものとなる。3.5％以上添加しても効果は
同じであり且つ母地を脆化するためこれ以下と
する。 Ti：母地Niの一部と析出相γ′を作り高温硬さを
改良する。１％以下では不十分であり３％をこ
えると肉盛溶接施工時にＮと反応してTiNを
生成する傾向があり、TiNは合金を脆化させ
るのでTi含有量を３％までにした。 Co：その添加により溶接性が良くなるため必要
である。硬さ増加には影響しない。高価なため
必要最小限である４〜７％とするのがよい。 次に本発明合金の高温硬さを従来合金（Ni基
耐熱合金、Co基耐熱合金）と比較した実験結果
を説明する。 本発明合金の組成は第２表の通りである。

【表】 また実験結果が第１図に表わした。第１図よ
り、本発明合金が高温硬さにおいて従来合金より
優れていることが判る。第２図ａ，ｂに本発明合
金の顕微鏡組織を示した。 第３図は15％Cr−５％Al−５％Ｗ−２％Ti−
５％Co−残りNi合金のＢの添加量と硬さの影響
について検討したものでＢの添加量の増加にした
がい硬さが高くなる傾向があり、排気弁フエース
部材として必要な硬さはHv480以上であるから、
Ｂの添加量は1.5％以上必要であることが認めら
れる。 第４図は本発明合金（15.06％Cr−4.39％Al−
4.26％Ｗ−2.91％Ｂ−1.48％Ti−5.43％Co−残り
Ni）を電子線マイクロアナライザーで元素分析
した結果であり、ａは分析の対象とした視野であ
り、ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇおよびｈはCr、Ｗ、
Ｂ、Ni、Al、TiおよびCoのそれぞれの元素分析
結果を示す。視野ａに析出している分散粒子は元
素分析結果ｂ，ｃおよびｄからCr、ＷおよびＢ
に富んでいることからほう化物であることは明ら
かである。また母地は元素分析結果ｅより明らか
なようにNiが主成分であるが、元素分析結果ｆ
およびｇに示すようにAlおよびTiの多い領域
（γ′相）と、元素分析結果ｈに示すようにCoの多
い領域との２相の存在が認められる。 このように本発明合金は、高温硬さを高める
γ′相が均一に分散析出したNi基母地と高温にお
いて延性を有するCoに富んだNi基母地との２相
の中に硬さをさらに高める大量のほう化物分散粒
子とからなり、これら３相は高温硬さとじん性の
向上に寄与していると認められる。 また第２表に示した組成の本発明合金の熱膨張
率を従来合金と比較した結果を第３表に示した。

【表】 (注) 従来合金はいずれも排気弁フエース用材
料である。
第３表より、本発明合金は熱膨張率が従来合金
より小さく、熱衝撃性に優れていることが判る。
ところで、デイーゼル機関の排気弁のフエース部
は、高流速の高温ガスにくり返しさらされて、ご
く表面は高温となる。また硬い未燃焼カーボン等
がフエース部と弁座の間にかみ込まれ、フエース
部の材料が軟い場合には容易に凹みが生じ、吹き
抜けが起つて寿命を短くする。従来高温度硬さの
低い材料をフエース部に使用した場合には例外な
く短寿命となつている。本発明によれば第１図に
示すように、高温硬さが高く、圧痕が生じ難く従
つて寿命が延長される。 他方排気弁フエース部にかかる負荷の、もう一
つ重要なものは、繰返し加熱であり、熱疲労によ
りフエース部にき裂が生じ、排気弁が破壊するこ
とがしばしばあるが、本発明によれば第３表に示
すように熱膨張率が小さく耐熱衝撃性が優れてい
るため、その心配が少ない。 以上の説明から明らかなように、本発明合金は
デイーゼル機関の排気弁フエース部の高硬度盛
金、あるいは他の高温摩耗環境で使用される機械
部品の表面処理用材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金と従来合金の高温硬さの比
較図、第２図は本発明合金の顕微鏡写真、第３図
は本発明合金の硬さとＢ含有量との関係図、第４
図は本発明合金の電子線マイクロアナライザーに
よる元素分析写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量でCr：13〜17％、Al：３〜６％、Ｗ：
   ４〜７％、Ｂ：1.5〜3.5％、Ti：１〜３％、Co：
   ４〜７％残部Ni及び不可避的不純物よりなる高
   硬度耐熱合金。