JPWO2016079811A1 - 耐摩耗部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

耐摩耗部品の一例であるツース（２０）は、第１金属からなるベース部（２５）と、ベース部（２５）の表面の一部である被覆領域（２５Ａ）を覆うようにベース部（２５）に接触して配置される肉盛層（２７）と、を備える。ベース部（２５）の表面の、被覆領域（２５Ａ）と被覆領域（２５Ａ）以外の領域である露出領域（２５Ｂ）との境界である肉盛端部（２９）において、露出領域（２５Ｂ）と肉盛層（２７）の表面（２７Ａ）とは同一面を構成する鍛造面となっている。

Description

本発明は耐摩耗部品およびその製造方法に関するものである。

油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダなど、土砂の存在する環境下で稼働する作業機械を構成する部品として、リッパ、ツースなどの耐摩耗部品が用いられる。耐摩耗部品において特に高い耐摩耗性が要求される領域には、肉盛層が形成される場合がある。肉盛層としては、たとえば鋼からなる母材中に硬質粒子が分散したものを採用することができる。肉盛層は、たとえば肉盛溶接により形成することができる（たとえば、特開２００８−７６３号公報（特許文献１）および特開平８−４７７７４号公報（特許文献２）参照）。

特開２００８−７６３号公報 特開平８−４７７７４号公報

肉盛層を有する耐摩耗部品は、所望の形状に成形されたベース部を準備し、ベース部のうち特に高い耐摩耗性が要求される領域を覆うように肉盛層を形成することにより得られる。肉盛層の形成により耐摩耗部品の耐久性を向上させることができる一方で、形成された肉盛層に起因したデメリットが発生する場合がある。たとえば、油圧ショベルのバケットのツースに肉盛層を形成した場合、ツースの土砂への貫入抵抗が上昇する場合がある。

本発明は、肉盛層を有する耐摩耗部品において肉盛層の形成に起因したデメリットを抑制することを目的とする。

本発明に従った耐摩耗部品は、第１金属からなるベース部と、ベース部の表面の一部である被覆領域を覆うようにベース部に接触して配置された肉盛層と、を備える。ベース部の表面の、被覆領域と被覆領域以外の領域である露出領域との境界である肉盛端部において、露出領域と肉盛層の表面とは同一面を構成する鍛造面となっている。

上述のように、肉盛層は、ベース部の表面上に肉盛溶接などの手法によって形成される。肉盛層が形成された耐摩耗部品では、ベース部の表面の、肉盛層に覆われた領域（被覆領域）と被覆領域以外の領域（露出領域）との境界である肉盛端部において、肉盛層の表面とベース部の露出領域との間に段差が形成されるのが一般的である。この段差は、肉盛層の形成に起因したデメリットの原因となる。たとえば、油圧ショベルのバケットのツースに肉盛層が形成される場合がある。肉盛層の形成によりツースの耐摩耗性が向上する一方で、上記段差が形成されることによりツースの土砂に対する貫入抵抗が上昇する場合がある。他の部品と接触しつつ使用される部品に肉盛層が形成された場合、上記段差に起因して、当該他の部品との所望の接触状態が十分に達成できない場合がある。

本発明の耐摩耗部品では、肉盛端部において、ベース部の露出領域と肉盛層の表面とが同一面を構成する。そのため、上記段差に起因した肉盛層の形成によるデメリットが抑制される。また、肉盛端部が鍛造面に含まれることにより、切削等によってベース部の露出領域と肉盛層の表面とが同一面となるように加工する工程を省略することが可能となる。そのため、硬度差の大きい肉盛端部の加工、および硬度の高い肉盛層の加工を回避することができる。このように、本発明の耐摩耗部品によれば、肉盛層を有する耐摩耗部品において肉盛層の形成に起因したデメリットを抑制することが可能な耐摩耗部品を提供することができる。

上記耐摩耗部品において、上記肉盛層は、第２金属からなる母相と、母相中に分散する硬質粒子と、を含んでいてもよい。このようにすることにより、耐摩耗性に優れた肉盛層を容易に形成することができる。

上記耐摩耗部品において、肉盛層の表面から硬質粒子の平均粒径以内の領域である肉盛層表層領域内に位置する硬質粒子は、肉盛層に埋め込まれた状態で並んで配置されていてもよい。このようにすることにより、肉盛層の表面から硬質粒子が大きく突出して配置されることが抑制される。その結果、耐摩耗部品の使用中における硬質粒子の脱落が抑制される。なお、硬質粒子の平均粒径は、肉盛層の表面に垂直な断面を光学顕微鏡にて観察し、観察される硬質粒子１０個の直径の平均値を計算することにより得ることができる。

上記耐摩耗部品において、上記肉盛層表層領域内に位置する上記硬質粒子は、上記肉盛層の表面に接するように配置されてもよい。これにより、肉盛層の表面から露出する硬質粒子の領域がわずかとなり、硬質粒子の脱落が抑制される。

上記耐摩耗部品において、上記肉盛層表層領域内に位置する上記硬質粒子の、上記肉盛層の表面から露出する領域に対応する中心角は鋭角（９０°未満）であってもよい。これにより、肉盛層の表面から露出する硬質粒子の領域がわずかとなり、硬質粒子の脱落が抑制される。

上記耐摩耗部品において、上記肉盛層は、上記肉盛層と上記ベース部との界面を含む領域において、上記ベース部に向けて突出する突出部を含んでいてもよい。これにより、ベース部から肉盛層が剥離することが抑制される。

上記耐摩耗部品において、上記突出部には、上記硬質粒子の少なくとも一部が進入していてもよい。これにより、ベース部から肉盛層が剥離することが、より確実に抑制される。

本発明に従った耐摩耗部品の製造方法は、第１金属からなるベース部材を準備する工程と、ベース部材の表面の一部である被覆領域に接触して被覆領域を覆うように、肉盛層を形成する工程と、ベース部の表面の、被覆領域と被覆領域以外の領域である露出領域との境界である肉盛端部が加工されるように、肉盛層が形成されたベース部材を鍛造する工程と、を備える。

本発明の耐摩耗部品の製造方法では、肉盛端部が加工されるように、肉盛層が形成されたベース部材が鍛造される。そのため、肉盛端部において、肉盛層の表面とベース部の露出領域とが同一面を構成する鍛造面である耐摩耗部品が製造され、上記段差に起因した肉盛層の形成によるデメリットが抑制される。また、肉盛端部が鍛造面に含まれることにより、切削等によってベース部の露出領域と肉盛層の表面とが同一面となるように加工する工程を省略することが可能となる。そのため、硬度差の大きい肉盛端部の加工、および硬度の高い肉盛層の加工を回避することができる。このように、本発明の耐摩耗部品の製造方法によれば、肉盛層を有する耐摩耗部品において肉盛層の形成に起因したデメリットを抑制することが可能な耐摩耗部品を製造することができる。

上記耐摩耗部品の製造方法において、肉盛層が形成されたベース部材を鍛造する工程では、肉盛層が形成されたベース部材が熱間鍛造されてもよい。熱間鍛造を採用することにより、肉盛層が形成されたベース部材を容易に鍛造することが可能となる。

上記耐摩耗部品の製造方法において、肉盛層を形成する工程では、第２金属からなる母相と、母相中に分散する硬質粒子と、を含む肉盛層が形成されてもよい。このようにすることにより、耐摩耗性に優れた肉盛層を容易に形成することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の耐摩耗部品およびその製造方法によれば、肉盛層を有する耐摩耗部品において肉盛層の形成に起因したデメリットを抑制することができる。

油圧ショベルのバケットの構造を示す概略斜視図である。 ツースの構造を示す概略平面図である。 図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。 比較例のツースの構造を示す概略断面図である。 肉盛層の表面付近の構造を示す概略断面図である。 肉盛層とベース部との界面付近の構造を示す概略断面図である。 ツースの製造方法の概略を示すフローチャートである。 ツースの製造方法を説明するための概略断面図である。 ツースの製造方法を説明するための概略断面図である。 肉盛層の形成方法を説明するための概略断面図である。 ツースの断面を示す写真である。 肉盛層の表面付近の光学顕微鏡写真である（実施例）。 肉盛層の表面付近の光学顕微鏡写真である（比較例）。 肉盛層とベース部との界面付近の光学顕微鏡写真である（実施例）。 肉盛層とベース部との界面付近の光学顕微鏡写真である（比較例）。 貫入抵抗試験に供したツースの写真である（実施例）。 貫入抵抗試験に供したツースの写真である（比較例）。 貫入抵抗試験の結果を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

油圧ショベルのバケットのツースを例に、本実施の形態の耐摩耗部品について説明する。図１は、油圧ショベルのバケットの構造を示す概略斜視図である。図２は、ツースの構造を示す概略平面図である。図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。

図１を参照して、バケット１は、油圧ショベルのアーム（図示しない）の先端に装着され、土砂を掘削する。バケット１は、板状部材から構成され、開口を有する本体１０と、本体１０の開口外周部１２の掘削側からその一部が突出するように本体１０に取り付けられた複数の（図１に示すバケット１においては３つの）ツース２０と、本体１０の、ツース２０が取り付けられる側とは反対側に配置された装着部３０とを備えている。バケット１は、装着部３０において油圧ショベルのアームに支持される。掘削時には、バケット１は、ツース２０から土砂へと進入する。そのため、ツース２０には、高い耐摩耗性（耐土砂摩耗性）が要求される。ツース２０は、土砂に接触する用途に使用される機械部品である耐土砂摩耗部品である。

ツース２０は、図２に示すように、先端２１と、基端２２とを含む。ツース２０は、基端２２側において本体１０に取り付けられ、先端２１側がバケット１の開口外周部１２から突出する。ツース２０は、他の部品である本体１０と接触しつつ使用される。バケット１は、ツース２０の先端２１側から土砂へと進入する。そのため、ツース２０の先端２１側には、特に高い耐摩耗性（耐土砂摩耗性）が要求される。

図３を参照して、ツース２０は、第１金属からなるベース部２５と、ベース部２５の表面の一部である被覆領域２５Ａを覆うようにベース部２５に接触して配置される肉盛層２７と、を備える。ベース部２５を構成する第１金属としては、たとえばＪＩＳ規格に規定される機械構造用炭素鋼または機械構造用合金鋼（たとえばＳ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５のほか、同等量の炭素を含むＳＭｎ鋼、ＳＣｒ鋼、ＳＣＭ鋼など）などを採用することができる。ベース部２５の表面の、被覆領域２５Ａと被覆領域２５Ａ以外の領域である露出領域２５Ｂとの境界である肉盛端部２９において、露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとは同一面を構成する鍛造面となっている。肉盛層２７の表面２７Ａは、全域にわたって鍛造面となっている。

図４は、肉盛層を有する比較例のツースの構造を示す概略断面図である。一般に、ツースの先端付近の耐摩耗性向上を目的として肉盛層を形成する場合、所望の形状を有する鋼製のベース部に肉盛層が形成される。図４を参照して、肉盛層を有する一般的なツースである比較例のツース９２０は、先端９２１と、基端９２２とを含む。ツース９２０の先端９２１側には肉盛層９２７が形成されている。肉盛層９２７は、所望の形状に成形されたベース部９２５の被覆領域９２５Ａを覆うように、たとえば肉盛溶接により形成される。そのため、被覆領域９２５Ａと被覆領域９２５Ａ以外の領域である露出領域９２５Ｂ，９２５Ｃとの境界である肉盛端部９２９Ａ，９２９Ｂにおいて露出領域９２５Ｂ，９２５Ｃと肉盛層９２７の表面９２７Ａとの間に段差が形成される。この段差に起因して、ツース９２０の土砂への貫入抵抗が大きくなる。また、ベース部９２５の成形後に肉盛層９２７を形成するため、先端９２１付近に肉盛層９２７を形成することは困難である。そのため、先端９２１を含む領域には肉盛層９２７が形成されていない領域である先端側露出領域９２５Ｃが形成される。先端側露出領域９２５Ｃの耐摩耗性が低いことに起因して、ツース９２０の摩耗の進行が速くなり、交換頻度が増加する。

図３を参照して、本実施の形態におけるツース２０によれば、肉盛端部２９において露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとが同一面を形成することにより、肉盛端部２９における段差に起因した貫入抵抗の上昇を回避することができる。肉盛端部２９が鍛造面に含まれることにより、切削等によって露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとが同一面となるように加工する工程を省略することが可能となる。そのため、硬度差の大きい肉盛端部２９の加工、および硬度の高い肉盛層２７の加工を回避することができる。このように、本実施の形態におけるツース２０によれば、肉盛層２７の形成に起因したデメリットを抑制することができる。また、ベース部材上に肉盛層を形成した後、鍛造を実施して先端２１を含む領域を成形すれば、図３に示すように先端２１を含む領域を肉盛層２７に覆われたものとすることが容易となり、高い耐摩耗性を有するツース２０を得ることができる。

次に、肉盛層２７の構造について説明する。図５は、肉盛層の表面付近の構造を示す概略断面図である。図６は、肉盛層とベース部との界面付近の構造を示す概略断面図である。図５および図６を参照して、肉盛層２７は、第２金属からなる母相９５と、母相９５中に分散する硬質粒子９１と、を含んでいる。母相９５を構成する第２金属は、たとえば溶接ワイヤに由来する金属とベース部２５を構成する第１金属とが混合されたものとすることができる。硬質粒子９１としては、母相９５よりも硬度が高い粒子、たとえば超硬合金からなる粒子を採用することができる。肉盛層２７は、ベース部２５よりも耐摩耗性（耐土砂摩耗性）が高い。

図５を参照して、肉盛層２７の表面２７Ａは鍛造面となっている。肉盛層２７の表面２７Ａから硬質粒子９１の平均粒径以内の領域である肉盛層表層領域２７Ｂ内に位置する硬質粒子９１は、肉盛層２７に埋め込まれた状態で並んで配置される。これにより、肉盛層２７の表面２７Ａから硬質粒子９１が大きく突出して配置されることが抑制される。その結果、ツース２０の使用中における硬質粒子９１の脱落が抑制され、ツース２０の耐摩耗性が向上している。

肉盛層表層領域２７Ｂ内に位置する硬質粒子９１は、図６に示すように肉盛層２７の表面２７Ａに接するように配置されていてもよい。これにより、肉盛層２７の表面２７Ａから露出する硬質粒子９１の領域がわずかとなり、硬質粒子９１の脱落が抑制される。

硬質粒子９１の、肉盛層２７の表面２７Ａから露出する領域に対応する中心角θは鋭角（９０°未満）であることが好ましい。これにより、肉盛層２７の表面２７Ａから露出する硬質粒子９１の領域がわずかとなり、硬質粒子９１の脱落が抑制される。

図６を参照して、肉盛層２７は、肉盛層２７とベース部２５との界面を含む領域において、ベース部２５に向けて突出する突出部９９を含む。突出部９９によるアンカー効果により、ベース部２５から肉盛層２７が剥離することが抑制される。突出部９９には、硬質粒子９１の少なくとも一部が進入している。これにより、ベース部２５から肉盛層２７が剥離することがより確実に抑制される。突出部９９に進入している硬質粒子９１とベース部２５との間には肉盛層２７の母相９５が介在している。突出部９９に進入している硬質粒子９１とベース部２５とは、接触していない。硬質粒子９１の中心は、突出部９９の外部に位置している（硬質粒子９１の体積の１／２未満の領域が突出部９９内に進入している。）。各突出部９９内には、１つの硬質粒子９１が進入している。各突出部９９の深さは、当該突出部９９に進入する硬質粒子９１の半径よりも小さい。

次に、図７〜図１０を参照して、本実施の形態における耐摩耗部品であるツース２０の製造方法について説明する。図７は、ツースの製造方法の概略を示すフローチャートである。図８および図９は、ツースの製造方法を説明するための概略断面図である。図１０は、肉盛層の形成方法を説明するための概略断面図である。

図７を参照して、本実施の形態におけるツース２０の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）としてベース部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図８を参照して、ツース２０のベース部２５となるべきベース部材５０が準備される。ベース部材５０は、第１金属からなる。ベース部材５０は円筒形状である。ベース部材５０は、一方の端面５２と、他方の端面５３と、一方の端面５２と他方の端面５３とを接続する側面５１とを含む円筒状の形状を有している。一方の端面５２と側面５１とが接続される領域には、第１面取り部５２Ａが形成されている。他方の端面５３と側面５１とが接続される領域には、第２面取り部５３Ａが形成されている。図８および図３を参照して、ベース部材５０の一方の端面５２側がツース２０の先端２１側に対応し、ベース部材５０の他方の端面５３側がツース２０の基端２２側に対応する。

次に、工程（Ｓ２０）として肉盛層形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図８および図９を参照して、工程（Ｓ１０）において準備されたベース部材５０の表面の一部である被覆領域５１Ａに接触して被覆領域５１Ａを覆うように肉盛層６０が形成される。肉盛層６０は、後述する熱間鍛造が実施されることによりベース部２５の所望の領域を覆うように形成される。被覆領域５１Ａは、たとえば予め有限要素法を用いた熱間鍛造のシミュレーションを行うことにより決定することができる。本実施の形態では、図９を参照して、側面５１の一方の端面５２側、第１面取り部５２Ａおよび一方の端面５２を覆うように、肉盛層６０が形成される。

肉盛層６０の形成は、たとえば以下のように炭酸ガスアーク溶接法を利用した肉盛溶接により実施することができる。まず、肉盛層形成装置について説明する。図１０を参照して、肉盛層形成装置は、溶接トーチ７０と、硬質粒子供給ノズル８０とを備えている。溶接トーチ７０は、中空円筒形状を有する溶接ノズル７１と、溶接ノズル７１の内部に配置され、電源（図示しない）に接続されたコンタクトチップ７２とを含む。コンタクトチップ７２に接触しつつ、溶接ワイヤ７３が溶接ノズル７１の先端側へと連続的に供給される。溶接ワイヤとしては、たとえばＪＩＳ規格ＹＧＷ１２を採用することができる。溶接ノズル７１とコンタクトチップ７２との隙間は、シールドガスの流路となっている。当該流路を流れるシールドガスは、溶接ノズル７１の先端から吐出される。硬質粒子供給ノズル８０は、中空円筒状の形状を有している。硬質粒子供給ノズル８０内には硬質粒子９１が供給され、硬質粒子供給ノズル８０の先端から硬質粒子９１が吐出される。

上記肉盛層形成装置を用いて肉盛層６０を以下の手順で形成することができる。ベース部材５０を一方の電極とし、溶接ワイヤ７３を他方の電極としてベース部材５０と溶接ワイヤ７３との間に電圧を印加すると、溶接ワイヤ７３とベース部材５０との間にアーク７４が形成される。アーク７４は、溶接ノズル７１の先端から矢印βに沿って吐出されるシールドガスによって、周囲の空気から遮断される。シールドガスとしては、たとえば二酸化炭素を採用することができる。アーク７４の熱により、ベース部材５０の一部および溶接ワイヤ７３の先端が溶融する。溶接ワイヤ７３の先端が溶融して形成された液滴は、ベース部材５０の溶融した領域へと移行する。これにより、溶融したベース部材５０と溶接ワイヤ７３とが混ざり合った液体領域である溶融池９２が形成される。溶融池９２には、硬質粒子供給ノズル８０から吐出された硬質粒子９１が供給される。

肉盛溶接装置を構成する溶接トーチ７０および硬質粒子供給ノズル８０がベース部材５０に対して矢印αの向きに相対的に移動すると、溶融池９２が形成される位置が順次移動し、先に形成された溶融池９２は凝固して、肉盛層６０となる。肉盛層６０は、溶融池９２が凝固して形成された母相９５と、母相９５中に分散する硬質粒子９１とを含む。以上の手順により、ベース部材５０の表面の被覆領域５１Ａを覆う肉盛層６０が形成される。肉盛層６０が形成されなかったベース部材５０の表面は、露出領域５１Ｂとなる。図９を参照して、被覆領域５１Ａと露出領域５１Ｂとの境界が肉盛端部５９である。なお、肉盛溶接は、たとえば溶接電流２３０Ａ、溶接電圧１７Ｖ、硬質粒子の供給量１１０ｇ／ｍｉｎ、ビード余盛高さ４ｍｍの条件で実施することができる。溶接ワイヤとしては、ＪＩＳ規格ＹＧＷ１１を採用してもよい。硬質粒子としては、ＷＣ、Ｗ_２Ｃ系の粒子を採用してもよい。

次に、工程（Ｓ３０）として熱間鍛造工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において肉盛層６０が形成されたベース部材５０が熱間鍛造される。図９および図３を参照して、肉盛層６０が形成されたベース部材５０が熱間鍛造可能な温度に加熱された上で、所望のツース２０の形状に対応するキャビティを有する金型内に配置され、鍛造される。この熱間鍛造により、肉盛端部５９を含むベース部材５０の領域が加工される。熱間鍛造により、肉盛端部５９は肉盛端部２９となる。熱間鍛造において肉盛端部５９が加工されることにより、肉盛端部２９において、露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとが同一面を構成するツース２０が得られる。肉盛端部２９において、露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとは、熱間鍛造において用いられる金型の表面の肉盛端部５９を加工する領域に対応する同一面を構成する鍛造面となる。肉盛端部２９において、露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとは、鍛造用の金型の形状に対応する同一面を構成する。肉盛端部２９は、鍛造面に含まれる。

図１０および図５を参照して、肉盛層６０が形成されたベース部材５０が熱間鍛造されることにより、肉盛層６０の形成時において肉盛層６０の表面から突出していた硬質粒子９１は、肉盛層６０の内部へと押し込まれる。その結果、ツース２０では、肉盛層表層領域２７Ｂ内に位置する硬質粒子９１は、肉盛層２７の表面２７Ａに接するように配置される（図５参照）。肉盛層表層領域２７Ｂ内に位置する硬質粒子９１の、肉盛層２７の表面２７Ａから露出する領域に対応する中心角θは鋭角（９０°未満）となる。これにより、ツース２０の使用中における硬質粒子９１の脱落が抑制され、ツース２０の耐摩耗性が向上する。

図１０および図６を参照して、肉盛層６０が形成されたベース部材５０が熱間鍛造されることにより、肉盛層６０の形成時において肉盛層６０とベース部材５０との界面付近に位置していた硬質粒子９１の影響により、ツース２０では、肉盛層２７に突出部９９が形成される。突出部９９には、硬質粒子９１の少なくとも一部が進入した状態となる。上記プロセスにより、表面２７Ａに接するように硬質粒子９１が配置された耐摩耗性に優れた肉盛層２７の表層領域と、肉盛層２７のベース部２５からの剥離を抑制する突出部９９とが同時に形成される。

図７を参照して、次に工程（Ｓ４０）として熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において熱間鍛造されて得られたツース２０に対して、熱処理が実施される。工程（Ｓ４０）において実施される熱処理は、たとえば焼入および焼戻である。これにより、ツース２０のベース部２５に対し、所望の硬度および靱性を付与することができる。以上の手順により、本実施の形態におけるツース２０が完成する。

なお、上記実施の形態の耐摩耗部品の製造方法において、ベース部材に肉盛層を形成するに際して、肉盛層が形成されるべきベース部材の領域に対応するベース部材の表層部を予め除去してから、すなわちベース部材にアンダーカット部を形成してから肉盛層を形成してもよい。これにより、鍛造時における肉盛層の変形量が抑制され、鍛造後の肉盛層にしわが形成される等の不具合を抑制できる。

上記実施の形態において説明した製造方法と同様の手順でツース２０を作製し、肉盛層の構造等を確認するとともに、得られたツース２０の粘土への貫入抵抗を確認する実験を行った（実施例）。比較のため、同様の製造方法において、肉盛層形成工程（工程（Ｓ２０））を省略し、熱処理後に肉盛層を肉盛溶接により形成したツースを作製し、同様の実験を行った（比較例）。実施例および比較例において、熱間鍛造に用いた金型は同一形状を有するものである。実験の詳細は以下の通りである。

図１１は、実施例のツース２０の断面を示す写真である。図１１を参照して、肉盛端部２９において、露出領域２５Ｂと肉盛層２７の表面２７Ａとは同一面を構成する鍛造面となっている。このことから、上記実施の形態における製造方法により、上記実施の形態におけるツース２０が製造可能であることが確認される。肉盛層２７とベース部２５との間に亀裂は見られず、肉盛層の形成後に熱間鍛造を実施したことによる不具合は確認されない。

図１２は、実施例の肉盛層の表面付近を撮影した光学顕微鏡写真である。図１３は、比較例の肉盛層の表面付近を撮影した光学顕微鏡写真である。図１３に示すように、肉盛溶接により形成され、その後鍛造による加工を受けていない比較例の肉盛層では、硬質粒子９１が肉盛層の表面２７Ａから大きく突出している。図１２を参照して、肉盛層の形成後に鍛造による加工を受けた実施例の肉盛層では、表層領域に位置する硬質粒子９１が、肉盛層（母相９５）に埋め込まれた状態で並んで配置されている。硬質粒子９１が肉盛層２７の表面２７Ａに接するように並んでいる。硬質粒子９１の、肉盛層２７の表面２７Ａから露出する領域に対応する中心角θは鋭角（９０°未満）となっている。これは、肉盛層が鍛造により加工される際に、肉盛層の表面２７Ａから突出していた硬質粒子９１が相対的に硬度の低い母相９５内に押し込まれるためであると考えられる。

図１４は、実施例の肉盛層とベース部との界面付近を撮影した光学顕微鏡写真である。図１５は、比較例の肉盛層とベース部との界面付近を撮影した光学顕微鏡写真である。図１５に示すように、肉盛溶接により肉盛層が形成され、その後肉盛層が鍛造による加工を受けていない比較例では、肉盛層（母相９５）とベース部２５との界面は平坦な状態となっている。図１４を参照して、肉盛層の形成後に鍛造による加工を受けた実施例では、肉盛層（母相９５）とベース部２５との界面を含む領域に、肉盛層（母相９５）がベース部２５に向けて突出する突出部９９が形成されている。この突出部９９には、硬質粒子９１の一部が進入している。突出部９９は、肉盛層が鍛造により加工される際に、ベース部材との界面付近に存在していた硬質粒子９１の影響により形成されたものと考えられる。突出部９９の形成に寄与した硬質粒子９１は、当該突出部９９の内部に、少なくともその一部が進入した状態となる。

次に、ツースの貫入抵抗試験について説明する。図１６は、貫入抵抗試験に供した実施例のツースの外観を撮影した写真である。図１７は、貫入抵抗試験に供した比較例のツースの外観を撮影した写真である。図１６に示すように、肉盛層の形成後に鍛造による加工を受けた実施例では、ツースの表面が平坦な状態となっている。図１７に示すように、肉盛溶接により肉盛層が形成され、その後肉盛層が鍛造による加工を受けていない比較例では、ツースの表面において段差を形成するように肉盛層２７が存在している。図１６および図１７に示すツースを、土砂を想定した油粘土に貫入させ、その際の貫入抵抗を測定する実験を行った。貫入時のツースの変位速度は１ｍｍ／ｓｅｃとし、ツースの先端が深さ５０ｍｍの位置に到達するまで、表面が平坦な油粘土中にツースを貫入させた。

図１８は貫入抵抗試験の結果を示す図である。図１８において、実線は実施例、破線は比較例の試験結果に対応する。図１８を参照して、ツースの変位が５０ｍｍに到達した時点における貫入抵抗は、比較例が約０．２５ｋＮであったのに対し、実施例では約０．２１ｋＮとなっている。実施例は比較例に比べて貫入抵抗が約１５％低減されている。このように、本発明の耐摩耗部品である上記実施の形態のツース２０によれば、肉盛層２７の形成に起因したデメリットである貫入抵抗の上昇を抑制できることが確認される。

なお、上記実施の形態においては、本発明の耐摩耗部品の一例として作業機械（油圧ショベル）のバケットのツースについて説明したが、本発明の耐摩耗部品はこれに限られず、たとえば作業機械の履帯式足回りを構成するローラ、ブシュ、リンク、シュー、アイドラ、スプロケット（スプロケットティース）などの部品や、コンクリート破砕用の破砕装置の歯などに適用することができる。上記実施の形態では、バケットのツースとして、小型の油圧ショベル用の中実のツースについて説明したが、バケットのアダプタに被せるように取り付けて使用される中、大型油圧ショベル用のツースにも本発明の耐摩耗部品を適用することができる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の耐摩耗部品およびその製造方法は、肉盛層を有する耐摩耗部品およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。

１ バケット、１０ 本体、１２ 開口外周部、２０ ツース、２１ 先端、２２ 基端、２５ ベース部、２５Ａ 被覆領域、２５Ｂ 露出領域、２７ 肉盛層、２７Ａ 表面、２７Ｂ 肉盛層表層領域、２９ 肉盛端部、３０ 装着部、５０ ベース部材、５１ 側面、５１Ａ 被覆領域、５１Ｂ 露出領域、５２ 一方の端面、５２Ａ 第１面取り部、５３ 他方の端面、５３Ａ 第２面取り部、５９ 肉盛端部、６０ 肉盛層、７０ 溶接トーチ、７１ 溶接ノズル、７２ コンタクトチップ、７３ 溶接ワイヤ、７４ アーク、８０ 硬質粒子供給ノズル、９１ 硬質粒子、９２ 溶融池、９５ 母相、９９ 突出部。

Claims (10)

1. 第１金属からなるベース部と、
   前記ベース部の表面の一部である被覆領域を覆うように前記ベース部に接触して配置される肉盛層と、を備え、
   前記ベース部の表面の、前記被覆領域と前記被覆領域以外の領域である露出領域との境界である肉盛端部において、前記露出領域と前記肉盛層の表面とは同一面を構成する鍛造面となっている、耐摩耗部品。
2. 前記肉盛層は、
   第２金属からなる母相と、
   前記母相中に分散する硬質粒子と、を含む、請求項１に記載の耐摩耗部品。
3. 前記肉盛層の前記表面から前記硬質粒子の平均粒径以内の領域である肉盛層表層領域内に位置する前記硬質粒子は、前記肉盛層に埋め込まれた状態で並んで配置される、請求項２に記載の耐摩耗部品。
4. 前記肉盛層表層領域内に位置する前記硬質粒子は、前記肉盛層の前記表面に接するように配置される、請求項３に記載の耐摩耗部品。
5. 前記肉盛層表層領域内に位置する前記硬質粒子の、前記肉盛層の前記表面から露出する領域に対応する中心角は鋭角である、請求項３に記載の耐摩耗部品。
6. 前記肉盛層は、前記肉盛層と前記ベース部との界面を含む領域において、前記ベース部に向けて突出する突出部を含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の耐摩耗部品。
7. 前記突出部には、前記硬質粒子の少なくとも一部が進入している、請求項６に記載の耐摩耗部品。
8. 第１金属からなるベース部材を準備する工程と、
   前記ベース部材の表面の一部である被覆領域に接触して前記被覆領域を覆うように、肉盛層を形成する工程と、
   前記ベース部材の表面の、前記被覆領域と前記被覆領域以外の領域である露出領域との境界である肉盛端部が加工されるように、前記肉盛層が形成された前記ベース部材を鍛造する工程と、を備える、耐摩耗部品の製造方法。
9. 前記肉盛層が形成された前記ベース部材を鍛造する工程では、前記肉盛層が形成された前記ベース部材が熱間鍛造される、請求項８に記載の耐摩耗部品の製造方法。
10. 前記肉盛層を形成する工程では、第２金属からなる母相と、前記母相中に分散する硬質粒子と、を含む前記肉盛層が形成される、請求項８または９に記載の耐摩耗部品の製造方法。