TWI414632B - An alloy hardened layer containing titanium chrome - Google Patents

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Description

含有鈦鉻的合金硬化層
本發明是有關於一種合金硬化層，特別是指一種用於銲覆技術的含有鈦鉻的合金硬化層。
硬面處理常用於改善材料表面的性質，解決材料因為表面磨損所造成的損壞，其中，又以硬面銲覆技術在硬面處理中占著舉足輕重的地位，原因在於，硬面銲覆技術具有價格低廉、處理彈性大、硬面層較厚、節省貴重金屬材料的用量、提高工件使用壽命、節省製造維修費用等特性，而常用於改善農業工具、礦業機械的零件與水泥工業設備的表面性質。
在眾多的硬質材料中，高碳鉻基合金所形成的表面硬化層，因為具有很高的硬度值，及優越的抗磨耗能力，而被廣泛的使用。
由於前述表面硬化層由體心立方晶(body-centered cabic；BCC)的Fe-Cr固溶相與六方晶(hexagonal closed-packed)的(Cr,Fe)7 C3 碳化物所構成，二者同屬最密堆積的晶體結構，在析出強化的過程中，雖然會如圖1所示，因為析出大量硬且脆的化合物(析出物)，阻擋了差排的運動，而達到強化的目的，參閱圖2，卻又因為缺乏足夠的韌性，造成前述表面硬化層產生大量的裂縫，其裂縫面積約佔整體截面積的18.1±0.5 (%)，而降低表面硬化層的性質。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以有效降低裂縫面積的含有鈦鉻的合金硬化層。
於是，本發明含有鈦鉻的合金硬化層，包含有鈦材料、鉻材料，且以銲覆技術融接在一鋼鐵基材的一表面。
本發明的功效是利用含鈦及鉻的合金填料，大幅減少該合金硬化層的裂縫面積，有效提升該合金硬化層的性質。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖3、圖4，本發明含有鈦鉻的合金硬化層1的一較佳實施例包含有鈦材料、鉻材料，且以銲覆技術融接在一鋼鐵基材2的一表面21。其中，鉻材料可以是純鉻，或碳化鉻，以碳化鉻為例，其碳含量與鉻含量為1：4。而鈦含量的重量百分比界於0.5%~2%。
以下即針對本發明形成該合金硬化層1的一表面強化方法並結合實施例步驟說明如后：步驟1：備置該基材2。該基材2可以是低碳鋼、或中碳鋼。
在本較佳實施例中，是以S45C中碳鋼為基材2，其重量百分比成份為C：0.42-0.45%；Si：0.18%；Mn：0.63%，其餘成份為Fe。該基材2試片規格為105×85×19mm3 。
步驟2：提供一合金填料1’覆置在該基材2的表面21，該合金填料1’包含有鈦材料、鉻材料。其中，鉻材料可以是純鉻，或碳化鉻，以碳化鉻為例，其碳含量與鉻含量為1：4。而鈦含量的重量百分比界於0.5%~2%。
在本較佳實施例中，是以油壓成型機(圖未示)在固定壓力1500 psi(105.39 kg/cm2 )下，形成緻密的一粉末塊材，其尺寸為30×25×3 mm3 與60×25×3 mm3 。
步驟3：以銲覆技術熔融該合金填料1’，使合金填料1’融接於該基材2的表面21，形成前述合金硬化層1。
在本較佳實施例中，是以鎢極惰性氣體遮護電弧銲(GTAW)方法將該合金填料1’銲覆熔融在該基材2的表面21，而形成平整的合金硬化層1。藉此，以鈦材料與Fe-Cr固溶相、(Cr,Fe)7 C3 碳化物相互作用，減緩析出物的析出量，達到降低裂縫的目的。
以非破壞性染色探傷試驗對該合金硬化層1進行裂縫評估，並搭配影像分析法將其裂縫面積做定量分析，可以發現，每一試片中，鈦含量與裂縫面積的關係如下表所示：
依據不同鈦含量之數據結果，及圖5~圖8可以得知，鈦材料的添加可以有效降低該合金硬化層1的裂縫數目， 其中，以鈦含量達到2.0wt%時(如圖8)，降低裂縫的效果最顯著，其裂縫面積約佔整體斷面積的5.4±0.9 (%)，與沒有添加鈦材料的18.1±0.5 (%)相較，有效降低了約30%的裂縫面積。
參閱圖9，再進一步以洛氏硬度(HRC)試驗，對該合金硬化層1進行硬度測試，可以發現，該合金硬化層1的硬度值介於HRC53~63，且隨著鈦含量的提升，會軟化該合金硬化層1，使該合金硬化層1的硬度值降低，惟，與硬度值HRC25的基材2相較，當鈦含量達到2.0wt%時，該合金硬化層的硬度雖然降至HRC53，卻仍然有效提升了約200%的硬度。
參閱圖10~圖13，再進一步由該合金硬化層1的微結構圖可以看出，隨著鈦含量逐漸增加，化合物(析出物)的析出量會逐漸減少，藉此，可以使鈦材料與Fe-Cr固溶相、(Cr,Fe)7 C3 碳化物相互作用，而能在軟化的過程中擴散整合，達到降低裂縫的目的。
據上所述可知，本發明之含有鈦鉻的合金硬化層具有下列優點及功效：本發明可以沿用銲覆技術，使含鈦及鉻的合金硬化層1，在符合硬度需求的情形下，大幅減少裂縫面積，而同樣保有價格低廉、處理彈性大、硬面層較厚、節省貴重金屬材料的用量、提高工件使用壽命、節省製造維修費用等特性，且重要的是，能有效提升該合金硬化層1的性質，使該合金硬化層1更耐磨耗、耐蝕，及耐高溫氧化。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1’...……金屬填料
1..........合金硬化層
2....……基材
21...……表面
圖1是一斷面圖，說明沒有添加鈦材料的一合金硬化層；圖2是一微結構圖，說明前述沒有添加鈦材料的合金硬化層；圖3是一剖視圖，說明本發明一含有鈦鉻的合金硬化層的一較佳實施例；圖4是該較佳實施例銲覆一金屬填料的一銲接示意圖；圖5是一斷面圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到0.5wt%；圖6是一斷面圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到1wt%；圖7是一斷面圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到1.5wt%；圖8是一斷面圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到2wt%；圖9是一圖表，說明該較佳實施例中不同鈦含量的硬度值；圖10是一微結構圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到 0.5wt%；圖11是一微結構圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到1wt%；圖12是一微結構圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到1.5wt%；及圖13是一微結構圖，說明該較佳實施例中鈦含量達到2wt%。
1‧‧‧合金硬化層
2‧‧‧基材

Claims (4)

  1. 一種含有鈦鉻的合金硬化層，至少包含有鈦材料、鉻材料，且以銲覆技術融接在一鋼鐵基材的一表面。
  2. 依據申請專利範圍第l項所述之含有鈦鉻的合金硬化層，其中，該鉻材料可以是純鉻、碳化鉻其中一種。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之含有鈦鉻的合金硬化層，其中，該碳化鉻中的碳含量與鉻含量為1：4。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之含有鈦鉻的合金硬化層，其中，鈦材料含量的重量百分比界於0.5%~2%。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW287125B (zh) * 1995-04-21 1996-10-01 Matericals Res Corp
TW200925310A (en) * 2007-08-13 2009-06-16 Honeywell Int Inc Target designs and related methods for coupled target assemblies, methods of production and uses thereof

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Title
花霈馨, 吳威德, "不同碳化鉻添加量對Fe-Cr-C硬面合金顯微結構及磨耗特性之研究", 國立中興大學材料科學與工程學系, 2008/05/07 *

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