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JPH01212741A - TiおよびTi合金母材の表面硬化肉盛用添加粉末 - Google Patents

TiおよびTi合金母材の表面硬化肉盛用添加粉末

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Publication number
JPH01212741A
JPH01212741A JP63034757A JP3475788A JPH01212741A JP H01212741 A JPH01212741 A JP H01212741A JP 63034757 A JP63034757 A JP 63034757A JP 3475788 A JP3475788 A JP 3475788A JP H01212741 A JPH01212741 A JP H01212741A
Authority
JP
Japan
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powder
alloy
hard
base materials
additive
Prior art date
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Granted
Application number
JP63034757A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0692602B2 (ja
Inventor
Wataru Takahashi
渉 高橋
Mutsuo Nakanishi
中西 睦夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP63034757A priority Critical patent/JPH0692602B2/ja
Publication of JPH01212741A publication Critical patent/JPH01212741A/ja
Publication of JPH0692602B2 publication Critical patent/JPH0692602B2/ja
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • 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
    • B23K35/32Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B23K35/325Ti as the principal constituent

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、 TiおよびTi合金母材の表面に、耐摩
耗性のすぐれた肉盛硬化層を1割れや気泡などの欠陥発
生なく形成することができる表面硬化肉盛用添加粉末に
関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、純Tiや1代表的組成がTi−5%M−2,5
*8nのα型Ti合金、さらに同じ(Ti−6sAj−
4@vcy)a+β型Ti合金合金同Ti−15%V−
3%A1−3 %8n −3*Crのβ型Ti合金など
の各種のTiおよびTi合金(これらを総称してTiお
よびTi合金母材という)は、耐摩耗性が十分でなく、
このためこれを例えば機械部品などの摺動部材として使
用しようとする場合には。
(a)  特開昭62−56561号公報に記載される
通りの、 TiおよびTi合金母材の表面層を、高エネ
ルギー照射で溶解し、この溶融池に5TiCやWCなど
の金属炭化物粉末や、 TiHなどの金属窒化物粉末、
さらにFe、 81.およびMoなどの金属粉末を混入
させて表面を硬化する方法や。
(b)  特開昭61−231151号公報に記載され
れる通シの、TiおよびTi合金母材の表面に、TiC
2などの金属酸化物粉末、’ric+wcなどの金属炭
化物粉末、さらK TiHなどの金属窒化物粉末。
TiB2などの金属はう化物粉末、およびFe+AIな
どの金属粉末を付着させた後、この粉末付着部に高エネ
ルギービームを照射して、前記TiおよびTi合金母材
と前記付着粉末とを母材表面部で融合一体化させ、もっ
て表面部を硬化する方法。
などの方法が用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記の(a)および(b)方法によるTiおよ
びTi合金母材の表面硬化方法においては、使用される
粉末が金属酸化物粉末、金属炭化物粉末、金属窒化物粉
末、および金属はう化物粉末の場合には。
母材の表面硬さがビッカース硬さ(Hv)で’ro。
〜1000程度に上昇して、非常に硬くなるが、逆に脆
くなって、使用中および硬化処理中に硬化部に割れが生
じ九シ、硬化処理中に気泡が発生したシして健全な硬化
部を形成することができない場合が多く発生し、また、
粉末が金属粉末である場合KFi、、母材表面硬さがE
iv:300〜380程度にしか上昇せず、耐摩耗性改
善の面からは十分でないのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで2本発明者等は、上述のような観点から。
TiおよびTi合金母材の表面に、耐摩耗性にすぐれ。
かつ硬化処理中に割れや気泡などの欠陥の発生がなく、
また使用中にも割れの発生がない硬化層を形成すぺ〈研
究を行なった結果、 TiおよびTi合金母材の表面に
、公知のPTA法およびTIG法。
さらにレーザービーム法および電子ビーム法などを用い
て硬化肉盛層を形成するに際して、添加粉末として、上
記の公知の材質である純Ti、α型Ti合金、α+β型
Ti合金、およびβ型Ti合金に、rR素を0.15〜
3重量%含有させ、かつ粉末化に際しては、アトマイズ
ド法によらずに、望ましくは例えば水素化チタン粉砕法
によって形状を多角形とすると共に1粒度範囲を60〜
250メツシュにIEI!IしてなるTi合金粉末を用
いると、添加粉末の母材へのぬれ性および溶は込み性が
良好となシ。
この結果肉盛処理中に割れや気泡などの欠陥発生がなく
、勿論使用中に割れが発生することもない状態で、 H
v : 380〜600程度の高硬度を有する肉感硬化
層をコスト安く形成することができるようになシ、さら
に前記Ti合金粉末に、TiC。
w2c 、 Cr、02等の金属炭化物粉末およびTi
N等の金属窒化物粉末のうちの1種以上を混合すれば。
−段と肉感硬化層の耐摩耗性が向上するようになるとい
う知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、酸素含有量が0.15〜3重量−にして、60〜2
50メツシュの粒度範囲を有し、かつ形状を多角形とし
たTi合金粉末、およびこのTi合金粉末に、金属炭化
物粉末および金属窒化物粉末のうちの1種以上からなる
硬質粉末を1〜80重量−の割合で混合してなる混合粉
末で構成され72’riおよびTi合金母材の表面硬化
肉盛用添加粉末に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の添加粉末において、1素含有量1粒
度範囲、および硬質粉末の混合割合を上記の通シに限定
した理由を説明する。
Ta)  酸素含有量 酸素には、上記の通)母材へのぬれ性および溶は込み性
を良好ならしめ、かつ硬さを向上せしめ。
もって割れや気泡などの欠陥発生のない、耐摩耗性のす
ぐれた肉盛硬化層を形成する作用があるが。
その含有量が0.15重量−未満では、前記作用に所望
の効果が得られず、硬さもHv:380以下となってし
まい、一方その含有量が3重量−を越えると肉盛硬化層
に割れが発生するようになることから、酸素含有量を0
.15〜3%と定めた。
(b)  粒度範囲 60メツシュを越えた粗粒粉末があると、溶融池で未溶
解となる場合が発生し、母材との融合性が低下して、健
全な肉盛硬化層の形成が困難となる場合が生じ、一方2
50メツシュ未満の細粒粉末があると、添加粉末の流動
性が低下し、粉末供給設備中で目詰まりが生ずるように
なって、溶融池への円滑な粉末供給ができなくなること
から、粒度範囲を60〜250メツシュと定めた。
(C)  硬質粉末の混合割合 その混合割合が1重量%未満では、所望の耐摩耗性向上
効果が得られず、一方その混合割合が80重量慢を越え
ると、肉盛部の切削性が悪化したシ。
Ti合金粉末のもつぬれ性および溶は込み性改善効果が
害なわれるようになって1割れが発生したり。
肉盛部の靭性が劣化するようになることから、その混合
割合を1〜80重量−と定め友。
なお、この発明の添加粉末の形状を多角形としたのは、
PREP法やアトマイズド法などKよシ製造された球状
粉末に比して、溶融池での溶解性および分散均質化性が
良好であると共に、硬質粉末との混合性がよく、均一な
混合粉末を得るのが容易となる理由からである。
また、上記の多角形粉末は、主要工程が、′r1合金合
金→水素化→粉砕→リーチング、乾燥→ふるい分け→水
素化Ti合金粉末→脱水素→粉砕→ふるい分け→Ti合
金粉末からなる水素化チタン粉砕法によって製造するの
が望ましい。
〔実施例〕
つぎに、この発明の添加粉末を実施例により具体的に説
明する。
実施例 いずれも水素化チタン粉砕法によシ多角形とすると共に
、80〜200メツシュの粒度範囲に調整し、かつそれ
ぞれ第1表に示される成分組成のTi合金粉末と、いず
れも粒度範囲が100〜350メツシ二の各種の硬質粉
末とを用意し、これらの粉末を用いて、同じ<81表に
示される混合割合の本発明添加粉末1〜9を1lat、
、ついで、これらの本発明添加粉末1〜9を用いて、直
径: 100閣×高さ=40mの純Ti材、またはTi
−616Ai−&%Vの組成(以上重量1s、以下−は
重量−を示す)をもったTi合金材からなる母材の表面
に、lG1図に概略断面図で示されるプラズマトーチ法
またはPTA法にて。
トーチlの速度: 500 */購。
電流:150A。
電圧:35V。
プラズマArガス−に:3t/飄。
シールドArガスil : l 5 t/masノズル
2からの粉末供給−371: 6 CC/111L。
キャリアーArガス量:2t/wIL。
の条件で肉盛処理を行ない、前記母材の表面に肉盛硬化
層3を形成したつ また。比較の目的で、同じくプラズマトーチ法を用い、
添加粉末として硬質粉末のみを用いる従来法1,2.お
よび添加粉末を用いず、酸素の吹き込みだけを行なう従
来法3.4を実施し、上記の母材表面に硬化層を形成し
た。
ついで、この結果の表面硬化処理を施した母材。
およびこれらの処理を行なう前の母材から直径=10鵡
×長さ:4011mの摩耗試験片を切り出し。
その表面を研磨した状態で摩耗試験に供した。
摩耗試験は、第2図に概略斜視図で示されるように、摩
耗試験片4を、その硬化部5をディスク6の上面に当接
させた状態で立役配置し、前記試験片に荷重をかけなが
らディスクを回転させるピンオンディスク方式にて。
荷重:2kg、      摺動速度: 62.8 w
t 、/a。
摺動圧111:2.5XIO’m。
相手材: HT a o高張力鋼。
潤滑油:なし。
の条件で行ない、試験後の試験片の重量減を測定した。
これらの測定結果を第1表に示した。
なお、第1表には硬化層の硬さ(ビッカース硬さ)を示
すと共に、硬化層の観察結果も示した。
第1表に示されるように、添加粉末をして酸素含有のT
i合金粉末(本発明添加粉末1〜5)を用いて形成した
肉盛硬化層は、純TiおよびTi合金母材との硬さ比較
から明らかなように、表面硬さが著しく上昇し、この結
果すぐれた耐摩耗性を示し。
さらにこれに加えて硬質粉末を混合した本発明添加粉末
5〜9を用いた場合には一段の硬さおよび耐摩耗性向上
が見られ、しかも肉盛硬化層には割れや気泡の発生がな
く、良好な状態を示しているのに対して、従来法1〜4
で形成された硬化層においては、いずれの場合も硬化層
の硬さは上昇するものの1割れや気泡が発生し、実用に
供することができないものであった。
比較例 1 いずれも水素化チタン粉砕法によシ多角形とすると共に
1粒度範囲も本発明範囲内の80〜200メツシュに調
整したが、酸素含有量がこの発明の範囲カラ外しタTi
−6%Al −4% −0,1%02(D組成、 およ
びTi−Ti−696A%−4102の組成をもった2
種の比較添加粉末を用いる以外は、上記実施例における
と同一の条件で、Ti−6%Aj−4%Vの組成を有す
るTi合金母材の表面に肉盛を行なったところ、酸素含
有量が本発明範囲から低い方に外れたO、 1 %の比
較添加粉末を用いた場合には。
肉盛硬化層に酸さ上昇が見られず、母材とほとんど同じ
硬さを示し、また酸素含有量が本発明範囲から高い方に
外れた4−の比較添加粉末を用いた場合には肉盛硬化部
に著しい割れが発生した。
比較例 2 水素化チタン粉砕法により多角形とすると共に。
酸素含有量が本発明範囲内の0.5sであるTi−6q
kA1−4 qb v −o、55O2(D組成を有す
ルカ、80〜250メツシュの粒度範囲に対する260
〜350メツシュの重量比率を15%として粒度範囲を
本発明範囲から外れた80〜350メツシュに調整した
比較添加粉末について、PTA粉末供給装置で供給テス
トを行なったところ、供給量にバラツキが生じ、一定量
の供給は不可能であった。
この場合、JrSZ 2502に則した流動度の測定で
、好ましくは35秒7509以下の流動度を示す粉末が
PTA粉末供給装置でバラツキのない供給が可能であり
、ちなみに上記比較添加粉末の流動度は45〜55秒7
50gであった。
また、上記の250〜350メツシュの粒度範囲のもの
に代って、40〜80メツシュの粒度範囲のものを用い
、これの80〜250メツシュの粒度範囲のものに対す
る比率を20チとして粒度範囲を本発明範囲から外れた
40〜250メツシュに調整した比較添加粉末を用いる
以外は、上記の実施例におけると同一の条件で肉盛を行
なったところ、肉盛硬化層に未溶解粉末が存在するもの
であった。
比較例 3 PREP法によシ形状を球状とする以外は1本発明範囲
内の80〜250メツシュの粒度範囲をもち、かツTi
−6%A! −4チV−0,5%02の組成を有する比
較Ti合金粉末に、60〜250メツシュの粒度範囲を
有するW2C粉末を5〇−配合し。
混合したが、均質な混合粉末とすることができなかった
〔発明の効果〕
上述のように、この発明の添加粉末によれば。
TiおよびTi合金母材の表面に1割れや気泡などの欠
陥発生のない耐摩耗性のすぐれた肉盛硬化層をコスト安
く形成することができ1例えば自動車エンジンバルブフ
ェースや各種摺動軸受部、さらにドリルパイプ切断面や
二ローションシールド面などく適用した場合、すぐれた
耐摩耗性が得られるようになるなど実用上有用な効果が
もたらされるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はプラズマトーチ法を示す概略断面図。 第2図は摩耗試験態様を示す概略斜視図である。 1・・・プラズマトーチ、  2・・・ノズル。 3・・・肉盛硬化層、    4・・・摩耗試験片。 5・・・硬化部、      6・・・ディスク。 出願人  住友金属工業株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素含有量が0.15〜3重量%にして、60〜
    250メッシュの粒度範囲を有し、かつ形状を多角形と
    したTi合金粉末からなるTiおよびTi合金母材の表
    面硬化肉盛用添加粉末。
  2. (2)酸素含有量が0.15〜3重量%にして、60〜
    250メッシュの粒度範囲を有し、かつ形状を多角形と
    したTi合金粉末に、金属炭化物粉末および金属窒化物
    粉末のうちの1種以上からなる硬質粉末を1〜80重量
    %の割合で混合してなるTiおよびTi合金母材の表面
    硬化肉盛用添加粉末。
JP63034757A 1988-02-17 1988-02-17 TiおよびTi合金母材の表面硬化肉盛用添加粉末 Expired - Fee Related JPH0692602B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03230866A (ja) * 1990-02-05 1991-10-14 Sumitomo Metal Ind Ltd チタン合金製機械摺動部品の製造方法および肉盛材料
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JP2006095589A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Teigu:Kk チタン材料の表面硬化方法

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