(57)【要約】【課題】耐摩耗性にすぐれる高速度鋼系合金の外周層と、靱性にすぐれる高速度鋼系合金の内周層とを、焼結によって一体化した複合製品を提供する。【解決手段】外周層の高速度鋼系合金は硬度がＨＲＣ６３以上であり、内周層の高速度鋼系合金は、重量％にて、Ｃ：０.５％以上、１.５％未満、Ｓｉ：０.６％以下、Ｍｎ：０.６％以下、Ｃｒ：０.５〜１０.０％、Ｍｏ：０.５〜１５％、Ｗ：０.５〜２０％、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＴａからなる群から選択される少なくとも一種を合計量で０.５〜２０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｃbal（但し、Ｃbal＝Ｃ−Ｃsticとし、Ｃstic＝０.０６Ｃｒ＋０.０６３Ｍｏ＋０.０３３Ｗ＋０.２４Ｖ＋０.２５Ｔｉ＋０.１３Ｎｂ＋０.０６６Ｔａとする）が−１.５以上、−０.５以下の範囲にある。必要に応じて、Ｎｉ：０.５〜３％及び／又はＮ：０.１〜０.５％、Ｃｏ：７〜２０％を含むことができる。【選択図】図１
2008248308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐摩耗性にすぐれる高速度鋼系合金の外周層と、靱性にすぐれる高速度鋼系合金の内周層とを焼結によって一体化した複合製品であって、外周層の高速度鋼系合金は硬度がＨＲＣ６３以上であり、内周層の高速度鋼系合金は、重量％にて、Ｃ：０.５％以上、１.５％未満、Ｓｉ：０.６％以下、Ｍｎ：０.６％以下、Ｃｒ：０.５〜１０.０％、Ｍｏ：０.５〜１５％、Ｗ：０.５〜２０％、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＴａからなる群から選択される少なくとも一種を合計量で０.５〜２０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｃbal（但し、Ｃbal＝Ｃ−Ｃsticとし、Ｃstic＝０.０６Ｃｒ＋０.０６３Ｍｏ＋０.０３３Ｗ＋０.２４Ｖ＋０.２５Ｔｉ＋０.１３Ｎｂ＋０.０６６Ｔａとする）が−１.５以上、−０.５以下の範囲にあることを特徴とする複合製品。
【請求項２】
内周層の高速度鋼系合金は、Ｎｉ：０.５〜３％及びＮ：０.１〜０.５％のうちの少なくとも一種を含んでいる請求項１の複合製品。
【請求項３】
内周層の高速度鋼系合金は、Ｃｏ：７〜２０％を含んでいる請求項１又は請求項２の複合製品。
【請求項４】
内周層の高速度鋼系合金は、硬度がＨＲＣ５０〜６２、シャルピー衝撃強さが３０×１０4Ｊ／ｍ2以上である請求項１乃至３の何れかの複合製品。
【請求項５】
複合製品は、プラスチック成形機のスクリューであって、外周層が硬度ＨＲＣ６３以上の高速度鋼系合金、内周層が請求項１乃至４の何れかの高速度鋼系合金からなり、外周層と内周層とが焼結によって一体化された、プラスチック成形機のスクリュー。
【請求項６】
複合製品は、圧延用複合ロールであって、外周層が硬度ＨＲＣ６３以上の高速度鋼系合金、内周層が請求項１乃至４の何れかの高速度鋼系合金からなり、外周層と内周層とが焼結によって一体化された、圧延用複合ロール。
【請求項７】
複合製品は、塑性加工用金型部品であって、外周層が硬度ＨＲＣ６３以上の高速度鋼系合金、内周層が請求項１乃至４の何れかの高速度鋼系合金からなり、外周層と内周層とが焼結によって一体化された、塑性加工用金型部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性にすぐれる高速度鋼系合金の外周層と、靱性にすぐれる高速度鋼系合金の内周層とを、焼結によって一体化した複合製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の熱間圧延又は冷間圧延用ロール、塑性加工の金型及び部品、プラスチック成形機のスクリュー等は、耐摩耗性、耐肌荒れ性が要求されると共に、耐事故性が要求される。これら用途の材料として、これまで、ＪＩＳに規定された合金工具鋼や高速度鋼が用いられていたが、近年では、高速度鋼系合金の組成を有する合金が使用されている。
【０００３】
この種用途に用いられる高速度鋼系合金として、重量％にて、Ｃ：１.７〜３.５％、Ｓｉ：０.６％以下、Ｍｎ：０.６％以下、Ｃｒ：３〜８％、Ｍｏ：３〜９％、Ｗ：５〜１４％、Ｃｏ：７〜１４％、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂからなる群から選択される少なくとも一種を合計量で８％以下、Ｂ：２％以下及び／又はＮｉ：３％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるものがある（特許文献１）
また、重量％にて、Ｃ ：１.５〜３.５％、 Ｓｉ：０.６％以下、Ｍｎ：０.６％以下、 Ｃｒ：０.５〜２５％、２Ｍｏ＋Ｗ：１.５〜４５％、 Ｎｉ：３.０％以下、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａの内の１種以上：総計で０.５〜１２.０％、Ｎ ：０.０５〜０.５％及び残部実質的にＦｅからなるものがある（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特許第２７９６８９５号公報
【特許文献２】特開平７−１６６３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら特許文献に示された合金は、所定の焼入れ及び焼戻しの調質熱処理を施すことにより、マルテンサイト又はベイナイト相の硬質基地に微細な炭化物粒子が分散した組織を有し、高い硬度(例えばＨＲＣ６５以上)が得られるため、すぐれた耐摩耗性を発揮することができる。しかし、硬度が高くなるほど靱性は低くなる傾向があるため、大きな応力がかかる苛酷な使用環境では靱性が不足し、耐事故性の点では必ずしも十分とは言えなかった。
そこで、靱性にすぐれる合金(例えば、ＳＣＭ材、ＳＣ材、ステンレス鋼等)を内周層材、耐摩耗性にすぐれる合金を外周層材として使用し、これら２種類の合金を複合化するものがある。しかし、外周層を焼結によって内周層と複合化する場合、例えば内周層にＳＣＭ材、外周層に高速度鋼系合金を用いると、代表的なＳＣＭ材の熱膨張係数が１４.２×１０-6／℃（２０〜６００℃）、代表的な高速度鋼系合金の熱膨張係数が１０.８×１０-6／℃（２０〜６００℃）であるから、外周層と内周層の合金の熱膨張率の差が大きく、焼結工程冷却時の収縮率が異なるため、大きな残留応力が発生して割れが生じ易いという問題がある。
このため、外周層と内周層を焼結によって複合化する場合、内周層に用いる材料の成分は、外周層の高速度鋼系合金の成分に近似したものを用いる必要があるが、これまでの高速度鋼系合金では靱性が不十分であるため、高速度鋼系合金どうしの組合せは考えられなかった。
【０００６】
本発明の目的は、耐摩耗性にすぐれる高速度鋼系合金の外周層と、靱性にすぐれる高速度鋼系合金の内周層とを焼結によって一体化した複合製品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、硬度と靱性が相反する性質であることに着目し、内周層に用いる高速度鋼系合金について、合金基地(マトリックス)中のＣ量、及びＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａからなる炭化物生成元素の量を制御することにより、熱処理時のオーステナイトからマルテンサイト変態量を、最低限の耐摩耗性を確保できる程度に、少なく抑えて合金の高硬度化を抑制することにより、所定の靱性を得られるようにした。
また、内周層のマルテンサイト変態量を少なく抑えることにより、複合製品製作の焼結及び熱処理工程において、内周層の変態応力に起因する両層境界部での割れ発生を防止できることを見出した。
【０００８】
本発明の複合製品は、耐摩耗性にすぐれる高速度鋼系合金の外周層と、靱性にすぐれる高速度鋼系合金の内周層を焼結によって一体化したもので、外周層の高速度鋼系合金の硬度はＨＲＣ６３以上であり、内周層の高速度鋼系合金は、重量％にて、Ｃ：０.５％以上、１.５％未満、Ｓｉ：０.６％以下、Ｍｎ：０.６％以下、Ｃｒ：０.５〜１０.０％、Ｍｏ：０.５〜１５％、Ｗ：０.５〜２０％、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＴａからなる群から選択される少なくとも一種を合計量で０.５〜２０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｃbalが−１.５以上、−０.５以下の範囲、好ましくは−１.０以上、−０.５以下の範囲にあることを特徴とするものである。ここで、Ｃbal＝Ｃ−Ｃsticであり、Ｃstic＝０.０６Ｃｒ＋０.０６３Ｍｏ＋０.０３３Ｗ＋０.２４Ｖ＋０.２５Ｔｉ＋０.１３Ｎｂ＋０.０６６Ｔａであって、Ｃsticは、炭化物の形成に必要なＣの量を表し、Ｃbalはマトリックスに残るＣの量を表している。
前記内周層の高速度鋼系合金は、必要に応じて、Ｎｉ：０.５〜３％及び／又はＮ：０.１〜０.５％を含むことができるし、また、Ｃｏ：７〜２０％を含むこともできる。
【０００９】
外周層は、ＨＲＣ６３以上の硬度を得られる高速度鋼系合金であれば特定の合金に限定されるものではない。
外周層合金として、例えば、重量％にて、Ｃ：１.５〜３.５％、Ｓｉ：０.６％以下、Ｍｎ：０.６％以下、Ｃｒ：０.５〜２５％、Ｍｏ：０.５〜１０％、Ｗ：０.５〜２０％、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＴａからなる群から選択される少なくとも一種を合計量で０.５〜１５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる合金が挙げられる。なお、この合金は、所望により、Ｃｏ：５〜２０％、Ｂ：２％以下、Ｎｉ：３％以下、Ｎ：０.０５〜０.５％の少なくとも一種を含むことができる。
【００１０】
内周層と外周層とは、ＨＩＰ等の焼結によって一体化される。
外周層と焼結する前に、内周層は予め丸棒状に形成されるが、焼結(ＨＩＰ等)に限らず、鋳造又は熱間押出等により形成することもできる。
内周層と外周層の一体化は、内周層の周囲に所定空間を存して包囲するカプセル(例えば炭素鋼製)を準備し、カプセル内の前記空間に外周層の合金粉末(例えば、粒径５００μｍ以下)を充填し、脱気密封した後、ＨＩＰ処理によって行なうことができる。ＨＩＰ処理は、好適には、温度約９００〜１２００℃、加圧力約５００〜１５００気圧、処理時間約２〜４時間の条件で行なうことができる。これにより、外周層と内周層が境界面で強固に一体化した焼結複合品が得られる。
【００１１】
焼結複合品は、必要に応じて、所定形状に機械加工が施される。
機械加工の後、所定の熱処理を施すことにより、外周層に高耐摩耗性、内周層に高靱性が付与された複合製品が形成される。
なお、この明細書で用いる「複合製品」という語は、内周層と外周層を有する中空状又は中実状のあらゆる形状の製品を意味するものとする。
【００１２】
熱処理は、約１１００〜１２００℃の温度で加熱した後、強制空冷による焼入れ又は不活性ガス(窒素ガス等)を冷媒とする焼入れを行ない、次に、焼戻しを約５００〜６００℃の温度で２〜４回繰り返す。外周層と内周層は、同じ材料系の高速度鋼系合金であるから、外周層と内周層を同じ条件で熱処理を行なうことができる。この熱処理を施すことにより、外周層の硬度がＨＲＣ６３以上、内周層のシャルピー衝撃強さが３０×１０4Ｊ／ｍ2以上の特性を得ることができる。
なお、複合製品が、内周層に耐摩耗性が必要とされる中空状製品の場合は、内周層の硬度はＨＲＣ５０〜６２であることが好ましく、ＨＲＣ５０〜６０であることがより好ましく、ＨＲＣ５５〜６０であることがさらに好ましい。
【００１３】
本発明の複合製品の内周層に用いられる高速度鋼系合金の成分限定理由及びＣbalの意義について、以下に説明する。
【００１４】
Ｃ：０.５％以上、１.５％未満
Ｃは、炭化物形成元素であり、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等と結合して、ＭＣ型、Ｍ2Ｃ型、Ｍ6Ｃ型の硬質炭化物を形成し、合金の耐摩耗性を高める。このため、少なくとも０.５％以上含有させる。しかし、Ｃを多量に含有すると、靱性が悪化し、欠け割れが発生し易くなる。従って、上限を１.５％未満とする。
【００１５】
Ｓｉ：０.６％以下
Ｓｉは脱酸作用を有する。しかし、多量に含有すると材料を脆化させるため、上限は０.６％とする。
【００１６】
Ｍｎ：０.６％以下
Ｍｎは脱酸作用を有する。しかし、多量に含有すると材料を脆化させるため、上限は０.６％とする。
【００１７】
Ｃｒ：０.５〜１０.０％
Ｃｒは、Ｍ6Ｃ型の炭化物を生成し、耐摩耗性を向上させるので少なくとも０.５％以上含有させる。しかし、あまりに多く含有すると炭化物量が過多となるため、上限は１０.０％に規定する。好ましくは４〜７％である。
【００１８】
Ｍｏ：０.５〜１５％
Ｍｏは、Ｍ2Ｃ型炭化物を生成し、耐摩耗性を向上させるので少なくとも０.５％以上含有させる。しかし、あまりに多く含有すると炭化物量が過多となるため、上限は１５％に規定する。好ましくは１〜１０％であり、さらに好ましくは１.５〜５％である。
【００１９】
Ｗ：０.５〜２０％
Ｗは、Ｍ2Ｃ型炭化物を生成し、耐摩耗性を向上させるので少なくとも０.５％以上含有させる。しかし、あまりに多く含有すると炭化物量が過多となるため、上限は２０％に規定する。好ましくは３〜６％である。
【００２０】
Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａのうちの少なくとも一種：合計量で０.５〜２０％
Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａは、ＭＣ型炭化物を生成し、耐摩耗性には、ＭＣ型炭化物が顕著な効果を奏するので、これら元素の少なくとも一種を合計量で０.５％以上含有させる。しかし、あまりに多く含有すると炭化物量が過多となるため、上限は合計量で２０％に規定する。好ましくは０.５〜６％である。
【００２１】
Ｃbal：−１.５以上、−０.５以下
前述したように、本発明の複合製品の内周層用高速度鋼系焼結合金は、合金基地(マトリックス)中のＣ量を制御することにより、熱処理時のマルテンサイト変態量を抑制するものである。
Ｃは、一般的に、炭化物形成に１００％使用されるわけではなく、マトリックスに分散して残存する。マトリックスに残ったＣは、熱処理時にオーステナイトから硬質のマルテンサイトへの変態を促し、合金の高硬度化をすすめ、その一方で靱性を低下させる。
そこで、合金設計上のＣ量と、他の元素と炭化物を形成する理論上のＣ量(Ｃstic)との差から、マトリックスに残る理論上のＣ量(Ｃbal)を算出し、Ｃbalを−１.５以上、−０.５以下の範囲に規定した。Ｃbal値が−(マイナス)を示しているが、これは理論上の値であり、Ｃbalが計算上この範囲にあっても、実際の合金においてはマトリックス中にＣが残存する。
Ｃbalが−１.５より小さいとマルテンサイト化が少なくなり、合金に必要な硬度が得られない。一方、Ｃbalが−０.５より大きいとマルテンサイト化が進みすぎて硬度が高くなり、本発明の目的にあった靱性を得ることができない。
なお、Ｃsticは、炭化物形成元素の種類に応じて次式で与えられる。
Ｃstic＝０.０６Ｃｒ＋０.０６３Ｍｏ＋０.０３３Ｗ＋０.２４Ｖ＋０.２５Ｔｉ＋０.１３Ｎｂ＋０.０６６Ｔａ
本発明の複合製品の内周層を構成する高速度鋼系焼結合金は、Ｃbalが−１.５以上、−０.５以下の範囲となるように、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａの量を調整することにより、熱処理での焼入れ性能を低下させるようにした。これにより、一般的な高速度鋼と同じ条件の熱処理を施しても、得られる硬度は比較的低い範囲(ＨＲＣ５０〜６２)であり、高い靱性を得ることができる。
【００２２】
本発明の複合製品の内周層用高速度鋼系合金は、上記成分を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるが、所望により、Ｎｉ、Ｎ及びＣｏをさらに含有させることもできる。
【００２３】
Ｎｉ：０.５〜３％
Ｎｉはオーステナイト相安定化元素であり、残留オーステナイト量の増加により靱性の向上に寄与する。また、耐食性を改善する元素でもある。このため、少なくとも０.５％以上含有させることが好ましい。一方、含有量が３％を越えると焼入れ性を著しく低下させるため、上限は３％に規定する。
【００２４】
Ｎ：０.１〜０.５％
Ｎは、Ｎｉと同様、オーステナイト相安定化元素であり、残留オーステナイト量の増加により靱性の向上に寄与すると共に耐食性を改善する。このため、少なくとも０.１％以上含有させることが好ましい。一方、含有量が０.５％を越えると焼入れ性を著しく低下を招くため、上限は０.５％に規定する。
なお、ＮはＮｉの約５倍の含有効果を有する。このため、ＮとＮｉを両方含有する場合は、Ｎｉ＋５Ｎを、０.５〜３％の範囲で含有することが好ましい。
【００２５】
Ｃｏ：７〜２０％
Ｃｏはマトリックスに固溶してマトリックスを強化し、高温における耐力を著しく向上させる。このため、高温に曝される部材の材料にはＣｏを少なくとも７％以上含有させることが好ましく、８％以上含有させることがより好ましい。一方、あまりに多く含有すると靱性の低下を招く。このため、上限は２０％とするが、１２％以下がより好ましい。
【実施例１】
【００２６】
次に本発明の具体的実施例を掲げて説明する。
＜内周層の高速度鋼系合金の特性＞
表１に示す合金成分(重量％)の高速度鋼系合金粉末(粒径約３００μｍ以下)を原料粉末として使用し、ＨＩＰ処理を施して丸棒状の焼結合金(外径５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ)を得た。ＨＩＰ処理条件は、温度：１１５０℃、加圧力：１０００気圧、保持時間：３時間である。但し、No.１０４は、鋳造により調製した合金である。
次にこれら合金に焼入れ焼戻し熱処理を施して供試材を作製した。焼入れは、真空焼入れ炉にて１２００℃に１時間保持後、常温常圧の窒素ガスを導入し、ガス冷却することにより行なった。焼戻しは、５４０℃に５時間保持した後放冷するヒートパターンを３回繰り返した。
【００２７】
各供試材について、硬度測定、摩耗試験及びシャルピー衝撃試験を行なった。
硬度はロックウエル硬度計のＣスケールで測定した。
摩耗試験は、大越式摩耗試験機を使用し、比摩耗量(１０-14ｍｍ2／Ｎ)を測定した。試験条件は、回転輪材質：ＳＵＪ２(ＨＲＣ６０)、摩耗速度：３.３８ｍ／ｓ、摩耗距離：４００ｍ、最終荷重６０Ｎにて行なった。
シャルピー衝撃試験は、５ｍｍ×５ｍｍ×５５ｍｍ、ノッチ無しの試験片を用い、常温で実施した。吸収エネルギー(Ｊ)を断面積(ｍ2)で除した値(Ｊ／ｍ2)を比較した。
試験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2008248308.tif 000003
【００２９】
表１を参照すると、No.１〜No.１９は本発明の複合製品の内周層を構成する高速度鋼系合金の実施例であり、No.１０１〜No.１０９は比較例である。
発明例No.１〜No.１９は、比較例(No.１０３とNo.１０９を除く)と比べて、靱性(シャルピー衝撃値)にすぐれることがわかる。
比較例中、No.１０１及びNo.１０２は、Ｃの含有量が多く、靱性に劣る結果を示している。No.１０４〜No.１０８は、Ｃbalの値が大きく、熱処理時のマルテンサイト変態量が多すぎて、高硬度化を十分に抑えることができず、靱性を向上させることができなかったためと考えられる。
なお、No.１０３及びNo.１０９は、靱性にすぐれるが、硬度が不足し、耐摩耗性が著しく劣る。No.１０３は、Ｎｉの含有量が多すぎるため、オーステナイトが安定化して残留オーステナイト量が増加し、高硬度化がさらに抑えられたためと考えられる。また、No.１０９は、Ｃbalの値が小さく、マトリックスに残存するＣが少なすぎるため、十分な硬度が得られなかったものと考えられる。
【実施例２】
【００３０】
＜複合製品の製作＞
発明例及び比較例の複合製品を構成する外周層と内周層の合金成分を表２に示す。比較例１の内周層は、Ｃbalの値が本発明の範囲よりも大きい例である。比較例２の内周層はNo.１０１(表１参照)の合金であり、Ｃの含有量が本発明の範囲よりも多い例である。比較例３の内周層はNo.１０４(表１参照)の合金(ＳＫＨ５１相当材)でＣbalの値が本発明の範囲よりも大きい例である。比較例４の内周層は、ＳＫＤ１１相当材で、Ｃ、Ｃｒ、Ｖの含有量が本発明の範囲から逸脱し、Ｃbalの値が本発明の範囲よりも大きい。
まず、内周層の高速度系合金の粉末(粒径約３００μｍ以下)を、実施例１と同じ条件でＨＩＰ処理を施して丸棒状の焼結合金(外径５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ)を得た。なお、比較例３と比較例４の内周層は鋳造合金(外径５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ)である。
次に、得られた丸棒状の焼結合金又は鋳造合金を芯金として使用し、その周囲に所定空間を存して包囲する炭素鋼カプセルを準備し、カプセル内の前記空間に外周層の合金粉末(粒径約３００μｍ以下)を充填し、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施して、内周層と外周層を有する焼結複合品(内周層外径５０ｍｍ、外周層外径１２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ)を作製した。ＨＩＰ処理は、温度１１５０℃、加圧力１０００気圧、保持時間３時間の条件で行なった。
【００３１】
焼結複合品に焼入れ及び焼戻し熱処理を施した。焼入れは、真空焼入れ炉にて１２００℃に１時間保持後、常温常圧の窒素ガスを導入し、ガス冷却することにより行なった。焼戻しは、５４０℃に５時間保持した後放冷するヒートパターンを３回繰り返した。
【００３２】
熱処理後、焼結複合品を切断し、接合状態を検査すると共に、外周層及び内周層からワイヤーカットにより夫々の試験片を切り出し、硬度測定、摩耗試験及びシャルピー衝撃試験を行なった。測定及び試験の条件及び要領は実施例１と同じである。
硬度測定、摩耗試験及び衝撃試験の結果を表２に示している。
【００３３】
【表２】
2008248308.tif 000004
【００３４】
全ての発明例は、外周層と内周層の境界部に割れ(クラック)は認められず、接合状態は良好であった。また、使用した合金の特性に基づいて、外周層は高硬度及び高耐摩耗性を有し、内周層は高硬度化が抑えられて、高い靱性を有することを示している。
【００３５】
比較例１及び比較例３は、外周層と内周層の境界部に割れが認められた。これら比較例の内周層は、Ｃbalの値が本発明の規定よりも大きいため、内周層は、熱処理時のマルテンサイト変態による膨張量が多く、ＨＩＰ焼結又は熱処理の冷却時のマルテンサイト変態応力が大きくなり、割れが発生したものと考えられる。また、内周層は、高硬度化のために靱性に劣ることを示している。
【００３６】
比較例４も、外周層と内周層の境界部に割れが認められた。比較例４の内周層は、Ｃbalの値が本発明の範囲から外れているが、硬度はＨＲＣ６１.０であり、あまり高くはないのでマルテンサイト変態応力はあまり大きくなかったと考えられる。しかし、炭化物生成元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖの含有量が外周層の含有量とはかなり異なっているため、外周層と内周層との熱膨張率の差によって生じた残留応力も複合的に作用して割れに至ったものと考えられる。
【００３７】
比較例２は、外周層と内周層の境界部に割れの発生は認められなかった。比較例２の内周層はＣbalの値が本発明の範囲内にあり、内周層のマルテンサイト変態による変態応力の発生は小さく抑えられたためと考えられる。しかし、Ｃを多量に含有したことにより、靱性が劣るため、内周層側に大きな応力がかかる苛酷な環境で使用される場合には靱性が不足する可能性がある。
【実施例３】
【００３８】
次に、具体的な複合製品の製作例を挙げる。なお、以下に記載する複合製品は単なる例示であって、本発明の複合製品をこれらの例に限定することを企図するものではない。
【００３９】
＜プラスチック成形機のスクリュー＞
カプセルの中に発明例１の内周層と同じ成分の粉末を入れ、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施すことにより、外径３０ｍｍ、長さ６０ｍｍの丸棒を作る。この丸棒周囲に所定空間を存して包囲するカプセルを準備し、カプセル内の前記空間に、発明例１の外周層の合金粉末を充填し、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施して、内周層外径(外周層内径)３０ｍｍ、外周層外径６５ｍｍ、長さ６０ｍｍのスクリュー用素材を作る。
次に、内周層にインボリュート加工、キー加工を施して軸孔を形成すると共に、外周層に螺旋状加工を施して羽根を形成することにより、プラスチック成形機のスクリューが作製される。図１はプラスチック成形機のスクリューの斜視図であり、(1)は内周層、(2)は外周層である。得られたスクリューは、内径２０ｍｍ、内周層(1)の外径(外周層内径)３０ｍｍ、外周層(2)の最大外径６０ｍｍ、軸方向長さ５０ｍｍである。
【００４０】
＜圧延用ロール＞
カプセルの中に発明例６の内周層と同じ成分の粉末を入れ、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施すことにより、外径３００ｍｍ、長さ４５０ｍｍの棒状体を作る。この棒状体周囲に所定空間を存して包囲するカプセルを準備し、カプセル内の前記空間に、発明例６の外周層の合金粉末を充填し、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施して、内周層外径(外周層内径)３００ｍｍ、外周層外径４２０ｍｍ、長さ４５０ｍｍのロール用素材を作る。
次に、内周層に軸孔加工、外周層に仕上げ加工を施して、複合スリーブ圧延ロールが作製される。図２は、圧延ロールの断面図であり、(1)は内周層、(2)は外周層である。得られた圧延用ロールは、内径２００ｍｍ、内周層(1)の外径(外周層(2)内径)３００ｍｍ、外周層(2)の外径４００ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍである。
【００４１】
＜プレス機械用パンチ＞
カプセルの中に発明例７の内周層と同じ成分の粉末を入れ、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施すことにより、上側が小径、下側が大径の段付棒状体を作る。得られた段付棒状体は、小径部の外径が８０ｍｍ、大径部の外径が１００ｍｍ、長さ２００ｍｍである。内径が１００ｍｍより僅かに大きいカプセルの中にこの棒状体を入れ、小径部とカプセル内の空間に、発明例７の外周層の合金粉末を充填し、脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施して、パンチ用素材を作る。
次に、内周層に軸孔加工、外周層に仕上げ加工を施して、プレス機械用パンチが作製される。図３は、プレス機械用パンチの断面図であり、(1)は内周層、(2)は外周層である。得られたパンチは、内径５０ｍｍ、内周層(1)のの小径部外径(外周層(2)内径)８０ｍｍ、外周層(2)外径９０ｍｍ、軸方向長さ１８０ｍｍである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
上記の如く、本発明の複合製品は、外周層は高硬度で耐摩耗性にすぐれ、内周層は靱性にすぐれている。
従って、外周層に耐摩耗性、内周層に靱性が要求される鋼材の熱間圧延又は冷間圧延用ロール、塑性加工用金型及び部品、プラスチック成形機のスクリュー等の製品として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の複合製品の一実施例であるプラスチック成形機のスクリューの斜視図である。
【図２】本発明の複合製品の一実施例である圧延用ロールの断面図である。
【図３】本発明の複合製品の一実施例であるプレス機械用パンチの断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
(1)  内周層
(2)  外周層
【図１】
2008248308.tif 000005
【図２】
2008248308.tif 000006
【図３】
2008248308.tif 000007