(57)【要約】【課題】  高い耐摩耗性を有する耐摩耗性部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  母材上に、該母材よりも硬い硬化層が形成されている耐摩耗性部材において、硬化層として、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系のマトリックス合金が６０質量％〜２０質量％であり、そのマトリックス合金に平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子が４０質量％〜８０質量％分散されているものを用いる。このようにすると、硬化層中に、耐摩耗性を十分に発揮することができる大きさを有する超硬合金粒子が、十分量分散されていることになるので、高い耐摩耗性が得られる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上に、該母材よりも硬い硬化層が形成されている耐摩耗性部材であって、
該硬化層は、マトリックス合金が６０質量％〜２０質量％であり、該マトリックス合金に平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子が４０質量％〜８０質量％分散されていることを特徴とする耐摩耗性部材。
【請求項２】
母材上に、該母材よりも硬い硬化層が形成されている耐摩耗性部材の製造方法であって、
粒径が２．０ｍｍよりも大きい超硬合金塊を粉砕して平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子を得る粉砕工程と、
該粉砕工程で得た超硬合金粒子とマトリックス合金粉末とを混合して、平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子を４０質量％〜８０質量％含む肉盛粉末を得る混合工程と、
該混合工程で得た肉盛粉末を母材上に肉盛溶接することにより、前記硬化層を形成する肉盛工程と
を含むことを特徴とする耐摩耗性部材の製造方法。
【請求項３】
前記超硬合金塊として、使用済みの超硬工具を用いることを特徴とする請求項２の耐摩耗性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の産業機械の摩耗箇所に用いられる耐摩耗性部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼やセメントを搬送するコンベアのレール、シュートライナなど、耐摩耗性が要求される部材には、母材上に硬化層を肉盛りした耐摩耗性部材が使用される。
【０００３】
上記硬化層には、クロム炭化物を析出させたものが知られている。また、さらに耐摩耗性を高めるために、炭化タングステン粉末を硬化層に分散させることが考えられている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−１７２４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、炭化タングステンの粉末は、平均粒径Ｄ５０が１μ以下と、非常に微細な粉末であるので、炭化タングステンのビッカース硬さ（Ｈｖ）が１５００であるにも拘わらず、炭化タングステン粉末を分散させた硬化層の硬度は１０００Ｈｖ程度と、十分な硬度が得られず、その結果、耐摩耗性も不十分であった。なお、平均粒径Ｄ５０とは、全粒子質量に対する累積質量が５０％となる粒子径をいう。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、高い耐摩耗性を有する耐摩耗性部材およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するための第１発明は、母材上に、その母材よりも硬い硬化層が形成されている耐摩耗性部材であって、その硬化層は、マトリックス合金が６０質量％〜２０質量％であり、そのマトリックス合金に平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子が４０質量％〜８０質量％分散されていることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、母材上に、その母材よりも硬い硬化層が形成されている耐摩耗性部材の製造方法であって、(a)粒径が２．０ｍｍよりも大きい超硬合金塊を粉砕して平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子を得る粉砕工程と、(b)その粉砕工程で得た超硬合金粒子とマトリックス合金粉末とを混合して、平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子を４０質量％〜８０質量％含む肉盛粉末を得る混合工程と、(c)その混合工程で得た肉盛粉末を母材上に肉盛溶接することにより、前記硬化層を形成する肉盛工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第２発明において、前記超硬合金塊として使用済みの超硬工具を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記第１発明よれば、硬化層中に、耐摩耗性を十分に発揮することができる大きさを有する超硬合金粒子が、十分量分散されているので、高い耐摩耗性が得られる。
【００１０】
第２発明の製造方法により製造される耐摩耗性部材は、耐摩耗性を十分に発揮することができる大きさを有する超硬合金粒子が、十分量分散されている硬化層を有するので、高い耐摩耗性が得られる。また、第３発明によれば、使用済みの超硬工具を粉砕して超硬合金粒子を得るので、低コストで耐摩耗性部材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の耐摩耗性部材の製造方法を示す工程図である。まず、粉砕工程Ｐ１において、粒径が２．０ｍｍよりも大きい超硬合金塊を粉砕して、平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの超硬合金粒子を調製する。上記超硬合金塊は、第３発明のように、コストの面から、使用済み超硬工具を用いることが好ましいが、この超硬合金粒子を製造するために特別に製造してもよい。また、超硬合金塊の大きさは、粉砕して平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍの粒子を製造できるほどに十分に大きければよいので、特に上限はない。
【００１２】
超硬合金としては、ＷＣ−Ｃｏ系が好適に用いられるが、それには限定されず、ＷＣが主体となっていれば、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏなど、種々の合金を用いることもできる。
【００１３】
粉砕には、ボールミルなどの機械的な粉砕装置を使用する。粉砕の程度は、平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍとなるように粉砕することが好ましいが、粉砕後に細粉（たとえば４５μｍ以下のもの）や粗粉（たとえば２０００μｍまたは１０００μｍ以上のもの）をふるいにより除去することにより、平均粒径Ｄ５０が６０μｍ〜８００μｍとなるようにしてもよい。
【００１４】
超硬合金粒子の平均粒子径Ｄ５０を上記の範囲とするのは、粒径が小さすぎると耐摩耗性が十分に発揮できず、反面、粒径が大きすぎると、マトリックスに対する分散性が悪化し、また、硬化層の厚さに対して超硬合金粒子が大きくなりすぎると剥離しやすくなるからである。なお、硬化層の厚さとの関係では、超硬合金粒子は硬化層の厚さの１／３以下であることが好ましい。
【００１５】
続く混合工程Ｐ２では、上記粉砕工程Ｐ１で得た超硬合金粒子と、硬化層のマトリックス成分となるマトリックス合金粉末とを、所定の割合で混合して、肉盛粉末とする。混合割合は、マトリックス合金粉末が６０質量％〜２０質量％含まれ、超硬合金粒子が４０質量％〜８０質量％含まれるようにする。このような混合割合とするのは、肉盛粉末中の超硬合金粒子が８０質量％以上では、その肉盛粉末から成型される硬化層に割れや剥離が生じやすく、超硬合金粒子が４０質量％以下となると、耐摩耗性を受け持つ超硬合金粒子の割合が少なくなりすぎて、十分な耐摩耗性が得られなくなるからである。
【００１６】
上記マトリックス合金としては、耐摩耗性材料としてよく知られているＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系の合金や、Ｎｉ基自溶性合金などを用いることができる。
【００１７】
続く肉盛工程Ｐ３では、母材上に、上記混合工程Ｐ２で得た肉盛粉末を肉盛溶接する。そして、続く冷却工程Ｐ４では、肉盛溶接後の部材を冷却する。
【００１８】
上記母材としては、炭素鋼、ステンレス鋼などの鉄系基材を用いることができるが、アルミニウムやアルミニウム合金などの軽合金であってもよい。また、母材の形状は、板状（プレート状）、管状など、種々の形状を用いることができ、板状とする場合には、平板状としてもよいし、幅方向に湾曲した形状としてもよい。管状とする場合には、直管状であっても良いし、折れ曲がり部が形成されている形状であってもよい。
【００１９】
肉盛り方法は、ガス溶接、アーク溶接、エレクトロスラグ溶接、プラズマアーク溶接、溶射など、特に制限無く種々の方法を用いることができる。また、上記肉盛粉末を母材上に載置して粉末層を形成し、加熱炉内にてその肉盛粉末を母材表面に溶着させることにより肉盛りする方法を用いることもできる。また、母材と硬化層との密着性を高めるために、肉盛前に、母材表面を粗面処理をしてもよい。
【００２０】
図２は、図１の肉盛工程Ｐ３および冷却工程Ｐ４に用いることのできる製造装置１０の概略構成を示す図である。この製造装置１０は、耐摩耗性部材としての耐摩耗性プレート１２を連続的に製造できる装置の例である。この製造装置１０は、ローラコンベア１４を備えており、そのローラコンベア１４の上流側から、ホッパ１６、厚み調整板１８、予熱機２０、加熱炉２２、保温機２４が順に設けられている。
【００２１】
ホッパ１６には、予め調製された肉盛粉末２６が投入され、ローラコンベア１４上を母材２８が一定の速度で移動させられることにより、ホッパ１６内の肉盛粉末２６が母材２８上に順次供給される。母材２８上に供給された肉盛粉末２６の厚みは、厚み調整板１８を通過させられることにより一様とされる。
【００２２】
そして、一様の厚みで肉盛粉末２６が載置された母材２８は、予熱機２０を経て加熱炉２２内に搬送される。上記予熱機２０は、加熱炉２２の前での急激な温度変化を緩和するためのものであり、比較的低温で加熱するように設定されている。
【００２３】
加熱炉２２は、肉盛粉末２６に含まれるマトリックス合金粉末が溶融可能な温度（たとえば１１００度程度）とされており、加熱炉２２に、肉盛粉末２６が載置された母材２８が搬送されると、マトリックス合金粉末が溶融して、これにより、マトリックス合金粉末が互いに結合して、マトリックス合金粉末間に分散させられた超硬合金粒子がマトリックス合金に保持されるとともに、マトリックス合金が母材２８の表面に溶着して、母材２８の上に硬化層３０が形成される。
【００２４】
次いで、母材２８は、加熱炉２２の下流に設けられている保温機２４へと搬送される。この保温機２４は、加熱炉２２の後での急激な温度変化を緩和するためのものであり、比較的低温で加熱するように設定されている。そして、母材２４がさらに下流に搬送されると、自然冷却される。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。表１に、実施例および比較例のマトリックス合金の組成、超硬合金粒子の添加割合とその平均粒径Ｄ５０、および、５時間摩耗試験における土砂摩耗量（ｇ／５ｈ）を示す。なお、超硬合金粒子の添加割合は、肉盛粉末、すなわちマトリックス合金と超硬合金粒子との合計重量に対する割合であり、マトリックス合金組成における各元素の質量％は、マトリックス合金中における割合である。また、母材には、軟鋼板（ＳＳ４００）を、超硬合金粒子には、ＷＣ−８％Ｃｏを用いた。
【表１】
2005320557.tif 000002
【００２６】
また、平均粒径Ｄ５０は、１９種類のふるい（８、１０、１２、１４、１６、２０、２４、２８、３２、３６、４２、５０、６０、８０、１００、１４５、２００、２５０、３５メッシュ）によりふるい分けし、各ふるい上の重量を測定することにより、横軸が粒径、縦軸が累積頻度（％）である粒度加積曲線を作成して求めたものである。表２に、表１に示す平均粒径Ｄ５０＝８００、２００、８０、２０μｍの超硬合金粒子の粒度分布を示す。
【表２】
2005320557.tif 000003
【００２７】
また、５時間摩耗試験は、図３の概略図に示すように、円盤状の銅板４０上に珪砂６号（４２）を敷き詰め、耐摩耗性プレート１２（２ｃｍ×２ｃｍ）を、硬化層３０を下向きにして所定の荷重（４ｋｇ）を下向きに加えた状態で、銅板４０に沿って摺動させることを５時間継続する試験である。
【００２８】
表１において、マトリックス合金組成が同一であり、平均粒径Ｄ５０も同じであるが、超硬合金粒子の添加割合が異なる実施例１と実施例８と比較例３との比較、および実施例６と実施例１３と比較例４との比較から、超硬合金粒子の添加割合が少なすぎると、土砂摩耗量が多くなること、すなわち、耐摩耗性が不十分となることが分かる。なお、超硬合金粒子の添加割合を多くして、８５％以上とすると、前述のように、割れや剥離が生じてしまい、土砂摩耗試験を行うことができなかった。
【００２９】
また、マトリックス合金組成が同一であり、超硬合金粒子の添加割合も同じであるが、平均粒径Ｄ５０が異なる実施例１と実施例６と実施例７と比較例１との比較、および実施例８と実施例１３と実施例１４と比較例２との比較から、超硬合金粒子の添加割合が多くても、平均粒径Ｄ５０が小さすぎると、耐摩耗性が不十分であることが分かる。なお、平均粒径Ｄ５０を８００μｍよりも大きくすると、表面の凹凸が大きくなりすぎ、また、マトリックス合金に対する分散が不十分となってしまうので、不適当である。
【００３０】
さらに、実施例１〜７の比較、および実施例８〜１４の比較から、平均粒径Ｄ５０の大きさ、および超硬合金粒子の添加割合が適当であれば、マトリックス合金の組成に関係なく十分な耐摩耗性が得られることが分かる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の耐摩耗性部材の製造方法を示す工程図である。
【図２】図１の肉盛工程および冷却工程に用いることのできる製造装置の概略構成を示す図である。
【図３】耐摩耗性を評価するための５時間摩耗試験の試験方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：製造装置、    １２：耐摩耗性プレート（耐摩耗性部材）、    １４：ローラコンベア、    １６：ホッパ、    １８：厚み調整板、    ２０：予熱機、    ２２：加熱炉、    ２４：保温機、    ２６：肉盛粉末、    ２８：母材、    ３０：硬化層、    ４０：銅板、    ４２：珪砂６号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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