專利名稱：用于制造耐蝕、耐磨性優(yōu)良合金的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐蝕性和耐磨性二者都優(yōu)良的合金材料及其制造方法，所使用的合金用材料和使用這種合金材料的金屬部件，以及改善其表面耐蝕性和耐磨性的方法。
以往，改善構(gòu)成機(jī)械裝置的金屬部件的耐蝕性和耐磨性的方法一般是對金屬部件進(jìn)行表面改性，例如對不銹鋼等結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行淬火或者電鍍等。
除上述那樣的表面處理方法之外，近年來已有在構(gòu)成金屬部件的金屬材料中添加特定硬質(zhì)顆粒方法的各種建議。作為這樣的方法，例如像在特開昭58-181470號(hào)公報(bào)中記載的那樣，在由Ni基、Co基或Fe基合金組成的基體金屬中或其母材表面，添加WC、NbC、TiC、CrC和VC等硬質(zhì)顆粒，借此提高基體金屬的硬度或耐磨性的方法是已知的。按照本發(fā)明人的見解，這種方法雖然在提高耐磨性上在某種程度上是有效的方法，但是相反，在合金韌性降低這一點(diǎn)上未必滿足需要。例如，由于NbC(熔點(diǎn)3480℃)、TiC(熔點(diǎn)3180℃)等硬質(zhì)顆粒的熔點(diǎn)高，難以熔融，要想避免以未熔融狀態(tài)添加是困難的。因此，在形成耐蝕、耐磨層過程中，硬質(zhì)顆粒以較大形態(tài)原封不動(dòng)地殘留在基體金屬中，這勢必引起金屬材料的韌性降低。
另一方面，即使添加的碳化物在基體金屬中處于熔融的情況下，也存在產(chǎn)生材料脆化的問題。例如，現(xiàn)已知道，若MoC和WC與Ni基、Co基或Fe基合金共同熔融，則結(jié)晶出脆弱的M6C型化合物。結(jié)晶出像這樣的脆弱化合物，不僅對提高耐磨性沒有幫助，而且造成基體金屬脆化的后果。
另外，在特開昭63-157796號(hào)公報(bào)中描述了熱軋用輥的制造方法。在該方法中，通過在鐵系合金中添加VC粉末而使之具備耐磨性和抗裂紋性，得到富有強(qiáng)韌性的軋輥，在該方法中，以在鐵系合金中添加10％(重量)以上的VC粉末作為必要條件。但是，這種方法是為了改善軋輥的淬透性，按照本發(fā)明人的見解，以鐵系合金作為母材使用的場合，在其中添加VC時(shí)，不可避免地大量形成WC、CrC等數(shù)種碳化物，不一定能得到本發(fā)明目的效果。另外，在該方法中沒有使VC在特定狀態(tài)再結(jié)晶或再析出的技術(shù)，因之在改進(jìn)耐磨性和耐蝕性兩者上未必是有效的方法。
再者，在以往的方法中，在添加硬質(zhì)顆粒時(shí)，在基體金屬熔融中防止必要的最小限度的溫度上升，從而阻止結(jié)晶出像上述那樣的脆性化合物是必要的，而且為些，有必要使添加的硬質(zhì)顆粒的粒徑大到某種程度，但是粒徑一大就難以均勻分散，結(jié)果是使金屬材料的韌性降低。如果在基體金屬中存在偏于粗大的硬質(zhì)顆粒，則像上述那樣，在摩擦運(yùn)動(dòng)時(shí)這些顆粒容易脫落，結(jié)果降低耐磨性。
另外，基體金屬與硬質(zhì)顆粒之間的比重差也促進(jìn)上述那樣硬質(zhì)顆粒分布狀態(tài)不均勻或者由此引起的硬質(zhì)顆粒脫落問題。例如，在用Fe基合金作為基體金屬，用Al2O3、SiC或TiC作為硬質(zhì)顆粒時(shí)，尤其容易形成硬質(zhì)顆粒聚集或不均勻。另外，在使用Cr系碳化物作為硬質(zhì)顆粒時(shí)，在加熱后的冷卻過程中再結(jié)晶或再析出的鉻的碳化物聚集成粗大碳化物顆粒，其結(jié)果產(chǎn)生硬質(zhì)顆粒容易從基體金屬脫落的問題。
另外，在國際公開WO91/09980號(hào)公報(bào)中，公布了使用高能量密度的熱源反復(fù)熔融和/或再熔融由Fe基、CO基和Ni基合金的一種以上的金屬粉末和粒徑60-100μm碳化釩粉末組成的粉末混合物，借此制造耐蝕、耐磨性優(yōu)良的合金的方法。像這樣使用較大粒徑的粉末具有合金化操作容易進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。但是，在該方法中，雖然也結(jié)晶析出粒徑10μm以下的微細(xì)碳化釩，但還殘留部分未熔融的碳化釩顆粒，為了使其熔融不得不反復(fù)進(jìn)行復(fù)雜的熔融過程。另外，按照本發(fā)明人的見解，盡管這樣，因?yàn)橐徊糠治慈廴谔蓟C在顯微鏡觀察時(shí)形成塊狀存在，所以微細(xì)的碳化釩顆粒相往往分布不均勻，不能得到所期望的耐磨性，而且成為由局部破損而產(chǎn)生的龜裂、剝離的起因。
本發(fā)明旨在解決上述以往技術(shù)中存在的問題。具體地說，本發(fā)明的耐蝕性和耐磨性優(yōu)良的合金的特征是在從Fe基合金、Co基合金和Ni基合金中選擇至少一種合金所構(gòu)成的基體金屬相中，具有大體上均勻結(jié)晶出和/或析出的5μm以下粒徑的VC顆粒相以10-65％范圍的面積比存在。
另外，本發(fā)明的表面改性的金屬部件的特征是，將上述合金整體地涂敷在表面所期望的位置上。
再有，本發(fā)明的耐蝕性和耐磨性優(yōu)良合金的制造方法，其特征是，用高能量密度的熱源將由Fe基合金、Co基合金或Ni基合金中選擇至少一種而構(gòu)成的基體金屬和粒徑10μm以下的VC粉末組成的粉末混合物或裝有VC粉末的金屬絲熔融，然后進(jìn)行冷卻，從而在上述基體金屬相中均勻結(jié)晶出和/或析出5μm以下粒徑的VC。
使用上述高能量密度熱源的熔融方法可以是等離子焊接、激光或者H.I.P中的任一種。
另外，上述制造方法由于在金屬部件所期望的部位上進(jìn)行，所以也可以作為在給定表面上形成耐蝕性和耐磨性良好的合金層的表面改性金屬部件的制造方法。
再有，作為在上述制造方法中使用的合金用材料，也可以是在由上述基體金屬構(gòu)成的管中填充粒徑10μm以下的VC粉末的管狀焊絲或者上述基體金屬與粒徑10μm以下的VC粉末混合而成的粉末混合物。
由于與基體金屬一起使用的VC粉末是粒徑10μm以下的微細(xì)粉末，因此在高能量密度熱源下，VC粉末只一次熔融就能完全溶入基體金屬相中，通過將其冷卻可以均勻析出和/或結(jié)晶出5μm以下的微細(xì)VC顆粒。通過調(diào)整材料和熱處理?xiàng)l件，可以很容易地保證這種VC顆粒相相對于基體金屬相是10-65％范圍的面積比，從而能夠穩(wěn)定地顯示耐蝕、耐磨性。


圖1是用在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的造粒處理處理過的粉末的顯微照片。
圖2是用在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的造粒處理處理過的粉末的顯微照片。
圖3是由本發(fā)明的實(shí)施例1中的試料1得到的耐蝕、耐磨合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖4是由本發(fā)明的實(shí)施例1中的試料2得到的耐蝕、耐磨性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖5是由本發(fā)明的實(shí)施例1中的試料3得到的耐蝕、耐磨性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖6是由本發(fā)明的實(shí)施例2得到的耐蝕、耐磨性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖7是由本發(fā)明的實(shí)施例3得到的耐蝕、耐磨性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖8表示由本發(fā)明的實(shí)施例1-3得到的耐蝕、耐磨性合金的磨損試驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
圖9表示對比例的磨損試驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
圖10是用本發(fā)明的實(shí)施例4-1的方法得到的表面改性的金屬部件的斷面的金屬組織顯微照片。
圖11是用本發(fā)明的實(shí)施例4-2的方法得到的表面改性的金屬部件的斷面的金屬組織顯微照片。
圖12是用本發(fā)明的實(shí)施例4-3的方法得到的表面改性的金屬部件的斷面的金屬組織顯微照片。
圖13表示用本發(fā)明的實(shí)施例4-1的方法得到的表面改性部件的硬度測定結(jié)果曲線圖。
圖14表示用本發(fā)明的實(shí)施例4-2的方法得到的表面改性部件的硬度測定結(jié)果曲線圖。
圖15表示用本發(fā)明的實(shí)施例4-3的方法得到的表面改性部件的硬度測定結(jié)果曲線圖。
圖16是本發(fā)明的實(shí)施例5中作為表面改性對象的注射模塑成形用螺桿的外觀圖。
圖17是本發(fā)明的實(shí)施例6中作為表面改性對象的注塑成形用圓筒的斷面圖。
圖18是表示橫向擺動(dòng)圖形的說明圖。
圖19是表示橫動(dòng)擺向圖形的說明圖。
圖20是實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)所使用的等離子焊接機(jī)的簡略圖。
圖21是由本發(fā)明的實(shí)施例7得到的耐蝕、耐磨性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖22是由本發(fā)明的實(shí)施例8得到的耐蝕、耐磨性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖23是由本發(fā)明的實(shí)施例9得到的耐蝕、耐靡性合金的斷面的金屬組織顯微照片。
圖24是表示由本發(fā)明的實(shí)施例7-9得到的耐蝕、耐磨性合金的磨損試驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
在本發(fā)明的耐蝕。耐磨性合金中，作為基體金屬，最好使用耐蝕性優(yōu)良的Fe基合金、Co基合金或者Ni基合金。例如，耐蝕Fe基合金可以使用奧氏體不銹鋼、馬氏體系不銹鋼、鐵素體系不銹鋼等。
耐蝕Co基合金可以使用司太立特(stellite)系Co合金，例如Co-Cr-W系合金和Co-Ni-Cr-W系合金。
Ni基合金可以使用哈斯特洛伊(Hastelloy)系合金、因科內(nèi)爾(Inconel)系合金、科爾莫諾伊(colmonoy)系合金，具體地說，可以使用Ni-Cr-Si系合金、Ni-Cr-Fe-W系合金等。
在得到本發(fā)明的合金時(shí)，向上述至少一種基體金屬粉末中混合、填充70％(重量)以下的、粒徑10μm以下的微細(xì)碳化釩粉末，制成粉末混合物或造粒粉末，或者最好在基體金屬管中充填密封上述碳化釩粉末，作為管狀焊絲使用。這種碳化釩粉末最好使用VC。
為了使分散狀態(tài)良好，這種VC粉末的粒徑在10μm以下是至關(guān)重要的，較好是5μm以下，最好是3μm以下。如果VC粉末粒徑超過10μm，則不僅難以得到上述的均勻分散狀態(tài)，而且在基體相中的熔融不充分。通常，粒徑越小，粉體的處理越復(fù)雜化，伴隨表面積增加操作性降低和產(chǎn)生凝集的問題，但是將基體金屬與VC粉末的混合粉末造粒，或者使用在由基體金屬構(gòu)成的管內(nèi)充填VC粉末的管狀焊絲，可以解決這一問題。
在本發(fā)明中，碳化釩的添加量，如上述那樣在70％(重量)以下的范圍內(nèi)可以根據(jù)要求達(dá)到的耐磨性進(jìn)行適當(dāng)選擇。但是，在基體金屬是由Fe基合金組成的情況下，碳化釩的量是10％(重量)以下，而且最好是7.5％(重量)以下。
另外，在基體金屬是由Co基合金或者Ni基合金組成的情況下，碳化釩的量最好是70％(重量)以下。通常碳化釩的含量越多，則耐磨性越高，但若添加超過上述上限值，就會(huì)產(chǎn)生不希望的韌性降低和碳化物脫落以及由此引起的耐磨性降低。
在本發(fā)明中，最好在氬氣等惰性氣體氣氛中，用高能量密度熱源對像上述那樣調(diào)制的粉末混合物進(jìn)行熱處理。即通過使用高能量密度熱源的熱處理使之熔融，在基體金屬相中結(jié)晶出和/或析出均勻且粒徑5μm以下的微細(xì)碳化釩顆粒相。
上述熱處理，具體地說，最好是使用高能量密度的熱源將從Co基合金、Ni基合金和Fe基合金中至少選擇一種組成的基體金屬粉末等和碳化釩粉末組成的粉末混合物或造粒粉末等熔融，并且在基體金屬相中結(jié)晶出和/或析出均勻的且粒徑5μm以下的微細(xì)碳化釩顆粒相。
上述熱處理時(shí)的冷卻最好是以約100℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行，這時(shí)能出現(xiàn)碳化釩顆粒相的良好結(jié)晶、析出狀態(tài)。像這樣的快速冷卻可以用強(qiáng)制空冷和強(qiáng)制水冷進(jìn)行。按照本發(fā)明人的見解，滿足上述冷卻速度條件可以確保使在基體金屬中固溶的VC以微細(xì)且均勻狀態(tài)結(jié)晶出或析出。
在上述冷卻過程中，使已在基體金屬相中熔融一次的碳化釩顆粒相結(jié)晶出和/或析出。
即，通過熔融和冷卻，VC在基本上完全熔化后以微細(xì)顆粒相形式結(jié)晶析出，而且這種VC顆粒的分散狀態(tài)是極好的。
具體地說，由上述工藝過程得到的耐蝕、耐磨性合金，最重要的是在基體金屬相中結(jié)晶出和/或析出均一且微細(xì)的碳化釩顆粒相，其粒徑是5μm以下，而且相對于合金相整體來說碳化釩顆粒相的面積比是10-65％。如果碳化釩顆粒相的粒徑超過5μm，則因容易導(dǎo)致合金本身的韌性降低，增加硬質(zhì)顆粒脫落的危險(xiǎn)性而妨礙耐磨性的提高，這是不希望的。另外，相對于合金相整體而言，碳化釩顆粒相的面積比如果不到10％，則改善耐磨性的作用降低，是不希望的。反之，如果超過65％，則因降低基體金屬相原有的性能，也是不理想的。
作為使用高能量密度熱源的熔融手段，可以應(yīng)用使用等離子體弧和激光熱源及熱等靜壓壓制(H.I.P)的熔融方法。另外，采用HIP法時(shí)，將封人粉末混合物的容器在高溫、高壓下進(jìn)行處理，也可以將下述的金屬部件和粉末混合物封入容器中。還有，作為在下述那樣的金屬部件表面上堆焊上述合金的方法，最好使用以等離子體弧作為熱源的等離子粉體焊接法(P.T.A法)。若使用這些熔融方法則可以達(dá)到至少瞬間超過3000℃的加熱，能夠有效地熔融上述粉末混合物。
經(jīng)上述熱處理而結(jié)晶出和/或析出的碳化物實(shí)質(zhì)上由VC組成，除此之外也可能形成作為副成分的V2C。另外，除上述之外，有作為微量成分析出的(Fe、Cr、V、W)23C6。在本發(fā)明中，這些不可避免的成分的存在在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)是允許的。
下面說明本發(fā)明的金屬部件表面改性方法。
本發(fā)明的表面改性方法基本上是以將用上述方法得到的耐蝕、耐磨性合金組成的堆焊層用于所期望的金屬部件表面為特征。
即，本發(fā)明的表面改性法的特征是，向構(gòu)成金屬部件的基體材料表面上，供給由Co基合金、Ni基合金和Fe基合金中選擇至少一種組成的基體金屬粉末或管與碳化釩粉末的混合物或組合體，使用高能量密度熱源進(jìn)行熱處理使上述混合物等熔融，在基體材料表面上形成在基體金屬相中結(jié)晶出和/或析出均勻的且粒徑5μm以下的微細(xì)碳化釩顆粒相的堆焊合金層。
上述熱處理最好使用以等離子弧作為熱源的等離子粉末焊接法(P.T.A法)。如上所述，采用這些熔融方法，至少瞬間能達(dá)到超過3000℃的加熱，能夠有效地熔融上述粉末混合物和造粒粉末等。
其他冷卻條件或者碳化鋇顆粒相的析出或分散狀態(tài)，與上述說明相同。尤其，上述熱處理時(shí)的冷卻以約100℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行，確保碳化釩顆粒相的良好結(jié)晶和析出狀態(tài)?？梢岳脧?qiáng)制空冷或強(qiáng)制水冷進(jìn)行這樣的快速冷卻。按照本發(fā)明人的見解，滿足上述冷卻速度條件，對于使在基體金屬中固溶的VC以更微細(xì)且均勻的狀態(tài)結(jié)晶出或析出是非常理想的。通常，為了防止在金屬部件的基體材料部分與堆焊層的界面上產(chǎn)生裂紋，冷卻速度越慢越好，但是，按照本發(fā)明人的見解，冷卻速度慢，對于使VC顆粒相的析出狀態(tài)達(dá)到上述那樣狀態(tài)來說未必是有效的。
另外，在本發(fā)明中，作為上述冷卻方法，例如，可以一邊強(qiáng)制冷卻形成堆焊層的對象金屬部件一邊實(shí)施上述方法。
在本發(fā)明中，可以使用橫向擺動(dòng)法有效地進(jìn)行上述熱處理。圖18和19分別是使用等離子弧焊機(jī)形成堆焊層時(shí)焊炬橫向擺動(dòng)圖形的例子，此時(shí)的橫向擺動(dòng)方式可以是圓弧形(圖18)或者鋸齒形(圖19)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖20是使用具有一個(gè)焊炬的等離子弧焊機(jī)形成堆焊層時(shí)的示意圖。這種例子的等離子弧焊機(jī)，在焊炬主體10上設(shè)置進(jìn)行等離子粉體焊接的焊炬11和向該焊炬供給原料粉末的粉體送料管13。通過控制和移動(dòng)使該等離子弧焊機(jī)與金屬部件20保持適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系，可以形成由上述耐蝕、耐磨性合金組成的堆焊層21。
上述金屬部件表面改性方法可以適用于要求局部具有良好耐蝕性、滑動(dòng)性和耐磨性的機(jī)械構(gòu)件。
以往，機(jī)械結(jié)構(gòu)的金屬部件表面改性方法是采用CVD、PVD或利用高溫?zé)嵩吹谋砻娣髮踊虮砻婧辖鸹▽饘贅?gòu)件的表面進(jìn)行處理。例如，為了提高各種工具和塑料成形機(jī)的螺桿的耐蝕性和耐磨性，通常是將螺桿淬火，提高其硬度，然后，進(jìn)行電鍍處理，或者進(jìn)行PVD和CVD。另一方面，作為與上述螺桿配合使用的圓筒，過去一般是對采用氮化鋼材料的內(nèi)壁進(jìn)行氮化處理，或者在圓筒內(nèi)壁全部或局部涂敷耐蝕性和耐磨性優(yōu)良的自熔性合金，或者將耐蝕性、耐磨性優(yōu)良的合金內(nèi)襯嵌入的方法。
然而，上述的以往方法，由于金屬部件基體材料與改性的表面層之間的結(jié)合力低，所以在受到熱負(fù)荷時(shí)或在較低負(fù)荷下產(chǎn)生剝離或開裂等。再者，用以往方法得到的表面改性部件，在耐磨性這點(diǎn)上也未必完全滿足要求。尤其是在上述那樣的塑料成形機(jī)用的構(gòu)件中，在塑料原料移動(dòng)的部分(特別是原料供給部分)中，由于塑料原料的作用而使磨損變大，同時(shí)，在注塑或吐出部分中存在由原料塑料產(chǎn)生的氣體而引起的腐蝕、損傷和在高壓力下的磨損損傷問題。
采用上述的本發(fā)明的金屬部件表面改性方法，表面改性層與基體材料之間的結(jié)合力是極好的，而且因?yàn)楸砻鎸拥哪臀g性、滑動(dòng)特性和耐磨性優(yōu)良，因此本發(fā)明在像上述塑料成形機(jī)用部件中，作為要求局部耐蝕性和耐磨性的金屬部件表面改性法是極其有用的。
下面根據(jù)實(shí)施例說明本發(fā)明。
在以下的例子中，實(shí)施例1-6是以橫向擺動(dòng)方式形成耐蝕、耐磨性合金或堆焊層的例子，實(shí)施例7-9是用等離子粉體焊接機(jī)實(shí)施時(shí)的例子。
實(shí)施例1按重量比，在由C0.2％、Si0.6％、Cr26.5％、Ni2.7％、Mo5.4％、Fe0.3％，其余基本上為Co組成的Co基合金粉末(基體金屬粉末)中分別加入20％、25％和40％(重量比)的VC粉末(平均粒徑1.7μm)，以造粒過的粉末作為合金用材料。在圖1、2中示出這種造粒粉狀態(tài)的一例。
這些造粒粉末的各種試料用等離子粉體焊接機(jī)進(jìn)行小間距橫向擺動(dòng)，在接近VC熔點(diǎn)(約2830℃)溫度加熱，進(jìn)行熔融，制造成本發(fā)明的耐蝕。耐磨性合金。
下表1中示出對所得各試料合金的硬度測定值。
表1試料 VC的配合比 硬度No. (重量％) (Hv)1 20550-6202 25750-8503 40950-1150另外，圖3、圖4和圖5分別是上述所得的試料1、2和3的合金的金屬組織顯微照片(放大倍數(shù)400倍)。在任一金屬組織中，在基體金屬相中都發(fā)現(xiàn)微細(xì)的VC顆粒相(以粒徑約1μm以下為主)以均勻分布狀態(tài)存在。
隨后，對上述各種試料合金進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。這種腐蝕試驗(yàn)用6N鹽酸水溶液和6N硝酸水溶液作為腐蝕液來進(jìn)行。所得結(jié)果示于下列表2中。
表 2試料腐蝕量(mg/cm2·hr)No.鹽酸水溶液 硝酸水溶液1 0.040.082 0.050.083 0.050.11另外，還對上述各種試料合金進(jìn)行了磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置采用大越式磨損試驗(yàn)裝置，配對材料是SKD-11(HRC58)，以最終載荷185N、摩擦距離600M的條件測定。結(jié)果示于圖8。從該試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的試料合金1、2和3都顯示良好的耐磨性，硬質(zhì)顆粒VC的加入量越多，耐磨性越高。
實(shí)施例2按重量比，在由C1.2％、Si0.6％、Mn0.3％、Cr4.5％、Mo5.1％、W6.3％、V3.1％、Co8.4％、其余基本上為Fe組成的Fe基合金粉末(基體金屬粉末)中混合7.5％(重量)的VC粉末(平均粒徑1.7μm)，制備造粒的粉末。
用這種造粒粉末，按照與實(shí)施例1相同的方法制造本發(fā)明的耐蝕、耐磨性合金。
所得試料合金的硬度是Hv950-1000。因此，在以Fe基合金作為基體金屬時(shí)，即使VC的加入量是7.5％，也能得到比Co基合金更高的硬度。
圖6是本實(shí)施例所得試料合金的金屬組織的顯微照片(放大倍數(shù)400倍)。可以看出微細(xì)的VC顆粒相(粒徑約1μm)在基體金屬相中以均勻分布狀態(tài)存在。
接下來，對該試料合金(No.4)用與上述實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。在鹽酸水溶液中腐蝕量(mg/cm2·hr)是0.08，在硝酸水溶液中是62.8。
另外。對上述試料合金(No.4)進(jìn)行磨損試驗(yàn)。用大越式磨損試驗(yàn)裝置作為試驗(yàn)裝置，配對材料是SKD-11(HRC58)，以最終載荷185N、摩擦距離600M的條件測定。結(jié)果示于圖8中。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，上述試料合金也顯示良好的耐磨性。
實(shí)施例3按重量比，在由C0.042％、Si0.30％、B0.008％、Cr20.50％、Fe0.27％、Mn0.29％、Ti2.70％、其余基本上為Ni組成的Ni基合金粉末(基體金屬粉末)中混合19％(重量)的VC粉末(平均粒徑1.7μm)，制成粉末混合物。將該粉末混合物試料用等離子粉末焊接機(jī)、以與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行熱處理，制造本發(fā)明的耐蝕、耐磨性合金。
所得試料合金的硬度是Hv510-590。
圖7是本實(shí)施例所得試料合金的金屬組織顯微照片(放大倍數(shù)400倍)?？梢钥闯鑫⒓?xì)的VC顆粒相(粒徑約1μm)在基體金屬相中以均勻分布狀態(tài)存在。
然后，以與上述實(shí)施例1相同的方法對該試料合金(No.5)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。在鹽酸水溶液中腐蝕量(mg/cm2·hr)是0.06，在硝酸水溶液中是0.09。
對上述試料合金(No.5)還進(jìn)行了磨損試驗(yàn)。使用大越式磨損試驗(yàn)裝置作為試驗(yàn)裝置，配對材料是SKD-11(HRC58)，以最終載荷185N、摩擦距離600M的條件測定。結(jié)果示于圖8中。從該試驗(yàn)結(jié)果看出，上述試料合金顯示良好的耐磨性。
對比例將下述表3中所示組成的基體金屬粉末和平均粒徑70μm的硬質(zhì)顆粒粉末混合，按照與實(shí)施例1相同的條件，用等離子粉末焊接機(jī)進(jìn)行橫向擺動(dòng)操作，將各種試料加熱到硬質(zhì)粉末的熔點(diǎn)(約2730℃)以上溫度進(jìn)行熔融。熔融后自然冷卻，制造含有硬質(zhì)顆粒的合金。
對所得各試料合金(A、B和C)的硬度測定值示于表3中。
表 3基體金屬的組成 硬質(zhì)顆粒試料(重量％)(重量)％A 0.6Si、26.5Cr、0.3Fe、0.2C、2.7Ni、5.4Mo、Co余量 VC25B 0.6Si、26.5Cr、0.3Fe、0.2C、2.7Ni、5.4Mo、Co余量 VC40C 0.6Si、26.5Cr、0.3Fe、0.2C、2.7Ni、5.4Mo、Co余量 VC50所得各試料合金(A、B和C)的硬度(Hv)分別是550-600、600-750、650-750。
另外，按照與實(shí)施例1相同的方法對上述各試料進(jìn)行了腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果列于下述表4中。
表 4試料 腐蝕量(mg/cm2·h)No. 鹽酸水溶液 硝酸水溶液A 0.050.07B 0.040.08C 0.040.09按照與實(shí)施例1相同的方法還對上述各試料A、B和C進(jìn)行了磨損試驗(yàn)。結(jié)果示于表9中。
比較圖8和圖9可以看出，對于使用實(shí)施例的造粒的粉末和使用對比例的物理混合的粉末來說，即使加入相同的VC，由于粒徑差的原因，前者的磨損量較小。即具有優(yōu)良的耐磨性。
比較圖9時(shí)由此也可以推測，析出的VC粒徑偏差在10-50μm程度，其中含有未熔融的VC顆粒，使耐磨性降低的物質(zhì)。
實(shí)施例4按重量比，在由C0.15-0.35％、Si0.90-1.30％、Mn1.00％以下、P0.030％以下，S0.030％以下、Ni2.50-3.50％、Cr24.0-28.0％、Mo5.00-6.00％、Fe1.50％以下、其余為Co組成的Co基合金粉末與以VC為主要成分的粉末混合造粒時(shí)，分別加入20％、25％、40％(重量)VC粉末(平均粒徑1.7μm)。
用等離子粉體焊接機(jī)將這些造粒粉末通過橫向擺動(dòng)堆焊在鋼鐵材料(SCM440)上，在該鋼鐵材料表面上形成耐蝕、耐磨性合金層。等離子粉末焊接操作條件如下電流140A，電壓40V，等離子氣體量1.4l/min、保護(hù)氣體量16l/min、粉末氣體量3.1l/min、粉末送料量11.8g/min、橫向擺動(dòng)次數(shù)46次/分、橫向擺動(dòng)幅度7mm、焊接速度80mm/min、幅度8mm。
在上述實(shí)施例中所供給的造粒粉末的粒度是160-250目(95-63μm)粒度分布峰值是-200目(-74μm)。
圖10-圖12(分別對應(yīng)加入20％(重量)、25％(重量)和40％(重量)的VC)是這樣得到的堆焊部的斷面的金屬組織的顯微照片，可以看出粒徑1μm以下的VC顆粒均勻地彌散析出(放大倍數(shù)400倍)。
對這樣得到的表面改性金屬部件的剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的測試結(jié)果示于下列表5。
表 5VC加入量 剝離強(qiáng)度(重量％) (kgf/mm2) MPa20 545.325 535.240 494.8另外，上述表面改性金屬部件的硬度測試結(jié)果示于圖13-圖15(分別對應(yīng)于加入20％(重量)、25％(重量)、40％(重量)的VC)中。此外，腐蝕試驗(yàn)結(jié)果與上述實(shí)施例1中的結(jié)果相同。
從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的金屬部件，消除了(1)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，即基體材料與堆焊部之間的結(jié)合強(qiáng)度不足，(2)因加入顆粒的粗大化、分布狀態(tài)不均等而引起的耐磨性降低，具有優(yōu)良部件性能。
實(shí)施例5采用與實(shí)施例4中相同的材料和方法，制成部件表面改性的注塑成形用螺桿。圖16是這種注塑成形用螺桿30的外觀。將這樣得到的注塑成形用螺桿與按照以往方法在淬火硬化后表面鍍硬質(zhì)鉻的注塑成形用螺桿進(jìn)行對比試驗(yàn)。此時(shí)的耐用壽命試驗(yàn)以用上述以往方法表面改性的螺桿的耐用壽命作為基準(zhǔn)，以本發(fā)明的螺桿的耐用壽命與之相比的比值作為耐用壽命此。本發(fā)明的注塑成形螺桿的耐用壽命比是3.5，而用以往方法得到的注塑成形用螺桿的耐用壽命比是1.0。
上述結(jié)果表明，按照本發(fā)明的注塑成形用螺桿的耐用壽命與現(xiàn)有技術(shù)相比，已有顯著改進(jìn)。
實(shí)施例6采用與實(shí)施例4中相同的材料和方法，制成部件表面改性的注塑成形用圓筒。圖17表示這種注塑成形用圓筒的斷面圖。圖中符號(hào)1是圓筒主體，2是塑料原料供給口，3是作為表面處理對象部分的圓筒內(nèi)壁。
將這樣得到的注塑成形用圓筒與按照以往方法在由SACM645構(gòu)成的注塑成形用圓筒主體的內(nèi)表面進(jìn)行氮化處理的注塑成形用圓筒進(jìn)行對比試驗(yàn)。此時(shí)的耐用壽命試驗(yàn)以用上述以往方法表面改性的圓筒的耐用壽命作為基準(zhǔn)，以本發(fā)明的圓筒的耐用壽命與之相比的比值作為耐用壽命比。按照本發(fā)明的注塑成形用圓筒的耐用壽命比是3.6，而用以往方法得到的注塑成形用圓筒的耐用壽命比是1.0。
上述結(jié)果表明，按照本發(fā)明的注塑成形用圓筒的耐用壽命與以往者相比，已有顯著改進(jìn)。
實(shí)施例7按重量比，在由C0.2％、Si0.6％、Cr26.5％、Ni2.7％、Mo5.4％、Fe0.3％、其余基本上為Co組成的Co基合金粉末(基體金屬粉末)中混合20％(重量)VC粉末(平均粒徑1.7μm以下)。
用圖20所示等離子粉體焊接機(jī)將這些粉末混合物試料制成本發(fā)明的耐蝕、耐磨性合金。冷卻速度控制在100℃/S以上。
所得各試料合金的硬度測定值是580-650。
另外，圖21是所得合金的金屬組織的顯微照片(放大倍數(shù)400倍)?？梢钥闯觯⒓?xì)的VC顆粒相(以粒徑約1μm以下為主)在基體金屬相中以均勻分布狀態(tài)存在。
隨后，對上述試料合金進(jìn)行了腐蝕試驗(yàn)。用6N鹽酸水溶液和6N硝酸水溶液作為腐蝕液進(jìn)行這種腐蝕試驗(yàn)。所得結(jié)果示于下列表6。
表 6腐蝕量(mg/cm2·h)鹽酸水溶液硝酸水溶液0.05 0.09對上述各試料合金還進(jìn)行了磨損試驗(yàn)。使用大越式磨損試驗(yàn)裝置作為試驗(yàn)裝置，配對材料是SKD-11(HRC58)，以最終載荷185N摩擦距離600M的條件測定。結(jié)果示于圖24中，從該試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的合金顯示良好的耐磨性。
實(shí)施例8使用在與實(shí)施例2相同的Fe基合金制成的中空管內(nèi)充填密封VC粉末而制成的管狀焊絲(直徑φ1.6mm，VC粉末充填率約30％)，在圖20所示等離子線材焊接機(jī)和相同機(jī)種上使用線材送給手段，形成本發(fā)明的合金。焊接條件是焊接速度160mm/min，焊接電流160A，電弧電壓22V。
所得各試料合金的硬度測定值是Hv750-800。
圖22是所得合金的金屬組織顯微照片(放大倍數(shù)400倍)。可以看出，微細(xì)的VC顆粒相(以粒徑約1μm以下為主)在基體金屬相中以均勻分布狀態(tài)存在。
耐蝕性和磨損試驗(yàn)結(jié)果如下。相對于6N鹽酸水溶液的腐蝕量是0.12mg/cm2·h。以與實(shí)施例7相同的條件、用大越式磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了磨損試驗(yàn)，其結(jié)果示于圖24。
實(shí)施例9使用與實(shí)施例3相同的Ni基合金粉末和VC粉末，并且使用圖20所示等離子粉體焊接機(jī)制成本發(fā)明的合金。
所得各試料合金的硬度測定值是Hv550-650。
另外，圖23是所得合金的金屬組織的顯微照片(放大倍數(shù)400倍)。可以看出，微細(xì)的VC顆粒相(以粒徑約1μm以下為主)在基體金屬相中以均勻分布狀態(tài)存在。
采用與實(shí)施例7相同方法進(jìn)行的磨損試驗(yàn)結(jié)果如圖24中所示。
另外，相對于6N鹽酸水溶液的腐蝕量是0.01mg/cm2·h，相對于6N硝酸水溶液的腐蝕是0.07mg/cm2·h。
本發(fā)明的合金的耐蝕性和耐磨性與以往者相比顯著提高，且能維持穩(wěn)定的水平。另外，采用本發(fā)明的合金制造方法，用一次熔化即可使碳化釩完全熔融，并能使5μm粒徑以下的微細(xì)顆粒相均勻析出和結(jié)晶，用較少的工序可以提高合金的耐蝕性和耐磨性，同時(shí)顯著提高各種金屬部件的加工壽命、耐久性。再有，本發(fā)明的合金用材料在容易制造上述合金上是合適的，除粉末混合物外，作為管狀焊絲可根據(jù)各種焊接機(jī)、焊接條件自由選擇，因此可以提高實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種耐蝕、耐磨性優(yōu)良的合金制造用材料，它是在從Fe基合金、Co基合金和Ni基合金中至少選擇一種組成的基體金屬構(gòu)成的管中充填粒徑10μm以下的VC粉末而構(gòu)成的管狀焊絲。
2.一種耐蝕、耐磨性優(yōu)良的合金制造用材料，它是在從Fe基合金、Co基合金和Ni基合金中至少選擇一種組成的基體金屬與粒徑10μm以下的VC粉末混合而成的粉末混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造耐蝕性和耐磨性優(yōu)良的合金用的材料,它是在從Fe基合金、Co基合金和Ni基合金中至少選擇一種組成的基體金屬制成的管中,充填粒徑10μm以下的VC粉末而成的管狀焊絲?；蛘邚腇e基合金、Co基合金和Ni基合金中至少選擇一種組成的基體金屬與粒徑10μm以下的VC粉末混合而成的粉末混合物。
文檔編號(hào)B23K35/02GK1203283SQ98105900
公開日1998年12月30日 申請日期1998年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月21日
發(fā)明者佐佐木恭一, 加藤喜久 申請人:東芝機(jī)械株式會(huì)社, 大同特殊鋼株式會(huì)社