專利名稱：耐磨損性鈷基合金以及用它進(jìn)行填滿的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于PTA粉末堆焊、TIG堆焊、噴鍍等各種施工工藝的表面硬化用材料，尤其涉及用于要求耐磨損性的構(gòu)件的耐磨損性鈷基合金和用它進(jìn)行填滿的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門。
背景技術(shù)：
以往，在發(fā)動(dòng)機(jī)閥門上使用以Stellite (注冊(cè)商標(biāo))為代表的C0-Cr-W-C系材料(包括專利文獻(xiàn)1、2)或以Tribaloy (注冊(cè)商標(biāo))為代表的Co-Mo-Si系材料(包括專利文獻(xiàn)3 7),尤其是在要求耐磨損性的構(gòu)件中使用Tribaloy。Co-Cr-W-C系的材料，作為表面硬化用材料，雖然具有較高的韌性，但是耐磨損性不夠，不能承受長(zhǎng)期的使用。另外，Co-Mo-Si系的材料，作為表面硬化用材料雖然具有較高的耐磨損性，但是抗沖擊特性不夠，有產(chǎn)生裂紋、伴隨裂紋的剝離問(wèn)題。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)I]日本特開2001-123238號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特表2008- 522039號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本專利第4463763號(hào)公報(bào)

[專利文獻(xiàn)4]日本特開平5-131289號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]日本特開平9-296241號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)6]日本特開平7-278780號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)7]日本特開平4-107235號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題把耐磨損性和抗沖擊性作為目的的表面硬化，現(xiàn)在被廣泛地使用于各種工業(yè)領(lǐng)域。然而，通過(guò)近幾年環(huán)境意識(shí)的提高，對(duì)工業(yè)機(jī)器的使用環(huán)境要求更為嚴(yán)格，隨之也要求表面硬化用材料具有更高的性能。尤其是對(duì)于使用于發(fā)動(dòng)機(jī)閥門的填滿(filling)材料，耐磨損性優(yōu)越并具有抗沖擊性的表面硬化用材料的開發(fā)已成為課題。用于解決課題的手段本發(fā)明在為了開發(fā)耐磨損性優(yōu)越的表面硬化用材料而對(duì)合金成分進(jìn)行研究時(shí)，設(shè)定了下列的目標(biāo)值，并將滿足所有此目標(biāo)作為條件。(目標(biāo)值)(I)擺錘式?jīng)_擊值一5J/cm2以上(2)硬度一52HRC 以上(3)堆焊操作性一堆焊時(shí)形成的熔池的熔液流動(dòng)良好(4)熱沖擊試驗(yàn)一直到600°C也不發(fā)生裂紋、剝離。
S卩，滿足上述目標(biāo)(I) (4)的本發(fā)明的耐磨損性鈷基合金，其特征在于，其含有總量為20.0 30.0質(zhì)量％的W和/或Mo、0.8 2.2質(zhì)量％的B、5.0 18.0質(zhì)量％的Cr，余量包含55.0 70.0質(zhì)量％的Co以及不可避免的雜質(zhì)。在此，所謂不可避免的雜質(zhì)，是指不是有意添加但在各原料的制造工藝等中不可避免地混入的雜質(zhì)，作為這樣的雜質(zhì)，可以舉出Mg、S、0、N、V、Zr、Sn等，這些的總量通常為0.3質(zhì)量％以下，不會(huì)對(duì)本發(fā)明的作用產(chǎn)生影響。另外，本發(fā)明的耐磨損性鈷基合金，其特征在于，其含有總量為20.0 30.0質(zhì)量％的W和/或Mo、0.8 2.2質(zhì)量％的B、5.0 18.0質(zhì)量％的Cr，進(jìn)而含有總量為5.0質(zhì)量％以下的Fe、N1、Mn、Cu、S1、C，并且含有1.0質(zhì)量％以下的S1、0.3質(zhì)量％以下的C，余量包含55.0 70.0質(zhì)量％的Co以及不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門，其特征在于，被填滿和涂敷了具有上述組成的耐磨損性鈷基合金；優(yōu)選的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門，其特征在于，至少在表面與閥座的接觸面上被填滿或涂敷了所述耐磨損性鈷基合金。 下面，對(duì)本發(fā)明的鈷基合金的各成分進(jìn)行限定的理由加以說(shuō)明。Mo、W在作為基體(基質(zhì))的Co固溶體中固溶，可賦予耐磨損性、抗沖擊性，同時(shí)，其一部分與B形成金屬間化合物，更有助于提高耐磨損性，但是，在Mo和W的總量低于20.0%質(zhì)量的時(shí)候，固溶強(qiáng)化不充分，若超過(guò)30.0質(zhì)量％，則會(huì)大量地形成金屬間化合物，韌性(抗沖擊性)會(huì)大幅度降低。為此，將Mo和/或W的總量定為20.0 30.0質(zhì)量％的范圍。關(guān)于B，與Cr或Mo形成金屬間化合物，可賦予耐磨損性，同時(shí)，可凈化熔液，使填滿時(shí)的熔液流動(dòng)較好，由此可提高PTA、TIG堆焊或噴鍍等施工操作性。但是，在含量低于
0.8質(zhì)量％的時(shí)候，不能形成足夠量的金屬間化合物，磨損性降低，除此以外，熔液的凈化作用變得不充分。另外，若超過(guò)2.2質(zhì)量％，則金屬間化合物的量較多，韌性(抗沖擊性)會(huì)大幅度降低。因此，將B的含量定為0.8 2.2質(zhì)量％的范圍。Cr在Co固溶體中固溶，可賦予耐磨損性、抗沖擊性、抗腐蝕性、抗氧化性。另外，Cr的一部分與B形成金屬間化合物，在基質(zhì)內(nèi)分散，由此，更有助于提高耐磨損性。但是，在Cr的含量低于5.0質(zhì)量％的時(shí)候，不能得到充分的耐磨損性、抗腐蝕性、抗氧化性，若超過(guò)18.0質(zhì)量％，則在金屬組織中大量地形成金屬間化合物，韌性會(huì)大大降低，因此，將含量范圍定為5.0 18.0質(zhì)量％。本發(fā)明的鈷基合金，作為不對(duì)物性造成不良影響的添加元素，可含有總量為5.0質(zhì)量％以下的Fe、N1、Mn、Cu、S1、C，并含有1.0質(zhì)量％以下的S1、0.3質(zhì)量％以下的C。發(fā)明效果本發(fā)明的鈷基合金，具有擺錘式?jīng)_擊值為5J/cm2以上且硬度為52HRC以上的特性，PTA堆焊操作性好，在堆焊試驗(yàn)片的熱沖擊試驗(yàn)中，到600°C為止沒有產(chǎn)生裂紋、剝離，因此，作為具有優(yōu)越的耐磨損性和抗沖擊性的表面硬化用材料，能夠適用于廣泛的用途。


圖1是填滿了本發(fā)明的耐磨損性鈷基合金的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門的一例的模式圖。
具體實(shí)施例方式將作為基體的Co以及作為添加成分的Mo和/或W、Cr、B和根據(jù)需要添加的Fe、
Si,Mn,Cu,Ni,C的每個(gè)以規(guī)定的質(zhì)量％加以調(diào)整、配合而成為基塊，并將此基塊在熔化爐中的坩鍋內(nèi)加熱、熔融而成為液狀的合金之后，利用霧化法、熔融粉碎法制成粉末，或用規(guī)定的模具鑄造成棒狀或板狀等，可獲得本發(fā)明的鈷基合金。尤其是用霧化法制造的鈷基合金粉末，通過(guò)調(diào)整成適于目的施工方法的粒度，可用于PTA堆焊、噴鍍等表面改性施工，用連續(xù)澆鑄法制造的堆焊焊條，能夠用于氣堆焊等表面改性施工。另外，通過(guò)將該粉末或棒材施工于各種材質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門的表面，能夠賦予發(fā)動(dòng)機(jī)閥門以耐磨損性。實(shí)施例對(duì)如上述那樣調(diào)整、配合的本發(fā)明的實(shí)施例合金以及比較例合金進(jìn)行熔煉，并用以下所示的方法測(cè)量了擺錘式?jīng)_擊值和洛氏硬度，并實(shí)施了堆焊試驗(yàn)和熱沖擊試驗(yàn)。(I)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)；將具有各種合金的配合組成的IOOg的基塊用電爐在氬氣流中加熱至約1600°C、熔化，在殼模(shell mold)中進(jìn)行鑄造，并機(jī)械加工成JIS Z2242:2005中記載的試驗(yàn)片(沒有缺口)。然后，用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了以JIS Z2242:2005為基準(zhǔn)的沖擊試驗(yàn)，并測(cè)量了沖擊值。(2)硬度的測(cè)量；將用與上述(I)同樣的方法熔煉的鑄造片機(jī)械加工成10X 10X20mm的形狀，并作出平行面，將此平行面上部用240號(hào)的耐水砂紙進(jìn)行濕法拋光，并實(shí)施了以JIS Z2245:2005為基準(zhǔn)的洛氏硬度試驗(yàn)。而且，用C標(biāo)尺(C scale)進(jìn)行了測(cè)量。(3)PTA堆焊試驗(yàn) ；將具有各種合金的配合組成的IOOkg的基塊用高頻熔化爐在氬氣流中加熱至約1600°C、熔化，利用氣體霧化法使其粉末化，并在振動(dòng)篩中調(diào)整其粒度為80 350mesh。將該合金粉末，在用JIS G4311:1991中規(guī)定的耐熱鋼(SUH3)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(傘徑約為70mm,軸徑約為14mm,全長(zhǎng)約為300mm)的表面(以圖1中符號(hào)2表示的部分)上進(jìn)行等離子粉末堆焊，并調(diào)查了堆焊時(shí)形成的熔池的熔液流動(dòng)狀態(tài)。而且，熔液流動(dòng)狀態(tài)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，都按以下的任意一種表示，熔液流動(dòng)狀態(tài)為良好的合金用“非常好”或“良好”表示。(評(píng)價(jià)基準(zhǔn))非常好:與比較例P、Q(鈷基自熔合金)同等或?yàn)槠湟陨狭己?與比較例A (Stel I He (鎢鉻鈷合金)6)同等或?yàn)槠湟陨仙圆?雖然比比較例A差，但比比較例F(Tribaloy400)好差:與比較例F同等或?yàn)槠湟韵隆?4)熱沖擊試驗(yàn)；將用與上述(3)同樣的方法制造的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門在設(shè)成400°C的電爐中熱處理I小時(shí)，然后放入到約20°C的水中進(jìn)行急冷。接著，將熱處理溫度進(jìn)一步上升50°C，進(jìn)行I小時(shí)的熱處理和水冷。將其反復(fù)進(jìn)行直到熱處理溫度達(dá)到600°C，并調(diào)查了在600°C的熱處理后的水冷中是否產(chǎn)生裂紋、剝離。在表I中出示了本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)果，在表2和表3中出示了比較例的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種耐磨損性鈷基合金，其特征在于， 其含有總量為20.0 30.0質(zhì)量％的Mo和/或W、0.8 2.2質(zhì)量％的Β、5.0 18.0質(zhì)量％的Cr，余量包含55.0 70.0質(zhì)量％的Co以及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性鈷基合金，其特征在于， 進(jìn)而含有總量為5.0質(zhì)量％以下的Fe、N1、Mn、Cu、S1、C，并且含有1.0質(zhì)量％以下的S1、0.3質(zhì)量％以下的C。
3.一種發(fā)動(dòng)機(jī)閥門，其特征在于， 被填滿或涂敷了權(quán)利要求1或2所述的耐磨損性鈷基合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門，其特征在于， 至少在表面與閥座 的接觸面上被填滿或涂敷了所述耐磨損性鈷基合金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐磨損性優(yōu)越并具有抗沖擊性的表面硬化用材料。耐磨損性鈷基合金含有總量為20.0～30.0質(zhì)量％的Mo或/和W，0.8～2.2質(zhì)量％的B，5.0～18.0質(zhì)量％的Cr，總量為5.0質(zhì)量％以下的Fe、Ni、Mn、Cu、Si、C，并且含有1.0質(zhì)量％以下的Si、0.3質(zhì)量％以下的C，余量包含55.0～70.0質(zhì)量％的Co以及不可避免的雜質(zhì)，還提供填滿了耐磨損性鈷基合金的發(fā)動(dòng)機(jī)閥門。
文檔編號(hào)C22C19/07GK103189532SQ20118005228
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者乙部勝則, 西村信一, 倉(cāng)橋一憲 申請(qǐng)人:福田金屬箔粉工業(yè)株式會(huì)社, 日鍛汽門株式會(huì)社