ハードフェーシングに使用される超硬合金

はじめに

産業機械や装置の運転という厳しい環境では、部品 はしばしば激しい摩耗や損傷にさらされる。この磨耗を軽減し、部品の耐用年数を延ばすために、ハードフェーシング溶接が重要なプロセスとして浮上している。

硬化肉盛溶接に使用される無数の材料の中でも、炭化物はその卓越した硬度とさまざまな摩耗に対する耐性で際立っています。この記事では、超硬ハードフェーシングの基礎を探り、さまざまな超硬合金の種類を比較し、その応用技術について説明します。

超硬ハードフェーシングの基礎

--ハードフェーシング溶接とは？

ハードフェーシング溶接は、基板または部品の表面に耐摩耗性材料の層を塗布する加工プロセスです。このプロセスは、摩耗、侵食、衝撃、さらには腐食に耐えるように設計されており、工業部品の耐久性を大幅に向上させます。

ハードフェーシングは、被覆アーク溶接 (SMAW)、ガス・タングステン・アーク溶接 (GTAW)、プラズマ・トランスファー・アーク溶接 (PTAW) など、さまざまな溶接技術を使用して実施できる。

--どのようなハードフェーシング材料があ るか？

ハードフェーシング材料の選択は、部品が直面す る特定の摩耗条件によって大きく左右される。多くの材料をハードフェーシングに使用できますが、炭化物は比類のない耐摩耗性と靭性で特に評価されています。カーバイドは、炭素と、タングステン、クロム、チタン、シリコン、ホウ素などの電気陰性度の低い元素からなる化合物で、それぞれがハードフェーシング用途に独自の特性を提供します。

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ハードフェーシング用途における超硬合金の種類

最も一般的に使用されている超硬合金を詳細に比較すると、それぞれの特性と様々な産業用途への適合性が明らかになります：

1.炭化タングステン(WC)

- 特性：炭化タングステン(WC)の特性：炭化タングステンは、優れた耐摩耗性と相まって、超硬合金の中でも最高レベルの硬度を誇ります。高温でも強度を維持し、過酷な条件下での使用に適しています。

- 用途主に採掘、穴あけ、切削工具に使用される。硬度が非常に高いため、摩耗や侵食が激しい摩耗部品に最適。

- 適性：高応力下での極端な耐摩耗性と耐久性を必要とする用途に最適。

2.炭化クロム (Cr3C2)

- 特性：炭化クロムは、耐酸化性が高く、高温でも強度を維持できることで知られている。耐摩耗性に優れ、特に磨耗に強い。

- 用途発電用部品、航空部品、高温腐食や摩耗に対する耐性が必要な環境でよく使用される。

- 適合性酸化摩耗が懸念される高温用途に最適。

3.炭化チタン（TiC）

- 特性：炭化チタンは融点が高く、炭化タングステンに匹敵する優れた硬度が特徴。また、熱衝撃にも強い。

- 用途機械加工や切削用途の工具ビットや、熱安定性を必要とする耐摩耗性コーティングに利用される。

- 適合性高硬度と耐熱衝撃性を要求される用途に適する。

4.炭化ホウ素 （B4C）

- 特性炭化ホウ素は、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素に勝るとも劣らない驚異的な硬度を持つ。また、密度が低いため、弾道防具としての効果も高い。

- 用途ブラストノズルの研磨環境や、高い耐衝撃性を必要とする防護具に使用される。原子炉の中性子吸収用途にも使用される。

- 適性：高速粒子に対する極度な硬度そして軽量の保護を必要とする適用のための最適。

5.炭化ケイ素（SiC）

- 特性：優れた耐熱衝撃性、低熱膨張性、優れた熱伝導性が特徴。

- 用途半導体製造装置や研磨環境など、耐摩耗性も要求される高温用途に最適。

- 適合性高い熱伝導性と変動する温度条件下での耐久性が要求される場面に適している。

ハードフェーシング用途の超硬合金の選択は、摩耗タイプ（摩耗、侵食、衝撃）、使用温度、環境条件など、用途の具体的なニーズによって決まる。

炭化タングステンは比類のない硬度と耐摩耗性で、炭化クロムは酸化的な高温環境で優れています。炭化チタンは熱安定性と硬度で好まれ、炭化ホウ素は軽量で非常に高い硬度が要求される用途に最適です。

超硬合金の用途

--超硬合金の製造方法

超硬ハードフェーシングの適用には、さまざまな方法があり、それぞれ異なる部品形状と操作要件に適しています：

• 溶接オーバーレイ：この伝統的な方法では、溶接技術を使って超硬材料を基材に溶かします。耐久性のある結合が得られ、さまざまなサイズや形状の部品に対応できます。
• 溶射：超硬粒子を加熱して溶融または半溶融状態にし、基材に吹き付けます。この方法は、基材を大幅に加熱することなく、厚いコーティングを施すのに有効です。
• レーザークラッディング：高出力のレーザーを利用して、基材の表面を超硬材料とともに溶かす。レーザークラッディングでは、精度が高く、希釈が最小限に抑えられるため、高品質のコーティングが得られる。

--超硬合金の用途は？

超硬ハードフェーシングは、過酷な摩耗条件にさらされる機械部品の耐久性と寿命を向上させるため、さまざまな分野で使用されています。主な分野は以下の通りです：

鉱業および建設業界では、掘削ビットや掘削機の歯の耐摩耗性を高めます。石油・ガス分野では、掘削工具やバルブを摩耗性流体から保護するために使用されます。製造業では、超硬合金製の切削工具、金型、金型が、長期間の使用にも完全性を維持できるという利点があります。

結論

超硬合金による表面処理技術は、過酷な摩耗条件にさらされる工業部品の寿命と効率に大きく貢献します。技術の進歩に伴い、ハードフェーシング用途における超硬合金の役割は進化を続け、産業機械の耐久性と性能のさらなる向上が期待されています。

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