
耐摩耗合金は、機械的磨耗による表面劣化や材料損失に耐えるように特別に設計された材料の一種です。この摩耗は、摩耗(削れ)、侵食(粒子による衝撃)、凝着(かじりや焼き付き)、衝撃によって発生する可能性があります。
その主な機能は、産業機器の耐用年数を延ばし、ダウンタイムを削減し、要求の厳しい環境での運用効率を向上させることです。
耐摩耗性の科学
耐摩耗性は、密度のような単一の材料特性ではありません。それは複雑なシステムの動作です。材料の耐摩耗性の鍵は、塑性変形や破壊に耐える能力にあります。これは主に以下によって実現されます。
高硬度: 硬質粒子による浸透や摩耗に耐えます。
加工硬化: 衝撃や応力が加わると、表面がますます硬くなる能力 (ハドフィールド マンガン鋼など)。
靭性: 衝撃荷重による欠け、ひび割れ、剥離に耐えます。
微細構造: 硬質金属マトリックスに硬質炭化物 (クロム、タングステン、バナジウム炭化物など) が埋め込まれているのが一般的な特徴です。
耐摩耗合金は通常、鉄金属 (鉄と鋼) または非鉄金属をベースにしており、それぞれが特定の摩耗メカニズムに合わせて調整されています。
| 合金の種類/ベース | 主な特徴 | 共通グレード・例 | 主な用途 |
| マルテンサイト鋼 | 高い硬度と優れた強度。熱処理(焼き入れ・焼き戻し)によって実現されます。 | AR400、AR500、4140、4340 | 採掘バケット、クラッシャーライナー、ブルドーザーブレード、摩耗プレート。 |
| オーステナイト系マンガン鋼 | 「ハドフィールド鋼」。非常に丈夫で加工硬化性に優れています。衝撃を受けると、コアは強靭なままでありながら、表面硬度が劇的に増加します。 | A128 グレードC、MN13、MN18 | ジョークラッシャーライナー、鉄道カエル、削岩機ビット、履帯。 |
| 高クロム白鋳鉄 | 硬質クロム炭化物を多量に含有するため、優れた耐摩耗性を発揮します。衝撃を受けると脆くなる可能性があります。 | 二ハード、A532 | スラリーポンプケーシング、ミルライナー、粉砕機ロール、ショットブラスト装置。 |
| 超硬複合材 | モノリシック合金ではありませんが、重要な耐摩耗性材料です。硬質タングステンカーバイド粒子が丈夫な金属マトリックス(コバルトやニッケルなど)に埋め込まれています。 | 炭化タングステン複合材料、ステライト (コバルトベース) | 硬化ワイヤー、摩耗プレート、切削工具、ドリルビット、バルブシート。 |
| コバルト基合金 | 摩耗、腐食、高温(赤硬度)の組み合わせに対する優れた耐性。 | ステライト、ヘインズ合金 | ガスタービンブレード、高温バルブ、ソーチップ、エンジン部品。 |
| ニッケル基合金 | コバルト合金と同様に、優れた耐摩耗性と耐食性を備え、コバルトが適さない場所でよく使用されます。 | インコネル、コルモノイ | 化学処理装置、航空宇宙部品、硬化オーバーレイ。 |
これらの合金は、コンポーネント全体の製造に常に使用されるわけではありません。多くの場合、基材を保護するための費用対効果の高い方法で適用されます。
キャストコンポーネント: この部品 (ポンプ ケーシングなど) は全体が耐摩耗合金で鋳造されています。
ウェアプレート: 硬化鋼板 (AR400 など) は脆弱な表面にボルト締めまたは溶接されます。
硬化肉盛/クラッディング: 耐摩耗性合金の層が、安価で丈夫なベースメタルの表面に溶接または融着されます。これは非常に一般的で経済的な方法です。
溶射: 合金のコーティングが表面にスプレーされ、耐摩耗層が形成されます。
要約すると、耐摩耗合金は、重工業のバックボーンを形成する多様かつ重要な材料ファミリーです。適切な合金の選択は、摩耗メカニズム (摩耗、衝撃など)、動作環境 (温度、腐食など)、および経済的考慮事項の正確な理解に依存します。