JPH0159323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、ゴム、プラスチツク等の射出成形機
および押出機の加熱シリンダに関する。 （従来の技術） エンジニアリングプラスチツク、セラミツク
ス、プラスチツクマグネツト、ゴム、強化繊維を
含有したプラスチツク等の射出成形機や押出機の
加熱シリンダとして、シリンダ内周面に耐食、耐
摩耗性に優れた高硬度材料をライニングした複合
シリンダが使用されている。 従来、複合シリンダの製造方法として、WC粉
末をNi基あるいはCo基の母材合金中に分散し、
これをシリンダ本体の内周面に遠心鋳造する方法
が採られていた。しかし、この方法では、シリン
ダの内面にWC粉末粒子が集積せず、ライニング
層の内面を切削により除去しなければならないこ
と、また、シリンダ本体とライニング層との境界
にWC粉末粒子が集積するため、両者の接合強度
が劣化することなどの問題があつた。 そこで、近年、高温・高圧技術の進歩に伴い、
前記遠心力鋳造方法の問題点を解決したライニン
グ層の形成方法が提案されている。この方法は、
ライニング層の形成に熱間静水圧加圧（以下、
HIPという。）を適用したものであり、Ni基ある
いはCo基合金粉末、また、この粉末と種々の硬
質材粉末とを混合した複合粉末をシリンダ内周面
に充填してライニング粉末層を形成し、該ライニ
ング粉末層を脱気密封してHIP処理を施し、前記
ライニング粉末層を焼結して耐摩耗性を有しかつ
耐食性のあるライニング層を形成すると共に該ラ
イニング層をシリンダ本体の内周面に拡散接合さ
せるということを内容とするものである。 尚、従来の場合、シリンダ本体の材質として
は、通常、炭素鋼、Cr−Mo鋼、Ni−Cr−Mo鋼
あるいはSUS316等のステンレス鋼が使用されて
おり、引張強さは85Kg/mm²未満である。 （発明が解決しようとする問題点） 近年、精密成形に対応した射出圧力の増加ある
いは高温射出成形品の増加に伴つて、低温あるい
は高温度域での高強度シリンダに対する要求が高
まつており、加熱シリンダとして、内面の耐摩耗
性および耐食性と共に、シリンダ本体の高強度化
が望まれている。 既述したHIPによるライニング層の形成によ
り、高品質の複合シリンダが提供されるに至つた
が、シリンダ本体の引張強度は85Kg/mm²未満であ
るので、高い強度のシリンダを製造するには、シ
リンダ本体に高強度化のための焼入れ焼戻し等の
熱処理を行う必要がある。 ところが、かかる高強度化熱処理を施すと、高
硬度のライニング層とシリンダ本体との熱膨張率
および熱処理変態特性の差が大きいため、熱処理
中にライニング層に割れが入つたり、境界面より
剥離する場合が生じる。また、成形機等に装着し
た場合においても、境界部での残留応力が高いた
めに、射出圧が2000Kg/mm²あるいはそれ以上とな
る高圧使用環境では、使用中にライニング層の割
れや剥離が発生する事がある。 本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、
HIP処理によつてシリンダ本体の内周面に高硬度
かつ耐食性および耐摩耗性を有するライニング層
を形成する複合シリンダの製造方法において、ラ
イニング層の割損や剥離が生じ難く、かつシリン
ダ本体が高強度化された複合シリンダの製造方法
を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 叙上の目的を達成するための講じられた本発明
の高強度複合シリンダの製造方法の特徴とすると
ころは、シリンダ本体を熱処理により高強度化す
ることができる耐食性合金材料で形成し、ライニ
ング層の基材となる合金粉末をシリンダ本体と同
一の金属材料で形成し、この合金粉末にセラミツ
クス等の高硬度粉末を混合した複合粉末をシリン
ダ内面に充填し、脱気密封してHIPを施し、前記
粉末が焼結たれたライニング層をシリンダ本体内
面に拡散接合させ、得られた複合シリンダ素材に
高強度化熱処理を施した後、所期の形状に加工す
る点にある。 （実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。 本発明に使用するシリンダ本体は、熱処理によ
つて高強度が得られる耐食性合金材料で形成され
る。前記金属材料の素材を圧延あるいは鍛造した
後、ライニング層の厚さを考慮して機械加工を行
い、所定の内孔径を有する円筒形状のシリンダ本
体を得る。 まず、前記シリンダ本体の内周面に高硬度粉末
とライニング層の基材となる合金粉末との混合粉
末を充填してライニング粉末層を形成する。 高硬度粉末としては、WC、VC等の炭化物、
TiN、VN等の窒化物、TiB₂、MoB等のホウ化
物、Al₂O₃、ZrO₂等の酸化物などの高硬度セラミ
ツクス粉末を使用する。 混合粉末中の高硬度粉末の添加割合は、混合粉
末をHIP処理した後の複合材の熱膨張率がシリン
ダ本体と大きな差違を生じない範囲（望ましくは
熱膨張率の差で３×10^-6／℃以下）、あるいは靭
性が著しく低下しない範囲で所要の耐摩耗性を考
慮して任意に決定することができる。 ライニング層の基材となる合金粉末としては、
前記シリンダ本体と同一の耐食性合金の粉末を用
いる。 前記合金材質は、シリンダ強度およびライニン
グ層に要求される耐食性により適宜の合金を選択
し使用することができる。 例えば、300〜550℃といつた高温度で使用さ
れ、しかも高温強度が要求される高温高圧用シリ
ンダあるいはプラスチツクマグネツト射出成形用
に要求される非磁性シリンダの場合、析出硬化型
オーステナイト鋼をシリンダ本体およびライニン
グ層の基材となる合金粉末の材質として適用する
ことで要求性能を満足することができる。 尚、通常、強度および耐食性は、選択した合金
により付与することができるが、他方、要求され
る耐摩耗性は、この合金粉末に前記高硬度粉末を
混合し複合化することで十分付与することができ
る。 ライニング粉末層は、シリンダ本体の内孔にこ
れと同心状に金属カプセルを装着し、両者の間に
混合粉末を充填し、シリンダ本体の内周面に形成
される。 ライニング粉末層を脱気密封した後、HIP処理
を施す。 HIP処理によつて、前記ライニング粉末層が焼
結されて、高硬度かつ耐食性を有するライニング
層が形成されると共に該ライニング層がシリンダ
本体の内周面に拡散接合される。 次に、以上のようにしてライニング層がシリン
ダ本体の内周面に形成された複合シリンダ素材
は、製品に近似した形状に粗加工した後、高強度
熱処理を行う。高強度熱処理としては、焼入れ・
焼戻し処理あるいは溶体化・時効処理等がある
が、合金材質に対応した適宜の熱処理を選択する
ことにより、シリンダ本体を85Kg/mm²以上に高強
度化すると同時にライニング層中の基材金属をも
高硬度化することができる。この際、基材金属は
シリンダ本体と同一の金属材料を用いているか
ら、熱処理変態特性および熱処理特性が共通し、
シリンダ本体とライニング層との境界部に前記特
性の相違に起因する剥離や過大な残留応力が生じ
ることがない。 次に本発明の具体的実施例として、プラスチツ
クマグネツト射出成形機用シリンダの製造実施例
を掲げて説明する。 このシリンダは、引張強度85Kg/mm²以上で非磁
性、耐摩耗性が要求されるので、シリンダ本体お
よびライニング層の基材となる合金粉末として、
高マンガン系析出硬化型オーステナイト鋼を用い
た。また、高硬度粉末としてVC粉末を用いた。 まず、シリンダ本体が下記のようにして製作さ
れた。前記高マンガン鋼にて大気溶解により鋼塊
を溶製し、つづいて鍛造により125mmφの鍛造素
材を製造し、この鍛造素材を機械加工して、外径
120mmφ×内径44mmφ×長さ1100mmｌのシリンダ
本体を得た。 ライニング粉末は、まずシリンダ本体と同一の
高マンガン系析出硬化型オーステナイト鋼を大気
溶解した後、高圧アルゴンガスにてアトマイズ
し、得られたアトマイズ粉末を−60メツシユにて
分級して、本実施例で使用する粉末とした。次い
で、この粉末に粒径１〜3μｍのVC粉末を容積比
で６：４として添加し、両者を均一に混合して、
複合粉末を得た。 前記シリンダ本体の内孔内面に厚さ３mmのライ
ニング粉末層を形成するべく内面側からカプセル
を装着し、この空隙にライニング粉末を充填した
後、脱気密封してHIP処理を施した。HIP条件
は、温度1150℃、圧力1000Kgf/cm²とした。 HIP処理後、カプセルおよびライニング層内面
一部を除去し、複合シリンダ素材を削り出した。 その後、複合シリンダ素材を1150℃×1Hrの溶
体化処理および650℃×3Hrの時効処理を行つて、
最終的に外径115mmφ×内径40mmφ×長さ1080mm
ｌのシリンダに仕上げた。 このようにして製造された複合シリンダの特性
を第１表に示す。また、ライニング層接合部の金
属ミクロ組織を第１図（50倍）に示す。また、境
界部近傍におけるライニング層の金属ミクロ組織
（1000倍）を第２図に示す。また、ライニング層
の耐摩耗性の評価試験結果を第３図に示す。尚、
第３図には、比較のためSKD11材の試験結果を
併せて示した。

【表】 第１表より、実施例に係る複合シリンダは、高
強度であり、かつ全体が非磁性であることが確認
された。また、第１図および第２図より、ライニ
ング層とシリンダ本体とは良好に接合されてお
り、かつVC粒子が基材金属中に良好に分散して
いることが確認された。更にまた、第３図によ
り、本実施例のライニング層はSKD11よりも耐
摩耗性に極めて優れていることが確認された。 （発明の効果） 以上説明した通り、本発明の高強度複合シリン
ダの製造方法によれば、シリンダ本体を熱処理に
より高強度化することができる耐食性合金材料で
形成し、該シリンダ本体の内孔内面にHIPにより
形成されるライニング層の基材となる金属とし
て、シリンダ本体と同一の金属材料を用いるの
で、HIP後の複合シリンダ素材に、シリンダ本体
が85Kg/mm²以上の引張強度を帯有するような高強
度化熱処理を施しても、ライニング層とシリンダ
本体との境界部に剥離や過大な残留応力が生じる
ことがない。また、製品となつた状態において
も、境界部で異常な残留応力が発生せず、接合強
度もシリンダ本体と同レベルで十分高いので、射
出圧力が2000Kg/cm²あるいはそれ以上となる様な
高圧条件で使用されても、ライニング層に割れや
剥離を生ずることがなく、十分な耐用性を具備す
るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はライニング層接合部の金属組織写真、
第２図はライニング層の金属組織写真、第３図は
ライニング層の耐摩耗性評価試験結果を示すグラ
フ図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内孔を有するシリンダ本体の内周面にライニ
   ング層の基材となる耐食性合金粉末とこれにセラ
   ミツクス等の高硬度粉末を混合した複合粉末を充
   填してライニング粉末層を形成し、該ライニング
   粉末層を脱気密封して熱間静水圧加圧を施し、前
   記ライニング粉末層を焼結して高硬度かつ耐食性
   を有するライニング層を形成すると共に該ライニ
   ング層をシリンダ本体の内周面に拡散接合させ、
   得られた複合シリンダ素材を所期の形状に加工す
   ることを特徴とする複合シリンダの製造方法にお
   いて、 シリンダ本体を熱処理により高強度化すること
   ができる耐食性合金材料で形成し、ライニング粉
   末の素材となる合金粉末をシリンダ本体と同一の
   金属材料で形成し、さらに所期の形状に加工する
   前に、複合シリンダ素材に高強度化熱処理を施す
   ことを特徴とする高強度複合シリンダの製造方
   法。