JPH0237486Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、金属とタングステン炭化物粒子とか
ら成る複合組織を有する、圧延用ロール等として
有用な鋳物の竪型遠心力鋳造に使用される鋳型に
関する。

〔従来の技術〕

鋳鉄（例えば、ダクタイル鋳鉄、ニツケルグレ
ン鋳鉄）等の金属溶湯に、硬質粒子であるタング
ステン炭化物粒子（WC，W₂C，タングステン・
チタン複炭化物等）を混合縣濁させた固液混合体
を鋳型内で凝固させることにより、タングステン
炭化物粒子が金属を介して結合された「粒子−金
属」複合組織を有する鋳物（以下、複合鋳物」）
が得られる。

上記複合鋳物は、タングステン炭化物粒子（以
下、「炭化物粒子」または「粒子」ともいう）の
分散効果により金属単相鋳物では得られない高耐
摩耗性を有している。その耐摩耗性は、炭化物粒
子の充填率（複合組織に占める該粒子の体積率）
を高める程、増強される。その複合鋳物の鋳造に
おいては、炭化物粒子の添加に伴う混入気泡（ピ
ンホールとなつて鋳物品質を損なう原因となる）
の浮上分離の促進、および炭化物粒子と溶湯との
接触界面の十分な濡れによる界面結合力の確保・
組織の緻密化等のために、溶湯の鋳込量を多くし
て炭化物粒子添加量に対する溶湯量の比率を高
め、溶湯熱量の豊富化によつて固液混合状態にお
ける溶湯の流動性を十分ならしめることが望まし
い。

この場合、第１１図に示すように鋳型１内に鋳
込まれた溶湯Ｍ中の炭化物粒子Ｐを溶湯との比重
差により下側領域に沈降・凝集させ、凝固完了
後、上部の金属単相部分（炭化物粒子が比重分離
された余剰溶湯の凝固部分）Ｓを切断除去すれ
ば、炭化物粒子が凝集した下側領域の複合鋳物を
採取することができる。しかし、粒子の自然沈降
のみに依存したのでは、粒子の凝集に長時間を要
し、粒子充填率の高い鋳物を得ることは困難であ
る。また、鋳物の耐摩耗性はその表面に関する特
性であるから、鋳物の表面層だけでなく内側領域
に亘つて一様に炭化物粒子を分布させるのは炭化
物粒子の無駄となる。この問題は、竪型遠心力鋳
造の適用により解消することができる。

すなわち、鋳型１の垂直軸心を回転中心とする
遠心力を作用させれば、炭化物粒子の表層領域へ
の遠心移行により、第１２図に示すように、表層
領域に炭化物粒子Ｐが凝集した複合鋳物を形成す
ることができる。また、炭化物粒子の遠心移行過
程において溶湯中に混在する気泡等が内側領域に
向かつて移行することにより、表層領域のピンホ
ール等の発生が防止され、複合鋳物の健全性も高
められる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかるに、上記複合鋳物の竪型遠心力鋳造にお
いては、第１２図に示すように、溶湯Ｍ中を遠心
移行して表層領域に凝集・推積したタングステン
炭化物粒子Ｐが、その遠心力の作用により鋳型の
立壁内面にそつて這い上り、複合鋳物部分Ｄの上
端縁を越えて余剰溶湯領域に拡散移行するという
現象が生じる。この凝集・推積した炭化物粒子の
余剰溶湯内への拡散移行は、表層領域への炭化物
粒子の遠心凝集を促進するべく、溶湯の流動性を
高めると共に遠心力の作用を強める程顕著とな
り、結果として炭化物粒子の無駄を余儀なくされ
るだけでなく、粒子充填率の高い複合組織を有す
る表層を所望の厚さに形成することが不可能とな
り、竪型遠心力鋳造を利用することの意義が著し
く損なわれてしまう。

本考案は、複合鋳物の竪型遠心力鋳造における
上記問題点を解決するためになされたものであ
る。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本考案の竪型遠心力鋳造用鋳型は、複合鋳物が
形成される下側空間部Ｖと、タングステン炭化物
粒子が比重分離される余剰溶湯を貯留する上側空
間部V′との間に位置して、遠心力によるタング
ステン炭化物粒子の鋳型立壁内面に沿う余剰溶湯
部への拡散移行を遮断するための環状突起１２が
立壁内面に形設されていることを特徴としてい
る。

本考案の鋳型について、実施例を示す添付図面
に従つて説明すると、第１図の鋳型１は、第８図
に示した中実円柱状鋳物の鋳造に使用される鋳型
であり、円筒状立壁部１１と底壁部１３とを有
し、その立壁部１１内面の所要の高さ位置に、立
壁内面を水平方向に一巡する環状突起１２が形成
されている。環状突起１２の下側空間部Ｖは、目
的とする複合鋳物が形成される領域（製品形成空
間部）であり、その上側空間部V′は余剰溶湯の
ための空間（以下、「余剰溶湯空間」）である。

第２図〜第４図は、それぞれ中空円柱状鋳物の
鋳造に使用される鋳型の例を示す。第２図の鋳型
は、円筒状立壁部１１と底壁部１３およびその底
壁部の中心に立設された円柱状中子１４とからな
り、環状突起１２は、円柱状中子の頂部よりやや
低く位置して円筒状立壁部１１の内面に形成され
ている。第３図は第２図の変形例である。この例
における環状突起１２は円柱状中子１４の頂部よ
りやゝ高く位置している。これは、上方から鋳込
まれる溶湯の製品形成空間部Ｖ内への流入をスム
ースに行わせるためである。すなわち、円柱状中
子１４が環状突起１２より上方に突出している第
２図の鋳型において、その立壁部１１の内径と円
柱状中子１４の外径との差が比較的小さいような
場合には、円柱状中子１４外周面と環状突起１２
内周縁との間の隙間が狭いため、製品形成空間部
Ｖ内への溶湯のスムースな流入が妨げられる。こ
のため、円柱状中子１４の頂部と環状突起１２の
高さ位置をずらすことにより十分な隙間空間を与
えて上記不都合を回避しているのである。後記実
施例において使用した鋳型はそのような形状を有
する鋳型である。第４図の鋳型は、同心円状の円
筒状外側立壁部１１と円筒状内側立壁部１５、お
よび底壁部１３とで形成されており、その鋳型内
空間は、外側立壁部１１に設けられた環状突起１
２により下側の製品形成空間部Ｖと上側の余剰溶
湯空間V′とに分けられている。

本考案鋳型は、耐火物鋳型、例えばセラミツク
焼成鋳型、クロマイトサンドーCO₂鋳型等として
構成される。これらの鋳型は、高温加熱状態で鋳
造に供することができ、金属溶湯の急激な降温・
粘稠化の緩和に有効である。鋳型の立壁部の内面
に設けられる環状突起１２は、鋳型と一体に形成
されてもよく、または鋳型とは別体のものとして
製作し立壁部内面の所定の位置に固定してもよ
い。環状突起１２の立壁内面からの突出高さ寸法
は、目的とする複合鋳物における複合組織（粒子
凝集層）の層厚に応じて定めればよい。

なお、タングステン炭化物粒子の粒径は、鋳物
表面の耐摩耗性向上効果の点から約350μm以下の
ものが好ましく、またその粒子は、溶湯の降温を
補償するために、約300℃以上の温度に予熱して
使用するのが好ましい。

本考案鋳型による竪型遠心力鋳造の例を第５図
に示す。５は堅型遠心回転台、２は鋳込みホツ
パ、４はタングステン炭化物粒子供給装置であ
る。この例における鋳型１は、中心に円柱状中子
１４が立設されている第３図の鋳型である。鋳型
１はバツクサンド６で容器７内に固定され、回転
台５上、その回転支軸５１に一致して設置されて
いる。９は、鋳型１内に鋳込まれた溶湯の遠心力
による飛散を防ぐための湯止めバンドである。バ
ンド９は中央部に鋳込み孔を有するドーナツ状円
板であり、ピン１０により鋳型１の上部開口部に
取付けられている。鋳込みホツパ２は、鋳型１の
上方に位置して、そのスリーブ２１が鋳型１内の
円柱状中子１４の軸心に一致するように設置され
ている。

上記鋳造装置において、取鍋３およびタングス
テン炭化物粒子供給装置４から鋳込みホツパ２内
に供給される金属溶湯Ｍとタングステン炭化物粒
子Ｐは、固液混合体となつてスリーブ２１から流
下し、鋳型１内の円柱状中子１４の半球状頂部に
衝突して放射状に均等に分流し下部の製品形成空
間部Ｖに鋳込まれる。タングステン炭化物粒子Ｐ
の添加は、溶湯Ｍの鋳込みと同時に開始し、同時
に終了してもよいが、鋳型１内の溶湯中への均一
な分散と、製品形成部Ｖへの早期の沈降を促すた
めに、適量の溶湯が鋳込まれた時点で開始し、そ
の湯面が環状突起１２より上方に適当な高さだけ
上昇した後、溶湯の鋳込みが終了する前に添加を
終わるようにすることが望ましい。

鋳型の遠心回転は、鋳込み開始と同時、あるい
は鋳型１内の溶湯中のタングステン炭化物粒子の
沈降状況に応じた適当な時期に開始される。

その鋳型回転速度は、溶湯と炭化物粒子が鋳込
まれている間は、炭化物粒子（および溶湯）を鋳
型内空間の円周方向の各部分に均等に分散させ得
る程度の低減度回転とし、鋳込終了と共に、炭化
物粒子の遠心移行に必要な高速回転を行うように
してもよい。

鋳型１内に鋳込まれた金属溶湯Ｍに分散・懸濁
するタングステン炭化物粒子は、鋳型１の遠心回
転により、第６図に示すように、表層領域に遠心
移行し、凝集・推積する。その鋳型１の立壁内面
には、製品形成部Ｖと余剰溶湯空間部V′との間
に位置して環状突起１２が突出しているので、前
記第１２図に示されるようなタングステン炭化物
粒子Ｐの上方への拡散逸出はなく、製品形成部Ｖ
の表層領域における凝集・推積が進む。また、遠
心力の作用により溶湯中に混在する微小気泡は回
転中心に向かつて移行し、表層領域の緻密性が高
められる。

溶湯の凝固完了をまつて、鋳型から鋳造体を取
出し、上部のタングステン炭化物粒子が比重分離
された金属単相部分Ｓを切断除去し、鋳造体Ｄの
上端側の中実部に中ぐり加工を加える（あるい
は、その部分も上記金属単相部分Ｓと共に切捨て
る）ことにより、第７図に示すような中空円筒状
の鋳物製品が得られる。その鋳物の表層領域Ｏは
タングステン炭化物粒子Ｐの充填率が高く、かつ
所望の層厚を有し、しかもピンホールのない健全
な鋳造組織を有している。なお、内部領域Ｉに表
層領域から移行したピンホールがそのまま残存し
ていることがあつても、肌荒れは鋳物の表面に関
する問題であるので、内部領域におけるピンホー
ルの存在は実用上問題とはならない。

また、例えば第９図に示すように鋳型内の溶湯
Ｍがその中央部で放物面をなし、中空（もしくは
ほぼ中空）形態を呈する程の遠心力を付加するこ
とは、炭化物粒子の遠心移行とピンホールの内面
移行を促進し、得られる鋳物の健全性を高めるの
に効果的である。この場合に中実鋳物が必要であ
ればその中空部に二次湯を鋳込んで充填すればよ
い。このような高速度回転を行う鋳造では、第２
図や第３図に示す鋳型の円柱状中子１４の突出高
さは低くてよく、半球状頂部のみが鋳型の底壁部
中央に膨出している形態としてもよい。

〔実施例〕

第５図の鋳造装置において、ニツケルグレン鋳
鉄溶湯と、WCタングステン炭化物粒子の固液混
合体を鋳込み、第７図に示す形状の中空円筒状複
合鋳物を製造した。

〔１〕 鋳型： (i) セラミツク焼成モールド（主構成分：硅砂） (ii) 諸元寸法（第１０図参照）：円筒状立壁部の
内径（ａ）200mm、円柱状中子の外径（ｂ）100
mm、製品形成空間部の肉厚（ｃ）50mm、環状突
起の突出高さ（ｄ）16mm、底壁部から環状突起
までの高さ（ｅ）100mm、円柱状中子高さ（ｆ）
80mm、中子の頂部（Ｒ）50mm、鋳型壁肉厚
（ｔ）８mm（鋳型全体に亘り一様）。

(iii)鋳造開始直前の鋳型内面温度：900℃ 〔２〕 鋳鉄溶湯 (i) 化学素成（wt％）：C3.16、Si0.76、Mn0.61、
Ni4.48、Cr1.32、Mo0.48、残部Fe (ii) 鋳込温度：1600℃ (iii) 鋳込量：45Kg 〔３〕 WC粒子 (i) 平均粒径：53μm (ii) 予熱温度：400℃ (iii) 鋳込量：15Kg 〔４〕 鋳臓 (i) 溶湯鋳込所要時間：30秒 (ii) WC粒子鋳込み時間：溶湯の鋳込み開始３秒
後にWC粒子の鋳込みを開始し、22秒を要して
全量を鋳込み終える。

(iii) 鋳型回転：鋳込み時60rpm。溶湯および粒子
の鋳込み終了時から約２分を要して700rpmま
で高め（その鋳型回転速度において溶湯面は凹
陥し円柱状中子１４の上方部分が露出）、凝固
完了までその回転数に保つた。

上記鋳造により得られた中空円筒状鋳物は、全
周全長にわたつて層厚約15mmの複合組織からなる
表層領域Ｏと、WC粒子が遠心分離された内部領
域Ｉとからなる二層構造を有する。その表層領域
（複合組織）におけるWC粒子充填率は70％であ
り、ピンホールの残存は殆どなく、緻密で均一な
組織を呈している。

〔考案の効果〕

本考案鋳型を使用することにより、表層領域に
タングステン炭化物粒子の充填率が高く、緻密な
複合組織を有する層を所望の層厚に形成すること
ができる。従つて、圧延用ロール等の表面の耐摩
耗性や耐肌荒れ性等を必要とする鋳物の鋳造に有
用である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本考案の実施例を示し、各図
ともは縦断面図、は平面図、第５図は本考案
鋳型を用いた竪型遠心力鋳造の例を示す縦断面
図、第６図および第９図は本考案鋳型内の溶湯中
タングステン炭化物粒子分布状況を模式的に示す
縦断面図、第７図および第８図は本考案鋳型を使
用して得られる複合鋳物を模式的に示し、各図と
もは軸方向断面図、は径方向断面図、第１０
図は鋳型の諸元寸法説明図、第１１図は静置鋳造
鋳型内の鋳造体を模式的に示す縦断面図、第１２
図は通常の竪型遠心力鋳造用鋳型における鋳造体
を模式的に示す縦断面図である。 １……鋳型、１１……立壁部、１２……環状突
起、２……鋳込みホツパ、４……タングステン炭
化物粒子供給装置、５……堅型遠心回転台、Ｐ…
…タングステン炭化物粒子、Ｍ……金属、Ｖ……
製品形成空間部、V′……余剰溶湯空間部、Ｏ…
…表層領域、Ｉ……内部領域。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 金属溶湯中に懸濁させたタングステン炭化物粒
   子を遠心移行させることにより、凝集したタング
   ステン炭化物粒子と金属とから成る複合組織を表
   層領域に有する鋳物（以下、「複合鋳物」）を鋳造
   するための竪型遠心力鋳造用耐火物鋳型であつ
   て、 複合鋳物が形成される下側空間部と、タングス
   テン炭化物粒子が比重分離される余剰溶湯を貯留
   する上側空間部との間に位置して、遠心力による
   タングステン炭化物粒子の鋳型立壁内面に沿う余
   剰溶湯部への拡散移行を遮断するための環状突起
   が立壁内面に形設されていることを特徴とする複
   合鋳物の竪型遠心力鋳造用鋳型。