JPH07314120A - 耐蝕耐摩耗部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化等のない強度の十分な良質の耐蝕、耐摩
耗層を強固に焼結接合した機械構造用部材を製造する。 【構成】 第２層を形成すべく予め所定の形状に成形し
た鉄系板材１２に、第１層１１を形成すべく鉄系鋳造物
で鋳ぐるむことにより、第１層および第２層を形成し、
その後、前記第２層の表面に第３層１４である耐蝕およ
び／または耐摩耗層を真空または不活性ガス雰囲気中で
焼結接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械やプラスチッ
ク成形機械等において、摺動部のように耐蝕あるいは耐
摩耗性を必要とする部分を有するベッド、サドル、フレ
ーム並びにシリンダ等の機械構造用部材の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、耐蝕性を必要とする機械部品
の材料にはステンレス鋼、ハステロイ、セラミックス等
が使用される。これらの金属材料の機械的性質には耐蝕
性に優れる反面、軟らかい、脆いなどの欠点があり、摺
動部を有する機械構造用部材には、使用することができ
ない。そのため、従来は、耐蝕性、耐摩耗性を必要とす
る部分を補強するため、基材に耐蝕、耐摩耗部材を鋼材
を介して焼きばめ、またはろう付けして使用している
が、基材との間で熱膨脹係数が大きく異なるため、加熱
や荷重の作用により、境界層が剥離し易く、実用に耐え
難いものであった。

【０００３】そこで、特公平４−７９７４５号公報に示
されているように、鋳造の際の熱エネルギを利用して、
鋳造物の表面に耐蝕、耐摩耗層を焼結させて機械構造用
部材を製造する方法が提案されている。

【０００４】この方法は、低融点金属からなる拡散接合
用表面処理層を設けた熱緩衝用の鋼板の一方の面に隣接
して耐蝕耐摩耗層を設置し、次いで、前記鋼板の他方の
面側に少なくとも低融点金属より高い融点の基材となる
鋳ぐるみ材料を鋳込み、この鋳ぐるみ材料の熱により接
合用表面処理層を介して鋳ぐるみ材料、鋼板並びに耐蝕
耐摩耗材層をそれぞれ拡散接合させるものである。この
方法によれば、耐蝕耐摩耗材層には鋳ぐるみ材料の温度
が鋼板を伝わって伝達されるので、割れ等の欠陥が発生
せず、しかも、拡散接合により耐蝕耐摩耗層と鋼板並び
に鋼板と鋳ぐるみ材料が一体化された強固な複合部材が
得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
製造方法による場合、機械構造用部材として優れたもの
が得られるが、鋳造は、通常大気中で行なわれるので、
耐蝕、耐摩耗層は粒体で気孔が多いため、酸化しやすく
十分な強度を得られない欠点がある。また、この欠点を
回避するため鋳造を真空または不活性ガス雰囲気で行う
と、製造コストが高くなって好ましくないなどの種々の
課題を残していた。そこで、本発明の目的は、前記従来
技術の有する問題点を解消し、酸化等のない強度の十分
な良質の耐蝕、耐摩耗層を強固に焼結しかつ接合した耐
蝕耐摩耗部材を安価に製造することのできる耐蝕耐摩耗
部材の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、第１層が鉄系鋳造物、第２層が鉄系板
材、第３層が焼結合金からなる耐蝕および／または耐摩
耗層からなる耐蝕耐摩耗部材の製造方法であって、第２
層を形成すべく予め所定の形状に成形した鉄系板材に、
第１層を形成すべく鉄系鋳造物で鋳ぐるむことにより、
第１層および第２層を形成し、その後、前記第２層の表
面に第３層である耐蝕および／または耐摩耗層を真空ま
たは不活性ガス雰囲気中で焼結接合することを特徴とす
るものである。

【０００７】第１層の鉄系鋳造物は、製造する機械構造
用部材の使用目的に応じて、例えば高強度を必要とする
場合は、特殊鋳鋼（ＪＩＳ記号：ＳＣＭｎＣｒ、ＳＣＭ
ｎＣｒＭ、ＳＣＣｒＭ）、鋳鋼（ＪＩＳ記号：ＳＣ
Ｓ）、ダクタイル鋳鉄（ＪＩＳ記号：ＦＣＤ）の中から
必要とする強度の程度により選択し、あまり強度を必要
としない場合は、ねずみ鋳鉄（ＪＩＳ記号：ＦＣ）等を
選択することが好ましい。第２層の鉄系板材は、平面的
な板状に限らず管状に形成したものでもよく、第３層の
耐蝕および／または耐摩耗層を形成する焼結合金の熱膨
脹係数に応じて、熱膨脹係数の差が３×１０^-6以下とな
るように、高炭素鋼（ＪＩＳ記号：Ｓ４８Ｃ、ＳＫ）、
低炭素鋼（ＪＩＳ記号：ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０、
ＳＵＳ４３０）等の中から選択することが好ましい。

【０００８】そこで、表１に第３層を形成する合金の組
成と熱膨脹係数（室温〜２００℃）の例を示す。

【０００９】

【表１】 次に、表２には、第１、第２層に用いられる前記材料の
熱膨脹係数（室温〜２００℃）を示す。

【００１０】

【表２】 表１、表２から明らかなように、第３層が熱膨脹係数の
大きい耐蝕性合金１、２の場合は、第２層には、高炭素
鋼または低炭素鋼を用い、第３層が熱膨脹係数の小さい
耐摩耗性合金１、２である場合にはステンレス鋼を用い
ることが好ましい。

【００１１】第１層の鉄系鋳造物による第２層の鉄系板
材の鋳ぐるみは、大気中で行われる通常の鋳ぐるみより
的確に行われ、第１層と第２層は鉄系鋳造物中の炭素が
第２層の鉄系板材中に拡散することにより強固に拡散接
合される。第２層の表面に対する第３層の焼結成形は真
空または不活性ガス雰囲気中で行う。これにより、第３
層の耐蝕および／または耐摩耗層は酸化等の劣化を招く
ことなく第２層に対して焼結成形される。なお、第２層
の鉄系板材は、第１層と第２層の熱膨脹係数の差を緩和
するのみでなく、鉄系鋳造物が特殊鋳鋼、鋳鋼の場合に
は、鉄系鋳造物中に生じた引け巣やピンホールから発生
するガスにより、また、鉄系鋳造物がダクタイル鋳鉄、
片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄の一種）の場合には、鉄系鋳
造物中から拡散する炭素により、第３層に割れ、ピンホ
ールまたはクラックなどが発生することを防止する役割
を持っている。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による耐蝕耐摩耗部材の製造方
法の一実施例について添付の図面を参照して説明する。 実施例１ 図１乃至図３は、本発明をプラスチック成形機のバレル
の製造に適用した例を示している。これらの図におい
て、図１は、第１層の表面に第２層を鋳ぐるんでバレル
の予備形状を成形した状態の横断面図、図２は、図１の
縦断面図であり、図３は、第３層を焼結形成した後のバ
レルの横断面図である。１１は鉄系鋳造物である第１
層、１２は鉄系板材である第２層である。この第２層１
２は、低炭素鋼であるＳ２５Ｃ製の円筒状部材によって
形成され、その外周側にダクタイル鋳鉄を鋳ぐるんで第
１層１１を形成したものである。図１は、この鋳ぐるみ
後の状態を示している。なお、１３は冷却配管であり、
第１層を鋳ぐるむ際に、図２に示すように、前もって円
筒状部材（第２層）１２の外周に巻き付けておいたもの
である。本実施例に用いた冷却配管１３の材質はＪＩＳ
記号ＳＴＫＭである。また、第１層１１の外径は、２０
０ｍｍ、内径は６０ｍｍであり、第２層１２の厚さは、
２ｍｍである。

【００１３】次いで、第２層１２の表面（内周面）を研
磨加工した後、この表面に、表１に示した耐蝕性合金１
を焼結成形して耐蝕耐摩耗層となる第３層１４を形成し
た。この焼結成形は、図示しない治具を用いて第２層１
２の内周面側に厚さ３ｍｍの空間を形成し、この空間内
に粉体状の、前記表１に掲げた耐蝕性合金１の材料を充
填して真空炉内に入れ、９５０℃まで加熱してから、こ
の温度を４０分保って均熱化する。その後、４．０℃／
分の昇温速度で１０４０℃まで加熱し、この温度に３０
分間保って焼結を行った。その結果、第２層１２の表面
には、厚さ約２ｍｍの焼結合金金属すなわち第３層１４
を得た。この第３層１４の内周面を所定の寸法に機械加
工してＡＢＳ樹脂とガラス繊維を５０％含むナイロン６
６樹脂の成形用バレルとして実機にそれぞれ適用したと
ころ、一年を経過しても各層間に剥離は生ぜず、腐蝕、
摩耗による損傷もみられなかった。また、従来は、強度
の十分な耐蝕耐摩耗層を得るために、真空または不活性
雰囲気中で鋳造を行うのに対して、鋳造を大気中におい
てできるので、製造コストをより安価にすることができ
た。

【００１４】実施例２ 本発明をプラスチック成形用の金型に適用した実施例を
図４に示す。この実施例では、金型本体は、第１層２１
に相当し、２２は第２層、２３は冷却配管、キャビティ
を形成する成形面の表面に相当するものが、２４の耐蝕
耐摩耗層である第３層である。第１層２１はあまり強度
を必要としないため、その材料をねずみ鋳鉄とし、第３
層２４は耐摩耗性を必要とするため、表１中の耐摩耗性
合金１が用いられている。また、第２層２２は、第３層
２４の熱膨脹係数が９．２×１０^-6と小さいため、表２
に示したステンレス鋼の一種であるＳＵＳ４１０が用い
られている。

【００１５】この金型を第１実施例とほぼ同様の方法で
製作し、使用した結果、剥離、クラックの発生は見られ
ず、金型の寿命を大幅に延ばすことができた。

【００１６】実施例３ 本発明を工作機械の主軸に適用した例を図５に示す。こ
の実施例では、３１は第１層、３２は第２層、３３は温
調配管、３４は第３層である。第１層３１は鋳鋼、第３
層３４は表１中の耐摩耗性合金２、第２層３２は高炭素
鋼の一種であるＳＫ材が用いられている。この主軸を実
施例１とほぼ同様の方法で製作し、使用した結果、従来
の窒化鋼の主軸に比較して摺動傷の発生がほとんどな
く、一年経過後も摩耗損量は実質的に零であった。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第１層の鉄系板材に第２層の鉄系鋳造物を鋳
ぐるんでから、第２層の表面に真空または不活性ガス雰
囲気中で耐蝕および／または耐摩耗層を焼結形成してい
るので、鉄系鋳造物の表面に安価にかつ確実に欠陥のな
い良質の耐蝕、耐摩耗層を形成することができ、各層間
の剥離もなく、高強度にして耐蝕、耐摩耗性にすぐれた
機械構造用部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による耐蝕耐摩耗部材
（バレル）の製造途中の状態を示す横断面図。

【図２】図１のバレルの断面図。

【図３】本発明の第１の実施例により得られた耐蝕耐摩
耗部材（バレル）の横断面図。

【図４】本発明の第２の実施例により得られた耐蝕耐摩
耗部材（金型）の横断面図。

【図５】本発明の第３の実施例により得られた耐蝕耐摩
耗部材（主軸）の縦断面図。

【符号の説明】

１１，２１，３１ 第１層 １２，２２，３２ 第２層 １３，２３ 冷却配管 ３３ 温調配管 １４，２４，３４ 第３層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１層が鉄系鋳造物、第２層が鉄系板材、
   第３層が焼結合金からなる耐蝕および／または耐摩耗層
   からなる耐蝕耐摩耗部材の製造方法であって、 第２層を形成すべく予め所定の形状に成形した鉄系板材
   に、第１層を形成すべく鉄系鋳造物で鋳ぐるむことによ
   り、第１層および第２層を形成し、その後、前記第２層
   の表面に第３層である耐蝕および／または耐摩耗層を真
   空または不活性ガス雰囲気中で焼結接合することを特徴
   とする耐蝕耐摩耗部材の製造方法。
2. 【請求項２】第１層の鉄系鋳造物が、特殊鋳鋼、鋳鋼、
   ダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄の一つであり、第２層の鉄
   系板材が、高炭素鋼、低炭素鋼、ステンレス鋼の一つで
   あり、かつ第２層の鉄系板材は、その熱膨脹係数と第３
   層の焼結合金の熱膨脹係数との差が３×１０^-6以下とす
   るように選定されていることを特徴とする請求項１に記
   載の耐蝕耐摩耗部材の製造方法。