JPH0790475A

JPH0790475A - フローティングシート用シールリングの製造方法

Info

Publication number: JPH0790475A
Application number: JP25944293A
Authority: JP
Inventors: Michio Nakamura; 道夫中村; Tetsuzo Shimada; 哲蔵島田; Shosaku Tokunaga; 昭作徳永
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】鋳放し状態で使用でき、砂型鋳造品より耐摩
耗性が優れたローティングシート用シールリングを提供
する。【構成】Ｃ：２．４〜３．８重量％、Ｓｉ：０．５〜
１．５重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：１
０〜２０重量％、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、及び／または：
１．０〜１０重量％含有し、残部：Ｆｅ及び不可避不純
物からなる溶湯を遠心鋳造法により金型に鋳込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフローティングシートと
して使用されるシールリングの製造方法に関するもので
あり、更に詳しく述べるならば、土砂、土砂水あるいは
石、金属、プラスティック等の異物が混じった環境下で
使用される、建設機械用車軸の周辺から車軸の駆動部に
土砂等が流入しないように当該車軸に取りつけられるフ
ローティングシートのシールリングの製造方法に関す
る。

【０００２】より具体的に述べると図１の組み付け図に
示すように、フローティングシート２ａ，２ｂは回転し
ない軸６に固定されたカラー４にＯリング３ａ，３ｂを
介して軸６に浮いた状態で固定され、フローティングシ
ート２ａと２ｂの摺動面１ａと１ｂが面圧をもって接し
相対的に回転し摺動することにより密封作用をなし、外
部からの土砂、液体等の侵入、及び内部からの流体の漏
れを防止する。このような目的で使用されるシールリン
グ２ａ，２ｂの摺動面は高い耐摩耗性が要求される。

【０００３】

【従来の技術】従来のフローティングシート用シールリ
ング（以下「フローティングシート」と称する）はシェ
ルモールド又は砂型鋳造法による高Ｃｒ鋳鉄鋳物が殆ど
であった。これらの製法による鋳物は寸法精度を高める
ための機械加工を行う必要があり、また鋳放し状態では
耐摩耗性が不足するために熱処理を行う必要がある。し
たがって、従来のシェルモールド及び砂型鋳物は軟化焼
鈍、レース加工、焼入れの各工程を経て上記の特性を兼
備した製品とする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように寸法精度
上の問題及び金属組織上の要請から、機械加工のために
一旦軟化熱処理を行い、その後耐摩耗性向上のため硬化
熱処理を施しているので、従来のフローティングシート
はコストが高くなっている。

【０００５】本発明は、フローティングシートに要求さ
れる機能を、遠心鋳造金型のもつ急冷効果による金属組
織の緻密化・微細化により実現するとともに、鋳放し状
態で摺動面を研磨することにより必要な寸法精度が得ら
れるフローティングシートの製造方法を提供することを
目的とする。

【０００６】従来、Ｃｒを多量に含有する材料は大気溶
解中の酸化物の生成が激しく、溶湯内の酸素含有量も多
くピンホール、酸化物の巻き込み等の鋳造欠陥が発生し
易かった。砂型鋳造法等では、溶湯のある程度の汚れを
許容しつつ押湯等に不純物を集める方法が採用できる
が、遠心鋳造法には方案上、押し湯、湯道などが存在し
ないために、鋳込み前の溶湯に含まれるガス成分が製品
のピンホール、酸化物の巻き込み等の鋳造欠陥発生に直
結する。このため遠心鋳造フローティングシートは、不
良率が高くなり、これを防止するためには溶解原材料に
ガス成分や錆の少ない、純良なものを使わざる得ず、コ
スト的にも高いものとなる。したがって、本発明はこれ
らの問題点を解消できるフローティングシートの製造方
法を提供することを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の第一
は、Ｃ：２．４〜３．８重量％、Ｓｉ：０．５〜１．５
重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：１０〜２
０重量％、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、及びＴｉ：単独又は合
計で１．０〜１０重量％をそれぞれ含有し、残部：Ｆｅ
及び不可避不純物からなる溶湯を遠心鋳造法により金型
に鋳込むことを特徴とするフローティングシートの製造
方法である。まず本発明の溶湯の組成限定理由を以下に
述べる。

【０００８】Ｃ：２．４〜３．８重量％Ｃは主に、Ｆｅ、Ｃｒ及びその他の炭化物生成元素と結
合して炭化物を生成する元素であるが、２．４重量％以
下では十分な炭化物量が得られず耐摩耗性が不足するの
で下限を２．４重量％とした。また３．８重量％を超え
ると炭化物が粗大化し脆弱となり、遠心鋳造の急冷条件
では鋳造時の割れが起こり易くなり、また鋳放し状態で
摺動面を研摩する時の割れや、欠けの問題が発生するた
めに上限を３．８重量％とした。

【０００９】Ｓｉ：０．５〜１．５重量％Ｓｉは鋳込み時の湯流れに影響する元素であり、脱酸剤
であり、またＣと同様に割れ、欠けに関係する元素であ
る。０．５重量％以下では十分な流動性が得られず、流
動性を高めようとすると当然溶解温度も高くなり、溶解
炉の炉体や鋳造装置の金型の寿命も低下し、コスト上も
不利となることから下限を０．５重量％とした。更に
１．５重量％を超えると遠心鋳造の急冷条件では鋳造割
れや欠けの問題が発生しやすくなるために上限を１．５
重量％とした。

【００１０】Ｍｎ：０．２〜１．５重量％Ｍｎは炭化物生成かつオーステナイト生成元素であり、
更に溶解の主要原材料である鋼材、鋳鉄の製造時の脱酸
材として使用されかつ鋳造原料溶解の際にも脱酸作用を
もつ元素である。Ｍｎが０．２重量％以下ではこれらの
作用が不十分でありしかも溶解原材料の選定が限定さ
れ、コスト高となり実用的でないので、下限を０．２重
量％とした。また１．５重量％を超えるとガス欠陥が多
くなり、更に残留オーステナイト量が増加するために硬
さが不安定となることから、上限を１．５重量％とし
た。

【００１１】Ｃｒ：１０〜２０重量％Ｃｒは炭化物生成元素の中でもっとも重要な元素であ
り、Ｆｅ等の元素と共に複合炭化物を生成し、耐摩耗性
を向上させる効果をもつ。Ｃｒが少ないと白銑化の阻
害、炭化物量の不足となり、十分な硬さが得られないの
で下限を１０重量％とした。また２０重量％を超えると
溶解中の酸化物の発生が多くなり材質も脆くなり、溶湯
の流動性が低下し硬さも殆ど増加しないことから、上限
を２０重量％とした。

【００１２】Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ：単独あるいは
合計で１．０〜１０重量％Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ及び／又はＴｉは炭化物生成元素で
あると共にＣｒより基地硬化能に優れておりこれらを単
独又は複合で添加することで耐摩耗性が改善する。更に
これら元素は、フローティングシートの必要特性の一つ
である土砂水等による腐食抵抗を改善する元素である。
種々の実験の結果これらを１．０重量％以上含有させる
とその効果が顕著であり、１０重量％を超えても、それ
以上の効果は認められないことを知見した。更にこれら
元素は高価であり、多く含有させることは、実用上も不
利であることから、１．０〜１０重量％の範囲とした。

【００１３】上記組成をもつ溶湯を、Ｏリング３ａ，３
ｂ（図２参照）を受ける凹部を形成した管状鋳型と円柱
状中子との間隙に流し込み、遠心力を掛けながら鋳造を
行う。

【００１４】本発明の第２は前記Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，
及び／またはＴｉに代えてあるいはこれとともにＢを上
限２％を限度として添加したことを特徴とするものであ
る。Ｂ：上限２．０重量％Ｂはホウ化物生成元素であるが、さらに炭化物を微細化
する効果があり、微量添加することによって、耐摩耗性
が更に改善されるが、２．０重量％を超えて添加して
も、その効果は変わらないので経済性を考慮して、上限
を２．０重量％とした。

【００１５】本発明の第３は前記化学組成に更にＮｉを
上限５．０重量％を限度として添加したことを特徴とす
るものである。Ｎｉ：０．２〜５．０重量％Ｎｉはオーステナイト安定化元素であると共に、硬化能
改善元素である。遠心鋳造の冷却条件でＮｉには、基地
中のオーステナイト残留量を増大させることにより靭性
を向上させ、更に鋳込み時の冷却の遅れがあった場合で
も必要な硬さを確保できる効果がある。特に金型の予熱
を実施したく無い場合に鋳込み時の割れの発生を防止す
るためにＮｉを添加することが有効である。５．０重量
％以上のＮｉ添加では基地中のオーステナイト量が増加
し硬さが下がりすぎて耐摩耗性が低下するため、上限を
５．０重量％に限定した。また０．２重量％以下ではＮ
ｉ添加の効果が無いことから下限を０．２重量％と限定
した。

【００１６】本発明の第４は前記化学組成の原料が溶解
炉内で溶落した後脱酸剤を添加し、次に遠心鋳造するこ
とを特徴とするものである。脱酸剤の投入量はＡｌにつ
いては１．０重量％、Ｃａ−Ｓｉについては１．０重量
％が好ましい。本発明の化学組成は上述のようにＭｎ，
Ｓｉの添加により脱酸効果を持たせ高Ｃｒ組成であって
も酸素吸収による鋳造欠陥が発生し難くしているが、さ
らに鋳造前に脱酸を行うことにより鋳造欠陥をさらに少
なくすることができる。脱酸は炉内脱酸又は取鍋内脱酸
により鋳造直前に行うことが好ましい。

【００１７】本発明の第５は請求項１、２、３、４の溶
湯を、回転する金型の遠心力による加速度を重力加速度
で除算した値Ｇ（以下単に「Ｇ」と記す）を７０〜８５
で鋳込むことを特徴とする。本発明者らは、前記化学組
成の溶湯に加えられるＧを変化させ、Ｇと鋳造巣の関係
を調べた知見によると、これら材質においてはＧ＝７０
〜８５が鋳造巣が最も少なくなる適性範囲であることを
見出した。Ｇは遠心鋳造において溶湯の金属への押し付
け力として作用して、健全な鋳物を作るためのポイント
となるものであるが、７０以下では押し付け力が不足し
て内径部に巣が発生し、８５を超えると鋳込み時の乱流
による空気の巻き込みが発生することから、７０〜８５
の範囲とした。

【００１８】上述の方法を用いることにより金型遠心鋳
造法でフローティングシートの製造が可能となり、更に
金属組織の緻密なものが得られる。

【００１９】

【実施例】以下本発明を具体的実施例に基づいて説明す
る。実施例１内径７３ｍｍのフローティングシート鋳造用金型を製作
し、表１に示すようにＭｏ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｂを
含まない比較例の組成と、実施例の組成につき遠心鋳造
を実施した。なお原料の溶解は溶解出力３００ｋｗの高
周波溶解炉を使用し、金型遠心鋳造条件は、Ｇ＝４０、
金型予熱温度３２０℃、溶湯鋳込み温度１４２０±１０
℃、注湯量１７０±５ｇの範囲とした。また溶湯の脱酸
は材料溶落ち後直ちに棒状Ａｌ０．５重量％とＣａ−Ｓ
ｉ（５０％）１．０重量％を添加して行った。

【００２０】

【表１】元素比較材本発明材ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＣ 3.45 3.35 2.95 3.25 3.47 3.35 2.65 3.33 3.32 3.31 Ｓｉ 0.98 1.05 1.10 1.02 0.52 1.03 1.45 0.87 0.89 0.79 Ｍｎ 0.87 0.95 0.55 1.01 0.32 0.89 0.25 1.42 1.12 1.10 Ｃｒ 15.5 15.2 19.6 19.5 10.5 15.6 19.8 16.2 15.9 15.2 Ｍｏ - 2.51 2.11 1.02 - - 3.51 2.05 2.09 2.20 Ｖ - 0.65 1.05 - - - 0.78 0.65 0.66 0.67 Ｎｂ - - 0.52 1.02 - - 1.05 - - - Ｗ - - 0.70 0.80 2.51 - 0.23 - - - Ｔｉ - - - 0.45 0.56 - 0.25 - - - Ｎｉ - - - - - - - - 1.23 4.21 Ｂ - - - - - 1.5 - 0.5 - - Ｆｅ Bal Bal Bal Bal Bal Bal Bal Bal Bal Bal

【００２１】これら試料について以下の条件で摩耗試験
を実施した。１）摩耗試験機２頭式摩耗試験機（図２参照）２）周速：１ｍ／ｓ（フローティングシート最
外径での周速）３）圧力：大気圧４）シール液：外側５重量％スラリー入り土砂水３
０（JIS Z ８９０１−８種）内側エンジンオイル＃３０軸芯まで封油５）摺動面：３１．１kgf/cm2 （面圧換算４．９
kgf/cm2 ）押し付け力６）時間：２００Ｈｒなお、図２中、３１は軸、３２、３３は軸封カバー、３
４は油入り口である。試験結果を表２に示す。

【００２２】

【表２】摩耗量（μｍ）比較例ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ 1.4 0.8 0.7 0.5 0.7 0.3 0.7 0.6 0.8 0.9 〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜 1.9 1.2 1.1 1.4 1.0 0.8 1.2 0.8 1.2 1.3

【００２３】本発明の遠心鋳造材Ａ〜Ｉはすべてが比較
例の遠心鋳造材に対して摩耗量が少なく、良好な結果を
示した。特にＢ（ホウ素）を添加した本発明の遠心鋳造
材Ｅ，Ｇは摩耗量も少なく最も性能が優れていた。

【００２４】実施例２内径７３ｍｍのフローティングシートを表２の化学組成
の溶湯を実施例１と同様の方法で遠心鋳造する際に脱酸
方法を変えて、その効果を確認する実験を行った。

【００２５】

【表３】元素 A-1 A-2 A-3 A-4 B-1 B-2 B-3 Ｃ 3.40 3.35 3.36 3.37 3.45 3.42 3.39 Ｓｉ 0.92 0.98 1.02 1.10 0.98 0.95 0.96 Ｍｎ 0.56 0.75 0.56 0.52 0.45 0.62 0.55 Ｃｒ 15.52 19.42 15.98 15.97 16.58 17.52 19.02 Ｍｏ 2.65 2.54 2.53 2.56 2.65 2.63 2.65 Ｖ 0.65 0.78 0.88 0.85 0.56 0.58 0.98 Ｆｅ Bal Bal Bal Bal Bal Bal Bal 脱酸処理注1 注2 注2 注3 なしなしなし

【００２６】注１：Ａｌ：１．０重量％注２：Ａｌ：０．５重量％＋Ｃａ−Ｓｉ（５０％）１．
０重量％注３：Ａｌ：２．０重量％

【００２７】各試験を繰り返し１０回実施して、酸化物
の巻き込み及びガス欠陥の発生回数を比較した結果を表
４に示す。

【００２８】

【表４】脱酸あり脱酸なし A-1 A-2 A-3 A-4 B-1 B-2 B-3 Ｎ数 10 10 10 10 10 10 10 酸化物の巻き込み 0 0 0 2 5 8 6 ガス欠陥 0 0 0 1 6 8 6

【００２９】脱酸処理したものは、しないものに比較し
て不良の発生率は明らかに低くその効果は明らかであ
る。またＡｌ脱酸は２．０重量％までふやすと逆に不良
は増加傾向にあり、Ａｌ単独の場合は１．０重量％程度
が適当であることが知見された。

【００３０】実施例３内径７３ｍｍのフローティングシートを表５に示す化学
組成を有する溶湯を予熱なしの金型に鋳造し、Ｎｉの効
果を確認した。

【００３１】

【表５】元素 A-1 A-2 A-3 A-4 B-1 B-2 B-3 Ｃ 3.43 3.32 3.45 3.57 3.45 3.42 4.29 Ｓｉ 0.96 0.96 1.12 1.10 0.98 0.95 1.95 Ｍｎ 0.56 0.78 0.58 0.52 0.45 0.63 0.54 Ｃｒ 16.52 19.52 14.98 12.57 17.58 17.62 18.02 Ｍｏ 3.62 2.04 3.13 2.66 2.65 2.63 2.65 Ｖ 1.64 0.68 0.88 2.85 1.56 0.69 0.98 Ｎｉ 0.25 2.50 5.10 6.01 - - - Ｆｅ Bal Bal Bal Bal Bal Bal Bal Ｎ数 20 20 20 20 20 20 20 割れ数 0 0 0 0 4 2 3

【００３２】予熱されない金型に鋳造したＮｉ添加組成
はすべての割れ発生はゼロであったのに対して、Ｎｉ無
添加組成はすべてに１０％以上の頻度で割れが発生し
た。

【００３３】実施例４実施例３の組成Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ａ−４につい
て、摩耗試験を実施したところ、摩耗量はそれぞれ０．
８〜１．２μｍ、０．７〜１．２μｍ、０．８〜１．５
μｍ、１．２〜１．６μｍであり、Ｎｉ量が５％を超え
ると耐摩耗性が劣化することが判明した。なお硬さ測定
結果では順にＨＲＣ＝６８、６８、６７、６４であり、
Ｎｉ添加による硬さの低下が見られた。

【００３４】実施例５本発明の製法と他の製法を比較するために、従来より実
施されている砂型鋳造法で比較品を作り、実施例１の摩
耗試験結果と比較した。砂型鋳造品の化学組成を表６に
示す。

【００３５】

【表６】元素Ｃ 3.45 3.56 Ｓｉ 0.98 0.97 Ｍｎ 0.95 0.96 Ｃｒ 16.52 15.78 Ｍｏ 2.52 1.02 Ｖ 0.96 1.26Ｆｅ Bal Bal

【００３６】砂型鋳造品は、鋳込み→軟化焼鈍→レース
加工→焼き入れの工程を経て作り、それぞれの硬さは
はＨＲＣ６８、はＨＲＣ６７であった。本発明品は表
６と同一の組成を実施例１と同様の方法で製造したもの
である。結果は次のとおりであった。

【００３７】

【表７】化学成分化学成分砂型品本発明砂型品本発明摩耗量（μｍ）1.4 〜2.1 0.8 〜1.2 1.3〜 2.2 0.9〜 1.1

【００３８】本発明による遠心鋳造品は比較例の砂型鋳
造品に比較して、耐摩耗性は優れていることがわかる。
また、図３に本発明鋳造品（化学成分）の組織写真
を、図４に砂型鋳造品の組織写真を示す。これらの比較
より本発明の組織は炭化物が微細化しており、優位性が
確認された。

【００３９】実施例６実施例５の化学組成の溶湯を用いＧを変化させて、鋳造
欠陥の有無及び鋳造品の寸法を確認した。なお本実験で
は比較的大径品で変形が発生しやすい内径３００ｍｍの
もので鋳込みを行った。寸法（ｍｍ）測定及び鋳造欠陥
を表８に示す。

【００４０】

【表８】Ｇ部位要求 20 30 40 50 60 70 80 90 100 精度内径 ±1.0 - ±1.2 ±1.1 ±1.0 ±0.9 ±0.50 ±0.50 ±0.50 ±0.50 高さ ±0.3 - ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 外径 ±0.6 - ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 鍔径 ±0.8 - ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 首径 ±0.3 - ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2 鋳造形状内径内径内径良好良好良好良好内径欠陥でき引け引け引けブローず

【００４１】Ｇ＝５０では内径側に引けが発生し、Ｇ＝
１００では内径側に空気の巻き込みによるブローホール
が発生した。また寸法においてもＧが６０より内径寸法
のばらつきが少なくなり、製品に要求される、寸法精度
が確保される。

【００４２】

【発明の効果】本発明の第１及び第２によると、炭化物
生成元素及びオーステナイト生成元素を適性量添加した
高Ｃｒ鋳鉄を鋳放し状態で所望性能を具備するものと
し、砂型鋳物やシェルモード鋳物より製造コストは安い
が耐摩耗性に優れたフローティングシートが提供され
る。

【００４３】本発明の第３によると、遠心鋳造の急冷に
よる割れに対する感受性を下げて、製品の欠陥を防止し
かつ／または冷却速度を高くすることができる。

【００４４】本発明の第４によると、押し湯などが利か
ない遠心鋳造で高Ｃｒ組成を大気溶解後鋳造する際に起
こり易い鋳造欠陥を防止することができる。

【００４５】本発明の第５によると引け巣などの鋳造欠
陥を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フローティングシートの断面図である。

【図２】摩耗試験機の図である。

【図３】本発明による遠心鋳造品の金属組織写真である
（倍率１００倍）。

【図４】砂型鋳造品の金属組織写真である（倍率１００
倍）。

【符号の説明】

１摺動面２フローティングシート３Ｏリング４カラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：２．４〜３．８重量％、Ｓｉ：０．
５〜１．５重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃ
ｒ：１０〜２０重量％、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ及びＴｉ：
単独又は合計で１．０〜１０重量％をそれぞれ含有し、
残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる溶湯を遠心鋳造法
により金型に鋳込むことを特徴とするフローティングシ
ート用シールリングの製造方法。
【請求項２】前記Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ及びＴｉに代え
てあるいはこれとともに２重量％以下のＢを含有する溶
湯を金型に鋳込むことを特徴とする請求項１記載のフロ
ーティングシート用シールリングの製造方法。
【請求項３】更に０．２〜５重量％のＮｉを含有する
溶湯を金型に鋳込むことを特徴とする請求項１又は２記
載のフローティングシート用シールリングの製造方法。
【請求項４】溶解炉内で溶解材料が溶け落ちた後、脱
酸処理した溶湯を金型に鋳込むことを特徴とする請求項
１から３までのいずれか１項記載のフローティングシー
ト用シールリングの製造方法。
【請求項５】回転する前記金型の遠心力による加速度
を重力加速度で除算した値（Ｇ）が７０〜８５の範囲内
である条件で遠心鋳造を行うことを特徴とする請求項１
から４までの何れか１項記載のフローティングシート用
シールリングの製造方法。