JPS5933064A - 複合鋳物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 木廃明は、−合一物、、の製造法、詳しくは、金属とタ
ングステンカーバイドなどの炭、化物粒子が混在してな
る複合相を有、する−゛摩耗性等にすぐれた複合材料の
鋳造による製哨力法に、関する。

従来、この種複合材料の製造法として、粉末冶金法によ
り、例えばタングステンカーバイド、粉末とコバル１〜
粉末とを混合して成形したのち焼結させ、ｔｌｊられた
焼結体を機械加工に付して所要の製品に仕」−げる方法
がある。しか［７、その製ｊＩｌ’Ｅ　、”’、ｉ、’
ｌ程□′　□は煩瑣で、生産性が低く、ロストも高くつ
く。し−：　、ｊ、ｊ、、も、′製造可能゛な製品の形
状やサイズに制限かあ：、、訃複雑な形状を９．するも
のや大（９，１のものを：、製Ｚｆするこ七ができない
。

零発５１け」１記欠点を解消したものであり、任５・は
の形状、サイズを有する複合材Ｆ−１・の安価にして簡
易々る製造方法を提供することをｌ″Ｅ口六〕とする。

′址た、本発明の他の［」的は、耐摩耗性等にすぐれ、
金型、ロール材などとして好′Ｊ＆な複合門料の□製造
方法を提供す！″′Ｔあ机　　　、。

本発明の特徴は、鉄、なヴの金属溶湯と、り・ゲステン
カーバイトなどのくとき、１眸溶揚より比重の、大きい
炭化物粉末（！：ｆｌｊ型、１７型処１７９、比重ｉ后
により炭化物粒子を沈降させることによって鋳型内の所
定部分に金属溶湯と炭化物粒子の混在する複合相全形成
して凝固させ、・凝固後、複合相部分の」二部（１炭化
物粒子が比重分離された実質的に金属のみからなる金属
相部分）を複合相部分から切断除去することによシ複合
鋳物を製造することである。

以下、木発頃］について詳しく説明する。第１図に木発
り」による複合鋳物の製造要領の具体、例を示す。図中
、（１）は鋳型、（４）は金属溶湯鋳込みポツパー、（
６）は取鍋、（７）は炭化物粉末投−５，装植である。

鋳栗（１）は上部（１弓）と下部（１・２）〔、」一部
と下部は一体に形成されたものてあってよい〕からなり
、金属溶湯ば、後記のように下部（１・２）を満たし、
かつ溶湯兜が」二部（１・１）内に達する早が鋳込まれ
るが、目的とする複合鋳物は下部（１・２）の部分にて
形成される（以下１．鋳型下部（１・２）ζ：：「製品
部」という＞。ｔＪ−ろん、製品部（１・２）は目的と
すそ、複合散物に応じた任意の形状・サイズに形感され
ている。また１、上部（工・１）は、鋳造の便宜上、図
示の例では」１力に拡大するテーパ形状を有するが、鋳
造（支障のりい適宜の形状″Ｆ今ってよい。　。

なお、図示、の鋳型（１）は、例えばロストワックス精
密鋳造法に使用されや焼成モーイレリであって、パック
サンド、（２）とともにケース（３）内炉設置されてお
り、これを炉中で加熱すれば保温モールドとしで使用す
ることができる。

炭化物粉末投入装置（７）には炭化物粉末（Ｐ）が収納
され、投入量調節パルプ（８）を介してホッパー（４）
′内に所定量の炭化物粉末が投与されるようになっでい
る。

」１記装置において、取鍋（６）からホッパー（４）内
に□金属溶湯（侑を注入するとともに、炭化物粉末（Ｐ
）全ホッパー内に投与すれば、溶湯（Ｖ）と粉末（Ｐ□
）とは混合状態となって、ホッパー下部のスリーシ゛（
５）を通って鋳型（１）内に鋳造される。鋳造され九当
初は、第２図（１）に示すように、炭化物粒子（Ｐ）′
は鋳型内の溶湯の全、領域にわたってほぼ均一に分散し
た状態を呈するが、溶湯よの比重差によって重い炭化物
粒子は下方に沈降し、同図（ＩＤに示す・ように製品部
（１・２）内に集積して金属溶湯（Ｍ）２炭化物粒子（
Ｐ’）からなる複合相が形成される。

上部（１弓：）ｒ、ｉ炭化物粒子が比重分離された結′
１１果、実質的に金属溶湯のみとなる。　　　　′：：
：こうして溶湯を凝固させたのち、鋳型から！′３図に
示すごとき形状の鋳迭体（Ｃ）を収出じ、」一部の実質
的に金属のみから々る部分（Ｃ・１）をａ−ａ線にそう
て切断除去し、下部の製品部（分（′Ｃ・２つを複合鋳
物として得る計そ□の組織を模□式的□に示せは第４図
のととくで巷り、炭化物粒子（Ｐ）・か緻密に凝集し、
金属（Ｍ）ば各わ１を子の表面を被膜・す乙とともに粒
子間隙を完全に充填し、炭化物粒子と金属とは強固な結
谷状態を呈する計その□複合相における炭化物粒子と金
属の割・合は、’１：’１〜′３：ｌ（容積比）である
。　　　□　　　・″″−１―記’ＩＪＦ造において、
金属溶湯は製□品音（分の形成に四、するｌ□７１をこ
えて多用に鋳造されたが、製品部と 分それに必要な押湯に相当する一鼠だけ鋳造す□るこ　
二△ とにＪ：って複合鋳物を行名ことも不１１１酸では力い
。

しかし、そのように溶湯鋳□造亀を制限すると、炭化物
粒子表面の完全な被覆と粒子間隙め充填が困・知となる
。特に炭化物粉末投−！ｊ量に対する溶湯Ｌ■の相対割
合が小さいと、炭化物粉末にＪ：する溶）豚の降温（・
炭化物粉末が溶湯の熱を奪うことにより生ずる）とそれ
に伴う粘稠化が急速に近付するため、１−配本具合は−
そう頭薯に現＃’＞ｈる。こめ不具合を回避する□ため
訛、＋ｊｆｒ記のように比較的各日１４の溶湯を鋳造し
、炭化物粒子を溶湯中□で沈降させガから製品部分に凝
集さ斗るのが打首しく、それＫｌ上って炭化物粒子と金
−とが強固に結合した緻密外複合組織全脈成子ることが
できる。かかる観点から、溶湯の鋳造量と炭化物粉末の
授与１什の比−１、例え−：炭化物粉末１重重１部に対
し、溶湯２〜ら□重量部に調節子るのが好ましい計なお
、炭化物務末ば、比重分離により所定の製品部分に十分
沈降・□集合させれば、その投与！？１．は製品部分の
複合相茫形成するに足る背１て：よく、それ以−にの投
与を何口ないことは言うまでも々ム。□ 木廃明の鋳造においては、鋳型内の〆渇か脚−を開始す
るまでの量産、炭化物粒子を製品部分（１・２）に十分
凝集させ不ことを要する。どのためには、炭化物粉末の
投与を、□溶湯の鋳造と同時に開始し、溶湯の全鋳造量
の約４１５が鋳造される寸での間に全量を投与し終るの
が好ましい。もつとも、鋳込まれた溶湯力ｋ、鋳型や投
写されンｂｔ化物粒子に熱を奪われることにより□、炭
化物粒子の沈降・製品部への凝集を終える前に凝固を開
始す泡ようガ場合には、凝１固を遅延させるために、例
えば、溶湯の鋳造温度１を高めるか、または鋳型を予熱
しておくか、あるいは炭化物粉末を１予熱して投与する
などの方法をいづれがＦつまたは２以」二の組合せで実
施するのも□有効である。・寸た、このような温度補償
法のほかに、溶湯中を沈降し易い炭化物粉末、すなわぢ
粒径の大きいもの・や、溶湯との比重差の大きいものを
選択するのも：効果的である。　　　　　　　　−□　
　□　　　・−□不発１ｙ′１に用いられる炭化物粉末
は、溶湯中での迅速な沈降と製・品部への凝集を容易な
ら□しめるために前記のように溶湯との比重差の大ぎい
もの、好イしくけ比重差が３以上のものが用いら瓦る計
重た、□複合相における金属との強固な結：合状態を得
るために、□鋳造される□金属とめ結′谷性（濡れに１
１つの良いものが好ましい。更”ＶＬ、ｒｍらｈ′容被
合鋳物の耐摩耗性を高めるには、炭化物粒子自体硬度の
高いものであることが望寸しい。′む□ろんＪ高温め溶
湯中に投与されて、容易に耐融・消失しない□高融点を
有するものであることが必要である。かがる要件を満た
す屏化物の好せしい例として、タングステンカーバＩ　
）　（Ｗｃ、Ｗ２ｃ　）　ｉ’：□挙ケラれ□る（比重
１５．７　（ＷＣ）、１７．”２””　（Ｗ　２Ｃ）、
融点　　□２８００°Ｃ）。捷た、タングステンヂクン
カーバイトも打首しく用いられる。もっとも、との着炭
化物には、比重約４．９〜１７．２のものが存在するの
で、後記金属溶湯との□組合せにおいては、比重約１０
以」二のもめを選択する□ことが望ｊしい。これらの炭
化物は弔独寸たは混合して使用してよ弓。

炭化物粉末の粒度は、溶湯中ての沈降促進および得られ
る複合鋳物の性能の点から、７５〜３ｏ。

μ法の箱面が好まし似ｏ粒子の形状には特に＝１限１は
なく、例′えば□破砕した□まメの凹凸に富むもの□も
□好ましく用い：られる。　　　　：　　　　□碗化物
會末を予熱し１荊えば、温度ｊ’ｏｏ”ｃ以゛上□で投
与する場合、その炭化物が加熱部長酸化し易いものであ
乏とき献□酸化防止のために例えげ゛□無電解三ヅゲル
系めつき外どの保護被膜を粒字表向に被覆しておくΩも
効果的な対策の１つである。

一方、金属としては、コバルト（Ｃ，０）、ニッケル（
Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ、）、あるいはＣｏ系合金、Ｎｉ系合
金、Ｆｅ系合金などが挙げられ、目的とする複合鋳物の
用途・使用条件に応じて選択される。

これらの金属は、いづれも前記炭化物に対し良好な濡れ
性を有し、炭化物粒子と強固に結合した複合相を形成す
る。

本発明の製造法には、その他に特別の条件は必要とじな
め。使用される鋳型は前記例示のものに。

限らず、砂型や金型などであってよく、必要に応じ適当
な温度、例えば５００°Ｃ以」〕に加熱して鋳造を行え
ばよい。形成される複合相における炭化物粒子と金属と
の比は、例えば炭化物粒子の形状、粒度、粒度分布、比
重などを適宜選ぶことにより所望に応じた値に制限する
ことができる。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 前記第１図に示すごとき鋳造装置を、用い、金属溶湯と
してニハード鋳鉄溶湯を取鍋（６）からホンパー（４）
に注入するとともに、炭化物粉末として予熱したタング
ステンカーバイド（Ｗ２Ｃ）粉末（粒子表面に無電解ニ
ッケルーボロン（Ｎ　ｉ　−Ｂ）　メ：）　キを施した
もの）ｅｉ与装Ｍ（７）からホッパー内溶湯に投与して
鋳型（１）内への鋳造を行った。

なお、炭化物粉末の投与は、溶湯の鋳込み開始と同時に
はじめ、全溶湯量のはソ４１５が鋳込まれた時点で終了
した。その投与量は、経験により鋳型内製品部に形成さ
れる複合相における金属：炭化物粉末の比がは＼’３０
ニア０（容積比）となることを考慮して決定した。鋳造
条件の詳細は次のとおりである。

（Ａ）鋳型 鋳型（焼成モールド）（１）は、パンクザンド（２）と
ともにケース（３）内に設置し、炉内で９５０°Ｃに予
熱。鋳造時の鋳型製品部（１・２）の温度は８５０００
″′ｒ：あった。

鋳型寸法（第５図参照）：上部（ｌ・１）の高さくｄｉ
）１５０朋、製品部（１・２）の高さくｎ２）１００調
、上部直径（ｄｌ）１２０騎、製品部直径（ｄ２）８０
麿。

（Ｂ）金ＦＡ（ニ）・−ド鋳鉄） （１）化学成分組成（ｗｔ％）：Ｃ８，３８％、５ｉＯ
１７６％、Ｍｎ０．６８％、Ｎｉ４．４１％、ＣｒＬ５
７％、Ｍｏ　０．３８％、残Ｗ　Ｆ　ｅ　０（１１）鋳
造蚤：９，７ｋｑ （ｉｉ＋）鋳造温度：　１６１０°Ｃ （Ｃ’）炭化物粉末（Ｗ２Ｃ粉末） （１）粒度二１５０〜２５０μｍ （ｉｔ）Ｎｉ−Ｂめつき厚さ：約１．Ｑ７１ｍ（出）予
熱温度：５００°Ｃ （１ｖ）投与ｑｌ　：　６．１　ｋｑ 上記鋳造により第８図に示すごとき形状の鋳造体を得、
上部の実質的に金属からなる金属相部分（Ｃ−１）を切
断除去し、下部の複合相部分（Ｃ・２）′ｆ：製品（複
合鋳物）として採取した。得られた複合鋳物の金属：炭
化物の容積比は８２　：　６８であり、硬度はＨＩｔＡ
８６であつ、た。その金属組織を第６図に示す。炭化物
粒子は緻密かつ均一に分布し、各粒子表面は完全に金属
で被覆されるとともに粒子間隙が金属で充填され、強固
に結合していることがわかる。

以上のように、本発明によれば、炭化物粒子が金属を介
して緻密かつ強固に結合した複合相分有する鋳物が得ら
れる。特に、本発明では、特殊な装置や条件を必要とせ
ず、例えば粉末冶金法などによる場合に比し、工程が簡
素であり、生産性にすぐれるとともに、その製造コスト
も極めて安価である。また、鋳物形状の自由度も大きく
、大物から小物まで所望に応じた種々の形状の複合材料
が得られ、その後の機械加工での加工代も少くてよい。

本発明により得られる複合鋳物は、例えば金型材料、圧
延ロール材料、その他の耐摩耗材として好適である。む
ろん、その用途は耐摩耗用途に限らず、金属や炭化物粉
末の選択、両者の複合割合の適宜の制御等により、耐熱
性その他の機械的、化学的特性を付与して種々の用途に
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は末完、すＪによる鋳造要イぬの具体例を示す断
面説明図、第２図〔Ｉ〕および（１）は鋳型内の金属〆
湯中Ｊおける炭化物粒子の混在状況の経時変化を模式〔
ｉ、に示す縦断面図、第３図は鋳造体の縦断面説明図、
第４図は複合鋳物の挨合組！＆を模式的に示す！卯図、
第５図は！型の形状例を示す縦断面説ＦＪ′１図、第６
図は複合鋳物の光学顕微鏡組織を示す図面代用写真であ
る。 Ｉ：鋳捏（，４：ホッパー、７：炭化物投入装置７／ｆ
、Ｍ：金属、Ｐ：炭化物粒子。 代理人　　弁理士　　宮　崎　新八部 ＝３２７− 第６図 □　手□続補正書 １、事、件の表示 昭和　５７年　特　許　顕示１４．３１’２・Ｏｉ２、
発明の名称　　複合鋳物の製造方法、。 ３、　補正をする者　　　　　　　　　　　　・事件と
の関係　　特許出願人　　　　４４、代理人 ５、補正命令の日付　　（自発） （１）明細料第６頁１１行、「鋳造される。」の次に下
記事項を加入、 「溶湯および粉末の鋳型内への注入は、両者を同時に開
始し、か？、同時に終了するようにしてもよく、あるい
はそれぞれの江木開始および終了時期がたがいに前核し
そもよい。要するに１．、鋳型内で両者が十分に廃合し
、炭化物粒□子表面が溶湯で被覆されるとともにミ炭化
物粒子が鋳型下部の製品部に十分沈降凝集し、かつ凝集
した粒子間隙に溶湯が満たされた状門５カ、号、られる
ように！宜制御すればよい。」　　リ、層：□−□− く２）明ａ＋書ｉ　１０′貢３に′□８′行、「タンク
±ステンカーバイト・・・この復炭イＬ物物には、」と
あるを下記のとおり訂正、 ｒｗａ（比重１５′７、融点’２８００°Ｃう、Ｗ２０
（比重１７．２、融点２８０６℃）、あるではタングス
テン複炭化物（例えばタングステンチタン複炭化物）な
どのタングメチン炭化物が挙げられる。 ただし、この複炭化物は、組成により比重が大きく異な
り、例えばタングステンチタン複炭化物では、」。 （３）明細書第１１頁５行、「選択される。」の次に下
記事項を加入、 ［例えば、鉄系合金としては、後記実施例にも□　　　
示されるよりなニハード鋳鉄をはじめ、低合金な°、　
いしは高合金の各種鋳鉄、鋳鋼が使用される。Ｊｏ、、
、　　九）明ｉ第１３ＷＴ５行、′「製品」とあるを　
　　　　　□「ロール形状（円柱体）の製品」に訂正。 （以」二　） □ □

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属溶湯と、該溶湯より比重の大、きい炭化物粉
   末とを鋳型内に鋳造し、比重差により炭化物粒子を沈降
   させることによシ、上部の実・質的に金属溶湯のみから
   なる金属相と、その下部の金属溶湯と炭化物粒子が混在
   してなる複合相とを形成して凝固させ、凝固後金、属相
   部分を切断除去し、複合相部分を製品として得る□こと
   を特徴とする・複合鋳物の製造方法。　　　　　　　　
   　　　　　　・（２）炭化物粉末の投入を、溶湯の鋳造
   開始と同時に始め、溶湯の全鋳造量の４／′５が鋳込捷
   れる時点までに終了することを特徴とする上記第（１）
   項に記載の複合鋳物の製造方法。 （３）複合相部分における金属と炭化物粒子の容積比が
   １＝１〜１：３となるごとき量の炭化物粉末を投入する
   ことを特徴とする上記第（１）項ｔたは第（２）項に記
   載の複合鋳物の製造方法６（４）金属〆湯の鋳造量と炭
   化物粉末の投入量が重量比ヤ、２：１〜５：１であるこ
   とを特徴とする上記□第（１）項ないしは第（３）項の
   いづれか１つに記載の複合鋳物の製造方法。 （５）鋳型が予熱されてｂることを特徴とする」二記第
   （１）項ないしは第（４）項のいづれか１つに記載の複
   合鉄ｉの製造方法。　□ （６）鋳型の予熱温度が５００°Ｃ以上であ乞ことを特
   徴とする上記第（５）項に記載の複合鋳物の製造方法０
   　　　　　　　′　　　□ （７）炭化物粉末が予熱されていることを特徴とする上
   記第（１）項ないしけｍｌ（６）項あいづれか１つに□
   記載め複合−物の製造方法。 （８）炭化物粉末の予熱温度が３００°Ｃ以上であるこ
   とを□特徴とする上記第（７）項に記載の複合鋳物□の
   製造方法ム　　　　　　□　・ （９）炭化物粉末がニッケル系めっきが施こされたもの
   であることを特徴とする」二記第（７）項または第（８
   ）項に記載の複合鋳物の製造方淑。　　　　　　□００
   　　金ｉ（鉄、ニッケル□もしくはコバルト、またけ鉄
   系合金、ニッケル系合金、もしくは１、コバルト系合金
   であると志を′ｊ寺徴とする１−記載（１）宿ない　“
   □し第（９）“項め゛・い、づれ力＜Ｌつ（記載の複合
   鉄、物の東：造・・、：、、−・０π°ん（Ｉｓ４’ｌ
   ａ・ｎｙ’、；＝；薯九：：Ｑ、　ｆ”＞’　；ｙ二、
   ４４５１．　・び／捷だに１、クンゲス光ンチタンカー
   バイトであることを特徴とず蔦−１ｆ□記琵Ｏｏ）項に
   記載の複合鋳物の製造方法。 ０の　□タングステンヂタンカーバイトの比重が１０〜
   １７．２であることを特徴とする」−記載（１１）項に
   記載の複合鋳物の製造方法。