JPS5937149B2

JPS5937149B2 - 合金紛末などによる鋳物の複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPS5937149B2
Application number: JP8004981A
Authority: JP
Inventors: 正文井上; 強安部; 勝喜原野
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 1981-05-28
Filing date: 1981-05-28
Publication date: 1984-09-07
Also published as: JPS57195573A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、合金粉末などによる鋳物の複合材料の製造方
法に関するものである。

鋳物は、各種機械部品及び構造用部品に使用されるもの
が多（、その用途に応じて、耐摩耗性、耐熱性及び耐食
性などの特性を要求される場合が多い。

このような場合、これらの要求を鋳物全体をその材料特
性を有する材料で製造することによって満たす場合と、
それらの性質を必要とする鋳物の特定部だけに特殊な方
法によってその性質を附与することによって満たす場合
とがある。

この後者による特殊な方法としては、現在、肉盛溶接、
金属溶射、電気メッキ、溶融メッキ、拡散浸透及び高周
波焼入れなどの方法が知られている。

しかしながら、前者のように、鋳物全体を合金材料から
製造する方法は、経済的に不利な場合が多く、また、後
者の特殊な方法によると、表面処理の厚さ、寸法、形状
及び加工時間などに制約があるので、経済性、工程等の
上において問題の住じることが多い。

最近、これらの欠点を改善する製造方法の一つとして「
金属被覆鋳造法」が開発されているが、この方法は、鋳
物の特定部に相当する鋳型の表面に塗布した合金粉末を
溶湯熱で溶融させることによって、特定部に合金層を形
成させる方法であるために、鋳物本体の肉厚の影響が著
しく、特に、薄肉形状の鋳物においては、合金粉末の未
溶融による合金層の厚さ及び特定部の表面の粗度が問題
となる場合が多い。

従って、このような場合、深い層まで摩耗するような鋳
物の消耗部品の製造については、経済性の問題で不利な
場合があった。

そこで、本発明は、このような現状に鑑がみ、特に、金
属被覆鋳造法の欠点を改善し、鋳物の特定部に所望成分
の合金属を任意の深さまで形成することができ、また、
合金粉末の成分と鋳物母材成分とを適当に組合わせるこ
とによって、両者の長所を兼ね備えた鋳物を製造するこ
とができる合金粉末による鋳物の複合材料の製造方法を
得ることを、その目的とするものである。

本発明は、この目的を達成するために、各種合金元素、
金属酸化物、金属窒化物などの微粒子（以下「合金粉末
」と呼ぶ）を、金網製袋、金属製筒及び溶湯が侵透する
ための小孔を備えた金属製容器などに装入した構成を有
する構造物（以下「合金粉末成形物」と呼ぶ）を鋳型キ
ャビティ内に固定した後、キャビティ内に母材溶湯を注
入することによって合金粉末成形物が母材溶湯によって
鋳ぐるまれ、これによって、母材溶湯が金網製袋の網目
、金属製筒の両端部及び金属製容器の小孔などから合金
粉末の粒子間に侵透し、母材溶湯熱によって合金粉末を
溶融し、拡散するので、鋳物の特定部に母材成分と異な
る別の合金属を形成させるようにすることを、特徴とす
るものである。

以下、本発明を、その実施要領を示す添附図面の第１〜
２２図に基づいて詳細を説明する。

まず、本発明方法を、その原理を示す第１〜３図に基づ
いて説明する。

図中、１は鋳型キャビティ、２は押湯、３は湯口、４は
湯道、５は合金粉末、６はスチールパイプ、７は金網袋
、８は砂型な示している。

このように、鋳型キャビティ１の中に、合金粉末５を含
有するスチールバイブロないしは金網袋１１すなわち、
合金粉末成形物を配置し、湯口３から母材を注入すると
、母材溶湯は、キャビティ１を充満した後、押湯２まで
上昇するが、その過程において、合金粉末５を装入した
スチールバイブロ０両端部ないしは金網袋７の網目から
侵入した母材溶湯は合金粉末５を合金粉末５の粒子間に
侵透した溶湯の熱によって溶融し、拡散する。

このようにして、本発明においては、鋳物の特定部に固
定した合金粉末５と、溶湯母材とによって別組成の合金
層を形成させるために合金粉末成形物６ないし７を使用
するものであるが、本発明はこの合金粉末成形物の成形
方法と、合金粉末成形物をキャビティ内に固定する方法
とに特徴を有するものである。

そこで、この合金粉末成形物の成形方法及びそのキャビ
ティ内への固定方法の詳細を、それぞれ、第４〜１３図
及び第１４〜１６図に基づいて説明する。

まず、合金粉末成形物の成形方法の１例として、スチー
ルパイプ及び金網を使用した成形方法を、それぞれ、そ
の要領を示す第４〜８図及び第９〜１３図に基づいて詳
細に説明する。

第４〜８図は、スチールパイプを用いた合金粉末成形物
を示すものであるが、図において、１１はスチールパイ
プ、１２．１３はその内部に各端部近くにおいて装着さ
れた金網、１４はパイプ１１の内に装入された合金粉末
、１５はパイプ１１の壁面にあけられた多数の小孔を示
すものである。

このように、スチールパイプ１１の壁上面には、その内
部へ溶湯が浸入した場合に内部の空気を逃がすための小
孔１５を数個あけてあり、また、その端部に合金粉末１
４の飛散を防止するため、合金粉末粒子１４よりも網目
の細かい金網１２を取付け、他の端部から合金粉末１４
を装入した後、他端部に金網１３を取付け、合金粉末１
４の漏れを防止する。

この方法に用いるスチールパイプ１１の材質は、普通鋼
、ステンレス及び合金鋼のいずれでも良いが、鋳物の気
泡性欠陥を防止するために、さびは完全に除去したもの
を使用する必要がある。

また、スチールパイプ１１の径は、鋳物の肉厚に応じて
適切なものを選択して使用しなければならない。

例えば、鋳物肉厚に比較して径が太き（・場合には、合
金粉末の未溶融部分及び合金層の偏析が認められること
がある。

このような合金粉末成形物において、キャビティに溶湯
が注入されると、溶湯はスチールパイプ１１０両端部か
ら金網１２及び１３を介してスチールパイプ１１の内部
に浸入する。

溶湯は、更に、合金粉末１４０粒子間のすきまに浸透し
、合金粉末粒子１４を溶融しながらスチールパイプ１１
内に充満して合金層を形成することになる。

この際、合金粉末粒子１４０間のすきま及びスチールパ
イプ１１内の空気は、この上方の小孔１５から逃がし、
スチールパイプ１１内への溶湯の浸透を容易にさせるよ
うにする。

次ぎに、第９〜１３図は、金網を用いた合金粉末成形物
を示すものであるが、図中、２１は金網、２２は合金粉
末、２３は心金を示すものである。

このように、合金粉末粒子２２よりも網目の細かい金網
２１によって袋を作成し、この内部に合金粉末２２を装
入し、両端部を適宜に閉塞する。

この際、溶湯の浮力による合金粉末成形物の曲がりを防
止するために、合金粉末成形物の中心に心金２３を取付
ける。

このような、合金粉末成形物において、キャビティ内に
溶湯が注入されると、溶湯は金網２１の網目を介してそ
の内部に浸入し、金網２１内部に充満し、合金粉末粒子
２２を溶融しながら合金層を形成することになる。

ここで、このようにして、成形された合金粉末成形物を
キャビティ内に固定する方法を、その１例を示す第１４
〜１６図に基づいて説明する。

その第一の方法を示す第１４図において、３１はキャビ
ティ、３２は砂型、３３はスチールパイプないしは金網
、３４は合金粉末、３５はケレンを示すものである。

すなわち、この固定方法は、キャビティ３１の中心にス
チールパイプないしは金網３３を固定するために、砂型
３２の表面に上、下のケレン３５を配置するものである
。

また、第二の方法を示す第１５図において、３１はキャ
ビティ、３２は砂型、３３はスチールパイプ、３４は合
金粉末、３５はケレン、３６ばねじ切り部を示すもので
ある。

すなわち、この固定方法は、スチールパイプ３３及びケ
レン３５にねじ切りを行ない、スチールパイプ３３にケ
レン３５をねじによって固定した後、キャビティ３１の
中心にスチールパイプ３３を配置するように、ケレン３
５の他の端部を砂型３２に埋め込むものである。

最後に、第三の方法を示す第１６図において、３１はキ
ャピテイ、３２は砂型、３３はスチールパイプ、３４は
合金粉末、３５はケレン、３７は溶着金属を示すもので
ある。

すなわち、この固定方法は、スチールパイプ３３にグレ
ン３５の端部を溶接３７によって固定した後、キャビテ
ィ３１の中心にスチールパイプ３３を配置するように、
ケレン３５の他の端部を砂型３２に埋込むものである。

本発明方法は、以上のような合金粉未形成物を、以上の
ような固定方法によって鋳型キャビティの中に固定して
実施されるが、次ぎに、本発明による合金粉末による鋳
物の複合材料の製造方法を、その実施例について説明す
る。

実施例 ■ 第１７及び１８図に示すように、スチールパイプ１１□
、１１２による合金粉末成形物を埋込まれた試験品Ｍ１
２Ｍ２を、ＣＯ２型によって造型した鋳型内に鋳造した
。

試験品Ｍ１２Ｍ２の鋳型寸法及びスチールパイプ１１□
、１１□０寸法は、第１表に示すとおりである。

この場合、スチールパイプ１１□、１１２は、第１４図
に示す方法によって、上、下ケレン３５によってキャビ
ティ３１の中心に固定した。

この試験品Ｍ１２Ｍ３に使用した供試材料は、次ぎのと
おりである。

（１）フェロクロム合金粉末粒度ニー２７０メツシ約５５％成分：Ｃ：５．８％、Ｓｉ：０．４％、Ｍｎ：０．
２％、Ｃｒ：６５．０％（２）スチールパイプ寸法：第１表参照材質：ＪＩＳＧ３４４４に規定の一般構造用炭素鋼鋼管
。

試験品Ｍ１２Ｍ２は、Ｆｅ１２を鋳込み温度１４００℃
で鋳型に注入した。

このようにして鋳造された試験品Ｍ１の長さの中央断
面におけるマクロ組繊及び顕微鏡組織の参考写真の１例
を、写真１及び写真２に示しである。

また、試験品Ｍ２の長さの中央断面におけるマクロ組織
及び顕微鏡組織の参考写真の１例を写真３及び写真４に
示している。

これらの参考写真によって、母材溶湯によって鋳ぐるま
れだスチールパイプ内の高炭素フエロクロム粉末が、完
全に溶融し、フエロムカーバイトを形成していることが
分かる。

また、第１９図に、試験品Ｍ１の長さの中央断面にお
ける母材〜合金層〜母材のクロム成分の分析値を示して
いる。

ただし、同図において、Ａ及びＥは母材部分、Ｂ及びＤ
はスチールパイプ部分、Ｃは合金層部分を、それぞれ、
示すものであり、また、斜線部分は、分析値の範囲を示
すものである。

図から分かるように、スチールパイプ内のフエロクロム
合金粉末は、母材溶湯の浸透によって拡散、希釈されて
３０〜４０％の成分値を示している。

また、試験器Ｍ２においても同じ様な傾向が認められて
いるが、その図示は省略する。

また、第２０図は、試験品Ｍ１の長さの中央断面にお
ける母材〜合金層〜母材の硬度を示しているが、図中の
符号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ及び斜線は、第１９図の場合と同様
の部分ないしは値を現わすものである。

この第２０図から、スチールパイプ内のクロムカーバイ
トを主体とする合金層部分Ｃは、ビッカース硬度約６０
０〜７５０の高い値を示していることが分かる。

実施例 ■ 第２１及び２２図に示すように、金網２１□。

２１２による合金粉末成形物を埋込まれた試験品Ｍ３２
Ｍ４を、ＣＯ２型によって造型した鋳型内に鋳造した。

試験品の鋳型寸法及び金網２１□、２１２の使用による
合金粉末成形物の寸法は、第２表に示すとおりである。

金網使用による合金粉末成形物は第１４図に示す方法に
よって、上、下ケレン３５によってキャビティ３１の中
心固定した。

この試験品に使用した供試材料は、次ぎのとおりである
。

（１）フェロクロム合金粉末粒度ニー２７０メツシ約５５％成分：Ｃ：５．８％、Ｓｉ：０．４％、Ｍｎ：０．
２％、Ｃｒ：６５．０％（２）金網材質ニステンレス製メツシュ：３００メツシユ線径：０．０４０６ｍｍ− 試験品は、実施例１と同じ鋳造条件でＦｅ１２を鋳型に
注入した。

このようにして鋳造された試験品Ｍ３の長さの中央断面
におけるマクロ組織の参考写真の１例を写真５及び写真
６に示している。

この参考写真から、母材溶湯で鋳ぐまれた金網内の高炭
素フエロクロム粉末は、完全に溶融しているが、フェロ
クロムカーバイトを主体とする合金層の一部は金網を介
して一部上型方向へ浮上していることが認められる。

また、第２３図に試験品Ｍ３の長さの中央断面における
母材〜合金層〜母材のクロム成分の分析値を示しである
が、図における各符号Ａ及びＥは母材部分、Ｂ及びＤは
金網、Ｃは合金層部分、縦線は分析値の範囲を、それぞ
れ、現わしている。

第２３図から、金網内のフェロクロム合金粉末は、母材
溶湯の浸透によって実施例Ｉの場合よりも拡散、希釈が
大きくなり、図の縦線の範囲にクロム成分のバラツキが
認められる。

また、試験品Ｍ４においても同様な傾向が認められてい
るが、その図示は省略する。

最後に、第２４図は、試験品Ｍ３の長さの中央断面にお
ける母材〜合金層〜母材の硬度を示す図であるが、図中
の各符号及び縦線は、第２３図の場合と同様の部分ない
しは値を現わすものである。

第２４図から分かるように、金網内のクロムカーバイト
を主体とする合金層部分Ｃのビッカース硬度には、同図
の縦線の範囲に示すとおりにバラツキがあり、また、実
施例■よりも、全般的に低くなっている。

なお、以上には、実施例として、砂型に大気圧鋳造によ
って試験品を鋳造した場合について説明したが、本発明
は、使用される鋳造方法には特別の制限はな（、遠心鋳
造、低圧鋳造、加圧鋳造、真空鋳造のいずれの方法も採
用することができ、同様の結果を得ることができるもの
である。

以上のように、本発明方法によると、鋳物の特定部に所
望の特性を、鋳物全体をこの特性を有する金属材料を使
用することなく、表面から所定の深さまで確実に且つ容
易に与えることが可能となり、従って、本発明は鋳物母
材成分との組合わせによって、特定の箇所に必要な特性
を備えた鋳物を鋳造する有効な方法を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の原理を示す縦断正面図、第２図は
その■−■線による横断平面図、第３図は第１図の■−
■線による縦断側面図、第４図は本発明方法を実施する
ために使用するスチールパイプを用いた合金粉末成形物
の正面図、第５図はその平面図、第６図は第４及び５図
の右方から見た側面図、第１図は第６図の■−■線によ
る横断平面図、第８図は第５図の■−■線による縦断側
面図、第９図は本発明方法を実施するために使用する金
網を用いた合金粉末成形物の正面図、第１０図はその平
面図、第１１図は第９及び１０図の右方から見た側面図
、第１２図は第１１図の■−■線による横断平面図、第
１３図は第１０図のｘｍ−ｘｍ線による縦断側面図、第
１４〜１６図は粉末合金成形物を鋳型キャビティ内に固
定するための三つの方法を示す縦断正面図、第１７図は
本発明の実施例Ｉにおける試験品を示す縦断正面図、第
１８図はその横断平面図、第１９図は実施例■における
試験品Ｍ１の母材−合金帰一母材のクロム成分の分析値
を示す線図、第２０図は同じ（試験品Ｍ１の母材−合
金帰一母材の硬度を示す線図、第２１図は本発明の実施
例■における試験品を示す縦断正面図、第２２図はその
横断平面図、第２３図は、実施例■における試験品Ｍ３
の母材−合金帰一母材のクロム成分の分析値を示す線図
、第２４図は同じ（試験品Ｍ３の母材−合金帰一母材の
硬度を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１金網製袋、金属製筒又は微小孔を有する金属製容器
などの内部に各種合金元素、金属酸化物、金属窒化物な
どの微粒子を装入することによって構成された成形物を
鋳型キャビティ内の所定箇所に固定保持した後、キャビ
ティ内に溶湯を注入し、これによって、鋳物の特定部に
母材成分と異なった所定成分の合金層を形成するように
させることを特徴とする合金粉末などによる鋳物の複合
材料の製造方法。２前記成形物を鋳型キャビティ内に上下部のケレン又
は下部のケレンによって固定・保持するようにした特許
請求の範囲第１項記載の製造方法。