JPS5939461A - 粒子分散型耐摩耗性複合材料の製造方法 - 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】 本発明は、ブルドーザのリッパポイント・ツース、ある
いはトンネル機械のカッタ、穿孔機のドリルピット等の
苛酷な摩耗条件にさらされる建設機械の耐摩耗部品とし
て用いられる粒子分散型耐摩耗性複合材料の製造方法に
関するものである。

前述の様な建設機械に使用する耐摩耗部品に要求される
品質は、使用時の摩擦熱による５００〜６００℃におい
ても高硬度を保ち、かつ使用中に曲がシ、折損のない高
強度、高靭性でちる。

従来、耐摩耗軸部品としては、高Ｃｒ鋳鉄、高Ｍｎ鋳鋼
、低合金金等を鋳造して作製するか、母材に超硬合金を
ロウ付けして作製している。

しかし、ブルドーザのリッパポイント、ツース、トンネ
ル機械のカッタ、穿孔様のドリルビット等の苛酷を摩耗
条件にさらされる建設機械の耐摩耗部品としては、前述
の鋳造部品では耐摩耗性が十分でなく、前述の超硬合金
ロウ付部品では耐摩耗性が十分であるが、靭性が低いた
めに欠損やロウ付部からの脱落、あるいはロウ付の熱影
響による母材強度低下による母材の曲がυ等の問題があ
シ、前述の建設機械の耐摩耗部 セ部←としては使用できない。

一方、靭性と耐摩耗性という２つの特性は二律背反のも
のであシ、同一の素材から両イを得ることは困難である
。

そこで、両者を同時に満足する部品を作製する有効手段
としては、高硬度粒子を靭性の高い素地金属で固定し、
複合材料化する方法が知られている。

ここで、使用する高硬度粒子は金属の炭化物、例えばＷ
ｅ、　ＴｉＣ、ｃｒ７ｃ、、ＮｂＣ等である。

これらは、素地金属との濡れ性が悪い場合には、素地金
属の表面をＣｏ、　Ｎｉ等でコーティングする必要があ
る。

また、高硬度粒子の素地金属への固定方法としては、焼
結方法が広く行なわれているが、この固定方法ではコス
トが非常に高い上に、製品形状に大きな制約がある。

そこで、高硬度粒子を素地金属の溶湯中へ投入して攪拌
するか、高硬度粒子を素地金属の鋳型壁に固定して溶湯
を注入する溶造法（直接病ぐるみ法）が知られている。

しかし、この固定方法であると、溶湯と接触した時に、
高硬度粒子が拡散溶融することは避けられず、高硬度粒
子の歩留低下、素地金属の脆化を招くことになる。

ここで、高硬度粒子の拡散溶融を防ＩＪ−するには、融
点の低い材料、例えば銅系、Ｍ系を素地金属として選べ
ば１（いが、この様な低融点金属は一般に強度が低く、
前述の様に高硬度を必要とする建設機械の耐摩耗部品と
しては使用でき、ない。

本発明は、前述の様な建設機械の耐摩耗部品として要求
される品質を全て満足すると共に、コストが安く、高硬
度粒子の歩留低下管がないようにした粒子分散型耐摩耗
性複合拐料の製造方法を提供することでおる。

すなわち、本発明は、高硬度粒子を、比較的低融点で高
強度の球状黒鉛鋳鉄で鋳ぐるむと共に、高Ｍｎ鋼、低合
金鋼等の高強度、高靭性金属を注入して両者を鋳ぐるむ
ようにした粒子分散型耐摩耗性複合拐料の製造方法であ
る。

これによシ、耐摩耗強度、靭性に優れた耐摩耗←部品と
なると共に、高硬）１粒子の溶損ばほとんど無視できて
歩留低下がなく、かつコスト安く製造できる。

以下本発明を実施例に基づいて５５（、明する。

第１図に示す上うに、バクット本体１にポルつまり、ツ
ース２の先端部分２ａに耐摩耗性材を４〜１０ｗ１Ｉの
厚さで分散させる。

まず、高硬度粒子は、Ｃ４，８０％、Ｃｏ４．６５チ、
残りＷの組成をもつ２〜５簡の塊状のタングステンカー
バイドである。

素地金属は、下記表に示す高Ｍｎ鋳鋼である。

表 球状黒鉛鋳鉄は、下記表に示す組成である。

表 製造方法としては、第２図に示すように、前述の球状黒
鉛鋳鉄を親取鍋ｌＯより小取鍋１１にとり、必要液のＷ
ｃを投入、攪拌後に、鋳型１２のツース２の先端部２ａ
における耐摩耗材部分と同一形状の製品空所１３内に注
入し、第３図に示す形状の耐摩耗性部品１４を鋳造する
。

この耐摩耗性部品１４を、第４図に示すように、ツース
本体２ｂと同一形状の製品空所１５を有する鋳型１６に
セラトン、前述の高Ｍｎ　Ｈ鋼を注入して、第５図に示
す複合材料部品となったツース２を製作する。

なお、熱処理は、１０５０℃で水靭処理する。

前述の方法で製造したツースを切断調査したところ、欠
損は見られなかったと共に、高硬度粒子と球状黒鉛鋳鉄
及び高Ｍｎ＠は完全に密着していた。

また、前述と同様な方法で作製した試験片を、ガウジン
グ試験したところ、第６図に示す結果を得た。これによ
り５４５Ｃ材（ＨＲＣ＝　５２　）と比較して約１５倍
の耐摩耗性を持っていることが判明した。

なお、素地金属は実施例では高Ｍｎ鋳銅としたが、炭素
鋼、低合金鋼等でも良い。

また、要求される品質がそれほど厳しくない耐摩耗性部
品では、ベーナイト鋳鉄も使用できる。この場合は、注
入温度が低く、炭素量も多いので、直接間ぐるんでもＷ
Ｃの溶損が少ないので、クラツド材にする必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図はパケットの斜視図、第２図、第３図。 第４図、第５図は本発明方法の一実施例を示す工程順説
明図、第６図は摩耗量を示す表図である。 出願人　株式会社　小松製作所 代理人弁理士米原正章 弁理士浜本　　忠 第１図 第　２　図 手続補正書（自発） 昭和　５８年４月１９日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示　　特願昭５７　−　１４９０５７号３
、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　東京都港区赤坂２丁目３番６号名称　（１２３
）株式会社小松製作所 代表者　　河　　合　　良　　− ５、補正命令の日付 自発補正 ゛ｌ補正の内容 （１）明細曹全文管別紙のように訂正する。 （２）第２図を削除し、第３図、第４図、第５図、第６
図を第２図、第３図、第４図、第５図と訂正すると共に
、第３図（旧第４図）を別紙のように訂正する。 訂　　正　　明　　細　　省 １、発明の名称 粒子分散型耐摩耗性複合材料の製造方法２特許請求の範
囲 あらかじめ耐摩耗性を必要とする部分の形状に合わせて
高硬度粒子を比較的低融点で高強度の鋳鉄で鋳ぐるむ際
に、色、ぐるんだ小片を製作し、これ１ｆ酬摩耗性を必
委とする部分に設置した後胃強度高靭性金九を注入して
両者を齢ぐるみ合体させた粒子分散型耐摩耗性複合材料
の製造方法。 ３、明の詳細な説明 ース、あるいはｌ・ンネル機株のカッタ、開孔機のドリ
ルビット等の苛酷な摩耗条件にさらされる建設機械の耐
摩耗部品とし，で用いらｔＩる粒子分散型耐摩耗性複合
材料の製造方法に関するものである。 前述の様な建設機械に使用するｍ４Ｐｆ：耗部品に吸求
される品質は、使用時の摩擦熱による５００−　６００
℃においても高硬度を保ち、かつ使用中に曲がり、折損
のない高強度、面靭性である。 従来、耐摩耗部品としてｔま、ｌＦｊｌ　／．’？ｉｌ
ｔ鉄、−　（Ｎｌ　＋’／ｎ鋳仲ｄ１低合金金等をψ１
造するか、イは材に超合金をロウ付けして作製している
。 しかし、ブルドーザのりソバポイント・ツース、トンネ
ル機械のカッタ、蜀１孔機のドリルビット等の苛酷な摩
耗条件にさらされる建設機械の耐摩耗部品とし，では、
前述の紡造部品では配輩耗性が十分でなく、前述のｋＩ
　Ｉ＋！Ｉ！合金ロウ付部品では耐摩耗性が十分である
が、超硬合金の靭性が低いために欠損やロウ付部力・ら
の脱落、あるいはロウ付時の熱形７ｐｐにより母材強度
が低一上し母材が曲がる等の問題があり、ｒｉｆｔ述の
建設機械のｉｔＩ摩耗部品としてｔ：１便用できない。 一般に、靭性と耐摩耗性という２つの特性は二律背反の
ものであり、同一の素相から両者を得ることは困難であ
る。 そこで、両者を同時にｉ’ｉＮ’ｊ足する部品を作製す
る有効手段としては、高硬度れｌ＋を靭性の商いヌ、地
金属で固定し、複合材料化する方法が知らねている。 そこで、使用する高硬度粒子は全組の炭化物、例ｇばＷ
Ｃ，ＴｉＣ，Ｃｒ７Ｃ，、ＮｂＣ’等である。 これらは、素ガｂ金用との濡れ性が悪い場合には、素地
、金属の表向をＣ”　ｏ、　　Ｎ　ｉ等でコーティング
する必要がある。 また、高硬度粒子の素地金属への固定力法とり、では、
焼結力法が広く行なわれているが、この固定力法ではコ
ストが非常に高い上に、製品形状に大きな制約がある。 そこで、高ｌＳ用粒子を素地金属の溶湯中へ投入して楕
拌するか、高硬度粒子を素地金属の鋳型壁に同定して溶
湯を注入する磐が法（的接鋳ぐるみ法）が知られている
。 しかし、この固定力法であると、溶出と接触した時に、
高硬度粒子が拡散溶融することは避けられず、高硬度粒
子の歩留低重、素地金属の脆化を招くことになる。 ここで、湾ｉ硬度粒子の拡散浴融ｆｇ−防止するには、
融点の低い材料、例えば釦１系、Ａｔ系を素地金属とし
て選べば良いが、この様なイ氏融点金属は一般にＪｍ　
Ｆが低く、前述の様に高強度を必要とする建設機械の耐
摩耗部品としては使用できない。 本発明は、前述の様な建設機械の面１摩耗部品として璧
求される品質を全て満足すると共に、コストが安く、高
硬度粒子の歩留低下等がないように］また粒子分散型耐
摩耗性複合材料の製造方法を提供することである。 すなわち、本発明は、高硬度粒子を、比リタ的低融点で
高強度の球状黒鉛鋳鉄で鋳ぐるむと共に、烙らに冒Ｍｔ
Ｌ　Ｅ＋ｊＮ・、低合金鋼等の面強度、高靭＋／１金属
を注入Ｉて両者をクラツド材粒子分散型耐摩耗性複合材
料の製造方法である。 これにより、耐摩耗強度、靭性に謄れた耐摩耗部品とな
ると共に、高１ｌｌＩ２度ネ台子の溶損はほとんど無視
できて歩留低重がなく、かつコスト力〈製造できる。 以下本発明を実施例に基づいて説明する。 第１図に示すように、パケット本体１にボルト３で固定
されるバケットツース２を製作する。 つまり、ツース２の先端部分２αに高硬度粒子を４〜ｌ
ｏｗの厚さで分散させる。 まず、高硬度粒子は、Ｃ４，８０係、Ｃ’ｏＡ、　６５
係、残ｒ）Ｗの組成をもつ２〜５■の塊状のタングステ
ンカーバイドである。 素地金属は、下記表に示す高ｋｉｎ＠鋼である。 表 球状黒鉛鋳鉄は、下記表に示す組成である。 表 製造方法としては、前述の球状黒鉛鋳鉄でｙｃ粉粒子鋳
ぐるむことにより、第２図に示すようにツース２の先端
部２ａにお・ける配キ耗性が必要な部分と同一形状の耐
摩耗部品１４を製作する。 この耐摩耗部品１４を、第３図に示すように、ツース本
体２ｂと同一形状の製品９所１５を有する鋳型１６にセ
ットし、前述の＾Ｍｎ鋳鋼を注入（２て、第４図に示す
複合材料となったツース２ｆ、製作する。 なお、熱処理は、１０５０℃で水靭処理した。 前述の方法で製造したツースを切断調肴したところ、欠
損は見られなかったと共に、高硬度粒子と球状黒鉛鋳鉄
及び高Ａ４ｎ！＄は完全に密着［−ていた゛。 贅た、前述と同様々方法で作製（−１た試験片を、ガウ
ジング試験したところ、第６図に示す結果を得た。これ
によｔ）　５Ａ５ＣＩＡ’　（／ｌｎａ　＝　５２　）
と比較して約１５倍の耐摩耗性を持っていることが判明
した。 なお、素地金属は実施例では高・げ＋Ｌ釦マ鋼としたが
、炭素餉泊、低合金ｍ等でも艮い。 また、髪求埒れる品質がそれほど厳【２〈ない耐摩耗部
品では、ベーナイト錬鉄も使用できる。 この場合は、注入温度が低く、炭素量も多いので、面接
炉１ぐるんでもｔｉ／ｃ’の溶損が少ないので、クラツ
ド材にする必要はない。 ４、図面の簡単な説明 第１図はパケットの斜視図、第２図、第３図、第を図は
本発明方法の一実施例を示す工程１１ｅ説明図、第５図
は摩耗量を示す表図である。 出願人　　株式会社　　小松製作所 代理人　弁理士　米原正童 弁理士　洪水　　忠 ぢ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高硬度粒子を比較的低融点で高強度の鋳鉄で鋳ぐるむ際
   に、高強度高靭性金属を注入して両者を鋳ぐるみするよ
   うにした粒子分散型耐摩耗性複合材料の製造方法。