JPS5982155A - 複合鋳物の製造法 - Google Patents
複合鋳物の製造法Info
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- JPS5982155A JPS5982155A JP19099282A JP19099282A JPS5982155A JP S5982155 A JPS5982155 A JP S5982155A JP 19099282 A JP19099282 A JP 19099282A JP 19099282 A JP19099282 A JP 19099282A JP S5982155 A JPS5982155 A JP S5982155A
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- casting
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
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。
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、金属とセラミック粒子とが混在した組織を有
する耐摩耗性等にすぐれた複合鋳物の製造法に関する。
する耐摩耗性等にすぐれた複合鋳物の製造法に関する。
金属とセラミック粒子、例えば炭化タングステン（Ｗ２
Ｃ，ＷＣ）などの゛硬質粒子とが混在する複合組織をも
つ材料は、いわば粒子強化型複合材料であって、金属の
みでは得られない特性、例えば高硬度、高耐摩耗性を有
する。本発明者等は、かかる複合材料の鋳造法について
既にいくつかの提案を行った（特願昭５７−１４３１２
０号〜１４．３１２３月等）。
Ｃ，ＷＣ）などの゛硬質粒子とが混在する複合組織をも
つ材料は、いわば粒子強化型複合材料であって、金属の
みでは得られない特性、例えば高硬度、高耐摩耗性を有
する。本発明者等は、かかる複合材料の鋳造法について
既にいくつかの提案を行った（特願昭５７−１４３１２
０号〜１４．３１２３月等）。
それは、鋳型内に金属溶湯と、溶湯上り比重の大きいセ
ラミック粉末とを鋳込み、比重差によってセラミック粒
子を溶湯中に沈降、集積させるものであり、それによっ
て凝集した粒子群と、粒子間隙内に充填された金属とか
らなる緻密、かつ粒子−金属間の結合の強固な複合組織
を有する鋳物を得ることができる。
ラミック粉末とを鋳込み、比重差によってセラミック粒
子を溶湯中に沈降、集積させるものであり、それによっ
て凝集した粒子群と、粒子間隙内に充填された金属とか
らなる緻密、かつ粒子−金属間の結合の強固な複合組織
を有する鋳物を得ることができる。
しかしながら、その製造法においては、金属溶湯等の熱
的条件や粒子の投与位置等の鋳造条件により、時として
鋳物中の粒子の分布の不均一やミクロポロシティなどが
発生する欠点がある。すなわち、 （１）鋳型内に鋳込まれた金属溶湯は、溶湯面か、らの
放熱、鋳型への伝熱、投与された粒子の吸詠等により降
温、粘稠化し易いため、その後の粒子の沈降集積が遅延
し、第３図に示すように粒子（Ｐ）の分布の不均一が生
じる。
的条件や粒子の投与位置等の鋳造条件により、時として
鋳物中の粒子の分布の不均一やミクロポロシティなどが
発生する欠点がある。すなわち、 （１）鋳型内に鋳込まれた金属溶湯は、溶湯面か、らの
放熱、鋳型への伝熱、投与された粒子の吸詠等により降
温、粘稠化し易いため、その後の粒子の沈降集積が遅延
し、第３図に示すように粒子（Ｐ）の分布の不均一が生
じる。
（１１）溶湯の降温による粘稠化かす＼むと、粒子の凝
集が妨げられるとともに、粒子相互の間隙への溶湯の浸
透が困難となる。すなわち、溶湯の降温とともに粒子表
面に凝固殻が生成し、凝固に伴う収縮が生起するので、
緻密な組織を形成させるには、粒子間を経て溶湯を補給
充填させねばならない。しかるに、粒子表面の凝固殻の
生長によって溶湯補給通路が遮断されてしまうため、第
４図のように、粒子間隙に微小用は巣やミクロポロシテ
ィ（Ｖ）が生じる。
集が妨げられるとともに、粒子相互の間隙への溶湯の浸
透が困難となる。すなわち、溶湯の降温とともに粒子表
面に凝固殻が生成し、凝固に伴う収縮が生起するので、
緻密な組織を形成させるには、粒子間を経て溶湯を補給
充填させねばならない。しかるに、粒子表面の凝固殻の
生長によって溶湯補給通路が遮断されてしまうため、第
４図のように、粒子間隙に微小用は巣やミクロポロシテ
ィ（Ｖ）が生じる。
（ｉｉｌ）投与される粒子は溶湯より比重の大きい重い
粒子であるので、溶湯中を垂直下方向に降下し、横方向
には殆んど移動しない。このため、溶湯面上への分散投
与の際に偏りがあると、その偏りがそのまま複合組織の
層厚の不均一や粒子の粗密のムラとなる。また、粒子の
偏りに伴って、粒子の吸熱による溶湯の降温粘稠化が局
部的に助長されるため、粒子の凝集の不均一化を招来す
る。なお、粒子が溶湯との濡れ性に乏しいものであると
、溶湯面上に投与した際、直ちには溶湯中に取込まれず
、湯面上を浮遊して局部的に偏在する。このことも、複
合組織の層厚や粒子の分布の不均一を生じる原因となる
。
粒子であるので、溶湯中を垂直下方向に降下し、横方向
には殆んど移動しない。このため、溶湯面上への分散投
与の際に偏りがあると、その偏りがそのまま複合組織の
層厚の不均一や粒子の粗密のムラとなる。また、粒子の
偏りに伴って、粒子の吸熱による溶湯の降温粘稠化が局
部的に助長されるため、粒子の凝集の不均一化を招来す
る。なお、粒子が溶湯との濡れ性に乏しいものであると
、溶湯面上に投与した際、直ちには溶湯中に取込まれず
、湯面上を浮遊して局部的に偏在する。このことも、複
合組織の層厚や粒子の分布の不均一を生じる原因となる
。
このような粒子の不均一な分布は、複合材料の性能を著
しく損い、またミクロポロシティの存在は材料の致命的
欠陥となる。
しく損い、またミクロポロシティの存在は材料の致命的
欠陥となる。
本発明の複合鋳物の製造法は上記問題を解消したもので
あり、その特徴とするところは、鋳型内のセラミック粒
子の沈降凝集過程において、金属溶湯に振動を付与する
ことにより、溶湯中の粒子の偏りを解消するとともに、
粒子間隙への溶湯の浸透を促進するようにしたことにあ
る。これによって、セラミック粒子の不均一分布やミク
ロ的鋳造欠陥が生じるような鋳造条件のもとでも、その
ような不具合を回避し、緻密かつ均一性にすぐれた複合
組織を有する鋳物を得ることを可能にし、た。
あり、その特徴とするところは、鋳型内のセラミック粒
子の沈降凝集過程において、金属溶湯に振動を付与する
ことにより、溶湯中の粒子の偏りを解消するとともに、
粒子間隙への溶湯の浸透を促進するようにしたことにあ
る。これによって、セラミック粒子の不均一分布やミク
ロ的鋳造欠陥が生じるような鋳造条件のもとでも、その
ような不具合を回避し、緻密かつ均一性にすぐれた複合
組織を有する鋳物を得ることを可能にし、た。
第１図は本発明の具体例を示す。（１）は鋳型、（４）
は加振装置、（７）゛は鋳込みホッパー、（８）は取鍋
、（９）は粉末流量調節弁（１０）を有するセラミック
粉末投与治具である。
は加振装置、（７）゛は鋳込みホッパー、（８）は取鍋
、（９）は粉末流量調節弁（１０）を有するセラミック
粉末投与治具である。
鋳型（１）は例えば精密鋳造用保温モールドであり、バ
ックサンド（２）にてバックサンドケース（３）内に固
定されて加振装置（４）に設置されている。なお、図の
例では、加振装置から鋳型（１）に対する振動の伝達の
効率化のために、鋳型（１）は皿状の受は台（５）に嵌
着され、かつ、該受は台は、振動伝達棒としての剛性支
柱（６）にてケース（３）と連結されている。
ックサンド（２）にてバックサンドケース（３）内に固
定されて加振装置（４）に設置されている。なお、図の
例では、加振装置から鋳型（１）に対する振動の伝達の
効率化のために、鋳型（１）は皿状の受は台（５）に嵌
着され、かつ、該受は台は、振動伝達棒としての剛性支
柱（６）にてケース（３）と連結されている。
上記鋳造装置において、金属溶湯（Ｍ）は取鍋（８）か
ら、セラミック粉末（Ｐ）は投与治具（９）からそれぞ
れ供給され、鋳込みホッパー（７）を介して混合状態と
なって鋳型（１）内に鋳込まれる。鋳型（１）内に金属
溶湯との混合物として鋳込まれたセラミック粒子（Ｐ）
は溶湯との比重差により底部へ沈降、凝集する。その沈
降、凝集過程において、加振装置（４）を作動し、鋳型
内の溶湯に振動を付与する。
ら、セラミック粉末（Ｐ）は投与治具（９）からそれぞ
れ供給され、鋳込みホッパー（７）を介して混合状態と
なって鋳型（１）内に鋳込まれる。鋳型（１）内に金属
溶湯との混合物として鋳込まれたセラミック粒子（Ｐ）
は溶湯との比重差により底部へ沈降、凝集する。その沈
降、凝集過程において、加振装置（４）を作動し、鋳型
内の溶湯に振動を付与する。
、加振された溶湯は、その動きによって粒子（Ｐ）の間
隙への浸透が促進される。また、加振効果は粒子自体に
も加わり、粒子（Ｐ）の動きによって粒子の分布の偏り
が平坦化される。この粒子の移動は、さらに粒子間隙へ
の溶湯の補給、ミクロポロシティと溶湯の置換を促進す
る。また、このような溶湯および粒子の運動に伴う撹拌
効果により、溶湯の局部的な温度差、例えば粒子の吸熱
で生じた粒子近傍の低温粘稠層が拡散均一化される結果
、粒子の均一な凝集、粒子間隙への溶湯の補給、緻密化
が助長される。かくして、粒子の沈降凝集を終えたのち
、溶湯の凝固完了を待って、第２図に示すような粒子分
布の偏りやミクロポロシティのない健全な複合鋳物を得
る。その複合組織において粒子の占める割合（粒子充填
率）は約６０〜７５％（容積％）である。
隙への浸透が促進される。また、加振効果は粒子自体に
も加わり、粒子（Ｐ）の動きによって粒子の分布の偏り
が平坦化される。この粒子の移動は、さらに粒子間隙へ
の溶湯の補給、ミクロポロシティと溶湯の置換を促進す
る。また、このような溶湯および粒子の運動に伴う撹拌
効果により、溶湯の局部的な温度差、例えば粒子の吸熱
で生じた粒子近傍の低温粘稠層が拡散均一化される結果
、粒子の均一な凝集、粒子間隙への溶湯の補給、緻密化
が助長される。かくして、粒子の沈降凝集を終えたのち
、溶湯の凝固完了を待って、第２図に示すような粒子分
布の偏りやミクロポロシティのない健全な複合鋳物を得
る。その複合組織において粒子の占める割合（粒子充填
率）は約６０〜７５％（容積％）である。
本発明において、鋳型内の溶湯に対する加振は、鋳造の
開始と同時に、もしくは一定量鋳込まれたのち、あるい
は鋳造終了後に開始され、粒子の沈降、凝集過程に右い
て、適時断続して、または連続的に行なわれる。もつと
も、溶湯の凝固開始具。
開始と同時に、もしくは一定量鋳込まれたのち、あるい
は鋳造終了後に開始され、粒子の沈降、凝集過程に右い
て、適時断続して、または連続的に行なわれる。もつと
も、溶湯の凝固開始具。
・降に加振を継続することは無意味であるばかりが、凝
固相に微細なりランクが発生ずるおそれがあるので、凝
固開始までの間に加振を完了することを要する。
固相に微細なりランクが発生ずるおそれがあるので、凝
固開始までの間に加振を完了することを要する。
加振の方法は、前記のように鋳型を振動装置の上に載置
、固定して行うほか、鋳型自体に加振してもよく、ある
いは振動子を鋳型内溶湯に接触させて直接溶湯に振動を
与えるようにしてもよい。
、固定して行うほか、鋳型自体に加振してもよく、ある
いは振動子を鋳型内溶湯に接触させて直接溶湯に振動を
与えるようにしてもよい。
振動は、上下動、前後動、または左右動であり、あるい
はこれらが適宜組合せられる。その振動数、振幅、加速
度等の振動条件は、鋳型形状、鋳造量、その他の鋳造条
件により一様ではないが、例えば振動数約８００〜３６
００１１１ｉ振幅は上下動の場合、約０・５〜２πｍの
振動を付与することにより好結果が得られる。
はこれらが適宜組合せられる。その振動数、振幅、加速
度等の振動条件は、鋳型形状、鋳造量、その他の鋳造条
件により一様ではないが、例えば振動数約８００〜３６
００１１１ｉ振幅は上下動の場合、約０・５〜２πｍの
振動を付与することにより好結果が得られる。
本発明の鋳造における鋳型の種類および形状は、前記例
示のものに限らず、例えば金型鋳型であってもよく、ま
たその形状も目的とする鋳物の形状に応じたものが適用
される。その鋳造態様は、前記例示のように、金属溶湯
とセラミック粒子とを鋳込みホッパー（７）を′介して
混合状態として鋳込むほか、溶湯と粒子とを各別に鋳型
内に鋳造してもよい。更に、目的とする鋳物が、例えば
中空円筒体である場合には、その鋳型の開口端にそって
鋳込みホッパーや粉末投与治具を複数個配設し、それぞ
れから同時に鋳造を行うようにすることもできる。また
、鋳造過程での溶湯の降温を抑制するために、必要なら
ば、鋳型や投与される粉末を予熱（例えば温度３００°
Ｃ以上）しておくことも有効である。
示のものに限らず、例えば金型鋳型であってもよく、ま
たその形状も目的とする鋳物の形状に応じたものが適用
される。その鋳造態様は、前記例示のように、金属溶湯
とセラミック粒子とを鋳込みホッパー（７）を′介して
混合状態として鋳込むほか、溶湯と粒子とを各別に鋳型
内に鋳造してもよい。更に、目的とする鋳物が、例えば
中空円筒体である場合には、その鋳型の開口端にそって
鋳込みホッパーや粉末投与治具を複数個配設し、それぞ
れから同時に鋳造を行うようにすることもできる。また
、鋳造過程での溶湯の降温を抑制するために、必要なら
ば、鋳型や投与される粉末を予熱（例えば温度３００°
Ｃ以上）しておくことも有効である。
本発明に使用される金属溶湯は、目的とする鋳物の用途
、要求回能に応じて選らばれる鉄系または非鉄系の各種
金属もしくは合金である。一方、セラミック粒子は、炭
化物、窒化物、珪化物、はう化物などの粒子が目的に応
じて使用される。もちろん、その粒子は金属溶湯の中で
容易に溶融消失しない高融点を有し、かつ溶湯より大き
い比重を有するものが選らばれる。粒子のサイズは、溶
湯中の沈降促進および得られる鋳物の利質の点から、粒
径５０〜３００μｍのものが好ましい。
、要求回能に応じて選らばれる鉄系または非鉄系の各種
金属もしくは合金である。一方、セラミック粒子は、炭
化物、窒化物、珪化物、はう化物などの粒子が目的に応
じて使用される。もちろん、その粒子は金属溶湯の中で
容易に溶融消失しない高融点を有し、かつ溶湯より大き
い比重を有するものが選らばれる。粒子のサイズは、溶
湯中の沈降促進および得られる鋳物の利質の点から、粒
径５０〜３００μｍのものが好ましい。
また、耐摩耗鋳物を°目的とするときは粒子自体硬度の
高いもの程、有利なことは言うまでもない。
高いもの程、有利なことは言うまでもない。
例えば、鉄系金属との組合せによる耐摩耗鋳物の鋳造に
は、タングステン炭化物（ＷＣ，、Ｗ２Ｃ）やタングス
テンチタン炭化物などの硬質炭化物粒子が好適である。
は、タングステン炭化物（ＷＣ，、Ｗ２Ｃ）やタングス
テンチタン炭化物などの硬質炭化物粒子が好適である。
なお、セラミック粉末を鋳型内の溶湯面より散布投与す
る鋳造態様において、溶湯との濡れ性に乏しい粒子を使
用する場合でも、加振効果によって粒子は比較的早く溶
湯内に取込まれるので、場面上での浮遊、移動とそれに
伴う分布の偏りも著しく緩和される。
る鋳造態様において、溶湯との濡れ性に乏しい粒子を使
用する場合でも、加振効果によって粒子は比較的早く溶
湯内に取込まれるので、場面上での浮遊、移動とそれに
伴う分布の偏りも著しく緩和される。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例 −
第１図の鋳造装置において、金属溶湯としてニハード鋳
鉄溶１（Ｃ３，２１％、ＳｉＯ，７９％、Ｍｎ０．６８
％、Ｎｉ４．４３％、Ｃｒ１．６０％、Ｍ。
鉄溶１（Ｃ３，２１％、ＳｉＯ，７９％、Ｍｎ０．６８
％、Ｎｉ４．４３％、Ｃｒ１．６０％、Ｍ。
０．４１％）４５Ｋｇおよびセラミック粉末として粒径
１５０〜２５０μｍのタングステン炭化物（Ｗ２Ｃ）粉
末１５Ｋｇを鋳造し、振動装置による振動を付与した。
１５０〜２５０μｍのタングステン炭化物（Ｗ２Ｃ）粉
末１５Ｋｇを鋳造し、振動装置による振動を付与した。
鋳型（１）は精密鋳造用保温モールドであり、その予熱
温度は８５σ°Ｃである。溶湯の鋳造温度は１６５０°
Ｃであり、タングステン炭化物粉末は４００℃に予熱し
て投与した。溶湯に対する加振は、鋳造開始から凝固開
始までの間、連続的に行った。その振動数は１８００［
ｆｆｌ／分、振幅は１ ｍｍである。
温度は８５σ°Ｃである。溶湯の鋳造温度は１６５０°
Ｃであり、タングステン炭化物粉末は４００℃に予熱し
て投与した。溶湯に対する加振は、鋳造開始から凝固開
始までの間、連続的に行った。その振動数は１８００［
ｆｆｌ／分、振幅は１ ｍｍである。
凝固開始後、加振を停止し、そのまま凝固を完了させた
。得られた中実円柱状鋳物（製品部品のサイズ：直径１
６０＋ｕ＋Ｘ長さ６０ｙｕ＋）の複合組織における粒子
の充填率はその全体にわたって７０〜７５％と極めて均
一であり、かつ粒子間隙のミクロポロシティは全く存在
しない。また、その硬度も、全体にわたりＨＲＡ８２〜
８４と非常に均質である。
。得られた中実円柱状鋳物（製品部品のサイズ：直径１
６０＋ｕ＋Ｘ長さ６０ｙｕ＋）の複合組織における粒子
の充填率はその全体にわたって７０〜７５％と極めて均
一であり、かつ粒子間隙のミクロポロシティは全く存在
しない。また、その硬度も、全体にわたりＨＲＡ８２〜
８４と非常に均質である。
本発明によれば、投与される粒子の不均一分布やミクロ
的鋳造欠陥の生じるような鋳造条件下でも、粒子の偏り
や粒子間の空隙等を解消し、均一かつ緻密な複合組織を
有する鋳物を得ることができる。得られる鋳物は、特に
耐Ｆ？耗材料として好適であり、その均質性により、す
ぐれた性能と信頼性を保証する。
的鋳造欠陥の生じるような鋳造条件下でも、粒子の偏り
や粒子間の空隙等を解消し、均一かつ緻密な複合組織を
有する鋳物を得ることができる。得られる鋳物は、特に
耐Ｆ？耗材料として好適であり、その均質性により、す
ぐれた性能と信頼性を保証する。
第１図は本発明の鋳造要領の具体例を示す断面説明図、
第２図および第３図は複合組織の模式的説明図、第４図
は第３図のＡ部の拡大図である。 １：鋳型、４：振動装置、７：鋳込みホッパー、Ｍ：金
属、Ｐ：粒子。 代理人 弁理士 宮 崎 新へ部 特開％ｆ５９−８２１５５ （４） ９ 女 Ｔ。 Ｍ ヒ・ ・−６
第２図および第３図は複合組織の模式的説明図、第４図
は第３図のＡ部の拡大図である。 １：鋳型、４：振動装置、７：鋳込みホッパー、Ｍ：金
属、Ｐ：粒子。 代理人 弁理士 宮 崎 新へ部 特開％ｆ５９−８２１５５ （４） ９ 女 Ｔ。 Ｍ ヒ・ ・−６
Claims (2)
- （１） 金属溶湯と該溶湯より比重の大きいセラミッ
ク粒子とを各別にもしくは混合状態で鋳型内に鋳込み金
属とセラミック粒子とからなる複合組織を有する鋳物を
製造する方法において、鋳型内の金属溶湯および粒子に
振動を付与することにより、粒子の分布の均一化と、粒
子間隙への溶湯の浸透を促進させることを特徴とする複
合鋳物の製造法。 - （２）金属が鉄系金属であり、セラミック粒子が炭化物
系セラミック粒子であ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法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19099282A JPS5982155A (ja) | 1982-10-30 | 1982-10-30 | 複合鋳物の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19099282A JPS5982155A (ja) | 1982-10-30 | 1982-10-30 | 複合鋳物の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5982155A true JPS5982155A (ja) | 1984-05-12 |
Family
ID=16267059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19099282A Pending JPS5982155A (ja) | 1982-10-30 | 1982-10-30 | 複合鋳物の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5982155A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009507137A (ja) * | 2005-09-07 | 2009-02-19 | エム キューブド テクノロジーズ， インコーポレイテッド | 金属マトリックス複合体本体、及びこれを作製するための方法 |
-
1982
- 1982-10-30 JP JP19099282A patent/JPS5982155A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009507137A (ja) * | 2005-09-07 | 2009-02-19 | エム キューブド テクノロジーズ， インコーポレイテッド | 金属マトリックス複合体本体、及びこれを作製するための方法 |
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