JPS6046859A - 耐摩耗複合鋳物の製造法 - 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、炭化物粒子と金属との混在層と金属単体層と
が両層の境界面で完全に溶着一体化した耐摩耗複合鋳物
の鋳ぐるみによる製造方法に関する。

炭化物粒子と金属とが均一に分散混在する混在層と、金
属単体層とが一体化された材料は、混在層による高度の
耐摩耗性と、金属単体層による強度・靭性を兼備する。

例えば、第１図に示すような中空円筒体であって、炭化
物粒子（円群とその粒子間隙を満たす金属（財）との混
在層Ｗ店、その内側の金属単体層ｆＢ）とからなる２層
構造を有する材料は、耐摩耗性と強度・靭性が要求され
るロール類などに好適である。

かかる２層構造をもつ中空円筒体の製造法として、第２
図に示すような金属単体の円筒（Ｋｂ）を準備し、これ
を波涛ぐるみ体として、第１０図のように鋳型（１）の
円柱状中子０１Ｊに嵌着し、この鋳型内に金属溶湯（財
）と炭化物粒子ｆｉｌの混合溶湯を鋳造して金属単体円
筒（Ｋｂ）を鋳ぐるむ方法が考えられる。鋳造後、粒子
（Ｐ）を溶湯１１中で沈降・凝集させ、凝固完了したの
ち鋳造体を鋳型から取出し、上方の押湯部分（イ）を切
断除去すれば、下部（ロ）は、前記第１図に示すような
中空円筒形状を有し、その外側の表層は混合溶湯の鋳造
により形成された混在層であって、内側は波防ぐるみ体
（Ｋｂ　）によって与えられた金属単体層である２層構
造の鋳物として得られる。

こうして得られる複合鋳物は、混在層と金属単体層とが
その境界面で完全に溶着一体化したものであることを要
する。溶着が不完全であると、境界部が強度面で最弱点
となり、使用時にそれを起点として破壊が生じ、実用に
耐え得ないからである。

しかしながら、上記のように単に混合溶湯を鋳込むだけ
では、波防ぐるみ体の表面を十分に溶融、活性化し得す
、溶着状態が不完全なまま凝固してしまう。ことに、溶
湯が炭化物粒子との混合状態で鋳込まれる場合には、粒
子の吸熱により少なからぬ熱量が奪われるため、完全な
溶着を達成するに必要な熱量を確保することは容易でな
い。この傾向は、層厚の薄い混在１を形成する場合のよ
うに溶湯の鋳込量が少くなるほど顕著となる。

上記とは逆に、波防ぐるみ体として、第３図のような炭
化物粒子（Ｐｌと金属（財）との均一な混合体からなる
円筒（Ｋａ　）を準備して第１１図のように鋳型（１）
の外ｋＯ壁Ｑ′；ＩＪにそわせて装着し、これに金属単
体溶湯（財）を鋳込むことによって鋳ぐるみを行うこと
も可能である。この場合、鋳込まれる溶湯は、前記のそ
れと異なり炭化物：げＬ子が混在していないので、熱的
条件は比較的有利であるが、それでも波防ぐるみ体に対
して、その表面がわずかに溶融する程度の熱エネルギー
を瞬時に与え得るに過ぎない。

溶着を促進させるための補助的対策として、波防ぐるみ
体や鋳型を予熱しておくことも考えられるが、高温に加
熱すると、波防ぐるみ体に表面酸化が生じ、却って溶着
が妨げられる。表面酸化を防止するには、銅めっきなど
を施すことも有効ではあるが、予熱時にめっきが溶融し
てしまってはめっきの効果が減殺されるので、予熱温度
にも自ずと限界があり、結局完全な溶着を達成するに足
る熱エネルギーを予熱処理にてまかなうことは極めて困
難である。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり
、金属単体（または炭化物粒子と金属の混合体）の波防
ぐるみ体を鋳型内に装着して、これを炭化物粒子と金属
溶湯との混合溶湯（または金属単体溶湯）にて鋳ぐるむ
にあたり、予め金属°溶湯を鋳型内に鋳込むとともに鋳
型下部から排出させながら、その溶湯熱にて波防ぐるみ
体の表層を溶融、活性化させ、しかるのち波防ぐるみ体
を鋳ぐるむべき混合溶湯または金属単体溶湯の鋳込みを
行うようにしたものである。すなわち、本発明は鋳ぐる
みを行うに先立ち、波防ぐるみ体に対して溶湯による「
湯洗い」を施こし、その洗い島にて波防ぐるみ体に十分
な熱エネルギーが与えられた状態で鋳ぐるみを行うこと
により、両層を完全に溶着一体化することを可能にした
のである。

本発明による鋳造は、波防ぐるみ体として金属単体を使
用し、これを炭化物粒子と金属溶湯との混合溶湯で鋳ぐ
るむ態様、および波防ぐるみ材として炭化物粒子と金属
との混合体を使用し、これを金属単体溶湯で鋳ぐるむ態
様とに大別される。

本発明の鋳造要領の具体例を図面により説明する。第４
図の訪造例は、第２図のような金属」１１４体からな、
る所望の肉厚および胴長を有する円筒０（＋））を波防
ぐるみ体として鋳型内の円柱状中子０１）に装着し、こ
れを炭化物粒子と金属溶湯との混合溶湯にて鋳ぐるむこ
とにより、第１図のごとき２層を有する中空円筒鋳物を
得るものである。鋳型（１）の下部には、鋳ぐるみに先
立って鋳込まれる洗い島を鋳型内から排出させて貯留す
るための湯溜部０■が円周方向に適当な間隔をおいて複
数個付設されている。

鋳型には、まず洗い鵬として金属溶湯（Ｍｌ）を取鍋（
２）から、鋳込ホッパー（３）を介して鋳込み、波防ぐ
るみ体（Ｋｂ）の表層を湯洗いする。ホッパーから流下
する溶湯は、図示のように中子０１）の半球形状項中の
中心に指向させれば、頂部中心から放射状に分散し鋳型
内円周方向の各部分にまんべんなく供給される。この湯
洗いにおいて、溶湯（洗い湯）の鋳込速度（Ｓ　Ｉ　Ｋ
９／ｓｅｃ　）を、　湯道０４）から湯溜部Ｑ５１への
流出速度（Ｓ２　即／５ｅｃ）よりも犬きくして鋳型内
の製品形成部（■）内に溶湯を充満させれば、波涛ぐる
み体に対する十分な熱エネルギーが供給される。それと
同時に、鋳型自体も多量の給熱をうけて高温度に加熱さ
れる。この溶湯（洗い島）の鋳込速度（５ＩＫ９／５ｅ
ｃ）と流出速度（５２Ｋ９／　ｓ　ｅ　ｃ　）との比（
５１／Ｓ２）は、好ましくは１．２以上である。１．２
に満たないと、鋳型内での貯留量が少なく、波涛ぐるみ
材に対する熱エネルギーの供給が不足するからである。

しかし、（Ｓ１／Ｓ２）の比があまり大きくなると、　
鋳型内での溶湯（洸い鴻→の貯留時間が長くなり、溶湯
の停滞に伴う降温のために、却って波涛ぐるみ体に対す
る給熱量が低減する。このため、（Ｓｌ／Ｓ２）の上限
は好ましくは２．５とする。

上記湯洗いにより波涛ぐるみ材（Ｋｂ　）の表層が十分
に溶融、活性化され、かつその溶湯が鋳型内から全量流
出して湯溜部０９が充満された時点で、第５図のように
、炭化物粒子（Ｐ）と溶湯（Ｍ２）との混合溶湯を鋳造
すれば、波涛ぐるみ材と混合溶湯との界面は完全に溶着
し、両層間の強固な一体的結合関係が形成される。また
、鋳造された当初の鋳型内混合溶湯は、急速に降温・粘
稠化することはなく、十分な流動性を保持するので、層
厚の薄い混在層を形成する場合のように溶湯量が比較的
少くても、溶湯中の粒子群を十分に沈降・凝集さ−せ、
かつ凝集粒子群の間隙に金属溶湯が満たされた均質な混
在層を形成することができる。上記鋳造後、凝固完了を
まって鋳造体を取出し、」二部の押湯部分と、下部の湯
道部分とを切断除去すれば、外側表層の混在層と内側の
金属単体層とが完全に密着一体化した前記第１図に示す
ごとき中空円筒状複合鋳物が得られる。

なお、上記の鋳造において、混合溶湯として鋳込まれる
溶湯中の炭化物粒子の一部が湯道（搬部へ流出するのを
防止するためには、湯道を細径・長尺形状にすればよい
。

波涛ぐるみ体として第３図の粒子と金属の混合体からな
る円筒（Ｋａ）を用いて第１図のような２層構造の中空
円筒鋳物を製造する場合には、第６図に示すように、鋳
型（１）の外側壁０２にそって波涛ぐるみ休（Ｋａ　）
を装着し、前記と同じ要領で、まず溶湯（洗い湯）を鋳
込み、好ましくは鋳込速度と鋳型からの流出速度の比（
Ｓ１１５２）を１．２〜２．５として波涛ぐるみ体の表
層を十分に溶融活性化させ、ついで波涛ぐるみ体を鋳ぐ
るむべき金属１表 溶湯（Ｍ２）を鋳造すればよい。この場合の洗い場と鋳
ぐるみ溶湯として同じ溶湯を使用し、連続して鋳込むこ
ともできる。

上記鋳造例はいずれも、外側層を混在層、内側層を金属
単体層とする例を示したが、目的とする用途・使用態様
に応じて、内・外層の関係を逆にした２層構造が形成さ
れ、さらに内・外両表層部が混在層で、その中間層が金
属単体層であるような多層構造に形成される場合もある
。むろん、中空筒状鋳物に限らず、中実体鋳物の鋳造も
本発明に包含される。

本発明の鋳造に使用される鋳型の形状は前記図示の例に
限らず、例えば中空円筒状の複合鋳物を目的として、第
７図に示すような外側壁（２）と内側壁０３とを同心円
筒状に有する鋳型（１）が使用されることもある。この
場合には、図示のように鋳型（１）を回転台（４）に設
置し、図示しない駆動装置にて適当な回転速度（例えば
１００〜１５０　ｒｐｍ）で支軸（５）を中心に回転さ
せながら鋳造を行うとよい。

こうすれば、鋳込ホッパーから鋳型の外側壁α２と内側
壁０３との間に鋳込まれる溶湯（または混合溶湯）の流
下点は、鋳型の回転に伴って順次円筒方向に移行するの
で、洗い場として鋳込まれる溶湯、およびその後に波涛
ぐるみ体を鋳ぐるむべく鋳造される金属単体溶湯または
混合溶湯の鋳型内円周方向における温度分布の高低が緩
和され、局方向の全体にわたり混在層と金属単体層との
完全な密着一体化を達成することができる。

本発明の複合鋳物を構成する炭化物粒子および金属は、
鋳物の用途・要求性能に応じて適宜選らばれる。炭化物
粒子の代表例を挙げれば、タングステン炭化物（ＷＣ，
Ｗ２Ｃ）粒子、　タングステンチタン複炭化物粒子など
である。これらは各々単独または任意の組合せで混合使
用してよい。粒子径は約４０〜３５０μｍであってよい
。炭化物粒子が溶湯と混合して鋳造される鋳造態様にお
いては、混合時の溶湯の降温を少くするために、適当な
温度、例えば４００℃に予熱して使用してもよい。一方
、金属は、一般的には鋳鉄、鋼などの鉄系金属であるが
、そのほかニッケル（Ｎｉ）、コバルト（ｃｏ）、′＆
（Ｆｅ）などの金属またはその合金が使用されることも
ある。なお、混在層（Ａ）を構成する金属と、金属単体
層（Ｂ）をなす金属とは、同種の金属であってもよく、
あるいは異種の金属の組合せであってもよい。

波防ぐるみ体は種々の方法で製作することができる。例
えば金属単体の波防ぐるみ体としては鋳造体などを使用
すればよい。一方、混合体の波防ぐるみ体は、焼結法を
利用し、炭化物粉末と金属粉末との混合粉末を調製し、
必要ならばこれに適当な成形助剤や焼結助剤を混和して
常法による圧粉・焼成工程に付し焼結体として製作する
こともでき、あるいは鋳造法を適用して、炭化物粒子と
金属溶湯を鋳型内に鋳込み、溶湯中の粒子を沈積凝集さ
せることにより鋳造体として製作することもてきる。

混在層における粒子の充填率は所望に応じて決められる
が、容積比で示せば一般的に６０〜７０％とすることが
できる。

本発明の鋳造に使用される鋳型の材質に制限はないが、
例えば精密鋳造用の焼成モールド（１）を前記図示のよ
うにバックサンド（６）にてケース（７）内に設置して
使用することができ、これを加熱炉で、例えば５００〜
８００℃に予熱して使用すれば、鋳造当初の鋳型内での
溶湯の熱損失を軽減するのに役立つ。もし、予熱の際に
波防ぐるみ体の表面酸化が問題になるときは、予めその
表面に銅めっき、その他の酸化防止のためのコーティン
グを施しておけばよい。

実施例 第１図の鋳造装置において、鋳型（焼成モールド）（１
）内に、波防ぐるみ体としてニハード鋳鉄からなる金属
単体円筒（Ｋｌ））を柱状中子０１）に１凝着し、これ
に洗い腸として１６００℃の鋳鉄溶湯１２勿を鋳込み、
金属単体円筒の表層を溶融、活性化したのち、タングス
テン炭化物（Ｗ２Ｃ）粒子とニハード鋳鉄溶湯との混合
溶湯を鋳造した。

湯洗い時の溶湯鋳込速度（Ｓｌ）はＩＫ９／ｓｅｃ　で
あり、湯道０４）から湯溜部α９への流出速度（Ｓ２）
は０．５〜／ｓｅｃとなるように湯道０４）の寸法を決
定して（Ｓｌ／Ｓ２）の比を２．０とした。湯溜部は合
計４個所で、その合計の容積は鋳鉄６釉に相当する。

鋳造条件の詳細は次のとおりである。

〔１〕　鋳型 （１）バックサンド（６）にてケース（７）内にセット
し、波防ぐるみ体製着後、加熱炉内で予熱。鋳造直前の
鋳型温度７００℃。

（１１）形状（第８図参照）：外径（ＤＩ）２００ｍｍ
、中子径（Ｄａ）　１００ｍｍ０ 〔２〕　波防ぐるみ体 （１）ニハード鋳鉄の鋳造体。表面を銅めっきで被覆。

（１１）形状（第８図参照）：外径（Ｄ２）１５０皿、
内径（Ｄａ）　１００ｍｍ、高さくＨｌ）６０ｍｍ０〔
３〕　混合溶湯 （１）鋳込温度：１６００°Ｃ （１１）鋳造量：第８図において湯面高さＨ２（８００
ｍｍ）　となる量。

ｆｌａｉｌ　Ｗ２Ｃ粒子径：平均２８０メツシユ。

（ｌｖｌ　Ｗ　２　Ｃ粒子の混合量：第８図において波
防ぐるみ体の下端から上端までの領域（高さＨｌ−６０
ｍｍ）に混在層（粒子充填率約６０％）を形成するに足
る量。

（ｖ）溶湯への混合時の粒子予熱温度：４００℃。

上記鋳造により、外側の混在層（混合溶湯鋳造部）と内
側の金属単体層（波防ぐるみ体の部分）の２層を有する
中空円筒状鋳物を得た。その両層境界面は全周全長にわ
たり完全に溶着一体化（１００％溶着）していることが
確認された。比較例として、湯溜部のない鋳型を使用し
、鋳ぐるみに先行する湯洗いを省略した以外は上記と同
一の鋳造条件にて２層構造の中空円筒鋳物を得たが、両
層の界面は約７０％の溶着を示すにとどまる不完全なも
のであった。

実施例２ 波防ぐるみ材として炭化物粒子とニハード鋳鉄の混合体
からなる円筒（Ｋａ）を第６図のように鋳型（焼成モー
ルド）（１）内に装着し、これに１６００°Ｃのニハー
ド鋳鉄溶湯を洗い湯として鋳込み、円筒の表層を溶融、
活性化するとともに、円筒を鋳ぐるむべき溶湯として該
二い−ド鋳鉄溶湯を引つづき鋳造し、鋳型内湯面の高さ
くＨ２）が３００ｍｍに達したときに鋳込みを停止した
。

１易洸い時の鋳鉄溶）易の鋳込速度（Ｓｌ）は１孕／ｓ
ｅｃ　であり、湯溜部０９への流出速度（ｓ２）は０．
７に７７ｓｅｃとなるように湯道０（イ）の寸法を決定
し、（Ｓ　１／Ｓ　２　）　の比を１．４とした。湯溜
部の合計容積は鋳鉄５　Ｙ４に相当する。

〔１〕　鋳型 （１）波防ぐるみ体を装着して加熱炉で予熱。鋳造直前
の鋳型温度６００℃。

（ＩＩ）形状（第９図参照）：外径（ＤＩ）　１８０ｍ
ｍ。

中子径（Ｄ３）９０ｍｍ０ 〔２〕　波防ぐるみ体 （１１ｗ２ｃ２層（平均粒径２８０メツシユ）とニハー
ド鋳鉄溶出とを混合してなる粒子充填率６５％の鋳造体
。表面に銅めっきを被覆して使用。

（１１）形状（第９図参照）：外径（ＤＩ　）　１８０
ｍｍ、内径（Ｄ２）１４０ｍｍ、高さくＨｌ）６０ｍｍ
０」二記鋳造により、外側の混在層（波防ぐるみ体部分
）と内側の金属単体層（金属溶湯鋳造部分）との２層を
有する中空円筒鋳物を得た。両層界面は全周全長にわた
り完全な溶着一体化（１００％溶着）状態を呈すること
が認められた。比較例として、１ｇＪ溜り部を有しない
鋳型を使用し、鋳ぐるみ前の湯洗いを省略し、他の条件
は前記と同一に設定して得られた鋳物では、９０％溶着
を示すにとどまった。

以上のように、本発明によれは、混在層と金属単体層と
が完全に溶着一体化した複合鋳物が得られる。かかる複
合鋳物は、両層の強固な結合関係により混在層のもつ高
耐摩耗性と金属単体層の強度・靭性とを兼備するので、
ロール類など、これらの特性が要求される各種用途に好
適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は混在層と金属単体層とからなる複合鋳物の例を
示す図（〔■〕は平面図、ＣｒＤはＸ−Ｘ断面図）、第
２図および第３図は波防ぐるみ体を例示する図（いずれ
も、〔■〕は平面図、［ＩＩ）　はＸ−Ｘ断面図）、第
４図ＣＩ）は本発明の鋳造要領の例を示す縦断面図、〔
■〕は鋳型部の平面図、第５図は鋳型内の鋳造状況を示
す縦断面図、第６図、第７図は本発明の他の鋳造要領を
例示する縦断面図、第８図、第９図は実施例関係の鋳型
部の断面説明図、第１０図、第１１図は比較例を示す鋳
型部の縦断面図である。 １：鋳型、１１：中子、１４：湯道、１ぢ：湯溜部、Ａ
：混在層、Ｂ：金属単体層、Ｋａ、Ｋｂ　：波防ぐるみ
体、Ｐ：炭化物粒子、Ｍ：金属。 代理人　弁理士　宮崎新八部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属単体層と、炭化物粒子と金属との混在層とを
   有する耐摩耗複合鋳物の製造法であって、金属単体また
   は炭化物粒子と金属との混合体を波涛ぐるみ材として鋳
   型内に装着して、これを炭化物粒子と金属溶湯との混合
   溶湯または金属り１休溶湯にて鋳ぐるむに当り、予め洗
   い渇としての金属溶湯を鋳型内に鋳込むとともに鋳型下
   部から排出させなから波涛ぐるみ材を湯洗いすることに
   よりその表層を溶融、活性化させ、しかるのち波涛ぐる
   み材を鋳ぐるむべき混合溶湯または金属単体溶湯を鋳造
   することを特徴とする耐摩耗複合鋳物の製造法。