JP2001038466A - 耐食性及び耐摩耗性を備えた複合部材の製造方法 - Google Patents

耐食性及び耐摩耗性を備えた複合部材の製造方法

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JP2001038466A
JP2001038466A JP21373299A JP21373299A JP2001038466A JP 2001038466 A JP2001038466 A JP 2001038466A JP 21373299 A JP21373299 A JP 21373299A JP 21373299 A JP21373299 A JP 21373299A JP 2001038466 A JP2001038466 A JP 2001038466A
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Zenichi Mochizuki
善一 望月
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融プラスチックなどに対して十分な耐食性
及び耐摩耗性を備え、且つ、従来と比べて低コストで製
造することができる複合部材の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に基づく押出成形機用の単軸バレ
ルは、円筒状の本体部分12、その内周面上を覆う中間
層13、この中間層の内周面上を覆う表面被覆層14を
備える。本体部分12は球状黒鉛鋳鉄製(例えば、FC
D600)であり、その内周面に沿って冷却パイプ15
が螺旋状に鋳ぐるまれている。中間層13は、低炭素鋼
またはステンレス鋼の溶接棒(例えば、S25C相当の
溶棒棒、SUS403相当の溶接棒など)を使用した溶
接肉盛りによって形成され、その厚さは、1.5mm〜
2.5mm程度である。表面被覆層14は、Ni系自溶
合金(または、Co系自溶合金)の溶射によって形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性及び耐食
性を備えた複合部材及びその製造方法に係り、特に、押
出成形機用のバレルなどの中央に貫通孔を有する中空部
材を製作する際に好適な製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、プラスチック材料などの押出成形
機おいて、成形される直前の素材が収容されるバレルに
は、鋳鉄あるいは炭素鋼が使用されている。
【0003】高強度鋳鉄(例えば、球状黒鉛鋳鉄)製の
バレルは、要求される機械的強度を備え、且つ鋳造によ
りその形状を作り出すことができるので、比較的、低コ
ストで製作することができる。但し、ピストンなどと接
触する摺動面の部分には、耐摩耗性が要求されるので、
高周波焼入れあるいは窒化などの表面硬化処理が施され
る。しかし、これらの処理では、耐食性までは改善され
ない。
【0004】従って、耐摩耗性に加えて、溶融プラスチ
ックなどに対する耐食性が要求される場合には、バレル
の本体部分(母材部分)を炭素鋼で製作し、その表面
に、Ni系あるいはCo系の自溶合金を用いて溶接肉盛
りを施したものが使用されている。この様に、本体部分
を炭素鋼で製作する場合には、特に中央の貫通孔を機械
加工によって削り出さなければならないので、製造コス
トの増大を招く。
【0005】このため、本体部分を高強度鋳鉄で製作
し、耐摩耗性に加えて耐食性が要求される部位に、上記
の様な材料を用いて溶射あるいは溶接肉盛り等を施すこ
とが望まれていた。しかし、鋳鉄材の表面にNi系ある
いはCo系の自溶合金を用いて溶射を施すと、被覆層
(溶射層)の中に鋳鉄中の炭素及びシリコンが拡散する
ことによって、被覆層にクラックが発生する。例えば、
拡散した炭素によって、被覆層中の炭素濃度が0.4%
以上になると、被覆層にクラックが入り易くなる。この
ため、この様な方法は、未だ実用化されるまでには至っ
ていない。
【0006】なお、特公平2−34270号公報には、
鋳型内に隔壁板を配置し、その外側に加熱シリンダ本体
となる金属溶湯を注入し、その内側に耐食耐摩耗性金属
の溶湯を注入することによって、三層構造の加熱シリン
ダを製作する方法が記載されている。しかし、この方法
には、鉄系材質に限られると言う問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の押出成形機用のバレルの製造方法の問題点に鑑み
成されたもので、本発明の目的は、溶融プラスチックな
どに対して十分な耐食性及び耐摩耗性を備え、且つ、従
来の方法と比べて低いコストで製造することができる複
合部材の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の耐食性及び耐摩
耗性を備えた複合部材の製造方法は、所定の形状を備え
た鋳鉄製の母材を準備する工程と、この母材の上に、炭
素の組成が0.25wt%以下の低炭素鋼またはステン
レス鋼を用いた溶接肉盛りによって中間層を接合する工
程と、この中間層の上に、Ni系またはCo系の自溶合
金を溶射、溶接肉盛りまたはHIP成形(熱間静水圧成
形)のいずれかの方法により接合する工程と、を備えた
ことを特徴とする。
【0009】本発明の複合部材の製造方法によれば、鋳
鉄製の母材の表面に低炭素鋼またはステンレス鋼を溶接
肉盛りすることによって中間層を形成し、その中間層の
上に、Ni系またはCo系の自溶合金を溶射(または、
溶接肉盛り、HIP成形)しているので、Ni系または
Co系の自溶合金からなる表面被覆層の中に、母材の鋳
鉄から炭素及びシリコンが拡散する現象を防止すること
ができる。
【0010】また、上記の中間層は、母材と表面被覆層
との熱膨張率の差に起因する熱応力を緩和することによ
って、表面被覆層に熱クラックが発生することを防止す
る機能を備えている。更に、表面被覆層に熱クラックが
発生した場合には、これが母材側に伝播することを防止
する効果も備えている。
【0011】これによって、鋳鉄製の母材の上に、耐食
性及び耐摩耗性を兼ね備えた表面被覆層を設けることが
可能になり、耐食性及び耐摩耗性を備えた複合部材、例
えば、押出成形機用のバレルあるいは射出成形機用のシ
リンダを、比較的低いコストで製作することができる。
【0012】なお、好ましくは、前記中間層の厚さを、
1.5mm以上、2.5mm以下とする。
【0013】また、上記の製造方法において、Ni系ま
たはCo系の自溶合金の代わりに、Ni系またはCo系
の自溶合金のいずれかにセラミックスを分散させた合金
を使用することもできる。この様にすれば、当該表面被
覆層の耐摩耗性を更に向上させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明に基づく耐食性及び耐摩耗
性を備えた複合部材の製造方法において、鋳鉄製の母材
と、Ni系またはCo系の自溶合金による表面被覆層と
の間に設ける中間層には、前述の様に、鋳鉄中の炭素及
びシリコンを希釈して表面被覆層への拡散を防止する役
割と、母材と表面被覆層との間の熱膨張率の差に起因す
る熱応力を緩和する役割が要求される。従って、この中
間層には、母材に融着し易く、ある程度の機械的強度を
備え、且つ、母材及び表面被覆層に対する熱膨張率の差
が比較的小さい材料が選択される。
【0015】この様な条件を満足する材料として、例え
ば、炭素量が0.25wt%以下の低炭素鋼がある。具
体的には、S25C相当よりも炭素量が少ない溶接棒を
使用して、3〜5層の溶接肉盛りを行う。なお、12〜
18×10−6[℃−1]程度の熱膨張率が要求される
場合には、S25C相当の溶接棒が良い。また、9〜1
2×10−6[℃−1]程度の熱膨張率が要求される場
合には、SUS403相当の溶接棒が良い。
【0016】次に、本発明の方法に基づいて、中央に貫
通孔を有する中空部材を製作する際の条件の一例につい
て説明する。
【0017】先ず、高強度鋳鉄(引張強さ400N/m
以上の球状黒鉛鋳鉄)を用いて、当該中空部材の本
体部分(母材)を鋳造する。鋳造品の内周面を、機械加
工によって所定の寸法に仕上げる。次に、この鋳造品
を、100〜200℃程度に予熱する。予熱が完了した
後、S25C相当の溶接棒を用いて、内周面に約1.5
〜2.5mmの厚さで溶接肉盛りを施す。
【0018】なお、上記の様に予熱を施すのは、溶接肉
盛りの際、鋳鉄製の母材部分にクラックが生ずるのを防
止するためである。なお、鋳造品の肉厚が50mm以下
の場合には100℃付近に、肉厚が50mm以上の場合
には200℃付近に予熱すると、母材部分にクラックが
発生しにくい。
【0019】また、上記の様に溶接肉盛り層の厚さを限
定したのは、厚さが0.5mm以下の場合には、当該肉
盛り層を介して表面被覆層(Ni系またはCo系の自溶
合金からなる層)の中に鋳鉄中の炭素及びシリコンが拡
散し、クラック発生の原因となるからであり、一方、厚
さが2.5mm以上の場合には、当該肉盛り層が比較的
軟らかいので、その上に形成される表面被覆層が低いヘ
ルツ応力で破壊するからである。
【0020】以上の様にして形成された溶接肉盛り層
(中間層)の表面にショットブラストを施した後、その
上に、Ni系またはCo系の自溶合金を溶射することに
よって、表面被覆層を形成する。
【0021】なお、Ni系またはCo系の自溶合金の代
わりに、Ni系またはCo系の自溶合金のいずれかにセ
ラミックスを分散させた合金を使用することもできる。
また、溶射の他に、溶接肉盛りあるいはHIP成形によ
り表面被覆層を形成することもできる。
【0022】次に、本発明の方法に基づいて製作された
プラスチック成形用の押出成形機のバレルの耐用試験結
果について説明する。
【0023】(例1)図1に示す形状を備えた押出成形
機用の単軸バレルを製作した。図中、12は鋳鉄製の本
体部分(母材)、13は中間層、14は表面被覆層であ
る。
【0024】本体部分12は、球状黒鉛鋳鉄FCD60
0を用いて鋳造によって製作した。なお、本体部分12
には、その内周面に沿って冷却パイプ15が螺旋状に鋳
ぐるまれている。中間層13は、本体部分12の内周面
を切削によって仕上げた後、150℃に予熱し、S25
C相当の溶接棒を使用して溶接肉盛りによって形成し
た。その厚さは、約1.8mmである。表面被覆層14
は、中間層13の表面にショットブラストを施した後、
溶射によってNi系自溶合金(JIS MSFNi
3)を被覆した。最後に、表面被覆層14の内周面を、
機械加工によって仕上げた。
【0025】上記の様にして製作された単軸バレルにつ
いて、その内周面を浸透探傷試験によって調べたが、ク
ラックの発生は認められなかった。
【0026】次に、この単軸バレルを、ABS樹脂用の
押出成形機に組み込み、成形温度200℃、回転数40
0rpmの条件で連続運転試験を行った。その結果、7
000時間の使用の後においても、クラックの発生ある
いは表面被覆層の剥離は認められなかった。これによっ
て、本発明の製造方法に基づく単軸バレルは、十分な耐
食性及び耐摩耗性を備えていることが確認された。
【0027】(例2)図2に示す形状を備えた押出成形
機用の二軸バレルを製作した。図中、22は鋳鉄製の本
体部分、23は中間層、24は表面被覆層である。
【0028】本体部分22は、球状黒鉛鋳鉄FCD60
0を用いて鋳造によって製作した。なお、本体部分22
には、その内周面に沿って冷却パイプ25が変形した螺
旋状に鋳ぐるまれている。中間層23は、本体部分22
の内周面を切削によって仕上げた後、180℃に予熱
し、SUS403相当の溶接棒を使用して溶接肉盛りに
よって形成した。その厚さは、約1.5mmである。表
面被覆層24は、中間層23の表面にショットブラスト
を施した後、溶射によってWC粉末入りのNi系自溶合
金(JIS MSF WC 2)を被覆した。最後に、
表面被覆層24の内周面を、機械加工によって仕上げ
た。
【0029】上記の様にして製作された二軸バレルにつ
いて、その内周面を浸透探傷試験によって調べたが、ク
ラックの発生は認められなかった。
【0030】次に、この二軸バレルを、ガラス繊維30
%入りのABS樹脂用の押出成形機に組み込み、成形温
度200℃、回転数600rpmの条件で連続運転試験
を行った。その結果、5000時間の使用の後において
も、クラックの発生あるいは表面被覆層の剥離は認めら
れなかった。これによって、本発明の製造方法に基づく
単軸バレルは、十分な耐食性及び耐摩耗性を備えている
ことが確認された。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、鋳鉄製の母材の上に、
耐食性及び耐摩耗性を兼ね備えた表面被覆層を設けるこ
とが可能になり、耐食性及び耐摩耗性を備えた複合部
材、例えば、押出成形機用のバレルあるいは射出成形機
用のシリンダを、比較的低いコストで製作することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に基づいて製作された押出成形機
用の単軸バレルの構造を示す図、(a)は上面図、
(b)軸方向断面図である。
【図2】本発明の方法に基づいて製作された押出成形機
用の二軸バレルの構造を示す図、(a)は上面図、
(b)軸方向断面図である。
【符号の説明】
12・・・本体部分(母材)、13・・・中間層、14
・・・表面被覆層、15・・・冷却パイプ、22・・・
本体部分、23・・・中間層、24・・・表面被覆層、
25・・・冷却パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 35/30 340 B23K 35/30 340M C22C 38/00 301 C22C 38/00 301Z C23C 4/06 C23C 4/06 4/08 4/08 // B23K 101:04 103:04 103:06 103:08 103:18

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の形状を備えた鋳鉄製の母材を準備
    する工程と、 この母材の上に、炭素の組成が0.25wt%以下の低
    炭素鋼またはステンレス鋼を用いた溶接肉盛りによって
    中間層を接合する工程と、 この中間層の上に、Ni系またはCo系の自溶合金を溶
    射、溶接肉盛りまたはHIP成形のいずれかの方法によ
    り接合する工程と、 を備えたことを特徴とする耐食性及び耐摩耗性を備えた
    複合部材の製造方法。
  2. 【請求項2】 所定の形状を備えた鋳鉄製の母材を準備
    する工程と、 この母材の上に、炭素の組成が0.25wt%以下の低
    炭素鋼またはステンレス鋼を用いた溶接肉盛りによって
    中間層を接合する工程と、 この中間層の上に、Ni系またはCo系の自溶合金のい
    ずれかにセラミックスを分散させた合金を溶射、溶接肉
    盛りまたはHIP成形のいずれかの方法により接合する
    工程と、 を備えたことを特徴とする耐食性及び耐摩耗性を備えた
    複合部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記中間層の厚さは、1.5mm以上、
    2.5mm以下であることを特徴とする請求項1または
    2に記載の耐食性及び耐摩耗性を備えた複合部材の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 鋳鉄製の母材と、 この母材の上に接合され、炭素の組成が0.25wt%
    以下の低炭素鋼またはステンレス鋼からなる中間層と、 この中間層の上に接合され、Ni系またはCo系の自溶
    合金からなる表面被覆層と、 を備えたことを特徴とする耐食性及び耐摩耗性を備えた
    複合部材。
  5. 【請求項5】 鋳鉄製の母材と、 この母材の上に接合され、炭素の組成が0.25wt%
    以下の低炭素鋼またはステンレス鋼からなる中間層と、 この中間層の上に接合され、Ni系またはCo系の自溶
    合金のいずれかにセラミックスを分散させた合金からな
    る表面被覆層と、 を備えたことを特徴とする耐食性及び耐摩耗性を備えた
    複合部材。
  6. 【請求項6】 前記中間層の厚さは、1.5mm以上、
    2.5mm以下であることを特徴とする請求項4または
    5に記載の耐食性及び耐摩耗性を備えた複合部材。
  7. 【請求項7】 中央に貫通孔を有する鋳鉄製の本体と、 この本体の内周面上に接合され、炭素の組成が0.25
    wt%以下の低炭素鋼またはステンレス鋼からなる中間
    層と、 この中間層の内周面上に接合され、Ni系またはCo系
    の自溶合金からなる表面被覆層と、 を備えたことを特徴とする中央に貫通孔を有する中空部
    材。
  8. 【請求項8】 中央に貫通孔を有する鋳鉄製の本体と、 この本体の内周面上に接合され、炭素の組成が0.25
    wt%以下の低炭素鋼またはステンレス鋼からなる中間
    層と、 この中間層の内周面上に接合され、Ni系またはCo系
    の自溶合金のいずれかにセラミックスを分散させた合金
    からなる表面被覆層と、 を備えたことを特徴とする中央に貫通孔を有する中空部
    材。
  9. 【請求項9】 前記中間層の厚さは、1.5mm以上、
    2.5mm以下であることを特徴とする請求項7または
    8に記載の中央に貫通孔を有する中空部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108145276A (zh) * 2017-11-24 2018-06-12 安徽江南泵阀有限公司 一种化工泵易损件喷焊处理的方法

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CN108145276A (zh) * 2017-11-24 2018-06-12 安徽江南泵阀有限公司 一种化工泵易损件喷焊处理的方法
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