JP2002103017A - 複合鋳物およびその製造方法 - Google Patents

複合鋳物およびその製造方法

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JP2002103017A
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Shinya Ozaki
信也 小崎
Nobuo Sakamoto
信夫 坂本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬質材料部分と鋳鉄部分の接合強度を向上さ
せた複合鋳物およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 硬質材料の周囲表面に鋳鉄より低融点の
合金からなる層を形成させたのち鋳型中に配置し、鋳型
中に加熱溶融した鋳鉄を注湯し、硬質材料部分と鋳鉄部
分の境界に合金層を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、硬質材料と鋳鉄か
らなる複合鋳物およびその製造方法に関する。特に硬質
材料部分と鋳鉄部分の境界に鋳鉄より低融点の合金から
なる層を形成させることにより、接合強度を向上させた
複合鋳物およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】掘削機に用いられる刃などの掘削工具や
掘削部品として、鋳鉄が一般的に用いられている。これ
らの工具や部品において、特に耐摩耗性が必要とされる
部分には、溶射や表面硬化処理を施して硬質の皮膜を形
成させて耐摩耗性の向上が図られているが、これらの硬
質皮膜は使用中に剥離したり摩耗したりするために十分
な耐摩耗性が得られない。これを解決するために種々の
方法を用いて鋳鉄に超硬合金を接合した複合部材が使用
されている。ロウ付けで接合する場合は製造コストが高
くなり、ネジ止めや焼き填めなどにより機械的に接合す
る場合は固定するための加工が必要となりコスト上昇に
繋がり、また形状も制約を受ける。
【0003】これらの方法に替えて超硬合金を鋳鉄中に
鋳込む方法が、特開昭60−30568号公報、特開昭
62−9763号公報、特開平6−154997号公報
などに開示されている。しかし、超硬合金を鋳鉄中に鋳
込む場合、超硬合金の融点以上の温度で鋳込む必要があ
り、熱衝撃や鋳鉄と超硬合金の熱膨張差により鋳鉄や超
硬合金、またその界面に割れが発生しやすい欠点を有し
ている。また割れを生じることなく接合できた場合にお
いても十分な接合強度が得られない。
【0004】さらに、特開平6−246422号公報に
は鋳鉄の溶湯中に超硬合金の粒子を分散させる方法が開
示されているが、鋳鉄全体に超硬合金粒子が分散してし
まうので、必要とする部位の耐摩耗性が不足する問題が
ある。さらに耐摩耗性が十分に確保されるだけ十分に超
硬合金粒子を分散させるとコスト的に高くなる欠点を有
している。
【0005】また、特開平8−174189号公報に
は、鋳込み時に鋳鉄と超硬合金の中間に脆弱な相の形成
を防止するため、硬質粒子と合金を混合して鋳型中に配
置し、鋳型中に鋳鉄溶湯を注入して耐摩耗部材を得るこ
とが開示されている。しかし、この方法では反応が十分
に進行せず、必要とされる厚さの拡散層が生成せず、十
分な接合強度が得られない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、硬質材料部
分と鋳鉄部分の接合強度を向上させた複合鋳物およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の複合鋳物は、硬
質材料部と、硬質材料部を取り囲む鋳鉄部と、鋳鉄より
低融点の合金の境界層とからなることを特徴とし、また
硬質材料が超硬合金または硼化物系サーメットであるこ
とを特徴とし、さらに硬質材料の結合相がFeであるこ
とを特徴とし、またさらに境界層を構成する鋳鉄より低
融点の合金がNi系合金であり、さらにNi系合金がN
i−B系合金であり、さらにNi−B系合金がNi−B
−Si系合金であることを特徴とする。また本発明の複
合鋳物の製造方法は、硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点
の合金からなる層を形成させたのち鋳型中に配置し、鋳
型中に加熱溶融した鋳鉄を注湯することを特徴とし、ま
た硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点の合金の粉末を塗布
して低融点の合金からなる層を形成すること、さらに低
融点の合金の粉末が3〜200μmの粒径を有すること
を特徴とし、また硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点の合
金をめっきして低融点の合金からなる層を形成するこ
と、硬質材料が超硬合金、またはサーメットであるこ
と、硬質材料の結合相がFeであること、低融点の合金
がNi系合金であること、Ni系合金がNi−B系合金
またはNi−B−Si系合金であることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、硬質材料の周
囲に鋳鉄より低融点の合金からなる層を形成させたのち
鋳型中に配置して鋳型中に加熱溶融した鋳鉄を注湯し、
硬質材料部分と鋳鉄部分の境界に合金層を形成させるこ
とにより、接合強度が向上した複合鋳物が得られた。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。まず本発
明の複合鋳物の硬質材料部を構成する硬質材料について
説明する。硬質材料としては、耐摩耗工具や耐衝撃工具
に用いられるWC、TiC、TaC、VCなどの硬質粒
子とCo、Ni、Feなどの結合金属からなる一般的な
超硬合金や、Mo2FeB2、Mo2CrB2、WCoBな
どの硬質粒子とCo、Ni、Feなどの結合金属からな
る硼化物系サーメットを挙げることができる。これらの
超硬合金や硼化物系サーメットにおいては、結合金属と
して特にFeを用いた場合に鋳鉄との優れた接合強度が
得られる。また、硬質材料としては新たに製作する焼結
材以外にも、使用済みの切削チップ、摩耗した使用後の
金型や成形工具、焼結材の加工工程で生じた不良品を用
いることも可能であり、さらにこれらを粉砕して用いる
ことも可能である。
【0010】次に本発明の複合鋳物の硬質材料部と鋳鉄
部の境界層を構成する鋳鉄より低融点の合金について説
明する。本発明の複合鋳物の製造方法においては、上記
の硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点の合金からなる層を
形成させ、これを鋳型中に配置し、鋳型中に鋳鉄の溶湯
を注湯する。このとき鋳鉄より低融点の合金が溶解し、
鋳鉄が凝固した後に硬質材料部と鋳鉄部の間に境界層と
して両者に密着して介在するので、優れた接着強度が発
現する。鋳鉄の溶湯の注湯に際しては、境界層を構成す
る合金が鋳鉄より低融点であるので、鋳鉄の加熱溶融温
度は鋳鉄の共晶温度である1153℃(C:4.25重
量%)〜1300℃程度と、硬質材料部を構成する硬質
粒子や結合金属の融点よりも遙かに低い温度とすること
ができる。合金としては鋳込む鋳鉄の温度にもよるが、
低融点のNi系合金、中でも共晶合金であるNi−B系
合金(共晶温度:1093℃(B:3.6重量%))が
好ましく、短時間で溶融して硬質材料部表面全体を均一
に濡らすことができるNi−B−Si系合金がさらに好
ましい。
【0011】硬質材料が鋳鉄で鋳くるめられる前に、こ
れらの合金からなる層を硬質材料の表面に形成させてお
く必要がある。形成方法としては、これらの合金の粒子
をポリアクリルアミド、ビニルブチラール、PVA、ア
ルギン酸ナトリウムなどの有機バインダーの粘稠溶液に
分散させてペースト状にしたものを塗布し、乾燥させる
ことによって得ることができる。合金の粒子系としては
分散性およびコスト面から3〜200μmであることが
好ましい。3μm未満の粒子径の合金粉末は得られ難
く、200μmを越える粒子径の合金粉末を用いた場合
は粘稠溶液に均一に分散させることが困難になる。また
塗布厚さは0.1〜1mmであることが好ましい。ま
た、これらの合金を硬質材料表面にめっきして合金層を
形成させることも可能である。
【0012】上記のようにして硬質材料の周囲の表面に
鋳鉄よりも低融点の合金層を形成させたのち鋳型中に配
置し、鋳型に加熱溶融した鋳鉄を流し込み、硬質材料を
鋳くるむことにより、本発明の複合鋳物を得ることがで
きる。このとき有機バインダーは加熱されて揮散するか
炭化して合金中に取り込まれ、溶融した合金は硬質材料
表面を濡らすと同時に鋳鉄中および硬質材料の結合金属
中に拡散し、優れた接合強度が得られる。
【0013】
【実施例】以下、実施例を示し本発明を具体的に説明す
る。 (実施例)表1に示す超硬合金、硼化物系サーメットか
らなる硬質材料を5mm×5mm×20mm×の大きさ
に切り出し、表2に示す合金粉末をポリビニルアルコー
ルの粘稠水溶液に分散させたスラリー中に浸漬した後引
き上げ、乾燥した。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】上記のようにして周囲表面に低融点合金を
付着させた硬質材料、およに比較用に周囲表面に低融点
合金を付着させない硬質材料を鋳型中に配置し、Cr:
27重量%、C:2.5重量%、Si:1.1重量%、
Mn:0.7重量%、S:0.1重量%、P:0.1重
量%を含有する鋳鉄を融点以上の温度に加熱して溶解
し、溶湯を前記硬質合金の周囲に流し込み、鋳くるんで
複合鋳物とした。これらの複合鋳物から、図1(A)お
よび(B)に示すように硬質材料と鋳鉄の接合部を含む
ようにして3mm×4mm×15mm×の大きさの試料
を切り出し、図2に示す治具を用いて、クロスヘッド速
度2mm/minで接合部の剪断強度を測定した。その
結果を表3に示す。
【0017】
【表3】
【0018】表3に示すように、硬質材料と鋳鉄の間に
低融点合金層を設けた場合は剪断強度が大きく、優れた
接合性を示し、硬質材料の結合相としてFeを用いた場
合に特に優れた接合性を示す。
【0019】
【発明の効果】本発明においては、硬質材料の周囲表面
に鋳鉄より低融点の合金からなる層を形成させたのち鋳
型中に配置し、鋳型中に加熱溶融した鋳鉄を注湯し、硬
質材料部分と鋳鉄部分の境界に合金層を形成させること
により、接合強度が向上した複合鋳物が得られる。特に
硬質材料の結合相としてFeを用い、鋳鉄より低融点の
合金としてNi系合金を用いた場合に、特に優れた接合
強度を示すので、掘削機に用いられる刃などの掘削工具
や掘削部品の耐摩耗性の向上を図ってこの硬質皮膜を形
成させた場合、使用中に剥離したり摩耗したりすること
が無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合鋳物から試料を切り出した接合部
の剪断強度測定用試料の概略図である。
【図2】本発明の複合鋳物から試料を切り出した接合部
の剪断強度測定方法の概略図である。
【符号の説明】
1:複合鋳物 2:硬質部材 3:低融点合金 4:鋳鉄 5:複合鋳物 6:治具

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硬質材料部と、硬質材料部を取り囲む鋳
    鉄部と、鋳鉄より低融点の合金の境界層とからなる複合
    鋳物。
  2. 【請求項2】 硬質材料が超硬合金である請求項1に記
    載の複合鋳物。
  3. 【請求項3】 硬質材料が硼化物系サーメットである請
    求項1に記載の複合鋳物。
  4. 【請求項4】 硬質材料の結合相がFeである請求項1
    〜3のいずれかに記載の複合鋳物。
  5. 【請求項5】 境界層を構成する鋳鉄より低融点の合金
    がNi系合金である請求項1〜4のいずれかに記載の複
    合鋳物。
  6. 【請求項6】 Ni系合金がNi−B系合金である請求
    項5に記載の複合鋳物。
  7. 【請求項7】 Ni−B系合金がNi−B−Si系合金
    である請求項6に記載の複合鋳物。
  8. 【請求項8】 硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点の合金
    からなる層を形成させたのち鋳型中に配置し、鋳型中に
    加熱溶融した鋳鉄を注湯することを特徴とする複合鋳物
    の製造方法。
  9. 【請求項9】 硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点の合金
    の粉末を塗布して低融点の合金からなる層を形成するこ
    とを特徴とする請求項8に記載の複合鋳物の製造方法。
  10. 【請求項10】 低融点の合金の粉末が3〜200μm
    の粒径を有することを特徴とする請求項9に記載の複合
    鋳物の製造方法。
  11. 【請求項11】 硬質材料の周囲に鋳鉄より低融点の合
    金をめっきして低融点の合金からなる層を形成すること
    を特徴とする請求項8に記載の複合鋳物の製造方法。
  12. 【請求項12】 硬質材料が超硬合金である請求項8〜
    11のいずれかに記載の複合鋳物の製造方法。
  13. 【請求項13】 硬質材料が硼化物系サーメットである
    請求項8〜11のいずれかに記載の複合鋳物の製造方
    法。
  14. 【請求項14】 硬質材料の結合相がFeである請求項
    8〜11のいずれかに記載の複合鋳物の製造方法。
  15. 【請求項15】 低融点の合金がNi系合金である請求
    項8〜11のいずれかに記載の複合鋳物の製造方法。
  16. 【請求項16】 Ni系合金がNi−B系合金である請
    求項15に記載の複合鋳物の製造方法。
  17. 【請求項17】 Ni−B系合金がNi−B−Si系合
    金である請求項15に記載の複合鋳物の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109128025A (zh) * 2018-10-05 2019-01-04 重庆玛斯特机械制造有限公司 具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109128025A (zh) * 2018-10-05 2019-01-04 重庆玛斯特机械制造有限公司 具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法
CN109128025B (zh) * 2018-10-05 2020-08-25 重庆玛斯特机械制造股份有限公司 具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件的制备方法

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