JP2002283045A - 厚肉鋳造品の表面改質鋳造方法 - Google Patents
厚肉鋳造品の表面改質鋳造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液相焼結を用いた表面改質法は有効な手段で
あるが、厚肉鋳造品においては溶け込みの抑制などが困
難で健全な被覆層形成が困難である。 【解決手段】 特定性質を付与する金属の主粉Ａと、こ
れより低い溶融点を有する金属の焼結助剤粉Ｂと、有機
系結合材Ｃを混合した混合粉を鋳造品の所望の位置へ添
着し、前記三者間に生じる液相焼結によって相互に一体
化して特定の物性を鋳造品に付与する表面改質鋳造方法
において、鋳造品が特に厚肉であるとき、鋳型表面にま
ず第一層として主粉Ａ／焼結助剤Ｂからなる混合粉を塗
布し、該第一層を下地としてその上へ主粉Ａ／焼結助剤
Ｂの混合割合が前記第一層よりも高く配合した第二層を
重ねて塗布する二層構造で形成することにより、厚肉鋳
造にも拘わらず主粉の溶け込みを抑制し、気孔の少ない
緻密な改質層を形成することができる。
あるが、厚肉鋳造品においては溶け込みの抑制などが困
難で健全な被覆層形成が困難である。 【解決手段】 特定性質を付与する金属の主粉Ａと、こ
れより低い溶融点を有する金属の焼結助剤粉Ｂと、有機
系結合材Ｃを混合した混合粉を鋳造品の所望の位置へ添
着し、前記三者間に生じる液相焼結によって相互に一体
化して特定の物性を鋳造品に付与する表面改質鋳造方法
において、鋳造品が特に厚肉であるとき、鋳型表面にま
ず第一層として主粉Ａ／焼結助剤Ｂからなる混合粉を塗
布し、該第一層を下地としてその上へ主粉Ａ／焼結助剤
Ｂの混合割合が前記第一層よりも高く配合した第二層を
重ねて塗布する二層構造で形成することにより、厚肉鋳
造にも拘わらず主粉の溶け込みを抑制し、気孔の少ない
緻密な改質層を形成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属の鋳造法におい
て、特定の性質を発揮する金属、または合金を全面、ま
たは所望の一部に付加して鋳造品としての機能を向上さ
せる技術、とくに肉厚３０ｍｍ以上の厚肉鋳造品の鋳造
法に係る。
て、特定の性質を発揮する金属、または合金を全面、ま
たは所望の一部に付加して鋳造品としての機能を向上さ
せる技術、とくに肉厚３０ｍｍ以上の厚肉鋳造品の鋳造
法に係る。
【０００２】
【従来の技術】鋳造品の特定の位置に耐食性や耐摩耗性
を付与する方法として、鋳造品自体に溶射や部分焼入、
浸炭、窒化など、鋳造後に表面処理を加える方法もある
が、作業工程が確実に増加する問題がある。そのため鋳
造前に鋳型空隙表面の所定の位置へ特定の物性を付与す
る特定の金属を添着し、溶融金属を注湯し、その熱で該
添着金属層を溶着させ、凝固後に所望の位置に改質層を
形成しようとする鋳造方法が種々提案されている。
を付与する方法として、鋳造品自体に溶射や部分焼入、
浸炭、窒化など、鋳造後に表面処理を加える方法もある
が、作業工程が確実に増加する問題がある。そのため鋳
造前に鋳型空隙表面の所定の位置へ特定の物性を付与す
る特定の金属を添着し、溶融金属を注湯し、その熱で該
添着金属層を溶着させ、凝固後に所望の位置に改質層を
形成しようとする鋳造方法が種々提案されている。
【０００３】たとえば特公平５−２０１８４号公報や特
開昭５−７７０１９号公報の従来技術があるが、これら
の趣旨は、たとえば耐食性の場合、該耐食性金属の溶融
点を低温側へ移すように成分コントロールすることにあ
り、該溶融点が低過ぎれば注湯した溶融金属内に拡散し
て改質層の成分濃度が著しく失われ、溶融点が高過ぎれ
ば母材金属との一体溶着化が難しい。
開昭５−７７０１９号公報の従来技術があるが、これら
の趣旨は、たとえば耐食性の場合、該耐食性金属の溶融
点を低温側へ移すように成分コントロールすることにあ
り、該溶融点が低過ぎれば注湯した溶融金属内に拡散し
て改質層の成分濃度が著しく失われ、溶融点が高過ぎれ
ば母材金属との一体溶着化が難しい。
【０００４】先に出願人は特公平５−２０１８７号公報
において、主として耐摩耗性の局部的強化を目指した全
く新しい液相焼結による複合一体化を開示した。すなわ
ち、Ａとして特定の物性を付与する特定の金属粉末、Ｂ
として前記Ａを構成する金属より明確に低融点を有する
金属の粉末を使用し、Ｃとして適量の有機系結合材の三
者を練り合わせて所望の位置に取り付け、粉末Ｂの溶融
点より高い溶融金属を注湯することによって、まず注入
した溶融金属の保有熱によって低融点のＢ金属粉末を溶
融し、Ａ，Ｂおよび注入金属の三者を液相焼結で一体化
し、さらに続けて注入する金属と層表面を通じて拡散溶
着することを要旨とする。具体的には金属ＡとしてＦｅ
−Ｃｒ、焼結助剤粉ＢとしてＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｆｅ粉
末、Ｃとしてポリビニールアセテートなどで形成して、
母材となる鋳鉄溶湯を注湯し、耐摩耗鋳鉄部品のうち、
とくに摩耗面だけを局部的に強化する実施形態を示し
た。
において、主として耐摩耗性の局部的強化を目指した全
く新しい液相焼結による複合一体化を開示した。すなわ
ち、Ａとして特定の物性を付与する特定の金属粉末、Ｂ
として前記Ａを構成する金属より明確に低融点を有する
金属の粉末を使用し、Ｃとして適量の有機系結合材の三
者を練り合わせて所望の位置に取り付け、粉末Ｂの溶融
点より高い溶融金属を注湯することによって、まず注入
した溶融金属の保有熱によって低融点のＢ金属粉末を溶
融し、Ａ，Ｂおよび注入金属の三者を液相焼結で一体化
し、さらに続けて注入する金属と層表面を通じて拡散溶
着することを要旨とする。具体的には金属ＡとしてＦｅ
−Ｃｒ、焼結助剤粉ＢとしてＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｆｅ粉
末、Ｃとしてポリビニールアセテートなどで形成して、
母材となる鋳鉄溶湯を注湯し、耐摩耗鋳鉄部品のうち、
とくに摩耗面だけを局部的に強化する実施形態を示し
た。
【０００５】同様に耐食性をとくに必要とする部材の場
合は、特開平１０−２７２５５２号公報において、Ｎ
ｉ、またはＮｉ基合金やステンレス鋼材などから選ばれ
た金属粉末Ａと、該金属粉末Ａより明確に低温の溶融点
を具え、Ｐを５〜１５重量％必ず含むＮｉ基合金よりな
る金属粉末Ｂを混合して所望の位置へ添着し、金属粉末
Ｂの溶融点より高い溶融点を有する溶融金属を注湯し、
前記三溶融点の相互関係によって発現する液相焼結と溶
融金属の静圧によって製品の所望の位置に強固で緻密な
焼結層を一体的に形成した。また、特開平１０−２７２
５４７号公報では同じ発想を遠心力鋳造に適用した場合
を開示している。
合は、特開平１０−２７２５５２号公報において、Ｎ
ｉ、またはＮｉ基合金やステンレス鋼材などから選ばれ
た金属粉末Ａと、該金属粉末Ａより明確に低温の溶融点
を具え、Ｐを５〜１５重量％必ず含むＮｉ基合金よりな
る金属粉末Ｂを混合して所望の位置へ添着し、金属粉末
Ｂの溶融点より高い溶融点を有する溶融金属を注湯し、
前記三溶融点の相互関係によって発現する液相焼結と溶
融金属の静圧によって製品の所望の位置に強固で緻密な
焼結層を一体的に形成した。また、特開平１０−２７２
５４７号公報では同じ発想を遠心力鋳造に適用した場合
を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】液相焼結の特徴は添着
層のすべてがそのまま溶湯に溶融拡散して改質層をスト
レートに形成するのではなく、低融点の焼結助剤粉Ｂが
まず溶湯の熱を受けて溶融し、主粉Ａを強固に抱込んで
溶融金属と強力に溶着することにあるから、鋳型表面の
改質層は物性を支配するＡ成分を抱込んでＢ金属と溶解
母材とが結合した緻密で堅牢な組織を構成する点が他の
添着強化方法と大きく異なる点である。
層のすべてがそのまま溶湯に溶融拡散して改質層をスト
レートに形成するのではなく、低融点の焼結助剤粉Ｂが
まず溶湯の熱を受けて溶融し、主粉Ａを強固に抱込んで
溶融金属と強力に溶着することにあるから、鋳型表面の
改質層は物性を支配するＡ成分を抱込んでＢ金属と溶解
母材とが結合した緻密で堅牢な組織を構成する点が他の
添着強化方法と大きく異なる点である。
【０００７】しかし、それだけに改質層の焼結による緻
密化は加熱温度およびその保持時間に大きく影響される
ので、強固な改質層を得るためには注湯後、添着した鋳
型表面の温度の上昇とその経時的変化を充分に把握しな
ければならない。とくに耐食性の向上を表面の改質層で
実現するためには、改質層の層厚よりもむしろ層自体の
緻密さが重要なポイントとなり、厚い改質層であっても
欠陥や空孔の多い粗大な組織ではよい結果に繋がらな
い。この経時変化は鋳造の容積、寸法、溶湯温度によっ
て大幅に変動することはいうまでもない。図２は肉厚１
０ｍｍの薄肉用の鋳型（ａ）と、肉厚５０ｍｍの厚肉用
の鋳型（ｂ）という二種類の鋳型で、他の鋳造方案は同
一に揃えて同じダクタイル鋳鉄の溶湯を注湯したとき、
板の底面中央と湯先の温度がどのように上昇するか
を計測した例を示す。
密化は加熱温度およびその保持時間に大きく影響される
ので、強固な改質層を得るためには注湯後、添着した鋳
型表面の温度の上昇とその経時的変化を充分に把握しな
ければならない。とくに耐食性の向上を表面の改質層で
実現するためには、改質層の層厚よりもむしろ層自体の
緻密さが重要なポイントとなり、厚い改質層であっても
欠陥や空孔の多い粗大な組織ではよい結果に繋がらな
い。この経時変化は鋳造の容積、寸法、溶湯温度によっ
て大幅に変動することはいうまでもない。図２は肉厚１
０ｍｍの薄肉用の鋳型（ａ）と、肉厚５０ｍｍの厚肉用
の鋳型（ｂ）という二種類の鋳型で、他の鋳造方案は同
一に揃えて同じダクタイル鋳鉄の溶湯を注湯したとき、
板の底面中央と湯先の温度がどのように上昇するか
を計測した例を示す。
【０００８】たとえば焼結助剤粉ＢとしてＮｉ−Ｐ
（Ｐ：１１．４重量％ 溶融点１１５３Ｋ）を適用した
とき、焼結助剤粉の溶融点以上に保持される時間は、薄
肉（ａ）の場合は中央でも約１００秒間、湯先であ
れば約５０秒間だけであるのに対し、厚肉（ｂ）の場合
は中央では約９００秒間、湯先でも約７００秒間
と、遥かに保持時間が長く、この差によって液相焼結の
発生と経過が著しく異なる結果に繋がることは容易に想
像できる。
（Ｐ：１１．４重量％ 溶融点１１５３Ｋ）を適用した
とき、焼結助剤粉の溶融点以上に保持される時間は、薄
肉（ａ）の場合は中央でも約１００秒間、湯先であ
れば約５０秒間だけであるのに対し、厚肉（ｂ）の場合
は中央では約９００秒間、湯先でも約７００秒間
と、遥かに保持時間が長く、この差によって液相焼結の
発生と経過が著しく異なる結果に繋がることは容易に想
像できる。
【０００９】たとえば主粉ＡとしてＮｉを選び、焼結助
剤粉ＢとしてＮｉ−Ｐを選んで混合した粉末の塗布量を
２４０ｍｇ／ｃｍ2と一定に揃え、Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐを質
量比で５０／５０、７５／２５、９０／１０（質量比に
ついては以下同じ）の３種類に変えて図３に示す厚肉用
鋳型の底面中央に塗布して塗布面Ｔを形成する。
剤粉ＢとしてＮｉ−Ｐを選んで混合した粉末の塗布量を
２４０ｍｇ／ｃｍ2と一定に揃え、Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐを質
量比で５０／５０、７５／２５、９０／１０（質量比に
ついては以下同じ）の３種類に変えて図３に示す厚肉用
鋳型の底面中央に塗布して塗布面Ｔを形成する。
【００１０】鋳型は乾燥後、高周波炉で溶解したダクタ
イル鋳鉄（ＦＣＤ Ｃ：３．５３％，Ｓｉ：２．６４
％、Ｍｎ：０．２７７％，Ｐ：０．０４４％，Ｓ：０．
０１３％，Ｍｇ：０．０５０％（重量％））を１６２３
Ｋで注湯し、凝固後、図３の厚肉鋳造品の中央と直角
に試験片を切断し、断面を研磨し、塗布面Ｔの中央の
顕微鏡組織を撮影したのが図４（ａ），（ｂ），（ｃ）
である。
イル鋳鉄（ＦＣＤ Ｃ：３．５３％，Ｓｉ：２．６４
％、Ｍｎ：０．２７７％，Ｐ：０．０４４％，Ｓ：０．
０１３％，Ｍｇ：０．０５０％（重量％））を１６２３
Ｋで注湯し、凝固後、図３の厚肉鋳造品の中央と直角
に試験片を切断し、断面を研磨し、塗布面Ｔの中央の
顕微鏡組織を撮影したのが図４（ａ），（ｂ），（ｃ）
である。
【００１１】図４（ａ）はＮｉ／Ｎｉ−Ｐが５０／５０
の場合で塗布粉末はほとんど溶け込んでいて表面はパー
ライト＋フェライトになっている。図４（ｂ）はＮｉ／
Ｎｉ−Ｐが７５／２５で、かなり溶け込みがあり全体が
パーライト組織で表面にＮｉ富化層が見られるものの気
孔も多く緻密な層とは言い難い。図４（ｃ）はＮｉ／Ｎ
ｉ−Ｐが９０／１０の場合で、焼結不足や濡れ性の悪さ
などにより改質層内に多くの気孔が、また母材との界面
に接合不良のクラックが認められた。この現象は焼結助
剤粉の多いＮｉ／Ｎｉ−Ｐが５０／５０の組成で塗布量
を多くした場合でも生じる。この観察から厚肉鋳型は熱
容量が大きいため、塗布量が少ないか、焼結助剤粉の割
合が多い場合にはほとんど溶湯中へ溶け込み、塗布量が
多いか、焼結助剤粉の割合が小さい場合は焼結不足や濡
れ性の悪さのために改質層中に多くの気孔を発生する
か、または母材との界面付近に接合不良のクラックを生
じることを確認した。すなわち厚肉用の鋳型では単層だ
けでは最適な組成と塗布量の組合せを見出すことがきわ
めて困難であるという厚肉特有の課題に直面する。
の場合で塗布粉末はほとんど溶け込んでいて表面はパー
ライト＋フェライトになっている。図４（ｂ）はＮｉ／
Ｎｉ−Ｐが７５／２５で、かなり溶け込みがあり全体が
パーライト組織で表面にＮｉ富化層が見られるものの気
孔も多く緻密な層とは言い難い。図４（ｃ）はＮｉ／Ｎ
ｉ−Ｐが９０／１０の場合で、焼結不足や濡れ性の悪さ
などにより改質層内に多くの気孔が、また母材との界面
に接合不良のクラックが認められた。この現象は焼結助
剤粉の多いＮｉ／Ｎｉ−Ｐが５０／５０の組成で塗布量
を多くした場合でも生じる。この観察から厚肉鋳型は熱
容量が大きいため、塗布量が少ないか、焼結助剤粉の割
合が多い場合にはほとんど溶湯中へ溶け込み、塗布量が
多いか、焼結助剤粉の割合が小さい場合は焼結不足や濡
れ性の悪さのために改質層中に多くの気孔を発生する
か、または母材との界面付近に接合不良のクラックを生
じることを確認した。すなわち厚肉用の鋳型では単層だ
けでは最適な組成と塗布量の組合せを見出すことがきわ
めて困難であるという厚肉特有の課題に直面する。
【００１２】本発明は以上に述べた厚肉独自の液相焼結
の制御困難という課題を解決し、気孔が少なくかつ溶け
込みを抑制した緻密な改質層を形成する厚肉鋳造品の鋳
造方法の提供を目的とする。
の制御困難という課題を解決し、気孔が少なくかつ溶け
込みを抑制した緻密な改質層を形成する厚肉鋳造品の鋳
造方法の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る厚肉鋳造品
の表面改質鋳造方法は、鋳型内面の所望の位置へ特定の
物性を付与する特定金属または複数金属の合金からなる
主粉Ａと、前記主粉Ａよりは明確に低い溶融点を有する
金属、または合金よりなる焼結助剤粉Ｂと、有機系結合
材Ｃを混合した混合粉を前記位置へ添着し、焼結助剤粉
Ｂより溶融点の高い溶融金属Ｍを注湯し、前記主粉Ａ、
焼結助剤粉Ｂ、および溶融金属Ｍの三者間に生じる液相
焼結によって相互に一体化して特定の物性を鋳造品に付
与する鋳造品の表面解質鋳造方法であって、特に厚肉鋳
造品の鋳造に対しては、該添着層が二層構造となってお
り、かつ鋳型表面への添着層である第一層における主粉
Ａ／焼結助剤粉Ｂの混合割合が該第一層を下地としてそ
の上に塗布される第二層における主粉Ａ／焼結助剤粉Ｂ
の混合割合と比べて小さくすることによって前記の課題
を解決した。
の表面改質鋳造方法は、鋳型内面の所望の位置へ特定の
物性を付与する特定金属または複数金属の合金からなる
主粉Ａと、前記主粉Ａよりは明確に低い溶融点を有する
金属、または合金よりなる焼結助剤粉Ｂと、有機系結合
材Ｃを混合した混合粉を前記位置へ添着し、焼結助剤粉
Ｂより溶融点の高い溶融金属Ｍを注湯し、前記主粉Ａ、
焼結助剤粉Ｂ、および溶融金属Ｍの三者間に生じる液相
焼結によって相互に一体化して特定の物性を鋳造品に付
与する鋳造品の表面解質鋳造方法であって、特に厚肉鋳
造品の鋳造に対しては、該添着層が二層構造となってお
り、かつ鋳型表面への添着層である第一層における主粉
Ａ／焼結助剤粉Ｂの混合割合が該第一層を下地としてそ
の上に塗布される第二層における主粉Ａ／焼結助剤粉Ｂ
の混合割合と比べて小さくすることによって前記の課題
を解決した。
【００１４】また、より具体的には所望する特定の物性
が耐食性、または耐食性に耐摩耗性を兼ね、主粉ＡがＮ
ｉまたはＮｉ基合金から選ばれた金属粉末Ａと、該金属
粉末より明確に低温の溶融点を有し必ずＰを５〜１５重
量％含むＮｉ基合金の粉末からなる焼結助剤粉Ｂとより
なり、鋳型表面へ塗布する第一層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが質
量比で５０／５０〜８０／２０の範囲にあり、溶融金属
と直接触れる第二層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが質量比で７０／
３０〜９０／１０の範囲にあって、かつ、常に第二層の
Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐが第一層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐの混合割合よ
りも大きい二層構造よりなることがきわめて望ましい実
施形態である。また、鋳型は置き注ぎだけでなく、遠心
力鋳造に使用する金型のような特殊な鋳造方式であって
もよい。
が耐食性、または耐食性に耐摩耗性を兼ね、主粉ＡがＮ
ｉまたはＮｉ基合金から選ばれた金属粉末Ａと、該金属
粉末より明確に低温の溶融点を有し必ずＰを５〜１５重
量％含むＮｉ基合金の粉末からなる焼結助剤粉Ｂとより
なり、鋳型表面へ塗布する第一層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが質
量比で５０／５０〜８０／２０の範囲にあり、溶融金属
と直接触れる第二層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが質量比で７０／
３０〜９０／１０の範囲にあって、かつ、常に第二層の
Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐが第一層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐの混合割合よ
りも大きい二層構造よりなることがきわめて望ましい実
施形態である。また、鋳型は置き注ぎだけでなく、遠心
力鋳造に使用する金型のような特殊な鋳造方式であって
もよい。
【００１５】前記の原理原則を見出すために行なった予
備テストとして塗布層形成材だけを真空中で加熱して液
相焼結生成の状態を調査した。試験は溶湯によって与え
られる熱量を想定し、Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐを５０／５０，７
５／２５，９０／１０の混合割合からなる成形体を真空
（約１０-1Ｐａ）で１２２３〜１４２３Ｋの各温度で
０．３ｋｓ保持した場合の組織を図５でそれぞれ示す。
何れもＮｉ粒子をＮｉ−Ｐ共晶が囲む組織が観察される
が、気孔が黒色部として現れている。Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐが
５０／５０では液相量が充分なため気孔のない緻密な組
織になっている。しかし、Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐが７５／２５
では高温ほど気孔が大きく成長し、かつ内部に閉じ込め
られている様子が見られる。また、液相量が少ないＮｉ
／Ｎｉ−Ｐ：９０／１０では小さい気孔が多数残存して
いることが確認された。以上の結果は真空中での現象で
あり、実際の大気中では濡れ性はさらに悪くなるため気
孔も多くなると予想される。
備テストとして塗布層形成材だけを真空中で加熱して液
相焼結生成の状態を調査した。試験は溶湯によって与え
られる熱量を想定し、Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐを５０／５０，７
５／２５，９０／１０の混合割合からなる成形体を真空
（約１０-1Ｐａ）で１２２３〜１４２３Ｋの各温度で
０．３ｋｓ保持した場合の組織を図５でそれぞれ示す。
何れもＮｉ粒子をＮｉ−Ｐ共晶が囲む組織が観察される
が、気孔が黒色部として現れている。Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐが
５０／５０では液相量が充分なため気孔のない緻密な組
織になっている。しかし、Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐが７５／２５
では高温ほど気孔が大きく成長し、かつ内部に閉じ込め
られている様子が見られる。また、液相量が少ないＮｉ
／Ｎｉ−Ｐ：９０／１０では小さい気孔が多数残存して
いることが確認された。以上の結果は真空中での現象で
あり、実際の大気中では濡れ性はさらに悪くなるため気
孔も多くなると予想される。
【００１６】図４と図５の予備テストの結果から、溶け
込みを抑制しつつ気孔の少ない緻密な改質層を形成する
ためには、溶湯に直接接触する鋳型最表面には溶融点が
高い主粉Ａを多量に配合して溶け込みを最小限に抑制
し、また溶湯からやや離れた下地の部分には焼結助剤粉
Ｂを多く配合して液相を充分に確保して緻密で気孔の少
ない改質層を形成する二層構造の塗布面を形成すること
が最適であるという知見に到達したのである。
込みを抑制しつつ気孔の少ない緻密な改質層を形成する
ためには、溶湯に直接接触する鋳型最表面には溶融点が
高い主粉Ａを多量に配合して溶け込みを最小限に抑制
し、また溶湯からやや離れた下地の部分には焼結助剤粉
Ｂを多く配合して液相を充分に確保して緻密で気孔の少
ない改質層を形成する二層構造の塗布面を形成すること
が最適であるという知見に到達したのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】先に述べた予備テストと同様、図
３の厚肉用鋳型の底面に第一層としてＮｉ／Ｎｉ−Ｐを
７５／２５、その上に重ねて鋳型最表面の第二層として
Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐ９０／１０をそれぞれ１２０ｍｇ／ｃｍ
2塗布した実施例１と、第一層としてＮｉ／Ｎｉ−Ｐを
５０／５０、第二層としてＮｉ／Ｎｉ−Ｐ９０／１０を
同量塗布した実施例２とを作成し、ダクタイル鋳鉄溶湯
を１６２３Ｋで鋳込んだ鋳造品を底面と直角に切断して
断面を研磨して顕微鏡組織を撮影したのが図１（ａ）
（ｂ）である。
３の厚肉用鋳型の底面に第一層としてＮｉ／Ｎｉ−Ｐを
７５／２５、その上に重ねて鋳型最表面の第二層として
Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐ９０／１０をそれぞれ１２０ｍｇ／ｃｍ
2塗布した実施例１と、第一層としてＮｉ／Ｎｉ−Ｐを
５０／５０、第二層としてＮｉ／Ｎｉ−Ｐ９０／１０を
同量塗布した実施例２とを作成し、ダクタイル鋳鉄溶湯
を１６２３Ｋで鋳込んだ鋳造品を底面と直角に切断して
断面を研磨して顕微鏡組織を撮影したのが図１（ａ）
（ｂ）である。
【００１８】実施例１の場合は厚く気孔のない表面改質
層が形成されている。母材との界面付近にマルテンサイ
ト相が認められることから、この白色の表面層はＮｉ含
有量がかなり高いＮｉ富化層であると予想される。第一
層がＮｉ／Ｎｉ−Ｐ５０／５０の実施例２の場合は、表
面に厚くマルテンサイト相が認められることから、Ｎｉ
／Ｎｉ−Ｐ７５／２５の実施例１の場合よりも母材鋳鉄
への溶け込みが多いことが判る。なお、両実施例とも界
面付近の黒鉛は球状を保っている。図１に示す実施例
１，２の組織を模式したのが図６（ａ）（ｂ）である。
図（ａ）の実施例１は表面６からＮｉ富化層１、Ｎｉ−
Ｐ共晶２によって改質層７を形成し、球状黒鉛３と針状
のマルテンサイト４がＮｉ富化層に混在して境界層８を
形成し、ステダイト５を含む母材９に至る。一方、図
（ｂ）の実施例２の場合、表面６から直ぐマルテンサイ
ト４が析出して改質層７に繋がり、境界層８から直ぐ母
材９に続いている。それだけＮｉの溶け込みが多く、耐
食性においては（ａ）が、耐摩耗性においては（ｂ）が
それぞれより適性の高いことを示唆している。
層が形成されている。母材との界面付近にマルテンサイ
ト相が認められることから、この白色の表面層はＮｉ含
有量がかなり高いＮｉ富化層であると予想される。第一
層がＮｉ／Ｎｉ−Ｐ５０／５０の実施例２の場合は、表
面に厚くマルテンサイト相が認められることから、Ｎｉ
／Ｎｉ−Ｐ７５／２５の実施例１の場合よりも母材鋳鉄
への溶け込みが多いことが判る。なお、両実施例とも界
面付近の黒鉛は球状を保っている。図１に示す実施例
１，２の組織を模式したのが図６（ａ）（ｂ）である。
図（ａ）の実施例１は表面６からＮｉ富化層１、Ｎｉ−
Ｐ共晶２によって改質層７を形成し、球状黒鉛３と針状
のマルテンサイト４がＮｉ富化層に混在して境界層８を
形成し、ステダイト５を含む母材９に至る。一方、図
（ｂ）の実施例２の場合、表面６から直ぐマルテンサイ
ト４が析出して改質層７に繋がり、境界層８から直ぐ母
材９に続いている。それだけＮｉの溶け込みが多く、耐
食性においては（ａ）が、耐摩耗性においては（ｂ）が
それぞれより適性の高いことを示唆している。
【００１９】このことはＥＰＭＡの分析結果についても
一致し、実施例１では第一層が表面にＮｉがかなり濃縮
され、最表面では２０％Ｎｉを含み、表面からの深さ４
００μｍの位置でも１０％以上のＮｉ含有が認められ
る。実施例２では表面付近のＮｉ量は約９％、表面から
深さ４００μｍの位置で約４％のＮｉ含有が認められ
る。
一致し、実施例１では第一層が表面にＮｉがかなり濃縮
され、最表面では２０％Ｎｉを含み、表面からの深さ４
００μｍの位置でも１０％以上のＮｉ含有が認められ
る。実施例２では表面付近のＮｉ量は約９％、表面から
深さ４００μｍの位置で約４％のＮｉ含有が認められ
る。
【００２０】Ｎｉ濃縮の多寡は母材金属である鋳鉄との
反応変化に繋がり、その結果は硬度の分布の差となって
顕れる。図７は改質層の表面からの距離μｍの変化に従
った硬度ＨＶの変化を図表化したものであって、●が実
施例１、■が実施例２のケースを示す。実施例１の表面
付近の硬さは約１５０ＨＶと非常に軟らかく母材との界
面付近にはマルテンサイト相析出による硬化層（ＨＶ：
約６００）が存在する。実施例２は表面に厚いマルテン
サイト相（ＨＶ：約５００）が生成していることが判
り、図１、図６に示す組織の違いとよく整合する。この
違いは実施例１には優れた耐食性を、実施例２には優れ
た耐摩耗性を特に重視した用途にそれぞれ好適であるこ
とを示唆している。すなわち、焼結助剤粉を調節するこ
とによって、主粉の母材溶湯中への溶け込みを抑制し、
耐食性や耐摩耗性など用途に応じた改質層の硬度分布の
調整が可能となるのである。
反応変化に繋がり、その結果は硬度の分布の差となって
顕れる。図７は改質層の表面からの距離μｍの変化に従
った硬度ＨＶの変化を図表化したものであって、●が実
施例１、■が実施例２のケースを示す。実施例１の表面
付近の硬さは約１５０ＨＶと非常に軟らかく母材との界
面付近にはマルテンサイト相析出による硬化層（ＨＶ：
約６００）が存在する。実施例２は表面に厚いマルテン
サイト相（ＨＶ：約５００）が生成していることが判
り、図１、図６に示す組織の違いとよく整合する。この
違いは実施例１には優れた耐食性を、実施例２には優れ
た耐摩耗性を特に重視した用途にそれぞれ好適であるこ
とを示唆している。すなわち、焼結助剤粉を調節するこ
とによって、主粉の母材溶湯中への溶け込みを抑制し、
耐食性や耐摩耗性など用途に応じた改質層の硬度分布の
調整が可能となるのである。
【００２１】その一例として図８は実施例１、および実
施例２の試料に３０８Ｋの５％Ｎａｃｌ塩水を連続的に
噴霧して、腐食減量と時間を比較材のダクタイル鋳鉄と
共にプロットした関係図であり、ダクタイル鋳鉄（ＦＣ
Ｄ）に比べると１００日後の累積では実施例１で約１／
２８程度、実施例２でも約１／１６程度の減量に相当
し、きわめて良好な耐食性を裏付けている。また、図９
は実施例２と比較材の湿式耐摩耗試験の結果で、摩耗減
量がダクタイル鋳鉄の約１／９、耐摩耗低合金鋼の１／
７ときわめて少なく、表面近くに形成されたマルテンサ
イト層が耐摩耗性を大幅に向上させたことを立証してい
る。また、添着層についても肉厚に応じて調整すれば良
い。
施例２の試料に３０８Ｋの５％Ｎａｃｌ塩水を連続的に
噴霧して、腐食減量と時間を比較材のダクタイル鋳鉄と
共にプロットした関係図であり、ダクタイル鋳鉄（ＦＣ
Ｄ）に比べると１００日後の累積では実施例１で約１／
２８程度、実施例２でも約１／１６程度の減量に相当
し、きわめて良好な耐食性を裏付けている。また、図９
は実施例２と比較材の湿式耐摩耗試験の結果で、摩耗減
量がダクタイル鋳鉄の約１／９、耐摩耗低合金鋼の１／
７ときわめて少なく、表面近くに形成されたマルテンサ
イト層が耐摩耗性を大幅に向上させたことを立証してい
る。また、添着層についても肉厚に応じて調整すれば良
い。
【００２２】
【発明の効果】鋳造品の所望の位置に所望の特殊な物性
を付与するために液相焼結を利用した従来技術は優れて
いるものの、製品肉厚がたとえば５０ｍｍというように
大きくなると、塗布量が少なければほとんど溶け込んで
しまい、多ければ焼結不足や濡れ性の悪さによって気孔
が多発してポーラスとなり、ときには母材との境界にク
ラックを生じて接合不良となるなど、厚肉に限って言え
ば必ずしも万能とは云えなかったが、塗布層のうち、溶
湯に直接触れる鋳型最表面には主粉を多く配した第二
層、溶湯から離れた鋳型内側には焼結助剤粉を多く配し
た第一層よりなる二層構造で形成することによって主粉
の溶け込みを抑制し、気孔の少ない緻密な改質層を形成
する効果が得られた。しかも、焼結助剤粉Ｂの配合を調
整することにより耐食性や耐摩耗性など目標とする用途
に最も適応した改質層の生成が可能となり、優先する特
性を選択して自由自在に改質するというきわめて高度な
品質制御ができる利点を伴う。
を付与するために液相焼結を利用した従来技術は優れて
いるものの、製品肉厚がたとえば５０ｍｍというように
大きくなると、塗布量が少なければほとんど溶け込んで
しまい、多ければ焼結不足や濡れ性の悪さによって気孔
が多発してポーラスとなり、ときには母材との境界にク
ラックを生じて接合不良となるなど、厚肉に限って言え
ば必ずしも万能とは云えなかったが、塗布層のうち、溶
湯に直接触れる鋳型最表面には主粉を多く配した第二
層、溶湯から離れた鋳型内側には焼結助剤粉を多く配し
た第一層よりなる二層構造で形成することによって主粉
の溶け込みを抑制し、気孔の少ない緻密な改質層を形成
する効果が得られた。しかも、焼結助剤粉Ｂの配合を調
整することにより耐食性や耐摩耗性など目標とする用途
に最も適応した改質層の生成が可能となり、優先する特
性を選択して自由自在に改質するというきわめて高度な
品質制御ができる利点を伴う。
【図１】本発明の実施例１（ａ）と実施例２（ｂ）の改
質層付近の断面における顕微鏡組織の写真である。
質層付近の断面における顕微鏡組織の写真である。
【図２】薄肉用（ａ）と厚肉用（ｂ）の鋳型に注湯した
ときの鋳型表面の温度上昇と時間の関係図である。
ときの鋳型表面の温度上昇と時間の関係図である。
【図３】厚肉用鋳型の横断面図（ａ）と縦断面図（ｂ）
である。
である。
【図４】Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐの質量比を変えて単層で鋳型表
面に塗布したそれぞれ厚肉中央断面の顕微鏡組織の写真
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。
面に塗布したそれぞれ厚肉中央断面の顕微鏡組織の写真
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。
【図５】Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐを変えた成形体を真空中で熱し
たそれぞれの顕微鏡組織の写真である。
たそれぞれの顕微鏡組織の写真である。
【図６】実施例１，２の顕微鏡組織を模式的に（ａ）
（ｂ）で示す。
（ｂ）で示す。
【図７】実施例１，２の硬さと表面からの距離を示した
関係図である。
関係図である。
【図８】実施例１、実施例２とダクタイル鋳鉄の塩水噴
霧試験による腐食減量−時間の関係図である。
霧試験による腐食減量−時間の関係図である。
【図９】実施例２とダクタイル鋳鉄および耐摩耗低合金
鋼の摩耗試験による摩耗減量−時間の関係図である。
鋼の摩耗試験による摩耗減量−時間の関係図である。
１ Ｎｉ富化層 ２ Ｎｉ−Ｐ共晶 ３ 球状黒鉛 ４ マルテンサイト相 ５ ステダイト ６ 表面 ７ 改質層 ８ 境界面 ９ 母材（ダクタイル鋳鉄管）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｊ 7/06 7/06 Ｄ Ｃ２３Ｃ 24/10 Ｃ２３Ｃ 24/10 Ｄ 28/00 28/00 Ａ (72)発明者 中村 公生 大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会 社栗本鐵工所内 (72)発明者 喜多川 眞好 大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会 社栗本鐵工所内 (72)発明者 田辺 重則 大阪府大阪狭山市西山台２丁目15番３号 Ｆターム(参考） 4E092 DA01 DA05 EA10 FA03 GA03 4E093 NB10 4K018 AA08 DA18 4K044 AA04 AB03 BA06 BA19 BB03 BB11 BC01 BC02 CA24 CA27 CA29 CA53
Claims (3)
- 【請求項１】 鋳型内面の所望の位置へ特定の物性を付
与する特定金属または複数金属の合金からなる主粉Ａ
と、前記主粉Ａよりは明確に低い溶融点を有する金属、
または合金よりなる焼結助剤粉Ｂと、有機系結合材Ｃを
混合した混合粉を前記位置へ添着し、焼結助剤粉Ｂより
溶融点の高い溶融金属Ｍを注湯し、前記主粉Ａ、焼結助
剤粉Ｂ、および溶融金属Ｍの三者間に生じる液相焼結に
よって相互に一体化して特定の物性を鋳造品に付与する
表面改質鋳造方法において、該添着層が二層構造となっ
ており、かつ鋳型表面への添着層である第一層における
主粉Ａ／焼結助剤粉Ｂの混合割合が該第一層を下地とし
てその上に塗布される第二層における主粉Ａ／焼結助剤
粉Ｂの混合割合と比べて小さいことを特徴とする厚肉鋳
造品の表面改質鋳造方法。 - 【請求項２】 請求項１において、所望する特定の物性
が耐食性、または耐食性に耐摩耗性を兼ね、主粉がＮ
ｉ、またはＮｉ基合金から選ばれた金属粉末Ａと、該金
属粉末より明確に低温の溶融点を有し必ずＰを５〜１５
重量％含むＮｉ基合金の粉末からなる焼結助剤粉Ｂとよ
りなり、鋳型表面へ塗布する第一層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが
質量比で５０／５０〜８０／２０の範囲にあり、溶融金
属と直接触れる第二層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが質量比で７０
／３０〜９０／１０の範囲にあって、かつ、常に第二層
のＮｉ／Ｎｉ−Ｐが第一層のＮｉ／Ｎｉ−Ｐの混合割合
よりも大きい二層構造よりなることを特徴とする厚肉鋳
造品の表面改質鋳造方法。 - 【請求項３】 請求項１において鋳型が遠心力鋳造用の
金型であり、前記主粉Ａと焼結助剤粉Ｂおよび有機系結
合材Ｃよりなる第一層と第二層とを重ねて金型内面上に
塗布した後、溶融金属Ｍを注湯し、液相焼結と遠心力に
よって鋳造管の外面に強固で緻密な改質層を一体的に形
成することを特徴とする厚肉鋳造品の表面改質鋳造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001089286A JP2002283045A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 厚肉鋳造品の表面改質鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001089286A JP2002283045A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 厚肉鋳造品の表面改質鋳造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002283045A true JP2002283045A (ja) | 2002-10-02 |
Family
ID=18944239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001089286A Pending JP2002283045A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 厚肉鋳造品の表面改質鋳造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002283045A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015183236A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材 |
| JP2015183237A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材 |
-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001089286A patent/JP2002283045A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015183236A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材 |
| JP2015183237A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20070122 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090217 |