JP2003220462A - 耐摩耗複合材料及びその製造方法 - Google Patents
耐摩耗複合材料及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 剥離や亀裂の発生のない高硬度な改質用表面
層が鋳物表面に形成された耐摩耗複合材料及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 鋳物の表面に、硬質粒子よりなる耐摩耗
性の改質用表面層が、その裏側に一体成形された金属粒
子よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳物表層部
分と溶融固化して形成された中間層を介して造型一体化
されている耐摩耗複合材料と、硬質粒子を固めた耐摩耗
性の改質用表面層と金属粒子を固めた溶着用の裏地層か
らなる複層構造のプリフォームを成形し、このプリフォ
ームを鋳型内の改質所要部位に当接してセットしたう
え、鋳型に溶湯を鋳込んで鋳物の表面に耐摩耗性の改質
用表面層を前記溶着用の裏地層が溶融固化された中間層
を介して一体化する耐摩耗複合材料の製造方法。
層が鋳物表面に形成された耐摩耗複合材料及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 鋳物の表面に、硬質粒子よりなる耐摩耗
性の改質用表面層が、その裏側に一体成形された金属粒
子よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳物表層部
分と溶融固化して形成された中間層を介して造型一体化
されている耐摩耗複合材料と、硬質粒子を固めた耐摩耗
性の改質用表面層と金属粒子を固めた溶着用の裏地層か
らなる複層構造のプリフォームを成形し、このプリフォ
ームを鋳型内の改質所要部位に当接してセットしたう
え、鋳型に溶湯を鋳込んで鋳物の表面に耐摩耗性の改質
用表面層を前記溶着用の裏地層が溶融固化された中間層
を介して一体化する耐摩耗複合材料の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面に優れた耐摩
耗性を有する高硬度な改質用表面層が形成された耐摩耗
複合材料及びその製造方法に関するものである。
耗性を有する高硬度な改質用表面層が形成された耐摩耗
複合材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高マンガン鋳鋼、ニハード鋳鉄、高クロ
ム鋳鉄などの鋳物は耐摩耗材料として広く使用されてい
るが、このような鋳物の特定部位における耐摩耗性をさ
らに向上させる方法として、例えば特許第３０６１３３
２号公報にはＷＣ−Ｃｏからなる超硬合金粉末と水ガラ
ス系溶着材とを混合してペースト状とし、これを鋳型内
の表面改質相当部分に塗布して硬化させた後、同鋳型内
に鉄系溶湯を鋳込み鋳物の表面に改質用表面層を形成す
る方法が開示されている。しかしながら、上記方法は改
質用表面層が直接鋳物の地鉄と接合されているために、
両者の間の凝固時における収縮率の差を吸収することが
困難であって、改質用表面層と鋳物地鉄との界面に大き
な残留応力が生じて剥離や亀裂が発生し易いという致命
的な欠陥があった。また、上記方法においては、鋳型に
ペーストを直接塗布するのでペーストの乾燥中は鋳型を
使用することができない。例えば厚み１．５ｍｍの改質
用表面層を乾燥して水ガラスを固化させるためには室温
で約５時間もの長時間の放置が必要であって、この結果
生産性が極めて低いという問題があった。
ム鋳鉄などの鋳物は耐摩耗材料として広く使用されてい
るが、このような鋳物の特定部位における耐摩耗性をさ
らに向上させる方法として、例えば特許第３０６１３３
２号公報にはＷＣ−Ｃｏからなる超硬合金粉末と水ガラ
ス系溶着材とを混合してペースト状とし、これを鋳型内
の表面改質相当部分に塗布して硬化させた後、同鋳型内
に鉄系溶湯を鋳込み鋳物の表面に改質用表面層を形成す
る方法が開示されている。しかしながら、上記方法は改
質用表面層が直接鋳物の地鉄と接合されているために、
両者の間の凝固時における収縮率の差を吸収することが
困難であって、改質用表面層と鋳物地鉄との界面に大き
な残留応力が生じて剥離や亀裂が発生し易いという致命
的な欠陥があった。また、上記方法においては、鋳型に
ペーストを直接塗布するのでペーストの乾燥中は鋳型を
使用することができない。例えば厚み１．５ｍｍの改質
用表面層を乾燥して水ガラスを固化させるためには室温
で約５時間もの長時間の放置が必要であって、この結果
生産性が極めて低いという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
するところは上記した従来の問題点を解決し、剥離や亀
裂を発生することのない高硬度な改質用表面層を有して
いる耐摩耗複合材料と、このような耐摩耗複合材料を高
い生産性でもって製造できる耐摩耗複合材料の製造方法
を提供するためになされたものである。
するところは上記した従来の問題点を解決し、剥離や亀
裂を発生することのない高硬度な改質用表面層を有して
いる耐摩耗複合材料と、このような耐摩耗複合材料を高
い生産性でもって製造できる耐摩耗複合材料の製造方法
を提供するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、鋳物の表面に、硬質粒子よりな
る耐摩耗性の改質用表面層が、その裏側に一体成形され
た金属粒子よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳
物表層部分と溶融固化して形成された中間層を介して造
型一体化されていることを特徴とする耐摩耗複合材料を
請求項１の発明とし、硬質粒子をバインダーで固めた耐
摩耗性の改質用表面層と金属粒子をバインダーで固めた
溶着用の裏地層からなる複層構造のプリフォームを成形
する工程と、前記プリフォームを鋳型内の改質所要部位
に前記裏地層をもって当接してセットする工程と、前記
鋳型に溶湯を鋳込んで、鋳物の表面に耐摩耗性の改質用
表面層が、相互間に溶湯により前記溶着用の裏地層が溶
融固化された中間層を介在させて一体化された耐摩耗複
合材料を造型する工程とよりなることを特徴とする耐摩
耗複合材料の製造方法を請求項２の発明とする。また、
前記した耐摩耗複合材料の製造方法である請求項２の発
明において、プリフォームが、粒径０．５〜１００μｍ
の硬質粒子をバインダーと混練して厚さ１〜１０ｍｍに
造型した改質用表面層と、粒径２〜５０μｍの金属粒子
をバインダーと混練して厚さ０．５〜２ｍｍに造型した
裏地層とからなるものである耐摩耗複合材料の製造方法
を請求項３の発明とし、上記した発明において、硬質粒
子として、ＷＣ、Ｗ2 Ｃ、超硬合金粉末のうちの少なく
とも一種を用いた耐摩耗複合材料の製造方法を請求項４
の発明とし、上記した発明において、金属粒子として、
鉄系、又はニッケル系、又はコバルト系の粉末を用いた
耐摩耗複合材料の製造方法を請求項５の発明とし、溶着
用の裏地層が、金属粒子としての鉄系粉末に、ＷＣ、Ｗ
2 Ｃの少なくとも一つを１０〜６０ｍａｓｓ％添加し
て、バインダーと混練して成形した耐摩耗複合材料の製
造方法を請求項６の発明とする。さらに、上記した発明
において、改質用表面層と溶着用の裏地層の少なくとも
一方に、粒径１０〜１００μｍのアルミニウム０．０１
〜０．４０ｍａｓｓ％が添加されている耐摩耗複合材料
の製造方法を請求項７の発明とし、改質用表面層または
溶着用の裏地層の成形に用いるバインダーとして、硬質
粒子または金属粒子に水ガラスの０．２〜２ｍａｓｓ％
と、ベントナイトを１〜５ｍａｓｓ％のいずれかを用い
る耐摩耗複合材料の製造方法を請求項８の発明とする。
めになされた本発明は、鋳物の表面に、硬質粒子よりな
る耐摩耗性の改質用表面層が、その裏側に一体成形され
た金属粒子よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳
物表層部分と溶融固化して形成された中間層を介して造
型一体化されていることを特徴とする耐摩耗複合材料を
請求項１の発明とし、硬質粒子をバインダーで固めた耐
摩耗性の改質用表面層と金属粒子をバインダーで固めた
溶着用の裏地層からなる複層構造のプリフォームを成形
する工程と、前記プリフォームを鋳型内の改質所要部位
に前記裏地層をもって当接してセットする工程と、前記
鋳型に溶湯を鋳込んで、鋳物の表面に耐摩耗性の改質用
表面層が、相互間に溶湯により前記溶着用の裏地層が溶
融固化された中間層を介在させて一体化された耐摩耗複
合材料を造型する工程とよりなることを特徴とする耐摩
耗複合材料の製造方法を請求項２の発明とする。また、
前記した耐摩耗複合材料の製造方法である請求項２の発
明において、プリフォームが、粒径０．５〜１００μｍ
の硬質粒子をバインダーと混練して厚さ１〜１０ｍｍに
造型した改質用表面層と、粒径２〜５０μｍの金属粒子
をバインダーと混練して厚さ０．５〜２ｍｍに造型した
裏地層とからなるものである耐摩耗複合材料の製造方法
を請求項３の発明とし、上記した発明において、硬質粒
子として、ＷＣ、Ｗ2 Ｃ、超硬合金粉末のうちの少なく
とも一種を用いた耐摩耗複合材料の製造方法を請求項４
の発明とし、上記した発明において、金属粒子として、
鉄系、又はニッケル系、又はコバルト系の粉末を用いた
耐摩耗複合材料の製造方法を請求項５の発明とし、溶着
用の裏地層が、金属粒子としての鉄系粉末に、ＷＣ、Ｗ
2 Ｃの少なくとも一つを１０〜６０ｍａｓｓ％添加し
て、バインダーと混練して成形した耐摩耗複合材料の製
造方法を請求項６の発明とする。さらに、上記した発明
において、改質用表面層と溶着用の裏地層の少なくとも
一方に、粒径１０〜１００μｍのアルミニウム０．０１
〜０．４０ｍａｓｓ％が添加されている耐摩耗複合材料
の製造方法を請求項７の発明とし、改質用表面層または
溶着用の裏地層の成形に用いるバインダーとして、硬質
粒子または金属粒子に水ガラスの０．２〜２ｍａｓｓ％
と、ベントナイトを１〜５ｍａｓｓ％のいずれかを用い
る耐摩耗複合材料の製造方法を請求項８の発明とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図により説明する。図１は本発明の耐摩耗複合材料の
製造方法に用いるプリフォームを示す図、図２は鋳型内
にセットされたプリフォームの上に溶湯を流し込んだ状
態を示す図、図３は凝固後の耐摩耗複合材料の金属組織
を示す図である。プリフォーム１は改質用のセラミック
スを含有する硬質粒子がバインダーと混練して造型され
た耐摩耗性の改質用表面層２と、溶着用の金属粒子がバ
インダーと混練して造型された溶着用の裏地層３とから
なるもので、このプリフォーム１の改質用表面層２を鋳
型４内の改質所要部位に溶着用の裏地層３をもって当接
してセットしたうえに鉄系鋳物の溶湯５を流し込むこと
により、裏地層３の金属が溶湯５の熱により溶融されて
溶湯５と混合し、改質用表面層２と鋳物地鉄６との間で
固化された中間層７が形成される。この中間層７は改質
用表面層２のセラミックス粒子８間に楔状に、或いは、
バインダーが溶融スラグ化されてセラミックス粒子８間
に形成される細隙に深く食い込むので、この中間層７を
介して改質用表面層２が鋳物表面に強固に接合されると
ともに、この中間層７が溶湯５と改質用表面層２との凝
固時の収縮率の差を吸収するので、発生する残留応力を
低減することができ、従って、鋳物地鉄６と改質用表面
層２との間に剥離や亀裂の発生するのを防止することが
できる。
を図により説明する。図１は本発明の耐摩耗複合材料の
製造方法に用いるプリフォームを示す図、図２は鋳型内
にセットされたプリフォームの上に溶湯を流し込んだ状
態を示す図、図３は凝固後の耐摩耗複合材料の金属組織
を示す図である。プリフォーム１は改質用のセラミック
スを含有する硬質粒子がバインダーと混練して造型され
た耐摩耗性の改質用表面層２と、溶着用の金属粒子がバ
インダーと混練して造型された溶着用の裏地層３とから
なるもので、このプリフォーム１の改質用表面層２を鋳
型４内の改質所要部位に溶着用の裏地層３をもって当接
してセットしたうえに鉄系鋳物の溶湯５を流し込むこと
により、裏地層３の金属が溶湯５の熱により溶融されて
溶湯５と混合し、改質用表面層２と鋳物地鉄６との間で
固化された中間層７が形成される。この中間層７は改質
用表面層２のセラミックス粒子８間に楔状に、或いは、
バインダーが溶融スラグ化されてセラミックス粒子８間
に形成される細隙に深く食い込むので、この中間層７を
介して改質用表面層２が鋳物表面に強固に接合されると
ともに、この中間層７が溶湯５と改質用表面層２との凝
固時の収縮率の差を吸収するので、発生する残留応力を
低減することができ、従って、鋳物地鉄６と改質用表面
層２との間に剥離や亀裂の発生するのを防止することが
できる。
【０００６】上記したプリフォーム１の形成に当たって
は、まず、例えば平均粒径が０．５〜１００μｍの硬質
粒子をバインダーと混練したうえに、所定形状としたプ
レス金型へ塗布やプレスなどすることによって厚さ１〜
１０ｍｍの改質用表面層２としてセットする。次に、粒
径が２〜５０μｍの鉄系、又はニッケル系、又はコバル
ト系の粉末からなる金属粒子をバインダーと混練したう
えに、前記改質用表面層２の上に厚さ０．５〜２ｍｍの
溶着用の裏地層３としてセットしてプレス成形すること
により改質用表面層２の裏側に溶着用の裏地層３が接合
された一体のプリフォーム１となすことができる。な
お、プリフォーム１は平板状のものに限定されず、鋳物
形状に合わせて球面状や湾曲面状、箱状のものなど適宜
の形状とすることができる。
は、まず、例えば平均粒径が０．５〜１００μｍの硬質
粒子をバインダーと混練したうえに、所定形状としたプ
レス金型へ塗布やプレスなどすることによって厚さ１〜
１０ｍｍの改質用表面層２としてセットする。次に、粒
径が２〜５０μｍの鉄系、又はニッケル系、又はコバル
ト系の粉末からなる金属粒子をバインダーと混練したう
えに、前記改質用表面層２の上に厚さ０．５〜２ｍｍの
溶着用の裏地層３としてセットしてプレス成形すること
により改質用表面層２の裏側に溶着用の裏地層３が接合
された一体のプリフォーム１となすことができる。な
お、プリフォーム１は平板状のものに限定されず、鋳物
形状に合わせて球面状や湾曲面状、箱状のものなど適宜
の形状とすることができる。
【０００７】ここで、硬質粒子はセラミックスまたはセ
ラミックスを主体として含有する粒子であって、セラミ
ックスとしてはＷＣやＷ2 Ｃ等の超硬質の素材を用いる
ことができる。これらの炭化物はＴｉＣやＴａＣ、Ｎｂ
Ｃが複合添加されたＷＣ−ＴｉＣ、ＷＣ−ＴａＣ、ＷＣ
−ＴｉＣ−ＮｂＣ等の複合炭化物であってもよく、ま
た、これらの炭化物にＣｏを２〜３０％添加した超硬合
金粉末を硬質粒子として用いることができる。ＷＣやＷ
2 Ｃはビッカース硬さが２０００以上と硬いので耐摩耗
性を付与するには好適な材料である。なお、硬質粒子の
粒径は０．５〜１００μｍとするのが望ましい。その粒
径が０．５μｍ未満では粒子のコストが高くなるからで
あり、一方、１００μｍを超えると改質用表面層２の靱
性が低下するうえに、改質用表面層２の裏面に形成され
る中間層７が楔状に侵入しにくくなって接合強度が低下
することになるからである。また、改質用表面層２の厚
さは１〜１０ｍｍとするのが望ましい。厚さが１ｍｍ未
満では十分な耐摩耗性を付与することができないからで
あり、一方、１０ｍｍまでで十分な耐摩耗性を付与する
ことができ１０ｍｍを超えて厚くする必要はないからで
ある。
ラミックスを主体として含有する粒子であって、セラミ
ックスとしてはＷＣやＷ2 Ｃ等の超硬質の素材を用いる
ことができる。これらの炭化物はＴｉＣやＴａＣ、Ｎｂ
Ｃが複合添加されたＷＣ−ＴｉＣ、ＷＣ−ＴａＣ、ＷＣ
−ＴｉＣ−ＮｂＣ等の複合炭化物であってもよく、ま
た、これらの炭化物にＣｏを２〜３０％添加した超硬合
金粉末を硬質粒子として用いることができる。ＷＣやＷ
2 Ｃはビッカース硬さが２０００以上と硬いので耐摩耗
性を付与するには好適な材料である。なお、硬質粒子の
粒径は０．５〜１００μｍとするのが望ましい。その粒
径が０．５μｍ未満では粒子のコストが高くなるからで
あり、一方、１００μｍを超えると改質用表面層２の靱
性が低下するうえに、改質用表面層２の裏面に形成され
る中間層７が楔状に侵入しにくくなって接合強度が低下
することになるからである。また、改質用表面層２の厚
さは１〜１０ｍｍとするのが望ましい。厚さが１ｍｍ未
満では十分な耐摩耗性を付与することができないからで
あり、一方、１０ｍｍまでで十分な耐摩耗性を付与する
ことができ１０ｍｍを超えて厚くする必要はないからで
ある。
【０００８】一方、金属粒子とは融点がセラミックスよ
り低い金属からなるものであって、金属粒子として、カ
ーボニル鉄粉、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉などの鉄系粉
末、ニッケルやニッケルに少量の鉄などが合金されたニ
ッケル系鉄粉、コバルトやコバルトに少量の鉄などが合
金されたコバルト系粉末を用いることができる。これら
金属粒子の粒径は２〜５０μｍとするのが望ましい。そ
の理由は粒径を２μｍ未満とするとコストが高くなるか
らであり、５０μｍを超えるとプリフォームの強度を確
保することが困難になるからである。また、溶着用の裏
地層３の厚みは０．５〜２ｍｍとするのが望ましい。そ
の理由は厚みが０．５ｍｍ未満となると改質用表面層２
の裏側に均一な厚みに裏地層３を形成することが困難に
なるからであり、一方、２ｍｍを超えると溶湯の熱によ
る溶融が困難になるからである。
り低い金属からなるものであって、金属粒子として、カ
ーボニル鉄粉、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉などの鉄系粉
末、ニッケルやニッケルに少量の鉄などが合金されたニ
ッケル系鉄粉、コバルトやコバルトに少量の鉄などが合
金されたコバルト系粉末を用いることができる。これら
金属粒子の粒径は２〜５０μｍとするのが望ましい。そ
の理由は粒径を２μｍ未満とするとコストが高くなるか
らであり、５０μｍを超えるとプリフォームの強度を確
保することが困難になるからである。また、溶着用の裏
地層３の厚みは０．５〜２ｍｍとするのが望ましい。そ
の理由は厚みが０．５ｍｍ未満となると改質用表面層２
の裏側に均一な厚みに裏地層３を形成することが困難に
なるからであり、一方、２ｍｍを超えると溶湯の熱によ
る溶融が困難になるからである。
【０００９】また、金属粒子として鉄系粉末を用い、こ
れにＷＣ、Ｗ2 Ｃの少なくとも一方を１０〜６０ｍａｓ
ｓ％（以下、％と記す）添加して裏地層形成用の材料と
することができる。鉄系粉末にＷＣやＷ2 Ｃを添加する
のは改質用表面層２と鋳物地鉄６との熱収縮の差を小さ
くするため、また、溶湯５の熱により金属粒子とともに
これら炭化物の一部を溶かして、凝固後の中間層７やセ
ラミックス粒子８間に侵入した中間層７中に微細な炭化
物を析出させて耐摩耗性の向上を図るためであるが、Ｗ
Ｃ、Ｗ2 Ｃの添加量を１０〜６０％とするのはその添加
量が１０％未満では上記した効果が十分発揮されないか
らであり、一方、６０％を超えると中間層７の靱性が低
下するのみならず溶湯５の熱による溶け込みが困難とな
るからである。
れにＷＣ、Ｗ2 Ｃの少なくとも一方を１０〜６０ｍａｓ
ｓ％（以下、％と記す）添加して裏地層形成用の材料と
することができる。鉄系粉末にＷＣやＷ2 Ｃを添加する
のは改質用表面層２と鋳物地鉄６との熱収縮の差を小さ
くするため、また、溶湯５の熱により金属粒子とともに
これら炭化物の一部を溶かして、凝固後の中間層７やセ
ラミックス粒子８間に侵入した中間層７中に微細な炭化
物を析出させて耐摩耗性の向上を図るためであるが、Ｗ
Ｃ、Ｗ2 Ｃの添加量を１０〜６０％とするのはその添加
量が１０％未満では上記した効果が十分発揮されないか
らであり、一方、６０％を超えると中間層７の靱性が低
下するのみならず溶湯５の熱による溶け込みが困難とな
るからである。
【００１０】また、上記した硬質粒子、金属粒子の少な
くとも一方には、粒径１０〜１００μｍのアルミニウム
を０．０１〜０．４０％添加することができる。これは
アルミニウムは溶湯５の注ぎ込み時に脱酸剤として作用
し気泡などの鋳造欠陥の発生を防止するとともに、アル
ミニウムが金属粒子の溶融を促進して溶融金属をセラミ
ックス粒子８間にスムーズに浸透させる効果を有するか
らである。この場合、アルミニウムの粒径が１０μｍ未
満になるとアルミニウムが高価になり、一方、１００μ
ｍを超えるとアルミニウムの拡散が困難となって溶融金
属に均一に溶解し難いから、アルミニウムの粒径は１０
〜１００μｍとするのが望ましい。また、アルミニウム
の添加量が０．０１％未満では上記した効果が小さく、
０．４０％を超えて添加すると溶融金属の清浄度を低下
させて機械的強度や靱性の低下を招くので、アルミニウ
ムの添加量は０．０１〜０．４０％とするのが望まし
い。
くとも一方には、粒径１０〜１００μｍのアルミニウム
を０．０１〜０．４０％添加することができる。これは
アルミニウムは溶湯５の注ぎ込み時に脱酸剤として作用
し気泡などの鋳造欠陥の発生を防止するとともに、アル
ミニウムが金属粒子の溶融を促進して溶融金属をセラミ
ックス粒子８間にスムーズに浸透させる効果を有するか
らである。この場合、アルミニウムの粒径が１０μｍ未
満になるとアルミニウムが高価になり、一方、１００μ
ｍを超えるとアルミニウムの拡散が困難となって溶融金
属に均一に溶解し難いから、アルミニウムの粒径は１０
〜１００μｍとするのが望ましい。また、アルミニウム
の添加量が０．０１％未満では上記した効果が小さく、
０．４０％を超えて添加すると溶融金属の清浄度を低下
させて機械的強度や靱性の低下を招くので、アルミニウ
ムの添加量は０．０１〜０．４０％とするのが望まし
い。
【００１１】硬質粒子や金属粒子との混練に使用するバ
インダーとしては、水ガラスを０．２〜２％、又はベン
トナイトを１〜５％の添加量として用いることができ
る。水ガラスの添加量が０．２％未満、ベントナイトの
添加量が１％未満では十分な強度でもって硬質粒子や金
属粒子を結合させることが困難であり、一方、水ガラス
の添加量が２％超、ベントナイトの添加量が５％超とな
ると気泡などのガス欠陥が発生しやすくなるほかに鋳込
み後に残留介在物が多量となって機械的性質を劣化させ
るからである。
インダーとしては、水ガラスを０．２〜２％、又はベン
トナイトを１〜５％の添加量として用いることができ
る。水ガラスの添加量が０．２％未満、ベントナイトの
添加量が１％未満では十分な強度でもって硬質粒子や金
属粒子を結合させることが困難であり、一方、水ガラス
の添加量が２％超、ベントナイトの添加量が５％超とな
ると気泡などのガス欠陥が発生しやすくなるほかに鋳込
み後に残留介在物が多量となって機械的性質を劣化させ
るからである。
【００１２】
【実施例】以下、実施例に従い本発明をさらに詳細に説
明する。 〈本発明複合材料１〉粒径８μｍのＷＣに粒径７５μｍ
のアルミニウム粉末を０．２％添加した混合物に水ガラ
スを０．７％添加して混練し厚み２．０ｍｍに造型した
改質用表面層と、粒径５μｍのカーボニル鉄粉と粒径８
μｍのＷＣ粒子が１：１の割合で混合された混合物に水
ガラスを０．７％添加して混練し厚み１．０ｍｍに造型
した裏地層とからなるプリフォーム１をプレス成形によ
り作成した。このプリフォーム１を雰囲気温度２０５℃
で−６００ｍｍＨｇの減圧下で乾燥後鋳型に配置して、
３．０％Ｃ−０．８％Ｓｉ−１．２％Ｍｎ−２７％Ｃ
ｒ、残部鉄及び不可避不純物からなる化学成分を有する
高クロム鋳鉄の溶湯を１６７３Ｋで注湯して、本発明複
合材料１を製造した。
明する。 〈本発明複合材料１〉粒径８μｍのＷＣに粒径７５μｍ
のアルミニウム粉末を０．２％添加した混合物に水ガラ
スを０．７％添加して混練し厚み２．０ｍｍに造型した
改質用表面層と、粒径５μｍのカーボニル鉄粉と粒径８
μｍのＷＣ粒子が１：１の割合で混合された混合物に水
ガラスを０．７％添加して混練し厚み１．０ｍｍに造型
した裏地層とからなるプリフォーム１をプレス成形によ
り作成した。このプリフォーム１を雰囲気温度２０５℃
で−６００ｍｍＨｇの減圧下で乾燥後鋳型に配置して、
３．０％Ｃ−０．８％Ｓｉ−１．２％Ｍｎ−２７％Ｃ
ｒ、残部鉄及び不可避不純物からなる化学成分を有する
高クロム鋳鉄の溶湯を１６７３Ｋで注湯して、本発明複
合材料１を製造した。
【００１３】〈本発明複合材料２〉粒径８μｍのＷＣに
粒径７５μｍのアルミニウム粉末を０．２％添加した混
合物に水ガラスを０．７％添加して混練し厚さ２．０ｍ
ｍに造型した改質用表面層と、粒径５μｍのカーボニル
鉄粉に水ガラスを０．７％添加して混練し厚さ１．０ｍ
ｍに造型した裏地層とからなるプリフォームをプレス成
形により作成し、前記と同一条件で乾燥後鋳型に配置し
て、前記の化学成分の高クロム鋳鉄の溶湯を１６７３Ｋ
で注湯して、本発明複合材料２を製造した。
粒径７５μｍのアルミニウム粉末を０．２％添加した混
合物に水ガラスを０．７％添加して混練し厚さ２．０ｍ
ｍに造型した改質用表面層と、粒径５μｍのカーボニル
鉄粉に水ガラスを０．７％添加して混練し厚さ１．０ｍ
ｍに造型した裏地層とからなるプリフォームをプレス成
形により作成し、前記と同一条件で乾燥後鋳型に配置し
て、前記の化学成分の高クロム鋳鉄の溶湯を１６７３Ｋ
で注湯して、本発明複合材料２を製造した。
【００１４】〈比較複合材料１〉粒径８μｍのＷＣを
０．７％の水ガラスと混練して厚さ２．０ｍｍに造型し
た改質用表面層のみからなるプリフォームをプレス成形
により作成し、前記と同一条件で乾燥後鋳型に配置し
て、上記した高クロム鋳鉄の溶湯を１６７３Ｋで注湯し
て、比較複合材料１を製造した。
０．７％の水ガラスと混練して厚さ２．０ｍｍに造型し
た改質用表面層のみからなるプリフォームをプレス成形
により作成し、前記と同一条件で乾燥後鋳型に配置し
て、上記した高クロム鋳鉄の溶湯を１６７３Ｋで注湯し
て、比較複合材料１を製造した。
【００１５】以上の本発明複合材料１、２、比較複合材
料１、高クロム鋳鉄の４種を試験材として工業用のショ
ットブラストマシンによりφ２．５ｍｍの鋼球を投射し
て耐摩耗性と靱性を評価するための試験を行い、表１に
示す結果を得た。なお、表中の◎は極めて良好、○は良
好、△は普通、×は劣るを意味するものである。
料１、高クロム鋳鉄の４種を試験材として工業用のショ
ットブラストマシンによりφ２．５ｍｍの鋼球を投射し
て耐摩耗性と靱性を評価するための試験を行い、表１に
示す結果を得た。なお、表中の◎は極めて良好、○は良
好、△は普通、×は劣るを意味するものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】比較複合材料１には図５に示すように、改
質用表面層２と鋳物地鉄６との界面に大きな亀裂９が発
生しており、改質用表面層２が投射材の衝撃で剥落して
摩耗を促進するために高クロム鋳鉄より耐摩耗性が劣る
ものであった。これに対して、本発明複合材料１は図４
に示す顕微鏡組織を呈しているものであって、改質用表
面層２と鋳物地鉄６との間に中間層７が形成されていて
亀裂は発生しておらず、従って、耐摩耗性や靱性が極め
て良好乃至は良好であって、内部性状も気泡などが存在
しない極めて良好なものであって、総合的にも極めて良
好な複合材料であった。同様に本発明複合材料２も総合
的に極めて良好な複合材料であることが確認された。
質用表面層２と鋳物地鉄６との界面に大きな亀裂９が発
生しており、改質用表面層２が投射材の衝撃で剥落して
摩耗を促進するために高クロム鋳鉄より耐摩耗性が劣る
ものであった。これに対して、本発明複合材料１は図４
に示す顕微鏡組織を呈しているものであって、改質用表
面層２と鋳物地鉄６との間に中間層７が形成されていて
亀裂は発生しておらず、従って、耐摩耗性や靱性が極め
て良好乃至は良好であって、内部性状も気泡などが存在
しない極めて良好なものであって、総合的にも極めて良
好な複合材料であった。同様に本発明複合材料２も総合
的に極めて良好な複合材料であることが確認された。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の耐摩耗
複合材料は、鋳物の表面に、硬質粒子よりなる耐摩耗性
の改質用表面層を、その裏側に一体成形された金属粒子
よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳物表層部分
と溶融固化して形成された中間層を介して造型一体化さ
れているため、剥離や亀裂を発生することのない高硬度
な改質用表面層を有しており、また、本発明の耐摩耗複
合材料の製造方法は、硬質粒子をバインダーで固めた耐
摩耗性の改質用表面層と金属粒子をバインダーで固めた
溶着用の裏地層からなる複層構造のプリフォームを成形
する工程と、前記プリフォームを鋳型内の改質所要部位
に前記裏地層をもって当接してセットする工程と、前記
鋳型に溶湯を鋳込んで、鋳物の表面に耐摩耗性の改質用
表面層が、相互間に溶湯により前記溶着用の裏地層が溶
融固化された中間層を介在させて一体化された耐摩耗複
合材料を造型する工程とよりなるようにしたから、中間
層が凝固に伴う鋳物地鉄と改質用表面層との収縮率の差
を吸収して残留応力の発生を小さく抑えることができ
て、亀裂や剥離が発生することのない耐摩耗性を有する
高硬度な改質用表面層が鋳物表面に形成された耐摩耗複
合材料を気泡や残留介在物などの内部欠陥を発生するこ
となく形成することができる。また、プリフォームは鋳
造工程とは別途のプレス工程において予め製造しておく
ことができるので、鋳造作業を妨げることがなく複合材
料を高い生産性でもって製造することができる。従っ
て、本発明は表面に優れた耐摩耗性を有する高硬度な改
質用表面層が形成された耐摩耗複合材料及びその製造方
法として工業的価値極めて大なものである。
複合材料は、鋳物の表面に、硬質粒子よりなる耐摩耗性
の改質用表面層を、その裏側に一体成形された金属粒子
よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳物表層部分
と溶融固化して形成された中間層を介して造型一体化さ
れているため、剥離や亀裂を発生することのない高硬度
な改質用表面層を有しており、また、本発明の耐摩耗複
合材料の製造方法は、硬質粒子をバインダーで固めた耐
摩耗性の改質用表面層と金属粒子をバインダーで固めた
溶着用の裏地層からなる複層構造のプリフォームを成形
する工程と、前記プリフォームを鋳型内の改質所要部位
に前記裏地層をもって当接してセットする工程と、前記
鋳型に溶湯を鋳込んで、鋳物の表面に耐摩耗性の改質用
表面層が、相互間に溶湯により前記溶着用の裏地層が溶
融固化された中間層を介在させて一体化された耐摩耗複
合材料を造型する工程とよりなるようにしたから、中間
層が凝固に伴う鋳物地鉄と改質用表面層との収縮率の差
を吸収して残留応力の発生を小さく抑えることができ
て、亀裂や剥離が発生することのない耐摩耗性を有する
高硬度な改質用表面層が鋳物表面に形成された耐摩耗複
合材料を気泡や残留介在物などの内部欠陥を発生するこ
となく形成することができる。また、プリフォームは鋳
造工程とは別途のプレス工程において予め製造しておく
ことができるので、鋳造作業を妨げることがなく複合材
料を高い生産性でもって製造することができる。従っ
て、本発明は表面に優れた耐摩耗性を有する高硬度な改
質用表面層が形成された耐摩耗複合材料及びその製造方
法として工業的価値極めて大なものである。
【図１】本発明に用いるプリフォームの斜視図である。
【図２】鋳型内にセットしたプリフォームの上に溶湯を
鋳込む工程を示す断面図である。
鋳込む工程を示す断面図である。
【図３】本発明に係る耐摩耗複合材料のミクロ組織を説
明する断面図である。
明する断面図である。
【図４】本発明に係る耐摩耗複合材料の顕微鏡組織とそ
の説明図である。
の説明図である。
【図５】従来の耐摩耗複合材料の顕微鏡組織とその説明
図である。
図である。
１ プリフォーム
２ 改質用表面層
３ 裏地層
４ 鋳型
５ 溶湯
６ 鋳物地鉄
７ 中間層
Claims (8)
- 【請求項１】 鋳物の表面に、硬質粒子よりなる耐摩耗
性の改質用表面層が、その裏側に一体成形された金属粒
子よりなる溶着用の裏地層が造型時において鋳物表層部
分と溶融固化して形成された中間層を介して造型一体化
されていることを特徴とする耐摩耗複合材料。 - 【請求項２】 硬質粒子をバインダーで固めた耐摩耗性
の改質用表面層と金属粒子をバインダーで固めた溶着用
の裏地層からなる複層構造のプリフォームを成形する工
程と、前記プリフォームを鋳型内の改質所要部位に前記
裏地層をもって当接してセットする工程と、前記鋳型に
溶湯を鋳込んで、鋳物の表面に耐摩耗性の改質用表面層
が、相互間に溶湯により前記溶着用の裏地層が溶融固化
された中間層を介在させて一体化された耐摩耗複合材料
を造型する工程とよりなることを特徴とする耐摩耗複合
材料の製造方法。 - 【請求項３】 プリフォームが、粒径０．５〜１００μ
ｍの硬質粒子をバインダーと混練して厚さ１〜１０ｍｍ
に造型した改質用表面層と、粒径２〜５０μｍの金属粒
子をバインダーと混練して厚さ０．５〜２ｍｍに造型し
た裏地層とからなるものである請求項２に記載の耐摩耗
複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 硬質粒子として、ＷＣ、Ｗ2 Ｃ、超硬合
金粉末のうちの少なくとも一種を用いた請求項２または
３に記載の耐摩耗複合材料の製造方法。 - 【請求項５】 金属粒子として、鉄系、又はニッケル
系、又はコバルト系の粉末を用いた請求項２〜４の何れ
かに記載の耐摩耗複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 溶着用の裏地層が、金属粒子としての鉄
系粉末に、ＷＣ、Ｗ2Ｃの少なくとも一つを１０〜６０
ｍａｓｓ％添加して、バインダーと混練して成形したも
のである請求項２〜５の何れかに記載の耐摩耗複合材料
の製造方法。 - 【請求項７】 改質用表面層と溶着用の裏地層の少なく
とも一方に、粒径１０〜１００μｍのアルミニウム０．
０１〜０．４０ｍａｓｓ％が添加されている請求項２〜
６の何れかに記載の耐摩耗複合材料の製造方法。 - 【請求項８】 改質用表面層または溶着用の裏地層の成
形に用いるバインダーとして、硬質粒子または金属粒子
に水ガラスの０．２〜２ｍａｓｓ％と、ベントナイトを
１〜５ｍａｓｓ％のいずれかを用いる請求項２〜７の何
れかに記載の耐摩耗複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002015401A JP2003220462A (ja) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | 耐摩耗複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002015401A JP2003220462A (ja) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | 耐摩耗複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003220462A true JP2003220462A (ja) | 2003-08-05 |
Family
ID=27742675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002015401A Withdrawn JP2003220462A (ja) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | 耐摩耗複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003220462A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009006347A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Kurimoto Mec Ltd | 鋳造複合材 |
| CN114101682A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 河南省煤科院耐磨技术有限公司 | 一种双金属复合耐磨板的制造方法 |
-
2002
- 2002-01-24 JP JP2002015401A patent/JP2003220462A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009006347A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Kurimoto Mec Ltd | 鋳造複合材 |
| JP4532527B2 (ja) * | 2007-06-27 | 2010-08-25 | 株式会社栗本鐵工所 | 鋳造複合材 |
| CN114101682A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 河南省煤科院耐磨技术有限公司 | 一种双金属复合耐磨板的制造方法 |
| CN114101682B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-02-13 | 河南省煤科院耐磨技术有限公司 | 一种双金属复合耐磨板的制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |