JP2006326596A - 圧縮成形機用スリーブ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐摩耗性に優れて耐用寿命が十分長く、かつ比較的安価に製造できる圧縮成形機用スリーブを提供する。
【解決手段】 金属切粉などの被圧縮物を圧縮成形し、ブリケットを製造する圧縮成形機に用いられ、その圧縮室を構成するスリーブであって、スリーブの内周壁の少なくとも被圧縮物と接触する部分がハイス系合金でなることを特徴とする。ハイス系合金が質量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０〜４．５％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ：０．１〜９．０％、Ｗ：０〜１０．０％、Ｖ：１．０〜１０．０％を含有するＦｅ基合金からなる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、工作機械による切削や研磨加工で生じた金属切粉や産業廃棄物などの被圧縮物を圧縮成形し、ブリケットを製造する圧縮成形機に用いられ、圧縮室を構成するスリーブに関する。

旋盤や研磨機などの工作機械を用いて金属加工した際に発生する金属切粉などの被圧縮物を、油圧シリンダにより圧縮成形し、れんが状の小さなブリケットを製造する圧縮成形機が知られている。このブリケットにより、金属切粉の容積を減らして処理施設への運搬を容易にしたり、金属材料のリサイクルに用いたりできる。

この種の圧縮成形機は、ホッパからスクリュコンベアで搬出した金属切粉などの被圧縮物をスリーブ（筒体）で形成した圧縮室内に送り込む。そして、圧縮室の一端側の開口部をゲートで閉じた状態で、圧縮室内に挿入させた圧縮ロッドをゲートに接近する方向に油圧シリンダにより前進させて、被圧縮物を圧縮してブリケットを製造する。その後、ゲートを開いて、圧縮室の開口部からブリケットを取り出す。

たとえば、特許文献１には、スクリュコンベアにて圧縮室に搬送した切粉を、油圧シリンダによって圧縮して固形物とした後、圧縮室の一端に設けられたゲート部材を開いて、固形物を圧縮室の一端から外部に排出する圧縮機が記載されている。

これは圧縮室を第１の筒体と第２の筒体で構成し、第２の筒体が摩耗した場合にこれを容易に交換できるように、第２の筒体を第１の筒体の一端部に交換可能に設けたものである。第１の筒体がＳＵＪ−２等の軸受鋼やＳＫＤ−１１等のダイス鋼を熱処理して硬化させたものからなり、また第２の筒体が超硬合金、あるいは焼入硬化された外筒とその内周に嵌合された超硬合金製の内筒とでなることが記載されている。

また、特許文献２には、スクリュコンベアにより送られてくる金属切粉等を受け入れるための開口部を有し、かつ架台に支承された外部筒体と、外部筒体の内周部に軸方向にスライド自在に収容され、かつ外部筒体の開口部より落下する金属切粉等を受け入れる開口部を有する筒体と、筒体にスライド自在に密嵌配置された円盤状の押圧板と、押圧板を筒体に沿って駆動するための油圧シリンダと、筒体の一端部に軸方向に対して直角方向に移動可能に配置された筒体の一端部を開閉するためのゲートとを備えた自動圧縮機が記載されている。

ＷＯ０２／０７４５２６号公報 特許第２９４９６６４号公報

従来の圧縮成形機用スリーブにおいて、軸受鋼やダイス鋼を熱処理して硬化させたもので形成したスリーブは、その内周壁が被圧縮物との摺動接触により摩耗しやすく、耐用寿命が短いという問題がある。

また、超硬合金で形成したスリーブは耐摩耗性に優れるが、重量が重くハンドリングなどの取扱いがわるく、ＨＩＰ法などにより焼結されているため製造コストが高くなるという問題がある。

したがって、本発明は耐摩耗性に優れて耐用寿命が十分長く、かつ比較的安価に製造できる圧縮成形機用スリーブを提供することを課題とする。

本発明の圧縮成形機用スリーブは、金属切粉などの被圧縮物を圧縮成形し、ブリケットを製造する圧縮成形機に用いられ、その圧縮室を構成するスリーブであって、スリーブの内周壁の少なくとも被圧縮物と接触する部分がハイス系合金でなることを特徴とする。

前記本発明において、前記ハイス系合金が質量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０〜４．５％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ：０．１〜９．０％、Ｗ：０〜１０．０％、Ｖ：１．０〜１０．０％を含有するＦｅ基合金からなることを特徴とする。

前記ハイス系合金が質量％でさらに、Ｃｏ：１０．０％以下、Ｎｂ：１０．０％以下のうちいずれか一種以上を含有することを特徴とする。

また、前記ハイス系合金の表面に、窒化物からなる皮膜層（第１の皮膜層）を形成したことを特徴とする。さらに、前記第１の皮膜層の表面に、Ｃｒの窒化物あるいはＣｒの炭窒化物からなる皮膜層（第２の皮膜層）を形成したことを特徴とする。

また、前記スリーブの内周壁を形成するハイス系合金が遠心力鋳造法により形成されていることを特徴とする。

本発明の圧縮成形機用スリーブの内周壁の少なくとも被圧縮物と接触する部分に形成されるハイス系合金は、ＭＣ炭化物が均一に分散するため従来のダイス鋼などに比べ耐摩耗性に優れる。本発明のハイス系合金の化学組成（質量％）は以下の範囲が好ましい。

Ｃ：１．０〜３．０％
Ｃは、耐摩耗性向上のための炭化物の形成と、基地への固溶による焼入れ・焼戻し時の基地硬さの向上に必要である。Ｃは、耐摩耗性に優れるＭＣ炭化物を形成する。また他の硬質炭化物として、Ｍ₂Ｃ、Ｍ₆Ｃ、Ｍ₇Ｃ₃、Ｍ₄Ｃ₃、Ｍ₂₃Ｃ₆系炭化物を生成する。Ｃが１．０％未満であると耐摩耗性を向上させるために有効な炭化物の晶出が少なく、さらに、基地に固溶するＣが不足し、焼入れによっても十分な基地硬さが得られなくなると同時に高合金化が難しくなる。一方、３．０％を超えると炭化物が粗大化しその晶出量も過大となり必要な靭性が劣化する。

Ｓｉ：０．１〜２．０％
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、またＭ₆Ｃ炭化物中に固溶してＷ、Ｍｏなどの元素を置換して含有されるため、Ｗ、Ｍｏなどの高価な元素の節減を図るために有効である。Ｓｉが０．１％未満では脱酸効果が不足して鋳造欠陥を生じやすい。また、２．０％を超えると脆化が生じやすい。

Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用がある。また、不純物であるＳをＭｎＳとして固定する作用がある。Ｍｎが０．１％未満では脱酸性に乏しい。また、２．０％を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり、安定して十分な硬さを維持できない。

Ｎｉ：０〜４．５％
Ｎｉは焼入性を向上させ高硬度化させる効果を有する。Ｎｉの下限は０％である。４．５％を超えると残留オーステナイトが過剰となりかえって高硬度が得られなくなる。より好ましいＮｉ含有量は２．０％以下である。

Ｃｒ：３．０〜１０．０％
ＣｒはＣと結合し炭化物を晶出生成し、また基地に固溶し基地硬さをあげることで、耐摩耗性を向上させる。Ｃｒが３．０％未満ではその効果が小さい。また、１０．０％を超えると、常温での残留オーステナイトが多くなるので、焼戻し回数が多くなり不経済となる。さらに、Ｃｒは比較的硬さの低いＭ₇Ｃ₃やＭ₂₃Ｃ₆系炭化物を形成し、多量の添加はこれらの炭化物が過剰となり耐摩耗性が劣化する。

Ｍｏ：０．１〜９．０％
ＭｏはＣｒと同様に硬質の炭化物が得られ、また高温で焼戻しを行う場合、その二次硬化に強く寄与する元素である。ＭｏはＣと結合して硬質のＭ₂Ｃ、Ｍ₆Ｃ系炭化物を生成する。Ｍｏが０．１％未満ではその効果が小さい。また、９．０％を超えると、ＣとＶとＭｏのバランスにおいてＭ₂Ｃ、Ｍ₆Ｃ系炭化物が多く晶出しすぎ、靭性が低下する。より好ましいＭｏ含有量は１．０〜８．０％である。

Ｗ：０〜１０．０％
Ｗは、Ｍｏと同様に焼入れ性の向上と基地の高温硬さを得るために必要である。また、ＷはＣｒやＭｏと同様に硬い炭化物を生成する為これらの元素に置換して添加することも有効である。さらに、基地の焼入れ性を上げ、Ｃと結合して硬質のＭ₂Ｃ、Ｍ₆Ｃ系炭化物を生成する。Ｗの下限は０％である。また、１０．０％を超えると、Ｍ₆Ｃ系炭化物が粗大化し脆性が劣化する。より好ましいＷの含有量は１．０〜８．０％である。

Ｖ：１．０〜１０．０％
Ｖは、耐摩耗性の向上に最も寄与する硬質な炭化物であるＭＣを形成する。Ｖが１．０％未満では炭化物の生成が少なく耐摩耗性が劣化する。Ｖが１０．０％を超えると、Ｃ含有量とのバランスにより、初晶としてオーステナイト、もしくはＭＣ、Ｍ₄Ｃ₃系炭化物が晶出する。オーステナイトが初晶で晶出すれば硬さが不十分となる。より好ましいＶの含有量は、４．０〜８．０％である。

Ｃｏ：１０．０％以下
Ｃｏは炭化物の生成とは無関係に基地に固溶し、強靭性を増すとともに高温硬さと耐摩耗性を向上する効果がある。Ｃｏの下限は０％である。Ｃｏが１０．０％を超えるとその効果が飽和し、かつ高価となり不経済となる。

Ｎｂ：１０．０％以下
ＮｂはＶと同様に、耐摩耗性の向上に最も寄与する硬質な炭化物であるＭＣを形成する。Ｎｂの下限は０％である。Ｎｂが１０．０％を超えると、靭性の低下とともにＣ含有量とのバランスにより、初晶としてオーステナイト、もしくはＭＣ、Ｍ₄Ｃ₃系炭化物が晶出する。オーステナイトが初晶で晶出すれば硬さが不十分となる。

ハイス系合金はＶやＣｒを多量に含んだ高合金材であり、炭化物が微細に分散しているため耐摩耗性が十分得られる。ハイス系合金中には、ＭＣ系炭化物、Ｍ₂Ｃ系炭化物、Ｍ₆Ｃ系炭化物、Ｍ₇Ｃ₃系炭化物、Ｍ₄Ｃ₃系炭化物およびＭ₂₃Ｃ₆系炭化物のいずれか一種以上が比較的多く含まれるので耐摩耗性を著しく向上できる。これら炭化物の面積率の総和は２５％以下が好ましく、それより多くなると脆くなるので好ましくない。

また、硬さを確保するために、特に硬質であるＭＣ系炭化物およびＭ₂Ｃ系炭化物の面積率の総和は１０％以上が好ましい。また、針状やネットワーク状の共晶炭化物量が過多になると必要な機械的特性、特に靭性が確保できなくなるが、ＭＣ系炭化物を適切に晶出させることで、Ｍ₂Ｃ系炭化物、Ｍ₇Ｃ₃系炭化物のネットワークを分断し靭性を確保できる。

さらに本発明の圧縮成形機用スリーブは、鋼製の外筒の内面に、ハイス系合金を遠心力鋳造法により形成し金属接合した複合構造であるものが望ましい。遠心力鋳造法は比較的安価に製造できる方法であるので望ましい。

また、耐摩耗性をより向上させるために、形成したハイス系合金の表面に窒化処理を施して窒化物からなる皮膜層を形成するのが好ましい。さらに、金属Ｃｒ粉末を含む溶融塩に浸漬処理を行い、窒化物からなる皮膜層の表面に、Ｃｒの窒化物あるいはＣｒの炭窒化物からなる皮膜層を形成するといっそう耐摩耗性が向上する。

本発明の圧縮成形機用スリーブの実施例について以下に説明する。図１に、本発明例の圧縮成形機用スリーブの概略断面図を示す。図１において、圧縮成形機用スリーブ１は、鋼製の外筒２の内面にハイス系合金３が溶着して構成される。

外筒２は中空円筒状であり、一般構造用鋼で製作した。外筒２の後端側に鉄板を溶接して塞ぎ、この後端側を下にして外筒２を長手鉛直方向に立て、加熱炉内へセットした後、１１００℃に加熱した。

次いで、質量％で、Ｃ：１．９％、Ｓｉ：０．８％、Ｍｎ：０．４％、Ｃｒ：４．８％、Ｍｏ：５．６％、Ｖ：６．５％の成分を持つインゴットを１５４０℃で溶解し、前述の１１００℃に加熱した外筒２の射出口側から溶湯を鋳込んだ。そして素早く射出口側の穴に栓を打ち込み、遠心力鋳造機に移動させた。遠心力鋳造機には、長手方向が水平になるようにセットした。遠心鋳造機を作動させ、１０００ｒｐｍで回転させ、外筒２の外表面温度が、６００℃に達したら回転を停止させ、徐冷炉へ入れた。

回転を停止した後、所定の温度まで空冷し焼入れを行った。その後、歪取り焼鈍および焼きなましを４００〜６００℃で３回行うことにより、圧縮成形機用スリーブ素材を得た。

このようにして得られたスリーブ素材を調査したところ、外筒２の内周壁面に金属接合したハイス系合金３の硬さはＨｓ８３であり、炭化物は主にＭＣ系炭化物が面積率で１４％、Ｍ_２Ｃ系炭化物が５％であった。

次いで、スリーブ素材の外周面、端面および内面を所定の寸法に仕上加工を行った。本発明の圧縮成形機用スリーブ１は、上述の特許文献のようにスリーブ１の外周から内面に貫通するようにホッパ孔を設けてもよい。

このようにして製造した本発明例の圧縮成形機用スリーブを、実機の圧縮成形機に装備し、金属切粉などの被圧縮物を圧縮固化してブリケットの製造に供したところ、従来の軸受鋼やダイス鋼などからなるスリーブに比べ、耐摩耗性に優れ、長期間安定に使用できた。

本発明の圧縮成形機用スリーブによれば、従来の軸受鋼やダイス鋼などからなるスリーブに比べ、耐摩耗性に優れ、長期間安定に使用できる。

本発明例の圧縮成形機用スリーブの概略断面図を示す。

符号の説明

１ 圧縮成形機用スリーブ、 ２ 外筒、 ３ ハイス系合金

Claims (6)

1. 金属切粉などの被圧縮物を圧縮成形し、ブリケットを製造する圧縮成形機に用いられ、その圧縮室を構成するスリーブであって、スリーブの内周壁の少なくとも被圧縮物と接触する部分がハイス系合金でなることを特徴とする圧縮成形機用スリーブ。
2. 前記ハイス系合金が質量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０〜４．５％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ：０．１〜９．０％、Ｗ：０〜１０．０％、Ｖ：１．０〜１０．０％を含有するＦｅ基合金からなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮成形機用スリーブ。
3. 前記ハイス系合金が質量％でさらに、Ｃｏ：１０．０％以下、Ｎｂ：１０．０％以下のうちいずれか一種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の圧縮成形機用スリーブ。
4. 前記ハイス系合金の表面に、窒化物からなる皮膜層を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮成形機用スリーブ。
5. 前記窒化物からなる皮膜層の表面に、Ｃｒの窒化物あるいはＣｒの炭窒化物からなる皮膜層を形成したことを特徴とする請求項４に記載の圧縮成形機用スリーブ。
6. 前記ハイス系合金が遠心力鋳造法により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮成形機用スリーブ。