JP3003845B2 - 複合耐摩耗部材とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は破砕機、粉砕機、混
練機、造粒機、土木用機械、掘削機、輸送機、その他、
産業上の各分野で使用される耐摩耗部材、特に超硬合金
を一体的に鋳包んだ複合鋳造体に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械、装置類のうち、摩耗作用に
直面する部分に使用する部材は消耗品として取り扱わ
れ、該部材の摩耗が進んだため新品と交換する間は該装
置類を停止せざるを得ないから、装置の稼働率向上のた
めには、できるだけ耐摩耗性の優れた材料の開発が求め
られ、当初はそれ自体が耐摩耗性を具えた金属材料、た
とえば１２％Ｍｎ鋳鋼（ハドフィールド鋼）や２７％Ｃ
ｒ鋳鉄が適用されてきたが、特に激しい摩耗の進行する
箇所や、取り替え更新が煩瑣で困難な箇所では、費用の
如何に拘わらずより耐用期間の長い耐摩耗性材料へ置換
したいという要望が強く、これに応えてＷＣ−Ｃｏ成形
体を代表例とする超硬合金と母材金属とを一体的に鋳造
した複合鋳造体が開発され、適用されるようになった。

【０００３】超硬合金と母材金属との複合鋳造体に関す
る開発と研究はきわめて多岐に亘り、相当数の従来技術
が既に提示されている。そのうち、特開昭６４−５７９
６３号公報の従来技術では、耐摩耗部材を鋳造するため
の鋳型の該摩耗面に相当する内部へ層厚Ｔｃｍの焼結炭
化物合金層を置き、自己の融点よりも５０℃乃至１８０
×（１．７５＋Ｔ）℃の高温の溶融状態の白銑組織の鋳
鉄を鋳込んだ製造方法を示している。また、このような
フリーの状態で鋳型内に収めた焼結炭化物は注湯時の流
勢に押されて移動する可能性が否定できないし、摩耗面
が曲面の場合には満足な実施が難しいことから、成形体
として鋳型内にセットして鋳包む方法も提示され、特開
平２−１８７２５０号公報では超硬合金の粉末を焼結成
形した多面体を、その高さや幅で限定した数値より狭い
間隔を以て配設して湯流れと溶着性の課題を解決し、こ
れを鋳包む耐摩耗性金属と一体的に形成する複合鋳造材
を提示している。

【０００４】一方、特開平６−７９４３４号公報では、
図１４でその実施例の１〜２を示すように、金属部材
と、その主たる摩耗面に所定の間隔を以て配列されて埋
め込まれた複数の超硬合金とを具備することを製品の特
徴とする。その構成自体に類似した発想は既に多くの従
来技術にも認められ、必ずしも瞠目に価するとも言えな
いが、摩耗面に対して従来よりも深い内部まで超硬合金
が配置され、長期に亘る耐摩耗性の向上が期待できる点
は評価できるのではないか。

【０００５】その製造方法については図１４（Ａ）でも
例示するように、たとえば鉄板をプレス加工して多数の
孔１０２を穿孔した支持板１０１を製作し、その孔１０
２内へ超硬合金を材料とするピン１０３の平坦な端面側
を嵌合させるのである。そしてピン１０３を多数係止し
た支持板１０１を下にして鋳型１０４内へ収容する。鋳
型１０４の湯口１０５から鋳造用の溶融金属を流し込
み、最終的に図（Ｂ）で示すような耐摩耗性複合体を形
成するとしている。または図（Ｃ）のように支持部材と
して前記の多孔板の代りに２枚以上の金網１０６に多数
の超硬合金を材料とするピン１０３を共通して挿通して
固定し、この多重金網を鋳型内へ収容して溶融金属を注
湯し、凝固によって超硬合金と母材金属が一体的に複合
した耐摩耗性部材を得ることができるとも謳っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち、典型
的な着想の例を幾つか示したが、何れの複合体も部材が
装置に取り付けられ使用されると激しい摩耗作用を受け
る面（以下「摩耗面」という）に母材金属と共に超硬合
金材による粉体または成形体が露呈し、超硬合金が本来
具えている抜群の硬度が耐摩耗性を発揮し、部材の耐用
期間を大幅に延長する効果を挙げている。したがって部
材として納入され装置に装着されて本格的に使用され始
めると、その本領を遺憾なく発揮できるが、問題は本格
使用に至るまでの期間における材質、特に生命線である
耐摩耗性の著しい劣化である。総括的に言えば金属材料
を鋳造によって成形し、材質毎にその材質を最高レベル
にまで高めるためには、各金属材料毎に固有の熱処理を
施す条件が避けられないが、加熱・冷却間に様々な組織
的変化を受け、その結果、特に製品の表面付近では熱影
響による耐摩耗性の喪失に繋がるケースが看過できな
い。また、製造方法自体にも使用期間を大幅に短縮させ
る要因を内蔵するケースもあり、優れた構成を得るに至
る経緯の間に予期せざる劣性を生む確立が高いことに留
意すべきである。

【０００７】第一の課題としては、鋳造時と凝固時、お
よび熱処理時のそれぞれの時機において、耐摩耗性の劣
化を誘発する要素として超硬合金の露呈した表面からの
酸化作用が見逃せない。超硬合金は約８００℃を超える
高温下では酸素との親和力が高く、酸素と共存すれば優
先的に酸化して折角の卓抜した耐摩耗性を失う欠点があ
る。このことを鋳造時について説明すれば、母材金属を
注湯するとき製品の摩耗面に該当する鋳型面上に接して
配設された超硬合金成形体を考えると、注湯後の母材金
属が凝固するにつれて内側へ向って収縮し、鋳型面と溶
湯金属の凝固面との間には必然的に空隙が生じるため、
凝固収縮しない超硬合金の成形体だけがそのまま固定さ
れた位置に留まるから、この空隙内へ吸引され充満した
高温空気が空隙内に突き出した状態で取り残された超硬
合金の形成体の端部を取り囲む結果となる。当然のこと
ながら、超硬合金成形体の端部付近は苛酷な酸化雰囲気
に曝露され、その部分を出発点とした品質の劣化は救い
難い。

【０００８】次に凝固後の鋳造体は材料独自の性質に基
づいて最高の水準まで物性を高めるため熱処理を施す。
材質によって熱処理条件はそれぞれ異なるが、何れの場
合でも鋳造体の表面から特定の範囲の深部に至るまでそ
の影響が顕れる。従って熱処理によって劣化した耐摩耗
性部材の特定の範囲については、超硬合金との複合によ
る耐摩耗性の向上は殆ど無意味であり、如何に超硬合金
によって強化しようとも母材自体が耐摩耗性が極端に低
下しているから、複合鋳造体としたところで共に表面が
損耗せざるを得ず、高価な超硬合金による耐摩耗性の向
上という目的からは背反する一定範囲の厚さがあること
を留意しなければならない。

【０００９】一方、鋳包み方式による複合鋳造体の製造
はきわめて慎重な鋳造方案が必須の要件である。たとえ
ば図１４（Ａ）の従来技術でも経験的に十分にバランス
の取れた溶湯と鋳包み材の関係を確立させた鋳造技術の
裏付けが求められる。本従来技術の実施例によれば、鋳
造用金属としてハイマンガン鋼、ハイクロム鋼、クロム
モリブデン鋼などを挙げ、「これらの鋳造材の融点は約
１２００℃であるため、融点が約１０００℃の支持板
（鉄板）は鋳造材に完全に溶け込んでしまうが……」と
説明しているが、現実には鉄板の融点も前記低合金鋼の
融点とさほど変らず、明らかに冶金的な誤認を犯してお
り、両者が完全に溶け込むと極め付けることはきわめて
危険である。複合鋳造材の耐摩耗性を上げるためには、
超硬合金の配列もさることながら、基地となる母材金属
自体の耐摩耗性も高い方が望ましいことは言うまでもな
い。高耐摩耗材は硬度の高いことが特徴であり、一般に
熱に敏感で割れ易く、複合鋳造体製造上の最大の障害と
なって先人達が苦渋を重ねてきた難題である。安易に１
枚の連続した支持板を鋳包むことは、鋳造材との境界面
に欠陥の発生や金属組織の局部変化を誘発し、相互の面
から離反する亀裂の生じる可能性が多分に存在する。ま
た、たとえば図１４（Ｂ）の実施例でも、鋳造体内に連
続した金網という異物を全断面に亘って張設しているの
であるから、この部分が亀裂、剥離の出発点となって成
長する可能性が高く、それを防ぐために金網を構成する
線材を細くすれば、線材を全面から囲繞する鋳造金属に
急熱されて早期に溶解するか軟化し、挿通していた超硬
合金は拘束から外れてバラバラに散逸する危惧があり、
そのバランスを見極めることは極めて重要であり、煩瑣
で困難であると判断せざるを得ない。

【００１０】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、高耐摩耗性として定評のある金属材料を母材とし、
鋳型内に超硬合金の成形体を配列して鋳包むに当り、従
来技術ではほとんど気付かなかった製造途中における諸
要因による予期せざる耐摩耗性の劣化を防止し、額面通
りの優れた耐摩耗性を装着した初めから十二分に発揮す
る耐摩耗性複合鋳造体と、その合理的な製造方法の提供
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る複合耐摩耗
部材は各種産業用装置・機械類へ装着する部材のうち、
摩耗作用に直面する摩耗面を該部材の母材金属によって
超硬合金を鋳包んで形成する形態に属し、特に装着時に
該摩耗面の表面から各母材金属毎に特定された固有の深
度だけ内部に沈めて端面１１を包被された塊状の超硬合
金成形体１を前記摩耗面から直交する方向へ規則的に配
置した列線１０を形成し、摩耗面の全ての範囲に亘って
埋没させて一体的に溶着したことを構成上の特徴とす
る。なお、この基本形態に対し、前記摩耗面に添って埋
没した超硬合金成形体１の列線１０が内部に向って２列
以上並行して配列し、摩耗強化層の深度を倍増またはそ
れ以上に増強することもある。

【００１２】前記構成の複合耐摩耗部材の製造方法とし
ては、複合耐摩耗部材の形状を転写した鋳型３の摩耗面
に相当する鋳型面３１に対して直角方向で各母材金属毎
に固有の距離Ｓ＝３＋α（ｍｍ）だけ離して超硬合金の
成形体１の端面１１が位置するように配列し、該成形体
１を多数同方向に連結して鋳型３内に固定したことを特
徴とする。

【００１３】この構成および製造方法の特徴を説明する
と、鋳型へ注湯され充満した母材金属の溶湯は、鋳型面
に接した部分から急冷されて表皮層を形成し、その内側
にある溶湯部分も急速に保有熱を失って表皮層から内部
へ向って凝固が進み、凝固と共に容積が収縮するから凝
固表皮層は鋳型面から離れて鋳型面と溶湯表皮面との間
に空隙が生じて高温の空気や蒸発した残留水分が鋳型か
ら進入して、強い酸化性雰囲気の空間を形成する。しか
し本発明ではあらかじめ鋳型面から最低３ｍｍ離れた位
置に超硬合金の成形体の端面が設定されているから、空
隙が形成されて凝固した表皮面が鋳型面から内側へ向っ
て退入しても、なお、内部の溶湯内に留まって高温空気
に曝されることはない。すなわち、注湯時から常温まで
の凝固の過程において、鋳鋼系統であればその全収縮長
さは２２／１０００であり、現在の複合耐摩耗部材の大
多数は摩耗面に直交する全長（肉厚）が１０ｃｍ以下で
あると見られるから、この場合の収縮の全長２．２ｍｍ
と算出され、凝固時の収縮による酸化を防止するだけで
あれば最大２．２ｍｍだけ鋳型面から退入すれば足りる
ことになる。なお、鋳造技術の他の重要な要素としてい
わゆる「湯流れ」を無視することはできない。一般に液
体が流動するときの粘性抵抗には、粘性係数を密度で割
った動粘度（ν＝粘性係数η／密度ρ）が重要であり、
２０℃の水のνを１とした場合、１５５０℃の鉄鋼でν
＝０．５、１４００℃の鋳鉄でν＝０．７であると報告
されている。（加山：「鋳物のはなし」１７ｐ・日本規
格協会発刊） 本来、溶湯の粘性係数が小さく流動性が
よい上に、密度が高いから動粘度νは意外に低く水より
も流れやすいという定説も参酌すれば、前記の収縮長に
対する予防量がそのまま湯流れに必要な空間を兼ねると
見積もれば十分であり、母材金属の材質の如何を問わず
３ｍｍを基本ベースに設定することが適切である。

【００１４】つぎの要素は熱処理である。これは母材金
属の材質毎に著しく異なるし、製品として仕上げた段階
での非健全層の層厚もすべて異なるから、母材金属の種
別毎に個別に最良の数値αを設定しなければならない。
従って熱処理を施さない複合耐摩耗部材についてはα＝
０、すなわち鋳造時の基本ベースである３ｍｍだけでよ
いことになる。母材金属の最終組織はそれぞれ周知の通
り異なり、高クロム鋳鉄系であればセメンタイトとパー
ライトまたはレーデブライト、低合金鋼であればパーラ
イトからトルースタイト、ベイナイト、マルテンサイト
に至るまで多様であり、熱処理時に受ける酸化減耗や非
健全層の程度もすべて異なるので、各種母材金属のαを
文献または実測によって設定する他ない。適切にαを設
定すれば、複合耐摩耗部材を目的の装置・機械類の所定
の位置へ装着し、慣らし運転をすれば前記αに相当する
非健全層が急速に取り除かれて母材金属本来の健全層が
露呈すると同時に、超硬合金の成形体の端面が露呈して
両者相俟って強力な耐摩耗面を顕れて課題を解決する。

【００１５】請求項３以下は本発明のより具体的な実施
形態に係り、超硬合金はＷＣ−Ｃｏ系の焼結合金よりな
るほぼ同一形状で内部に１〜２ケの貫通孔１２を穿孔し
た成形体１で形成し、該成形体同士の間隔Ｄを成形体自
身の肉厚ｔよりも離すようにディスタンスピース１３を
挟んで交互に１本以上の芯金１４へ共通に挿通して１本
の列線１０を形成し、該列線１０の少なくとも一端を鋳
型内に嵌合固定する製造方法を採れば、前記の動粘度ν
よりなる溶湯によって成形体の全周が完全に取り囲ま
れ、全周に亘って一体的に溶着することが確認され、課
題を確実に解決する。

【００１６】母材金属の材質毎の公知の熱処理に対する
αの設定については、まず、母材金属がＭｎ：１１重量
％以上の高マンガン鋼のときは、前記α＝８に設定して
鋳型面３１から端面１１を離して鋳型３内に固定し、鋳
造後約１０５０℃から水靱処理を施して製品に仕上げ、
装置・機械類の所定の位置へ装着して初期の運転によっ
て不健全な表皮層２１を急速に離脱させると共に、健全
層２２と超硬合金成形体１の端面１１が同時に摩耗面に
露呈することが要件である。図２は高マンガン鋼を水靱
処理を施したときの表面からの距離（深度）と炭素含有
量の変動をプロットした図表（金属熱処理技術便覧・６
００ｐ・日刊工業新聞社発刊）であり、周知の脱炭層の
範囲が約８ｍｍに及ぶことを示している。因みに図３
（Ａ）は高マンガン鋼の健全層の顕微鏡写真（４００
倍）であり、同図（Ｂ）は非健全層（脱炭層）の顕微鏡
写真である。したがってα＝８として前記のベース３ｍ
ｍに加算して鋳型面から離して成形体端面を固定すれば
最良の結果となる。

【００１７】同様に母材金属２がＣ＜１．０重量％、か
つＮｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｗ，の中から選ばれた
１乃至２以上の添加成分の合計が１０重量％以下の低合
金鋼であれば、α＝３と設定して成形体１を鋳型内に固
定し、鋳造後オーステナイト領域温度からの急冷と該領
域以下の低温度からの徐冷などの調質熱処理を施すこと
が要件となる。

【００１８】母材金属２がＣ＞２．５重量％，Ｃｒ：４
〜３０重量％、およびその他の少量の添加成分を含むこ
ともある高クロム鋳鉄の場合には、複合耐摩耗部材とし
て使用される条件に対応して熱処理が大きく変えられ
る。鋳造後にオーステナイト領域温度から急冷または徐
冷する熱処理を施すときには、前記α＝２と設定して鋳
型３内に成形体１を固定することが条件となる。図４は
出願人が実験的に確認した高クロム鋳鉄の前記オーステ
ナイト領域に達する熱処理後の硬度軟化層の層厚を試験
した結果であり、母材金属表面から深度２ｍｍまで劣化
（軟化）することが数値的に明確に立証されている。こ
の現象は鋳造時に形成された基地オーステナイトがオー
ステナイト領域での加熱中に脱炭を生じ、加熱保持中に
基地に２次析出するカーバイト（クロムー鉄炭化物）が
少なくなり、かつ焼入時に低Ｃのマルテンサイトとなっ
て硬度低下を来すのが主な原因ではないかと推測され
る。この推定の根拠として、一次晶出の共晶炭化物の共
晶温度が、２７％Ｃｒ鋳鉄で１２７０℃、また、２０％
Ｃｒ鋳鉄では１２３０℃位であるから、１０５０℃にお
いて炭化物の固溶分解は起らない。一方、鋳放し時の基
地では０．６Ｃ−１３Ｃｒ鋼と見なせるから、１０５０
℃の加熱中に（Ｃｒ・Ｆｅ）₂₃Ｃ₆系炭化物が二次析出
し、焼入時にその炭化物周辺がマルテンサイト変態を起
こすことが考えられる。図５（Ａ）は高クロム鋳鉄の健
全層の顕微鏡写真（４００倍）であり、同（Ｂ）は非健
全層（軟化層）の顕微鏡写真である。したがってこの場
合α＝２が要件である。しかし、高クロム鋳鉄にかかる
熱処理を必ず施すとは限らず熱処理を省くか、または低
温の応力除去焼鈍だけの場合もあり、熱処理がなければ
α＝０であり、低温の応力除去焼鈍であればα＝１と設
定して成形体１を鋳型３へ固定することで課題を解決す
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の一つを
示し、図１（Ａ）は超硬合金の成形体１を多数連結して
形成した超硬合金の列線１０の正面図、図１（Ｂ）は同
側面図である。超硬合金は公知のＷＣ−Ｃｏ焼結体を成
形して形成し、中心部に貫通孔１２を具えた円盤状の形
状からなり、鋳型内の摩耗面に相当する鋳型面に接近し
た所定の位置へ取り付けるために、成形体１同士の間に
少なくとも成形体１の肉厚ｔよりも大きい長さＤからな
り、直径は該成形体よりも短径のディスタンスピース１
３を挟んで芯金１４を貫通孔へ挿通し、纏まった１本の
列線１０を形成する。芯金１４とディスタンスピース１
３は普通鋼（ＳＳ材）を原材料とし、何れも母材金属の
溶湯を注湯後、該列線の周辺が凝固を完了するまでは列
線としての姿勢を崩すことのない限度において、薄肉化
を図って一体的に溶着するように設定することが望まし
い。

【００２０】図１（Ｃ）は前記の成形体１で形成した列
線１０を竪型ロールミルの摩耗部材である円筒形のロー
ルに適用した場合の片側半分だけを示し、ロールの形状
を転写した鋳型３のうち、主な摩耗面に相当する鋳型面
３１に接近して２本並行して成形体の列線１０を固定し
た鋳型内へ母材金属２を注湯した直後の状態を示し、円
盤状の成形体の外周面に当る端面１１から鋳型面までの
距離Ｓ＝３＋αで定められ、同時にこの主摩耗面と直交
する上下面の摩耗面側、すなわち、円筒体の複合耐摩耗
部材の上下の両コーナ部分の耐摩耗性も一躍強化するた
めに成形体の側面１５についても前記のＳ＝３＋αの原
則を適用して鋳型面から離して取り付け、芯金１４の両
端はそれぞれ上型３２、下型３３に凹設した幅木３４に
嵌合して位置を不動に固定する。なお、この実施形態で
はロールの中空部を形成するために主中子３５を別に成
形して下型３３に凹設した主幅木３６へ嵌合することは
言うまでもなく、また、鋳型形成に必須である湯口、
堰、押湯など通常の方案上の部分の表示は省略してい
る。

【００２１】図６は超硬合金の成形体の別の形態を示し
たものであり、図１の成形体の端面１１が円周面である
のに対し、角形（Ａ）、三角形（Ｂ）、六角形（Ｃ）を
それぞれ示し、その他、これらの形態に限らず成形体の
形状自体に特に限定すべき条件はない。図７（Ａ）〜
（Ｄ）は芯金１４を挿通する貫通孔１２が２箇所穿孔さ
れた成形体の別の形態を示し、この場合でも楕円形
（Ａ）の他、長方形（Ｂ）、三角形（Ｃ）、長六角形
（Ｄ）などからなり、図（Ｅ）のようにディスタンスピ
ース１３を挟んで列線を形成したとき、図１のケースよ
りも２本の列線を同時に形成するため成形体に対する拘
束力が大きくなり、鋳型内への取り付けも安定するとい
う利点がある。

【００２２】装置・機械類に使用される耐摩耗部材の種
類はきわめて多く、その形状も千差万別である。したが
って製造方法に何かの制約を伴うような発明は特定の場
合には好評であったとしても、すべてのケースを網羅す
ることが叶わず、それだけ利用価値を下落させる原因と
なる。本発明の強みはどのような形状の耐摩耗部材の強
化にも無制限に実施できるという点にあり、その意味で
は万能である。しかし、摩耗と総括して呼称するもの
の、その実態には大きな開きがあり、強い衝撃を伴うも
の、いわゆるアブレッシーブな擦り減らす摩耗、表面か
らむしり取るような応力を伴う摩耗など細かく分類すれ
ばきわめて多岐に亘るから、摩耗の特性に適合した母材
金属と形状を伴わなければ、本発明の最大の機能を享受
することは難しいことも事実である。

【００２３】以下の各図に種々の実施形態を纏めて示す
が、なお、望ましくは適切な母材金属と超硬合金成形体
の配置を如何に選択するかに懸っていることは言うまで
もない。図８は図１と同様に竪型ロールミルのロールと
して一般に多用される円錐形のロールの鋳型であり、主
たる摩耗面は傾斜した曲面で形成され、全曲面に対して
耐摩耗性を飛躍的に強化する超硬合金の成形体を鋳包ん
で耐用期間を３倍以上に延伸した実例が報告されてい
る。図９は板状の耐摩耗性ライナーであり、図（Ａ）は
両面を強化して片面が摩耗退入すれば反転して残る片面
を摩耗面として使用し、本来の複合耐摩耗部材採用によ
るメリットをさらに倍化した例である。図（Ｂ）は通常
の片面だけの強化でありライナーの全長がきわめて大き
くなるので、成形体の列線１０が中途で撓まないように
「ケレン」と呼ばれる支持金具３７を列線間に介装して
不動の位置に固定するように図っている。図１０は一部
材に二面の摩耗面がある場合の対応であり、図１１は六
角柱体、図１２は円柱状、図１３は断面がＵ形の内張り
ライナーなどによく適用される形態である。何れも適
宜、必要に応じて中子、幅木、ケレンなどの一般鋳造技
術を駆使して、摩耗面に相当する鋳型面に対向して前記
の原則に基づく超硬合金の成形体による列線を鋳包んで
集中的な耐摩耗性の強化を図る。図で例示したように摩
耗面が曲面であっても、列線を繋ぎ止める芯金を同じ曲
率で形成すれば、完全に整合した強化層を形成するか
ら、如何なる形状の複合耐摩耗部材に対しても万能であ
る。

【００２４】

【実施例】耐摩耗材と総称されるが、その実施の対象は
摩耗の態様をよく見極めて決定することが何よりも重要
であるる。超硬合金の成形体を鋳包むことによって耐摩
耗性自体が飛躍的に向上しても、母材金属が摩耗の態様
に不適当であれば、その威力は発揮されることなく早期
に損耗、乃至は破壊されるから、母材金属の選択は従来
以上に慎重でなければ発明の価値が失われる。しかし、
従来の母材金属だけの耐摩耗材と同一母材金属を適用し
た複合耐摩耗部材とを比較すれば、少なくとも３倍以上
の耐摩耗性が発揮されることは確認している。たとえば
クロム−モリブデン鋼を母材金属とした複合耐摩耗部材
を１０５０℃で熱処理し、ショベルカーのバケットの歯
（ツース）として使用した場合、従来の母材金属だけで
構成した歯よりも３倍の耐用期間を記録した。ニッケル
−クロム−モリブデン鋼を９５０℃で熱処理した複合耐
摩耗部材についても同様であるが、低合金鋼の中でも当
然、靱性を重視すべき部材と、耐摩耗性を重視して高硬
度を指向する部材とでは、成分も熱処理も異なることは
言うまでもない。

【００２５】一方、２７％Ｃｒを代表例とする高クロム
鋳鉄は、硬度が抜群に高いがそれだけ衝撃に対する抵抗
力が小さく、衝撃を受けていわゆる「カケ割れ」を生じ
るような摩耗対象には不適当である。しかし、擦過摩
耗、すなわちアブレーシブと呼ばれる擦り摩耗には極め
て適性があり、各種の粉粒体などが通過する系路の内張
りライナーには他に匹敵できる材質が見当らない程優れ
ている。しかし装置などの系路でライナー類が摩耗して
も容易に取り替えにくい箇所が多いから、超硬合金の成
形体によって耐摩耗性が倍増すれば、装置メンテナンス
コストに及ぼすメリットは計り知れないものがある。

【００２６】１２％Ｍｎを代表例とする高マンガン鋼
は、取り付け当初の硬度は低いが、表面に加えられる衝
撃などによって表面から加工硬化すると共に耐摩耗性が
一躍向上するという特殊な態様を示すが、この場合でも
超硬合金の成形体を鋳包むことによる飛躍的な耐摩耗性
の向上が見込まれる。これらの材質的な適用の適否は到
底一括して表示することはできないほど多岐に亘る諸要
素が相互に絡んでくるので多くのフィールドテストの蓄
積が必要である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上述べた通り、装置・機械類
の摩耗作用に直撃される箇所に使用される耐摩耗部材の
飛躍的な機能向上に係り、従来技術が抱えていた種々の
課題を解決した。特に鋳造時において母材金属が凝固収
縮するとき、超硬合金成形体が苛酷な酸化性雰囲気に露
出するために生じる耐摩耗性の大幅な劣化、熱処理時に
従来は製品表面に露呈している超硬合金の端面が酸化減
耗して耐摩耗性を著しく損うという重大な欠陥に着目
し、この欠陥を是正して超硬合金本来の抜群の耐摩耗性
を１００％発揮させるようにしたから、その技術的、経
済的な価値はきわめて大きく算定される。

【００２８】本発明では各材質毎に成分の特徴と固有の
熱処理の相違点に基づいて最適の鋳造方案を案出した。
その結果、鋳造時における母材金属の凝固収縮に対応し
た適切な位置に超硬合金成形体の列線を鋳包むことと
し、溶湯の流動性の要素を重ねて成形体の機能を最終ま
で損わないように万全を期した。同時に各材質毎に固有
の熱処理に適応する要素を重ねて、製品表面に不可避的
に生じる非健全層が装置・機械類の初期運転で速やかに
取り除かれると同時に、母材金属の健全層と超硬合金の
成形体端面が一挙に露呈し、苛酷な摩耗条件に立ち向か
うという理想的、かつ画期的な機能を実現する効果を上
げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の成形体の列線の正面図
（Ａ）、同側面図（Ｂ）、および該列線を取り付けた鋳
型の正面図（Ｃ）である。

【図２】高マンガン鋼の表面の非健全層（脱炭層）の炭
素−表面からの距離の関係図である。

【図３】高マンガン鋼の健全層（Ａ）と非健全層（脱炭
層）（Ｂ）のそれぞれの顕微鏡写真（×４００）であ
る。

【図４】高クロム鋳鉄表面の非健全層の硬度（Ｈｓ）と
表面からの距離の関係図である。

【図５】高クロム鋳鉄の健全層（Ａ）と非健全層（軟化
層）（Ｂ）のそれぞれの顕微鏡写真（×４００）であ
る。

【図６】成形体で形成した列線の他の形態の側面図を
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）で示す。

【図７】成形体の列線のさらに別の形態の側面図を
（Ａ）〜（Ｄ）で示すと共に、図（Ａ）の成形体の列線
の正面図を（Ｅ）で示す。

【図８】本発明の別の形態の鋳型の正面図を示す。

【図９】さらに別の形態の鋳型の２方式の正面図を
（Ａ）（Ｂ）で示す。

【図１０】さらに別形態の鋳型の正面図である。

【図１１】さらに別形態の鋳型の正面図である。

【図１２】さらに別形態の鋳型の正面図である。

【図１３】さらに別形態の鋳型の正面図である。

【図１４】従来技術の製造方法の斜視図（Ａ）とその製
品（Ｂ−１，Ｂ−２）および別の実施例の縦断正面図
（Ｃ）である。

【符号の説明】

１ 成形体 ２ 母材金属 ３ 鋳型 10 列線 11 端面 12 貫通孔 13 ディスタンスピース 14 芯金 15 側面 31 鋳型面 32 上型 33 下型 34 幅木 35 主中子 36 主幅木 37 ケレン Ｓ 鋳型面から超硬合金成形体の端面までの距離 Ｄ 列線間の距離 ｔ 成形体の肉厚

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生田 伸 大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会社栗本鐵工所内 (56)参考文献 特開 平10−34313（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−192819（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−303956（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−79434（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−82263（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−144802（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 19/00 B22D 19/02

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種産業用装置・機械類へ装着する部材
   のうち、摩耗作用に直面する摩耗面を該部材の母材金属
   によって超硬合金を鋳包んで形成した複合耐摩耗部材に
   おいて、該摩耗面の表面から各母材金属２毎に特定され
   た固有の深度だけ内部に沈めて端面１１を包被された塊
   状の超硬合金による成形体１を前記摩耗面から直交する
   方向へ規則的に配置した列線１０を形成し、摩耗面の全
   ての範囲に亘って埋没させて一体的に溶着したことを特
   徴とする複合耐摩耗部材。
2. 【請求項２】 請求項１において前記摩耗面に添って埋
   没した超硬合金の成形体１の列線１０が内部に向って２
   列以上並行して配列したことを特徴とする複合耐摩耗部
   材。
3. 【請求項３】 複合耐摩耗部材の形状を転写した鋳型３
   の摩耗面に相当する鋳型面３１に対して直角方向で各母
   材金属毎に固有の距離Ｓ＝３＋α（ｍｍ）だけ離して超
   硬合金の成形体１の端面１１が位置するように配列し、
   該成形体１を多数同方向に連結して鋳型３内に固定した
   ことを特徴とする複合耐摩耗部材の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、超硬合金はＷＣ−Ｃ
   ｏ系の焼結合金よりなるほぼ同一形状で内部に１〜２ケ
   の貫通孔１２を穿孔した成形体１で形成し、該成形体同
   士の間隔Ｄを成形体自身の肉厚ｔよりも離すようにディ
   スタンスピース１３を挟んで交互に１本以上の芯金１４
   へ共通に挿通して１本の列線１０を形成し、該列線１０
   の少なくとも一端を鋳型内に嵌合固定することを特徴と
   する複合耐摩耗部材の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３乃至４において、母材金属はＭ
   ｎ：１１重量％以上の高マンガン鋼であり、前記α＝８
   に設定して鋳型面３１から端面１１を離して鋳型３内に
   固定し、鋳造後約１０５０℃から水靱処理を施して製品
   に仕上げ、装置・機械類の所定の位置へ装着して初期運
   転で非健全層を離脱させると共に、健全層と超硬合金の
   成形体１の端面１１が同時に摩耗面に露呈することを特
   徴とする複合耐摩耗部材の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、母材金属２はＣ＜
   １．０重量％、かつＮｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｗ，
   の中から選ばれた１乃至２以上の添加成分の合計が１０
   重量％以下の低合金鋼であり、α＝３と設定して成形体
   １を鋳型内に固定し、鋳造後オーステナイト領域温度か
   らの急冷と該領域以下の低温度からの徐冷などの調質熱
   処理を施すことを特徴とする複合耐摩耗部材の製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項５において、母材金属２はＣ＞
   ２．５重量％，Ｃｒ：４〜３０重量％、およびその他の
   少量の添加成分を含むこともある高クロム鋳鉄であり、
   前記α＝２と設定して鋳型３内に成形体１を固定し、鋳
   造後にオーステナイト領域温度から急冷または徐冷する
   ことを特徴とする複合耐摩耗部材の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７において鋳造後の熱処理が低温
   の応力除去焼鈍だけのときは、α＝１と設定し、また、
   熱処理を施さず鋳放しのままで使用するときはα＝０と
   設定して成形体１を鋳型３へ固定することを特徴とする
   複合耐摩耗部材の製造方法。