JP3368181B2 - 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 - Google Patents
非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム等の
非鉄金属溶湯と接触するダイカストマシンの射出部構成
材料等として有用な耐腐食溶損性，耐摩耗性等にすぐれ
た、金属−セラミックス複合焼結合金に関する。 【０００２】 【従来の技術】ダイカストマシンは、アルミニウム，亜
鉛，銅，鉛，錫、またはこれらを主体とする非鉄金属製
品を高速・高精度で鋳造することができ、自動車，産業
機械，家電製品等における各種構成部材の製造法として
重要な地位を占めている。ダイカストマシンの射出部を
構成するプランジャースリーブ，ピストン，チップ，湯
口スリーブ等の部材料として、従来よりＳＫＤ６１に代
表される熱間金型用合金工具鋼（ＪＩＳ Ｇ４４０４）
が使用されてきた。しかし、溶融金属に対する腐食溶損
抵抗性が十分でなく、プランジャースリーブでは、腐食
溶損とピストンの摺動に伴う摩耗作用が重畳して摩耗損
傷が進み易く、メンテナンスに多大のコスト・労力を必
要とする。部材の腐食・摩耗等の表面損傷は、鋳造金属
溶湯を汚染し、ダイカスト鋳造製品の品質に悪影響を及
ぼすことにもなる。この対策として、緻密質窒化珪素等
のエンジニアリングセラミックス製品、あるいはチタン
合金粉末とセラミックス粉末の混合物を焼結処理して製
造される、金属−セラミックス複合焼結品などを適用す
ること等が提案されている（特開平2-280953号公報, 特
開平5-140692号公報, 特公平7-84601 号公報等）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】窒化珪素等のセラミッ
クス焼結製品は、溶融アルミニウム等に対する卓抜した
腐食抵抗性を有し、耐摩耗性にもすぐれている反面、靱
性に乏しく、プランジャースリーブ等のように機械衝撃
の負荷が大きい部材では安定な使用を期し難い。チタン
合金とセラミックスからなる複合焼結合金は、２材種の
複合効果として、セラミックス単体材料の欠点を回避し
つつ、耐腐食溶損性，耐摩耗性等を改善しようとするも
のである。本発明は、非鉄金属溶湯用部材として使用さ
れる複合焼結合金の材料特性を向上安定化することを目
的としてなされたものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の複合焼結合金
は、炭化クロム１３〜３５重量％，残部チタンからなる
粉末混合物を焼結することにより製造される、Ti-Cr 合
金からなるマトリックスに、炭化チタン粒子が分散した
複合組織を有する焼結体であることを特徴としている。 【０００５】本発明の複合焼結合金は、Ti-Cr 合金をマ
トリックスとして、これに分散相粒子として炭化チタン
粒子が分散した組織を有する。この複合組織は、焼結処
理中に生じる下記の反応: ２Ｔｉ＋Ｃｒ3 Ｃ2 →２ＴｉＣ＋３Ｃｒ …〔１〕 により形成される。すなわち、焼結原料中の炭化クロム
は、その全量をチタンとの反応に消費され、反応生成物
として析出する炭化チタンが、製品焼結体の分散相粒子
となる。また、生成するクロムはチタンに固溶してTi-C
r 合金のマトリックスを形成する。 【０００６】上記Ti-Cr 合金のマトリックスは、チタン
による優れた耐食性と、クロムの固溶効果による高耐摩
耗性を有し、炭化チタン粒子は分散効果として焼結合金
の硬度・耐摩耗性を更に高める。Ti-Cr 合金のクロム含
有量は約12.3〜40重量％であり、複合組織に占める分散
相粒子（炭化クロム）の比率〔マトリックス金属100重
量部に対する量比〕は約4.7 〜15.2である。前記反応で
生成する炭化チタンは、極微細粒子としてマトリックス
に分散析出する。その複合組織は、焼結原料中のセラミ
ックス粉末の粒子を製品焼結体の分散相粒子とする従来
の複合焼結合金に比し著しく微細均一である。微細均一
な混相組織が形成されることは、複合焼結合金の高硬度
化・高耐摩耗化に付随する延靱性の低下を抑制し、構造
部材としての適性を保持するのに有効である。 【０００７】 【発明の実施の形態】焼結原料中の炭化クロム粉末の配
合量を１３重量％以上としているのは、それより少ない
と、製品焼結体の分散相となる炭化チタン，およびマト
リックス合金（Ti-Cr 合金）の形成に必要なクロムの生
成量が少なく、炭化チタン粒子の分散強化作用およびク
ロムの固溶効果が不足し、結果として製品焼結体の硬度
・耐摩耗性の改善効果が不十分となるからである。配合
量の上限を３５重量％としたのは、それを超えると、ク
ロムおよび炭化チタンの過剰生成により、製品焼結体が
脆弱化し、構造部材料としての適性を損うからである。 【０００８】炭化クロムとチタンからなる混合物の焼結
は、加圧下の加熱処理により行われる。その焼結手法と
して、熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）が好適であ
る。ＨＩＰ処理によれば、高加圧力の均一な作用下に、
製品焼結体の形状・サイズの如何を問わず、高緻密質の
複合焼結体を製造する得ることができる。そのＨＩＰ処
理は、温度: 約950 〜1100℃，加圧力: 約 80 〜120 Ｍ
Ｐａの条件下に前記反応を効率的に達成することができ
る。 【０００９】 【実施例】チタン粉末（粒度:-350 メッシュ) と炭化ク
ロム（平均粒径 3μｍ）の混合物を金属カプセルに充填
し、脱気密封してＨＩＰ処理する（温度:950℃，加圧
力:110ＭＰａ，処理時間: 2 Hr）。得られた焼結体から
試験片を採取して機械性質および耐食性を測定する。 【００１０】〔曲げ強度の測定〕三点曲げ試験（JIS R
1601）による。 試験片サイズ: 3 × 4× 50 (mm) スパン距離: 30 mm 試験温度: 常温 【００１１】〔耐摩耗性試験〕理研−大越式迅速摩耗試
験機により、試験片を相手材（回転輪）に押付け一定時
間後の摩擦面の比摩耗量(x10-8mm3 / kg・ mm) を測定。 試験片サイズ: 40×20×10 (mm) 相手材: SUJ 鋼製リング 摩擦速度: 1.93 m/ 秒 摩擦距離: 600 m 最終荷重: 6.2 kgf 【００１２】〔耐食性試験〕アルミ合金溶浴中に試験片
を所定時間浸漬した後、試験片表面の溶損層厚（mm）を
測定し、合金工具鋼ＳＫＤ６１の溶損層厚を１とする比
率を算出する。 試験片サイズ: 40×17×5.5 (mm) 浴組成: Al-9.5Si-3.0Cu（JIS H 5202 AC 4B) 浴温度: 750 ℃ 浸漬時間: 24 Hr 【００１３】表１に供試材の原料組成，製品焼結体の組
成および試験結果を示す。発明例No.1〜3 は、従来の代
表的な非鉄溶湯用材料である合金工具鋼（No.6)に比
し、非鉄金属溶湯に対する卓抜した腐食抵抗性および摩
耗抵抗性を兼備している。比較例No.4及びNo.5は、発明
例と同様に、炭化クロムとチタンの混合粉末を使用し、
焼結過程の前記反応〔１〕を行わせて得られた複合焼結
合金であるが、No.4は、原料中の炭化クロム配合量の不
足のため、製品焼結体の硬度・耐摩耗性の改善効果が不
足し、No.5では、配合量が過剰であるために靱性に乏し
く、いずれも発明例に及ばない。 【００１４】 【表１】 【００１５】 【発明の効果】本発明の複合焼結合金は、焼結過程の反
応により形成された、Ti-Cr 合金マトリックスと微細な
析出生成物である炭化チタン粒子からなる複合組織を有
することにより、ダイカストマシンの射出部構成材等と
して必要な非鉄金属溶湯に対する高い腐食抵抗性，耐摩
耗性等を有し、部材の耐用寿命の向上・メンテナンスの
軽減、鋳造操業の効率化、溶湯の汚染低減・鋳造品質の
向上等に寄与するものである。
非鉄金属溶湯と接触するダイカストマシンの射出部構成
材料等として有用な耐腐食溶損性，耐摩耗性等にすぐれ
た、金属−セラミックス複合焼結合金に関する。 【０００２】 【従来の技術】ダイカストマシンは、アルミニウム，亜
鉛，銅，鉛，錫、またはこれらを主体とする非鉄金属製
品を高速・高精度で鋳造することができ、自動車，産業
機械，家電製品等における各種構成部材の製造法として
重要な地位を占めている。ダイカストマシンの射出部を
構成するプランジャースリーブ，ピストン，チップ，湯
口スリーブ等の部材料として、従来よりＳＫＤ６１に代
表される熱間金型用合金工具鋼（ＪＩＳ Ｇ４４０４）
が使用されてきた。しかし、溶融金属に対する腐食溶損
抵抗性が十分でなく、プランジャースリーブでは、腐食
溶損とピストンの摺動に伴う摩耗作用が重畳して摩耗損
傷が進み易く、メンテナンスに多大のコスト・労力を必
要とする。部材の腐食・摩耗等の表面損傷は、鋳造金属
溶湯を汚染し、ダイカスト鋳造製品の品質に悪影響を及
ぼすことにもなる。この対策として、緻密質窒化珪素等
のエンジニアリングセラミックス製品、あるいはチタン
合金粉末とセラミックス粉末の混合物を焼結処理して製
造される、金属−セラミックス複合焼結品などを適用す
ること等が提案されている（特開平2-280953号公報, 特
開平5-140692号公報, 特公平7-84601 号公報等）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】窒化珪素等のセラミッ
クス焼結製品は、溶融アルミニウム等に対する卓抜した
腐食抵抗性を有し、耐摩耗性にもすぐれている反面、靱
性に乏しく、プランジャースリーブ等のように機械衝撃
の負荷が大きい部材では安定な使用を期し難い。チタン
合金とセラミックスからなる複合焼結合金は、２材種の
複合効果として、セラミックス単体材料の欠点を回避し
つつ、耐腐食溶損性，耐摩耗性等を改善しようとするも
のである。本発明は、非鉄金属溶湯用部材として使用さ
れる複合焼結合金の材料特性を向上安定化することを目
的としてなされたものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の複合焼結合金
は、炭化クロム１３〜３５重量％，残部チタンからなる
粉末混合物を焼結することにより製造される、Ti-Cr 合
金からなるマトリックスに、炭化チタン粒子が分散した
複合組織を有する焼結体であることを特徴としている。 【０００５】本発明の複合焼結合金は、Ti-Cr 合金をマ
トリックスとして、これに分散相粒子として炭化チタン
粒子が分散した組織を有する。この複合組織は、焼結処
理中に生じる下記の反応: ２Ｔｉ＋Ｃｒ3 Ｃ2 →２ＴｉＣ＋３Ｃｒ …〔１〕 により形成される。すなわち、焼結原料中の炭化クロム
は、その全量をチタンとの反応に消費され、反応生成物
として析出する炭化チタンが、製品焼結体の分散相粒子
となる。また、生成するクロムはチタンに固溶してTi-C
r 合金のマトリックスを形成する。 【０００６】上記Ti-Cr 合金のマトリックスは、チタン
による優れた耐食性と、クロムの固溶効果による高耐摩
耗性を有し、炭化チタン粒子は分散効果として焼結合金
の硬度・耐摩耗性を更に高める。Ti-Cr 合金のクロム含
有量は約12.3〜40重量％であり、複合組織に占める分散
相粒子（炭化クロム）の比率〔マトリックス金属100重
量部に対する量比〕は約4.7 〜15.2である。前記反応で
生成する炭化チタンは、極微細粒子としてマトリックス
に分散析出する。その複合組織は、焼結原料中のセラミ
ックス粉末の粒子を製品焼結体の分散相粒子とする従来
の複合焼結合金に比し著しく微細均一である。微細均一
な混相組織が形成されることは、複合焼結合金の高硬度
化・高耐摩耗化に付随する延靱性の低下を抑制し、構造
部材としての適性を保持するのに有効である。 【０００７】 【発明の実施の形態】焼結原料中の炭化クロム粉末の配
合量を１３重量％以上としているのは、それより少ない
と、製品焼結体の分散相となる炭化チタン，およびマト
リックス合金（Ti-Cr 合金）の形成に必要なクロムの生
成量が少なく、炭化チタン粒子の分散強化作用およびク
ロムの固溶効果が不足し、結果として製品焼結体の硬度
・耐摩耗性の改善効果が不十分となるからである。配合
量の上限を３５重量％としたのは、それを超えると、ク
ロムおよび炭化チタンの過剰生成により、製品焼結体が
脆弱化し、構造部材料としての適性を損うからである。 【０００８】炭化クロムとチタンからなる混合物の焼結
は、加圧下の加熱処理により行われる。その焼結手法と
して、熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）が好適であ
る。ＨＩＰ処理によれば、高加圧力の均一な作用下に、
製品焼結体の形状・サイズの如何を問わず、高緻密質の
複合焼結体を製造する得ることができる。そのＨＩＰ処
理は、温度: 約950 〜1100℃，加圧力: 約 80 〜120 Ｍ
Ｐａの条件下に前記反応を効率的に達成することができ
る。 【０００９】 【実施例】チタン粉末（粒度:-350 メッシュ) と炭化ク
ロム（平均粒径 3μｍ）の混合物を金属カプセルに充填
し、脱気密封してＨＩＰ処理する（温度:950℃，加圧
力:110ＭＰａ，処理時間: 2 Hr）。得られた焼結体から
試験片を採取して機械性質および耐食性を測定する。 【００１０】〔曲げ強度の測定〕三点曲げ試験（JIS R
1601）による。 試験片サイズ: 3 × 4× 50 (mm) スパン距離: 30 mm 試験温度: 常温 【００１１】〔耐摩耗性試験〕理研−大越式迅速摩耗試
験機により、試験片を相手材（回転輪）に押付け一定時
間後の摩擦面の比摩耗量(x10-8mm3 / kg・ mm) を測定。 試験片サイズ: 40×20×10 (mm) 相手材: SUJ 鋼製リング 摩擦速度: 1.93 m/ 秒 摩擦距離: 600 m 最終荷重: 6.2 kgf 【００１２】〔耐食性試験〕アルミ合金溶浴中に試験片
を所定時間浸漬した後、試験片表面の溶損層厚（mm）を
測定し、合金工具鋼ＳＫＤ６１の溶損層厚を１とする比
率を算出する。 試験片サイズ: 40×17×5.5 (mm) 浴組成: Al-9.5Si-3.0Cu（JIS H 5202 AC 4B) 浴温度: 750 ℃ 浸漬時間: 24 Hr 【００１３】表１に供試材の原料組成，製品焼結体の組
成および試験結果を示す。発明例No.1〜3 は、従来の代
表的な非鉄溶湯用材料である合金工具鋼（No.6)に比
し、非鉄金属溶湯に対する卓抜した腐食抵抗性および摩
耗抵抗性を兼備している。比較例No.4及びNo.5は、発明
例と同様に、炭化クロムとチタンの混合粉末を使用し、
焼結過程の前記反応〔１〕を行わせて得られた複合焼結
合金であるが、No.4は、原料中の炭化クロム配合量の不
足のため、製品焼結体の硬度・耐摩耗性の改善効果が不
足し、No.5では、配合量が過剰であるために靱性に乏し
く、いずれも発明例に及ばない。 【００１４】 【表１】 【００１５】 【発明の効果】本発明の複合焼結合金は、焼結過程の反
応により形成された、Ti-Cr 合金マトリックスと微細な
析出生成物である炭化チタン粒子からなる複合組織を有
することにより、ダイカストマシンの射出部構成材等と
して必要な非鉄金属溶湯に対する高い腐食抵抗性，耐摩
耗性等を有し、部材の耐用寿命の向上・メンテナンスの
軽減、鋳造操業の効率化、溶湯の汚染低減・鋳造品質の
向上等に寄与するものである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 1/04 - 1/05
C22C 1/10
C22C 29/00 - 29/18
C22C 32/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）１３〜３５重
量％,残部チタンからなる粉末混合物を焼結原料とし、
焼結処理において、次式： ２Ｔｉ＋Ｃｒ３Ｃ２→２ＴｉＣ＋３Ｃｒ で示される、炭化クロムの全量とチタンとの反応を行な
わせることにより、上記反応で生成したクロムがチタン
に固溶してなるＴｉ−Ｃｒ合金からなるマトリックス
に、上記反応で生成した炭化チタン粒子が分散した複合
組織からなる焼結体を形成することを特徴とする非鉄金
属溶湯用複合焼結合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21689497A JP3368181B2 (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21689497A JP3368181B2 (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1161318A JPH1161318A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3368181B2 true JP3368181B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=16695589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21689497A Expired - Fee Related JP3368181B2 (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368181B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110273079B (zh) * | 2018-11-22 | 2021-06-01 | 无锡银邦防务科技有限公司 | 一种铝合金/陶瓷复合材料及制备方法 |
-
1997
- 1997-08-12 JP JP21689497A patent/JP3368181B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1161318A (ja) | 1999-03-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |