JP3857996B2 - 金属複合材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒状のサーメット材を鋳物金属で鋳包んだ金属複合材を製造する金属複合材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、サーメット材は、金属切削用のバイトやカッターなどの工具に用いられているが、使用済みのものにおいては、これを再利用するために、例えば、サーメット材を粉砕して粉粒状にし、この粉粒状のサーメット材を鋳物金属で鋳包んで、新たな金属複合材とすることが試行されている。この金属複合材は、サーメット部分は硬いことから、破砕機などの特に耐摩耗性が要求される部分に適用可能になる。
【０００３】
従来、この種の金属複合材の製造方法としては、例えば、特許文献１（特許第３０９６２９１号公報）に掲載された方法が知られている。
この、金属複合材の製造方法は、図５に示すように、鋳型１の底２近傍にステンレス製の金網３を張設し、この鋳型１の底２と金網３との間に、粒状のサーメット材Ｓを入れ、その後、鋳型１内にサーメット材Ｓよりも比重の大きい溶融鋳物金属Ｍを流し込むものである。溶融鋳物金属Ｍが流し込まれると、サーメット材Ｓは溶融鋳物金属Ｍより比重が小さいので、金網３を通過して平面方向に略均等に分散されて浮上し、溶融鋳物金属Ｍの表面に集結する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０９６２９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の金属複合材の製造方法にあっては、サーメット材Ｓを溶融鋳物金属Ｍの表面に集結させるようにしているので、サーメット材の形状を種々に変えてこれを溶融鋳物金属Ｍに部分的に設けたり、あるいは、内部に設けることができにくくなっているという問題があった。そのため、破砕機などに利用する際の設計上の制約を受けてしまう。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、サーメット材の形状を種々に変えて鋳物金属内の所定の位置にサーメット材の塊を鋳包んで設けることができるようにし、しかも、溶融鋳物金属との結合が確実にできるようにし、破砕機などへ利用する際の汎用性の向上を図った金属複合材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、まず、下記の金属複合材の製造方法を開発した。これは、粉粒状のサーメット材を鋳物金属で鋳包んだ金属複合材を製造する金属複合材の製造方法において、
上記粉粒状のサーメット材を保持体に付設してサーメット材を集合させたサーメット塊を形成し、該サーメット塊を鋳型内に配置し、その後、溶融鋳物金属を注湯して製造する構成としている。
【０００８】
これにより、サーメット塊が保持部に付設されてるので、サーメット塊の形状を種々に調整することができ、また、位置調節は保持体を型枠に固定すればよく、そのため、位置決めを容易に行なうことができる。この際、サーメット塊を鋳型内の中間に保持部で支持した場合には、注湯すると、溶融鋳物金属は、サーメット塊の下方に回り込み、それから上昇していく。この場合、サーメット塊と鋳物金属との境界が合金化していき、サーメット材の鋳物金属に対する密着性を向上させることができる。
また、必要に応じ、上記粉粒状のサーメット材を保持体に対して圧着した構成としている。サーメット塊が鋳型内で移動しにくくなる。
【０００９】
また、必要に応じ、上記保持体を金網で構成している。容易に変形可能なので、位置決めを容易に行なうことができ、鋳物金属内の所定の位置にサーメット材を設けることができる。
【００１０】
更に、必要に応じ、金網をステンレス製にした構成としている。ステンレス製の金網が、ある程度溶融鋳物金属に溶融し、金網が触媒のような働きをし、サーメット塊と鋳物金属との合金化が促進され、サーメット材の鋳物金属に対する密着性を向上させることができる。
【００１１】
そして、上記の目的を達成するため、本発明の金属複合材の製造方法は、粉粒状のサーメット材を鋳物金属で鋳包んだ金属複合材を製造する金属複合材の製造方法において、
上記粉粒状のサーメット材と粉状の金属バインダとを混合して成形し、その後、焼結してサーメット材を集合させたサーメット塊を形成し、該サーメット塊を鋳型内に配置し、その後、溶融鋳物金属を注湯して製造する構成としている。
【００１２】
これにより、サーメット塊が金属バインダと混合して成形されるので、サーメット塊の形状を種々に調整することができる。また、サーメット塊なので、位置決めも容易に行なうことができる。この際、溶融鋳物金属を注湯すると、サーメット塊と鋳物金属との境界が合金化していき、サーメット材の鋳物金属に対する密着性を向上させることができる。この場合、金属バインダが触媒のような働きをするので、サーメット材の鋳物金属に対する密着性がより一層向上される。
【００１３】
また、必要に応じ、上記金属バインダを、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｆｅ，ＷＣ，ＴｉＣ，ＦｅＢ，ＷＢ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｃｏ，ＶＣのうち少なくともいずれか１つの金属で構成されている。溶融鋳物金属に熔解し易く合金化を促進できる。
【００１４】
そしてまた、必要に応じ、上記溶融鋳物金属を注湯する際に、上記鋳型に振動を加える構成としている。鋳型に振動を加えると、溶融鋳物金属が狭いところへも良く浸入して行き、空隙の発生を防止できるとともに、サーメット塊の鋳物金属に対する密着性を向上させることができ、品質を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る金属複合材の製造方法について詳細に説明する。
この実施の形態に係る金属複合材の製造方法は、粉粒状のサーメット材を鋳物金属で鋳包んだ金属複合材を製造する方法である。
この製造方法で用いられるサーメット材は、例えば、金属切削用のバイトやカッターなどの工具に用いられた使用済みのものが用いられ、組成の主成分としてＴｉＣ，ＴｉＣＮ，Ｍｏ₂Ｃ，Ｎｉ等で構成される。
例えば、「ＴｉＣＮ−１９ｍａｓｓ％ Ｍｏ₂Ｃ−２４ｍａｓｓ％ Ｎｉ」等が挙げられる。
そして、このサーメット材は、予め、粒度Ｄが０．１ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍになるよう粉粒状に粉砕されている。
【００１６】
鋳物金属としては、例えば、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｆｅ等を適宜配合した耐摩耗性に優れた鋳鋼，鋳鉄製品が用いられる。
例えば、「Ｃ−２．７ｍａｓｓ％ Ｃｒ−２７ｍａｓｓ％ Ｓｉ−０．８ｍａｓｓ％ Ｍｎ−０．８ｍａｓｓ％」のもの等が挙げられる。
【００１７】
図１には、本発明の開発段階で提案された金属複合材の製造方法を示している。
この金属複合材の製造方法は、先ず、粉粒状のサーメット材Ｓを集合させたサーメット塊ＳＫを形成し、それから、このサーメット塊ＳＫを鋳型Ｔ内に配置し、その後、鋳型Ｔに振動を加えながら、鋳型Ｔ内に溶融鋳物金属Ｍを注湯して製造する。
【００１８】
詳しくは、サーメット塊ＳＫは、粉粒状のサーメット材Ｓを保持体１０に付設して集合させて形成されている。
図２に示すように、保持体１０は、ステンレス製の金網で構成され、粉粒状のサーメット材Ｓが収容される上開放の円筒状でカップ状の収容部１１と、収容部１１の開口から放射状に延び鋳型Ｔに支持される支持部１２とから構成されている。粉粒状のサーメット材Ｓは、保持体１０の収容部１１に対してプレスなどにより圧着される。この場合、収容部１１に蓋を設けてサーメット塊ＳＫを被覆しても良い。確実に移動を防ぐことができる。また、この場合、サーメット材Ｓを水ガラスを用いて固めても良い。
【００１９】
図１に示すように、鋳型Ｔは振動機Ｖ上に載置されている。振動機Ｖは、鋳型Ｔが設置される設置板２０と、設置板２０を支持する複数のコイルスプリング２１と、設置板２０の上面端部に設けられるバイブレータ２２とを備えて構成されている。このバイブレータ２２により設置板２０を介して鋳型Ｔが振動させられる。
【００２０】
従って、この製造方法によれば、サーメット塊ＳＫを例えば、図１に示すように、鋳型Ｔ内の中間に配置する。この場合、底方向に収容部１１が向くように、保持体１０の支持部１２を鋳型Ｔと鋳型Ｔの間に挟み、サーメット塊ＳＫを中間に保持する。この場合、サーメット塊ＳＫの位置調節は支持部１２の鋳型Ｔ内に挟む長さを調節すればよく、金網で形成されていることから容易に変形可能なので、位置決めを容易に行なうことができ、鋳物金属Ｍ内の所定の位置にサーメット材Ｓを設けることができる。また、金網の形状を種々に形成すれば、サーメット塊ＳＫを種々の形状に形成できる。
【００２１】
この状態で、溶融炉で溶融され、１４００℃〜１６５０℃の鋳物金属Ｍを、鋳型Ｔに振動を加えながら注湯する。注湯すると、溶融鋳物金属Ｍは、サーメット塊ＳＫの下方に回り込み、それから上昇していく。この場合、サーメット塊ＳＫと鋳物金属Ｍとの境界が合金化していく。この際には境界に金網が存在しているので、金網もある程度溶融し、金網が触媒のような働きをし、サーメット塊ＳＫと鋳物金属Ｍとの合金化が促進され、サーメット材Ｓの鋳物金属Ｍに対する密着性を向上させることができる。
【００２２】
また、この場合、鋳型Ｔに振動を加えているので、溶融鋳物金属Ｍが狭いところへも良く浸入して行き、空隙の発生を防止できるとともに、サーメット塊ＳＫの鋳物金属Ｍに対する密着性を向上させることができ、品質を向上させることができる。
【００２３】
また、この場合、粉粒状のサーメット材Ｓを保持体１０に対して圧着しているので、サーメット塊ＳＫが鋳型Ｔ内で移動しにくくなる。また、注湯時の鋳物金属Ｍの流下によって起こる衝撃等に対してもサーメット塊ＳＫの移動を防止でき、金属複合材内の所定の位置に均一にサーメット材Ｓを設けることができるだけでなく、金属複合材内の所定の層にサーメット材Ｓの層を形成することができる。
【００２４】
尚、この製造方法において、保持体１０に金網を使用したが、これに限定されるものでなく、紙やシート状の発泡スチロール等を使用しても良く適宜変更して差し支えない。しかし、サーメット塊ＳＫと鋳物金属Ｍとの合金化を促進するためには、金網が望ましい。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態に係る金属複合材の製造方法について説明する。
この金属複合材の製造方法は、図３及び図４に示すように、金属バインダを用いて焼結してサーメット材Ｓを集合させたサーメット塊ＳＫを形成し、それから、サーメット塊ＳＫを鋳型Ｔ内に配置し、その後、鋳型Ｔに振動を加えながら、鋳型Ｔ内に溶融鋳物金属Ｍを注湯して製造する。鋳型Ｔは、第一の実施の形態と同様の振動機Ｖに載置されている。
【００２６】
詳しくは、図３に示すように、サーメット塊ＳＫは以下のようにして形成する。
先ず、粉粒状のサーメット材Ｓを粉状の金属バインダと混合する（１−１）。
金属バインダは、粉末状のＮｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｆｅ，ＷＣ，ＴｉＣ，ＦｅＢ，ＷＢ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｃｏ，ＶＣのうち少なくともいずれか１つの金属を混合している。この実施の形態では、サーメット塊ＳＫの体積比を、サーメット材Ｓ：Ｎｉ＝１：１，サーメット材Ｓ：Ｃｒ＝１：１またはサーメット材Ｓ：Ｎｉ：Ｃｒ＝５：４：１に混合している。溶融鋳物金属Ｍに、熔解し易く合金化を促進できる。
【００２７】
それから成形型で成形し（１−２）、その後、焼結して形成する（１−３）。この場合、成形型の形状を種々に形成すれば、サーメット塊ＳＫを種々の形状に形成できる。
【００２８】
そして、図４に示すように、このように成形焼結したサーメット塊ＳＫを、鋳型Ｔ内に配置し、鋳型Ｔに振動を加えながら溶融鋳物金属Ｍを注湯して金属複合材を製造する。
この場合、サーメット塊ＳＫを金属バインダで形成したので、鋳物金属Ｍ内の所要の位置に設けることができるだけでなく、金属バインダが鋳物金属Ｍと合金化するので、製造された金属複合材内においてサーメット塊ＳＫと鋳物金属Ｍとの境界が合金化し、サーメット材Ｓの鋳物金属Ｍに対する密着性が向上される。
【００２９】
また、この場合、鋳型Ｔに振動を加えているので、溶融鋳物金属Ｍが狭いところへも良く浸入して行き、空隙の発生を防止できるとともに、サーメット塊ＳＫの鋳物金属Ｍに対する密着性を向上させることができ、品質を向上させることができる。
【００３０】
次に、この金属複合材の利用例について説明する。
例えば、高炉や産業廃棄物処理に用いるクラッシャー等、特に耐摩耗性が要求される部分に適用される。例えば、高炉や産業廃棄物処理で、鉱石や廃棄物等を破砕するクラッシャーの壁面等に使用される。このようなクラッシャーに用いられる金属複合材には、サーメット材Ｓの他に超硬合金等が用いられるが、サーメット材Ｓは超硬合金とほぼ同等の硬度を有し、更に耐酸化性にも優れ、軽量なサーメット材Ｓを使用したいという要望が高まっていた。しかし、サーメット材Ｓは超硬合金と比較して、靱性に劣るため割れやすく、そのままサーメット材Ｓを適用できないため、これに満足する金属複合材の製造方法の試行が行なわれている。
【００３１】
本発明の金属複合材の製造方法によって製造された金属複合材は、例えば、鉱石や廃棄物等を破砕するクラッシャーであって、鬼刃が設けられる回転子を備え、この回転子を回転させて鉱石や廃棄物等を破砕するタイプのもの等に使用される。このようなクラッシャーの鬼刃は、金属複合材で形成され、破砕される物質に打撃を加える部分に強化材が備えられている。このような鬼刃に、強化材としてサーメット材Ｓを適用しようとした場合、本発明の金属複合材の製造方法によれば、位置調整が可能なので破砕される物質に打撃を加える部分に容易にサーメット材Ｓを配置することができ、クラッシャーの破砕効率を向上させることができる。
尚、このようにして製造された金属複合材は、焼結器粉砕用鬼刃，受顎，高炉用ベル，炉頂ライナー，クラッシャー，インペラブレーカー用部品，石炭粉砕ボールミルライナー等に使用される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属複合材の製造方法によれば、サーメット材の形状を種々に変えて鋳物金属内の所定の位置にサーメット材の塊を鋳包んで設けることができるようになり、しかも、溶融鋳物金属との結合が確実にできるようになる。そのため、破砕機などへ利用する際の汎用性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の開発段階で提案された金属複合材の製造方法において鋳型の状態を示す断面図である。
【図２】 本発明の開発段階で提案された金属複合材の製造方法に使用される保持体の一例を示す斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る金属複合材の製造方法において、サーメット塊を作成する工程図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る金属複合材の製造方法において鋳型の状態を示す断面図である。
【図５】 従来の金属複合材の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ サーメット材
ＳＫ サーメット塊
Ｍ 鋳物金属
Ｔ 鋳型
１０ 保持体
１１ 収容部
１２ 支持部
Ｖ 振動機
２０ 設置板
２１ コイルスプリング
２２ バイブレータ

Claims (3)

1. 粉粒状のサーメット材を鋳物金属で鋳包んだ金属複合材を製造する金属複合材の製造方法において、
   上記粉粒状のサーメット材と粉状の金属バインダとを混合して成形し、その後、焼結してサーメット材を集合させたサーメット塊を形成し、該サーメット塊を鋳型内に配置し、その後、溶融鋳物金属を注湯して製造することを特徴とする金属複合材の製造方法。
2. 上記金属バインダを、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｆｅ，ＷＣ，ＴｉＣ，ＦｅＢ，ＷＢ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｃｏ，ＶＣのうち少なくともいずれか１つの金属で構成したことを特徴とする請求項１記載の金属複合材の製造方法。
3. 上記溶融鋳物金属を注湯する際に、上記鋳型に振動を加えることを特徴とする請求項１または２記載の金属複合材の製造方法。

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