JP4491758B2 - 成形機用シリンダ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性と耐食性に優れた被覆用のＦｅ基合金と、このＦｅ基合金を合金鋼からなるシリンダ母材の内面に被覆させた成形機用シリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックや金属粉末などの射出成形機または押出成形機には円筒状の成形機用シリンダが用いられている。この成形機用シリンダの内面は、成形中の樹脂あるいはそれに含有される補強剤、添加剤によって摩耗しやすい。また、樹脂や添加剤から発生するハロゲンガスなどによって腐食しやすい。そこで、これらを防ぐために従来より耐摩耗性と耐食性に優れた材料をシリンダ母材の内面に被覆して被覆層を形成することが行われている。この被覆層は、例えば遠心力鋳造法によって内張りしたり、ＨＩＰ法によって拡散接合して形成する。
【０００３】
この種の従来の被覆層を形成する被覆材としては、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ−Ｃｏ基合金などが挙げられる。これらの合金は耐食性に優れ、耐摩耗性は比較的良好であるが、Ｃｏ、Ｍｏなどの高価な金属を多く含有しているのでシリンダの製造コストが高くなる問題がある。そこで、比較的安価な被覆材としてＦｅ基合金があるが、初晶部がパーライトを主体とする組織で硬さが低いため初晶部が優先的に摩耗脱落し耐食性、耐摩耗性に劣るという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みて、従来のＦｅ基合金より優れた耐摩耗性および耐食性を有する安価なＦｅ基の耐摩耗耐食合金を提供することを課題とする。また、本発明の合金をシリンダ母材の内面に遠心力鋳造法やＨＩＰ法などにより被覆させた成形機用シリンダを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者は各種Ｆｅ基耐摩耗耐食合金について鋭意検討した結果、特定の成分コントロールにより、従来初晶部の組織を硬さが高く耐食性に優れる炭化物、硼化物を初晶として晶出させることにより耐食性、耐摩耗性を向上できることを見いだし本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明の成形機用シリンダは、重量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：２．０〜７．０％、Ｃｒ：１．０〜２０％、Ｍｏ：１．０〜５．０％、Ｂ：２．０〜３．５％、Ｖ：０．０１〜３．０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％を含み残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる耐摩耗耐食合金を合金鋼からなるシリンダ母材の内面に被覆させたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記本発明の耐摩耗耐食合金において、さらにＣｏ：０．０１〜２．０％を含有させることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明の耐摩耗耐食合金について説明する。本発明に係わるＦｅ基合金は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｖの特定量を含有するものであり、またこれらの合金元素のほかにＣｏおよびＣｕを含有させたものである。以下に、それぞれの含有成分の限定理由を述べる。以下、含有量を表す％は重量％を示す。
【００１０】
Ｃは、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等と結合して硬質の複合炭硼化物を形成し、合金の硬さを向上させる元素である。１．０％未満であると、硬さが不足し耐摩耗性が低下する。３．０％を超えると合金強度が低下する。従って、その含有量は１．０〜３．０％とした。より好ましいＣ含有量は、１．０〜２．０％である。
【００１１】
Ｓｉは、遠心力鋳造法により被覆させる場合、被覆材溶湯の脱酸性および流動性を向上させる。０．１％未満ではその効果が十分に得られない。４．０％を超えると、被覆層の硬さが高くなりすぎて脆化し、後工程の機械加工や使用時において、シリンダの被覆層に割れや剥離が発生しやすくなる。従って、その含有量は０．１〜４．０％とした。より好ましいＳｉ含有量は、１．０〜３．０％である。
【００１２】
Ｍｎは、Ｓｉと同じく脱酸材の作用をするとともに、不純物として混入したＳによる悪影響を防止する。その効果からＭｎの含有量は０．１〜２．０％とした。より好ましいＭｎ含有量は、０．１〜１．０％である。
【００１３】
Ｎｉは、硬さを高めるとともに耐食性も向上させる効果を有する。２．０％未満ではその効果が十分でない。７．０％を超えると、靭性が低下する。従って、その含有量は２．０〜７．０％とした。より好ましいＮｉ含有量は、２．５〜５．５％である。
【００１４】
Ｃｒは、ＣやＢと結合して複炭化物、複硼化物を形成し、硬さを高め、耐摩耗性および耐食性を著しく向上させる。そのためには１．０％以上は必要であるが、Ｃｒ含有量の増加やＣ、Ｂの含有に伴い被覆層が脆化するので２０％を上限とした。従って、その含有量は１．０〜２０％とした。より好ましいＣｒ含有量は、５．０〜１０％である。
【００１５】
Ｍｏは、炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。また、基地中に固溶させ、耐食性を向上させるために添加する。１．０％未満ではその効果が十分でない。７．０％を超えると靭性が低下する。従って、その含有量は１．０〜７．０％とした。より好ましいＭｏ含有量は、１．０〜５．０％である。
【００１６】
Ｂは、Ｃ、Ｃｒ等と結合して硬質の複合炭硼化物を形成し、被覆層の硬さと耐摩耗性を上げる効果がある重要な元素である。１．０％未満ではその効果が十分でない。４．０％を超えると硬くなりすぎて脆くなる。従って、その含有量は１．０〜４．０％とした。より好ましいＢ含有量は、２．０〜３．５％である。
【００１７】
Ｖは、硬質の炭化物を形成し、耐摩耗性向上に寄与する。Ｃ量および他の炭化物生成元素とのバランスから下限を０．０１％とした。３．０％を超えると靭性が低下する。従って、その含有量は０．０１〜３．０％とした。より好ましいＶ含有量は、０．１〜１．０％である。
【００１８】
Ｃｏは、基地に固溶して耐食性を向上させる。また、高温強度を向上させる効果がある。Ｃｏは、高価であるため使用量の少ない方がよい。これらを考慮して、その含有量は０．０１〜２．０％とした。より好ましいＣｏ含有量は、０．０５〜１．０％である。
【００１９】
Ｃｕは、固相点と液相点の温度差を小さくして凝固温度領域を狭くする。また、基地中に固溶して被覆層の強度を高める。０．２％未満では、固相と液相の温度差が大きくなるため、遠心力鋳造法で被覆層が凝固する際、複炭化物や複硼化物が偏析しやすくなる。３．０％を超えると被覆層が脆化する。従って、その含有量は０．２〜３．０％とした。より好ましいＣｕ含有量は、０．５〜２．０％である。
【００２０】
以上、本発明の合金の各添加元素について説明したが、その利用にあたっては板材、棒材などの溶製材として、また粉末冶金法による合金粉末としてその他各種態様で使用できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の耐摩耗耐食合金および成形機用シリンダの具体的実施例について説明する。本発明例の耐摩耗耐食合金（本発明材No.１〜３）の化学成分を表１に示す。これらの耐摩耗耐食合金からなる溶湯を、円筒状の鋼製母材の内側に注湯し、母材の両端の開口部に蓋をして、遠心鋳造機に載せ回転させた。その後、Ｓ４５Ｃ製母材の内面に被覆用合金が被覆されたシリンダの温度が約５００℃まで冷却した後、遠心鋳造機の回転を停止し空冷して作製した。
【００２２】
【００２３】
このようにして得られたシリンダの被覆層から各種試験片を切り出して、抗折強度（ＭＰａ）と硬さ（ＨＲＣ）の測定を行った。これらの結果を表２に示す。
【００２４】
【００２５】
本発明材No.１〜３の抗折強度は、従来被覆材であるＮｉ基合金、Ｃｏ基合金などの抗折強度６００〜７５０と同等であったが、硬さは従来被覆材であるＮｉ基合金、Ｃｏ基合金などの硬さＨＲＣ５３に比べ１．２倍も高いものが得られた。また、本発明材No.１〜３の組織は、従来のＦｅ基合金に見られたパーライト組織がなく、耐食性耐摩耗性の向上に有効な炭化物、硼化物が初晶として晶出していた。本発明材No.１〜３の被覆層を形成した成形機用シリンダを用いて、ＰＢＴ樹脂にグラスファイバー３５％を調整した強化樹脂の成形機に適用した結果、１２ヶ月間連続運転したが、被覆層に腐食、摩耗などは殆ど生じず、耐用寿命が向上したことを確認できた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の合金は、従来のＦｅ基合金より耐摩耗性および耐食性に優れ、安価なＦｅ基合金を用いるのでシリンダの製造コストを低減できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性と耐食性に優れた被覆用のＦｅ基合金と、このＦｅ基合金を合金鋼からなるシリンダ母材の内面に被覆させた成形機用シリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックや金属粉末などの射出成形機または押出成形機には円筒状の成形機用シリンダが用いられている。この成形機用シリンダの内面は、成形中の樹脂あるいはそれに含有される補強剤、添加剤によって摩耗しやすい。また、樹脂や添加剤から発生するハロゲンガスなどによって腐食しやすい。そこで、これらを防ぐために従来より耐摩耗性と耐食性に優れた材料をシリンダ母材の内面に被覆して被覆層を形成することが行われている。この被覆層は、例えば遠心力鋳造法によって内張りしたり、ＨＩＰ法によって拡散接合して形成する。
【０００３】
この種の従来の被覆層を形成する被覆材としては、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ−Ｃｏ基合金などが挙げられる。これらの合金は耐食性に優れ、耐摩耗性は比較的良好であるが、Ｃｏ、Ｍｏなどの高価な金属を多く含有しているのでシリンダの製造コストが高くなる問題がある。そこで、比較的安価な被覆材としてＦｅ基合金があるが、初晶部がパーライトを主体とする組織で硬さが低いため初晶部が優先的に摩耗脱落し耐食性、耐摩耗性に劣るという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みて、従来のＦｅ基合金より優れた耐摩耗性および耐食性を有する安価なＦｅ基の耐摩耗耐食合金を提供することを課題とする。また、本発明の合金をシリンダ母材の内面に遠心力鋳造法やＨＩＰ法などにより被覆させた成形機用シリンダを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者は各種Ｆｅ基耐摩耗耐食合金について鋭意検討した結果、特定の成分コントロールにより、従来初晶部の組織を硬さが高く耐食性に優れる炭化物、硼化物を初晶として晶出させることにより耐食性、耐摩耗性を向上できることを見いだし本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明の成形機用シリンダは、重量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：２．０〜７．０％、Ｃｒ：１．０〜２０％、Ｍｏ：１．０〜５．０％、Ｂ：２．０〜３．５％、Ｖ：０．０１〜３．０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％を含み残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる耐摩耗耐食合金を合金鋼からなるシリンダ母材の内面に被覆させたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記本発明の耐摩耗耐食合金において、さらにＣｏ：０．０１〜２．０％を含有させることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明の耐摩耗耐食合金について説明する。本発明に係わるＦｅ基合金は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｖの特定量を含有するものであり、またこれらの合金元素のほかにＣｏおよびＣｕを含有させたものである。以下に、それぞれの含有成分の限定理由を述べる。以下、含有量を表す％は重量％を示す。
【００１０】
Ｃは、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等と結合して硬質の複合炭硼化物を形成し、合金の硬さを向上させる元素である。１．０％未満であると、硬さが不足し耐摩耗性が低下する。３．０％を超えると合金強度が低下する。従って、その含有量は１．０〜３．０％とした。より好ましいＣ含有量は、１．０〜２．０％である。
【００１１】
Ｓｉは、遠心力鋳造法により被覆させる場合、被覆材溶湯の脱酸性および流動性を向上させる。０．１％未満ではその効果が十分に得られない。４．０％を超えると、被覆層の硬さが高くなりすぎて脆化し、後工程の機械加工や使用時において、シリンダの被覆層に割れや剥離が発生しやすくなる。従って、その含有量は０．１〜４．０％とした。より好ましいＳｉ含有量は、１．０〜３．０％である。
【００１２】
Ｍｎは、Ｓｉと同じく脱酸材の作用をするとともに、不純物として混入したＳによる悪影響を防止する。その効果からＭｎの含有量は０．１〜２．０％とした。より好ましいＭｎ含有量は、０．１〜１．０％である。
【００１３】
Ｎｉは、硬さを高めるとともに耐食性も向上させる効果を有する。２．０％未満ではその効果が十分でない。７．０％を超えると、靭性が低下する。従って、その含有量は２．０〜７．０％とした。より好ましいＮｉ含有量は、２．５〜５．５％である。
【００１４】
Ｃｒは、ＣやＢと結合して複炭化物、複硼化物を形成し、硬さを高め、耐摩耗性および耐食性を著しく向上させる。そのためには１．０％以上は必要であるが、Ｃｒ含有量の増加やＣ、Ｂの含有に伴い被覆層が脆化するので２０％を上限とした。従って、その含有量は１．０〜２０％とした。より好ましいＣｒ含有量は、５．０〜１０％である。
【００１５】
Ｍｏは、炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。また、基地中に固溶させ、耐食性を向上させるために添加する。１．０％未満ではその効果が十分でない。７．０％を超えると靭性が低下する。従って、その含有量は１．０〜７．０％とした。より好ましいＭｏ含有量は、１．０〜５．０％である。
【００１６】
Ｂは、Ｃ、Ｃｒ等と結合して硬質の複合炭硼化物を形成し、被覆層の硬さと耐摩耗性を上げる効果がある重要な元素である。１．０％未満ではその効果が十分でない。４．０％を超えると硬くなりすぎて脆くなる。従って、その含有量は１．０〜４．０％とした。より好ましいＢ含有量は、２．０〜３．５％である。
【００１７】
Ｖは、硬質の炭化物を形成し、耐摩耗性向上に寄与する。Ｃ量および他の炭化物生成元素とのバランスから下限を０．０１％とした。３．０％を超えると靭性が低下する。従って、その含有量は０．０１〜３．０％とした。より好ましいＶ含有量は、０．１〜１．０％である。
【００１８】
Ｃｏは、基地に固溶して耐食性を向上させる。また、高温強度を向上させる効果がある。Ｃｏは、高価であるため使用量の少ない方がよい。これらを考慮して、その含有量は０．０１〜２．０％とした。より好ましいＣｏ含有量は、０．０５〜１．０％である。
【００１９】
Ｃｕは、固相点と液相点の温度差を小さくして凝固温度領域を狭くする。また、基地中に固溶して被覆層の強度を高める。０．２％未満では、固相と液相の温度差が大きくなるため、遠心力鋳造法で被覆層が凝固する際、複炭化物や複硼化物が偏析しやすくなる。３．０％を超えると被覆層が脆化する。従って、その含有量は０．２〜３．０％とした。より好ましいＣｕ含有量は、０．５〜２．０％である。
【００２０】
以上、本発明の合金の各添加元素について説明したが、その利用にあたっては板材、棒材などの溶製材として、また粉末冶金法による合金粉末としてその他各種態様で使用できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の耐摩耗耐食合金および成形機用シリンダの具体的実施例について説明する。本発明例の耐摩耗耐食合金（本発明材No.１〜３）の化学成分を表１に示す。これらの耐摩耗耐食合金からなる溶湯を、円筒状の鋼製母材の内側に注湯し、母材の両端の開口部に蓋をして、遠心鋳造機に載せ回転させた。その後、Ｓ４５Ｃ製母材の内面に被覆用合金が被覆されたシリンダの温度が約５００℃まで冷却した後、遠心鋳造機の回転を停止し空冷して作製した。
【００２２】
このようにして得られたシリンダの被覆層から各種試験片を切り出して、抗折強度（ＭＰａ）と硬さ（ＨＲＣ）の測定を行った。これらの結果を表２に示す。
【００２４】
本発明材No.１〜３の抗折強度は、従来被覆材であるＮｉ基合金、Ｃｏ基合金などの抗折強度６００〜７５０と同等であったが、硬さは従来被覆材であるＮｉ基合金、Ｃｏ基合金などの硬さＨＲＣ５３に比べ１．２倍も高いものが得られた。また、本発明材No.１〜３の組織は、従来のＦｅ基合金に見られたパーライト組織がなく、耐食性耐摩耗性の向上に有効な炭化物、硼化物が初晶として晶出していた。本発明材No.１〜３の被覆層を形成した成形機用シリンダを用いて、ＰＢＴ樹脂にグラスファイバー３５％を調整した強化樹脂の成形機に適用した結果、１２ヶ月間連続運転したが、被覆層に腐食、摩耗などは殆ど生じず、耐用寿命が向上したことを確認できた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の合金は、従来のＦｅ基合金より耐摩耗性および耐食性に優れ、安価なＦｅ基合金を用いるのでシリンダの製造コストを低減できる。
Claims (2)
- 重量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：２．０〜７．０％、Ｃｒ：１．０〜２０％、Ｍｏ：１．０〜５．０％、Ｂ：２．０〜３．５％、Ｖ：０．０１〜３．０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％を含み残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる耐摩耗耐食合金を合金鋼からなるシリンダ母材の内面に被覆させたことを特徴とする成形機用シリンダ。
- 前記耐摩耗耐食合金がＣｏ：０．０１〜２．０％を含有することを特徴とする請求項１に記載の成形機用シリンダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092894A JP4491758B2 (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 成形機用シリンダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092894A JP4491758B2 (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 成形機用シリンダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001279369A JP2001279369A (ja) | 2001-10-10 |
| JP4491758B2 true JP4491758B2 (ja) | 2010-06-30 |
Family
ID=18608156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000092894A Expired - Fee Related JP4491758B2 (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 成形機用シリンダ |
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Citations (4)
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| JPS62130261A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-12 | ザ・パ−キン−エルマ−・コ−ポレイシヨン | 高耐摩耗性及び高耐食性の合金並びに熱スプレ−粉体 |
| JPS6339318A (ja) * | 1986-08-04 | 1988-02-19 | Daido Steel Co Ltd | コ−テイングシリンダ− |
| JPS6365056A (ja) * | 1986-09-05 | 1988-03-23 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性鉄基焼結合金 |
| JPS63297542A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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2000
- 2000-03-30 JP JP2000092894A patent/JP4491758B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS62130261A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-12 | ザ・パ−キン−エルマ−・コ−ポレイシヨン | 高耐摩耗性及び高耐食性の合金並びに熱スプレ−粉体 |
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