JP5095669B2 - Cylinder lining material for centrifugal casting and centrifugal casting method for producing cylinder lining material - Google Patents

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本発明は、シリンダ本体の内周面に遠心鋳造方法により形成されるシリンダライニング材及びシリンダライニング材を製造する遠心鋳造方法に関する。   The present invention relates to a cylinder lining material formed on an inner peripheral surface of a cylinder body by a centrifugal casting method and a centrifugal casting method for manufacturing the cylinder lining material.

射出成形機により、種々の特性、形状、強度等を有する樹脂製品が、各種樹脂原料、またこれらにガラス繊維等を混合させた樹脂原料を用いて製造されている。そのような射出成形機に使用される成形用シリンダには、高い硬度、耐食性、耐久性等に優れ、しかも比較的安価に製造できることが要求される。その要求に応えて、シリンダ本体の内周面にシリンダライニング材を遠心鋳造方法により形成した成形用シリンダ又はその製造方法が提案されている。   With an injection molding machine, resin products having various characteristics, shapes, strengths, and the like are manufactured using various resin raw materials and resin raw materials obtained by mixing glass fibers and the like. A molding cylinder used in such an injection molding machine is required to be excellent in high hardness, corrosion resistance, durability and the like and to be manufactured at a relatively low cost. In response to the demand, a forming cylinder in which a cylinder lining material is formed on the inner peripheral surface of a cylinder body by a centrifugal casting method or a manufacturing method thereof has been proposed.

例えば、特許文献1に、遠心鋳造方法により製造される射出成形機のシリンダであって、シリンダ内面に、濃ニッケル又は濃コバルト合金マトリックス中に炭化タングステン粒子の実質的部分を分散混入せしめた内張層を有する射出成形機のシリンダが提案されている。その明細書には、遠心鋳造後のシリンダ内面の所望の機械加工及び仕上げを便利に行うには、炭化タングステンを鋳造物の内張の断面全体にではなく要部に分散せしめることが望ましく、好ましくは内張の容積の約40至80%になっているのが良いと記載されている。そして、本提案に係る発明においては、使用される炭化タングステン粒子は比較的小粒子が望ましく、好ましくは100メッシュ、さらに好ましいのは200メッシュ又はそれより小粒子のものであると記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses a cylinder of an injection molding machine manufactured by a centrifugal casting method, in which a substantial part of tungsten carbide particles is dispersed and mixed in a concentrated nickel or concentrated cobalt alloy matrix on the inner surface of the cylinder. A cylinder of an injection molding machine having a layer has been proposed. The specification states that for convenient machining and finishing of the inner surface of the cylinder after centrifugal casting, it is desirable and preferred that tungsten carbide be dispersed in the main part rather than over the entire cross section of the casting lining. Is said to be about 40 to 80% of the volume of the lining. In the invention according to the present proposal, it is described that the tungsten carbide particles used are desirably relatively small particles, preferably 100 mesh, and more preferably 200 mesh or smaller particles.

特許文献2に、組成成分として質量%で、鉄を8〜25%、炭化タングステンを30〜45%含む原料を用い、ニッケル合金基地中に炭化タングステン粒子が分散した遠心鋳造用炭化タングステン複合ライニング材が提案されている。そして、その明細書によると、遠心鋳造法により製造される従来のNi基やCo基に硼化物や炭化物を複合したライニング材においては、これに含まれる硼化物は熱安定性が悪く、硬さの低下や巣の発生を招き耐摩耗性や強度を劣化させ、炭化物は相手材を傷つけ、Ni基やCo基などのマトリックスとの濡れ性が悪く、割れ易い等の問題があるとしたうえで、本提案に係る遠心鋳造用炭化タングステン複合ライニング材は、炭化タングステン原料として、平均粒径が1〜12μmの球状をした炭化タングステン粉末を使用したので、割れ等の問題がなかったことが記載されている。   Patent Document 2 discloses a tungsten carbide composite lining material for centrifugal casting in which tungsten carbide particles are dispersed in a nickel alloy matrix using a raw material containing 8 to 25% iron and 30 to 45% tungsten carbide as composition components. Has been proposed. According to the specification, in a lining material in which a boride or carbide is combined with a conventional Ni base or Co base manufactured by centrifugal casting, the boride contained therein has poor thermal stability and hardness. As a result, the carbides damage the mating material, and the wettability with the matrix such as Ni-base and Co-base is poor, and there are problems such as easy cracking. The tungsten carbide composite lining material for centrifugal casting according to the present proposal uses spherical tungsten carbide powder having an average particle diameter of 1 to 12 μm as a tungsten carbide raw material, and it is described that there was no problem such as cracking. ing.

特許文献3に、中空円筒状の鋼製外筒の内面に耐摩耗耐腐食性合金を含有したライニング層を形成した成形機用シリンダにおいて、前記ライニング層がニッケルを含む基地と、金属タングステン中に炭化タングステンが分散した硬質粒子とにより構成されていることを特徴とする成形機用シリンダが提案されている。また、特許文献3には、さらにライニング層に硼化タングステンが分散した成形機用シリンダが提案されている。そして、その明細書には、平均粒径6〜12μmのような比較的小さい粒径の炭化タングステンは、実際の製造において加熱溶融時に容易に溶融分解し、シリンダのライニング層に含ませることは困難であるとし、製品時に最大長が55〜305μmの金属タングステン中に炭化タングステンが分散した硬質粒子を、基地となる合金粉末と混合して遠心鋳造を行った試験結果が開示されている。   In Patent Document 3, in a cylinder for a molding machine in which a lining layer containing a wear-resistant and corrosion-resistant alloy is formed on the inner surface of a hollow cylindrical steel outer cylinder, the lining layer includes a base containing nickel, and metal tungsten There has been proposed a cylinder for a molding machine characterized by comprising hard particles in which tungsten carbide is dispersed. Further, Patent Document 3 proposes a molding machine cylinder in which tungsten boride is dispersed in a lining layer. According to the specification, tungsten carbide having a relatively small particle size such as an average particle size of 6 to 12 μm is easily melted and decomposed at the time of heating and melting in actual production, and is difficult to be included in the lining layer of the cylinder As a result, a test result is disclosed in which hard particles in which tungsten carbide is dispersed in metallic tungsten having a maximum length of 55 to 305 μm at the time of product are mixed with a base alloy powder and subjected to centrifugal casting.

特公昭54-32413号公報Japanese Patent Publication No.54-32413 特開平7-290186号公報JP 7-290186 A 特開2008-201080号公報JP 2008-201080

一般に、遠心鋳造方法により、ニッケル、コバルト又はこれらの合金基地中に炭化タングステンや硼化タングステンが分散したライニング層を有する成形機用シリンダを製造する場合は、比重の高い炭化タングステンや硼化タングステンが多く分散した外円周部分と、比重の低いニッケル、コバルト又はこれらの合金に富み、炭化タングステンや硼化タングステンが希少な内円周部分とに分けられたシリンダライニング材が製造される。   In general, when producing a cylinder for a molding machine having a lining layer in which tungsten carbide or tungsten boride is dispersed in nickel, cobalt or an alloy base thereof by centrifugal casting, tungsten carbide or tungsten boride having a high specific gravity is used. A cylinder lining material is manufactured which is divided into a highly dispersed outer circumferential portion and an inner circumferential portion which is rich in nickel, cobalt or alloys thereof having a low specific gravity and is rare in tungsten carbide or tungsten boride.

そして、遠心鋳造方法により製造された成形機用シリンダ素材は、シリンダライニング材の内面加工が施されて成形機用シリンダに仕上げられるが、炭化タングステンや硼化タングステンが多く分散した部分(ライニング層)は硬度が高く機械加工が容易でない。このため、特許文献1に記載の発明は、当該部分より柔らかく機械加工をし易いニッケル又はコバルトに富み、炭化タングステンや硼化タングステンが希少な層(ニッケル、コバルト又はこれらの合金富有層)を積極的に設けるようにしている。   The cylinder material for the molding machine manufactured by the centrifugal casting method is processed into the cylinder for the molding machine by applying the inner surface processing of the cylinder lining material, but the portion in which tungsten carbide and tungsten boride are dispersed (lining layer) Is hard and difficult to machine. For this reason, the invention described in Patent Document 1 is positive for a layer (nickel, cobalt, or an alloy rich layer thereof) rich in nickel or cobalt that is softer and easier to machine than the part and rare in tungsten carbide or tungsten boride. It is trying to provide.

しかし、成形機用シリンダに仕上げるための切削部分は少ないほど好ましい。特許文献2又は3において、ニッケル、コバルト又はこれらの合金富有層を積極的に小さくすることについての記載はない。また、従来技術において、ニッケル、コバルト又はこれらの合金富有層の厚さを制御することができる方法について開示する例は見当たらない。   However, the smaller the number of cutting parts for finishing the cylinder for a molding machine, the better. In patent document 2 or 3, there is no description about making nickel, cobalt, or these alloy rich layers positively small. In addition, there is no example disclosed in the prior art regarding a method capable of controlling the thickness of nickel, cobalt, or an alloy rich layer thereof.

特許文献2に提案された遠心鋳造用炭化タングステン複合ライニング材は、鉄成分を追加することによって炭化タングステン粒子の分散性が向上し、ライニング強度を高めることができると記載されているが、さらにライニング層の耐摩性、耐食性を向上させるには鉄成分は好ましくない。また、特許文献3に提案された成形機用シリンダは、金属タングステン中に炭化タングステンが分散したような特殊な硬質粒子を準備しなければならないという問題がある。   The tungsten carbide composite lining material for centrifugal casting proposed in Patent Document 2 describes that the dispersibility of tungsten carbide particles can be improved by adding an iron component, and the lining strength can be increased. To improve the abrasion resistance and corrosion resistance of the layer, an iron component is not preferable. Moreover, the cylinder for a molding machine proposed in Patent Document 3 has a problem that special hard particles in which tungsten carbide is dispersed in metallic tungsten must be prepared.

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、容易に入手可能な炭化タングステン粉末、硼化タングステン粉末を使用し、ニッケル、コバルト又はこれらの合金基地中に炭化タングステン粒子、硼化タングステン粒子が分散したライニング層を有し、ニッケル、コバルト又はこれらの合金富有層(粒子欠乏層)の厚さがきわめて薄いシリンダライニング材、または、所望の厚さの粒子欠乏層を有するシリンダライニング材であって、耐摩性に優れたシリンダライニング材を製造するのに適した遠心鋳造用シリンダライニング材、およびそのようなシリンダライニング材を製造する遠心鋳造方法を提供することを目的とする。   In view of such conventional problems, the present invention uses tungsten carbide powder and tungsten boride powder that are readily available, and tungsten carbide particles and tungsten boride particles are contained in nickel, cobalt, or an alloy base thereof. A cylinder lining material having a dispersed lining layer and a nickel, cobalt or alloy-rich layer (particle-depleted layer) having a very small thickness, or a cylinder lining material having a particle-depleted layer having a desired thickness. An object of the present invention is to provide a cylinder lining material for centrifugal casting suitable for producing a cylinder lining material excellent in wear resistance, and a centrifugal casting method for producing such a cylinder lining material.

本発明に係る遠心鋳造用シリンダライニング材は、質量%で、硼化タングステン+炭化タングステン(合計量):30〜45%、硼化タングステン/炭化タングステン:1以下であって硼化タングステン:5〜20%、ニッケル+コバルト(合計量):35〜50%、モリブデン:1%以下、クロム:10%以下、硼素:1〜3%、珪素:1〜3%、マンガン:2%以下、鉄:5%以下、炭素:1%以下および不可避的不純物を含有している。
The cylinder lining material for centrifugal casting according to the present invention is, by mass%, tungsten boride + tungsten carbide (total amount): 30 to 45%, tungsten boride / tungsten carbide: 1 or less , tungsten boride: 5 to 20%, nickel + cobalt (total amount): 35-50%, molybdenum: 1% or less, chromium: 10% or less, boron: 1-3%, silicon: 1-3%, manganese: 2% or less, iron: Contains 5% or less, carbon: 1% or less, and inevitable impurities.

上記発明において、炭化タングステンは平均粒径6〜12μmの球状粉末であり、硼化タングステンは平均粒径3〜12μmの粉末であるのがよい。   In the above invention, tungsten carbide is preferably a spherical powder having an average particle size of 6 to 12 μm, and tungsten boride is preferably a powder having an average particle size of 3 to 12 μm.

本発明に係る遠心鋳造方法は、シリンダ本体の内周面に設けられる、ニッケルおよび/またはコバルト合金基地中に炭化タングステン粒子及び硼化タングステン粒子が分散したライニング層と、そのライニング層の内周面に形成され、炭化タングステン粒子及び硼化タングステン粒子が稀少な粒子欠乏層と、を有するシリンダライニング材を製造する遠心鋳造方法であって、質量%で硼化タングステン粉末を5〜20%含み炭化タングステン粉末質量が硼化タングステン粉末質量以上で、炭化タングステン粉末と硼化タングステン粉末の合計質量が45%以下、残部がニッケルおよび/またはコバルト合金基地形成成分となる原料を用い、前記炭化タングステン粉末と前記硼化タングステン粉末との質量割合を調整することにより、前記粒子欠乏層の厚さを制御することにより実施される。
The centrifugal casting method according to the present invention includes a lining layer in which tungsten carbide particles and tungsten boride particles are dispersed in a nickel and / or cobalt alloy base provided on an inner peripheral surface of a cylinder body, and an inner peripheral surface of the lining layer. A centrifugal casting method for producing a cylinder lining material having a particle-depleted layer, the tungsten carbide particles and the tungsten boride particles being rare, and containing 5 to 20% tungsten boride powder by mass% Using a raw material in which the powder mass is equal to or greater than the tungsten boride powder mass, the total mass of the tungsten carbide powder and the tungsten boride powder is 45% or less, and the balance is a nickel and / or cobalt alloy base forming component, By adjusting the mass ratio with the tungsten boride powder, the thickness of the particle-depleted layer It is carried out by controlling the.

上記遠心鋳造方法の発明において、硼化タングステン粉末は、炭化タングステン粉末に対して質量比で0.14〜1.00であるのがよい。また、ライニング層の炭化タングステンの粒子間隔を8〜50μmにすることができる。   In the invention of the centrifugal casting method, the tungsten boride powder is preferably 0.14 to 1.00 in mass ratio with respect to the tungsten carbide powder. Further, the interval between tungsten carbide particles in the lining layer can be set to 8 to 50 μm.

本発明によると、容易に入手可能な炭化タングステン粉末、硼化タングステン粉末を使用し、ニッケルおよび/またはコバルト合金基地中に炭化タングステン粒子、硼化タングステン粒子が均一に分散したライニング層を有し、粒子欠乏層の厚さがきわめて薄い耐摩性に優れたシリンダライニング材を得ることができる。また、本発明によると、所望の厚さの粒子欠乏層を有するシリンダライニング材を得ることができる。   According to the present invention, a tungsten carbide powder, tungsten boride powder, which is readily available, is used and has a lining layer in which tungsten carbide particles and tungsten boride particles are uniformly dispersed in a nickel and / or cobalt alloy matrix. It is possible to obtain a cylinder lining material having a very thin particle-depleted layer and excellent wear resistance. Further, according to the present invention, a cylinder lining material having a particle-depleted layer having a desired thickness can be obtained.

本発明に係るシリンダライニング材の構成を示す模式図(a)及びマクロ組織写真(b)である。It is the schematic diagram (a) and macro structure photograph (b) which show the structure of the cylinder lining material which concerns on this invention. シリンダライニング材における粒子欠乏層のライニング層に対する厚さ比と、硼化タングステン粉末の炭化タングステン粉末に対する質量比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness ratio with respect to the lining layer of a particle-deficient layer in a cylinder lining material, and the mass ratio with respect to tungsten carbide powder of tungsten boride powder. 本発明に係るシリンダライニング材のライニング層部分のSEM写真である。It is a SEM photograph of the lining layer part of the cylinder lining material concerning the present invention. 本発明に係る他のシリンダライニング材のライニング層部分のSEM写真である。It is a SEM photograph of the lining layer part of other cylinder lining materials concerning the present invention. 比較例のシリンダライニング材のライニング層部分のSEM写真である。It is a SEM photograph of the lining layer part of the cylinder lining material of a comparative example. 砂摩耗試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a sand abrasion test.

以下、発明を実施するための形態について説明する。本発明に係る遠心鋳造用シリンダライニング材は、以下の組成を有する。すなわち、質量%で、硼化タングステン+炭化タングステン(合計量):30〜45%、硼化タングステン/炭化タングステン:1以下であって硼化タングステン:5〜20%、ニッケル+コバルト(合計量):35〜50%、モリブデン:1%以下、クロム:10%以下、硼素:1〜3%、珪素:1〜3%、マンガン:2%以下、鉄:5%以下、炭素:1%以下および不可避的不純物を含有する。これにより、ニッケル、コバルト又はこれらの合金基地中に炭化タングステン粒子、硼化タングステン粒子が均一に分散し、しかも所望の厚さの粒子欠乏層を有する耐摩性に優れたシリンダライニング材を得ることができる。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described. The cylinder lining material for centrifugal casting according to the present invention has the following composition. That is, in mass%, tungsten boride + tungsten carbide (total amount): 30 to 45%, tungsten boride / tungsten carbide: 1 or less , tungsten boride: 5 to 20%, nickel + cobalt (total amount) : 35-50%, molybdenum: 1% or less, chromium: 10% or less, boron: 1-3%, silicon: 1-3%, manganese: 2% or less, iron: 5% or less, carbon: 1% or less Contains inevitable impurities. As a result, it is possible to obtain a cylinder lining material excellent in abrasion resistance in which tungsten carbide particles and tungsten boride particles are uniformly dispersed in nickel, cobalt, or an alloy base thereof, and a particle-depleted layer having a desired thickness is provided. it can.

本発明においては、炭化タングステン粉末は遠心鋳造時にほとんど溶損せず原材料時の大きさ及び形状を保ってニッケル、コバルト又はこれらの合金基地中に分散しているので、炭化タングステン粉末の形状は、スクリュ材への攻撃性(かじり、摩耗、損傷)の少ない球状が好ましい。また、炭化タングステン粉末の平均粒径は、6〜12μmであるのが好ましい。一般に、炭化タングステンは相手材を傷つけ、Ni基やCo基などのマトリックスとの濡れ性が悪く、割れ易いとされる問題点をこれにより解決することができる。   In the present invention, the tungsten carbide powder is hardly melted at the time of centrifugal casting and is dispersed in nickel, cobalt, or an alloy matrix thereof while maintaining the size and shape of the raw material. A spherical shape with less aggressiveness (galling, wear, damage) to the screw material is preferable. The average particle size of the tungsten carbide powder is preferably 6 to 12 μm. In general, tungsten carbide damages the mating material, and it is possible to solve the problem that the wettability with a matrix such as Ni group or Co group is bad and easy to break.

一方、硼化タングステン粉末は、炭化タングステン粉末より熱安定性に劣るため遠心鋳造時にある程度分解(溶解)するので、形状については特に指定しない。しかしながら、硼化タングステン粉末の粒径は、炭化タングステン粉末の場合と同程度又は1/2以上の平均粒径3〜12μmであるのがよい。これにより、原材料を調合する際に、硼化タングステン粉末と炭化タングステン粉末の均一な混合物を得ることができる。   On the other hand, tungsten boride powder is inferior in thermal stability to tungsten carbide powder and therefore decomposes (dissolves) to some extent during centrifugal casting, so the shape is not particularly specified. However, the particle size of the tungsten boride powder should be an average particle size of 3 to 12 μm, which is about the same as that of the tungsten carbide powder or 1/2 or more. Thereby, when a raw material is prepared, a uniform mixture of tungsten boride powder and tungsten carbide powder can be obtained.

上述のように、硼化タングステン粉末と炭化タングステン粉末の合計量は、質量%で30〜45%である。硼化タングステンの硬度(36.3GPa)は炭化タングステンの硬度(16.8GPa)より高く、硼化タングステン粉末も炭化タングステン粉末と同様に耐摩耗性に寄与させることができる。よって、硼化タングステン粉末と炭化タングステン粉末を混合することにより、硼化タングステン又は炭化タングステン各々の特性を発揮させるとともに、所望の耐摩耗性を発揮させることができる。   As described above, the total amount of the tungsten boride powder and the tungsten carbide powder is 30 to 45% by mass. The hardness of tungsten boride (36.3 GPa) is higher than the hardness of tungsten carbide (16.8 GPa), and tungsten boride powder can contribute to wear resistance as well as tungsten carbide powder. Therefore, by mixing the tungsten boride powder and the tungsten carbide powder, the characteristics of each of the tungsten boride and the tungsten carbide can be exhibited and desired wear resistance can be exhibited.

しかし、硼化タングステン粉末と炭化タングステン粉末の合計量が多すぎる場合は、ニッケル、コバルトまたはこれらの合金の基地中において硼化タングステン又は炭化タングステン粉末(粒子)の十分な流動性を保つことができず、硼化タングステン又は炭化タングステン粒子が均一に分散した正常な遠心鋳造を行なうことができなくなる。   However, if the total amount of tungsten boride powder and tungsten carbide powder is too large, sufficient fluidity of the tungsten boride or tungsten carbide powder (particles) can be maintained in the base of nickel, cobalt or their alloys. Therefore, normal centrifugal casting in which tungsten boride or tungsten carbide particles are uniformly dispersed cannot be performed.

また、以下に説明するように、硼化タングステン粉末の添加量がある値より増加すると良好なライニング層が得られなくなるので、シリンダライニング材に含まれる硼化タングステン粉末と炭化タングステン粉末は、適切な質量比で含ませるのがよい。   Further, as will be described below, when the amount of tungsten boride powder added exceeds a certain value, a good lining layer cannot be obtained. Therefore, the tungsten boride powder and tungsten carbide powder contained in the cylinder lining material are not suitable. It is good to include by mass ratio.

ニッケル又はコバルトは、上記硼化タングステン粒子及び炭化タングステン粒子を分散させるニッケルおよび/またはコバルト合金基地を形成する成分であり、合計質量で35〜50%とする。これにより、硼化タングステン粒子及び炭化タングステン粒子が均一に分散したニッケルおよび/またはコバルト合金基地を形成させることができる。通常は、ニッケル基地のシリンダライニング材を使用することができるが、耐食性、耐キャビテーション・エロージョン性を向上させるにはニッケル・コバルト合金基地とするのが好ましい。   Nickel or cobalt is a component that forms a nickel and / or cobalt alloy matrix in which the tungsten boride particles and tungsten carbide particles are dispersed, and the total mass is 35 to 50%. Thereby, a nickel and / or cobalt alloy matrix in which tungsten boride particles and tungsten carbide particles are uniformly dispersed can be formed. Usually, a nickel-based cylinder lining material can be used, but a nickel-cobalt alloy base is preferable in order to improve corrosion resistance and cavitation / erosion resistance.

その他、強度や硬度の向上を図るため、モリブデン、クロム、硼素が追加され、モリブデン:1%以下、クロム:10%以下、硼素:1〜3%とすることができる。また、珪素、マンガン、鉄、炭素については、珪素:1〜3%、マンガン:2%以下、鉄:5%以下、炭素:1%以下とすることができる。なお、鉄は、耐食性を低下させるので5%以下とするのがよい。   In addition, in order to improve the strength and hardness, molybdenum, chromium, and boron are added, and molybdenum: 1% or less, chromium: 10% or less, boron: 1-3%. Silicon, manganese, iron, and carbon may be silicon: 1 to 3%, manganese: 2% or less, iron: 5% or less, and carbon: 1% or less. In addition, since iron reduces corrosion resistance, it is good to make it 5% or less.

本シリンダライニング材は、上記組成からなり、公知の遠心鋳造方法により製造することができる。しかしながら、本シリンダライニング材の遠心鋳造においては、以下に説明するように、炭化タングステン粉末と硼化タングステン粉末との質量比を調整することが重要である。硼化タングステン粉末は、炭化タングステン粉末に対して質量比で0.14〜1.00となるように調整するのがよい。   The cylinder lining material has the above composition and can be manufactured by a known centrifugal casting method. However, in the centrifugal casting of the cylinder lining material, it is important to adjust the mass ratio of the tungsten carbide powder and the tungsten boride powder as described below. The tungsten boride powder is preferably adjusted to have a mass ratio of 0.14 to 1.00 with respect to the tungsten carbide powder.

図1に、本シリンダライニング材の構成を示す。図1(a)は、本シリンダライニング材の構成を示す模式図であり、図1(b)はマクロ組織写真である。図1(a)に示すように、本シリンダライニング材は、シリンダ本体の内周面に形成されており、ニッケルおよび/またはコバルト合金に富み、硼化タングステン粒子及び炭化タングステン粒子のほとんど無い粒子欠乏層と、硼化タングステン粒子及び炭化タングステン粒子がニッケルおよび/またはコバルト合金基地中に分散したライニング層からなる。   FIG. 1 shows the configuration of the cylinder lining material. Fig.1 (a) is a schematic diagram which shows the structure of this cylinder lining material, and FIG.1 (b) is a macro structure | tissue photograph. As shown in FIG. 1 (a), the cylinder lining material is formed on the inner peripheral surface of the cylinder body, is rich in nickel and / or cobalt alloy, and lacks tungsten boride particles and tungsten carbide particles. And a lining layer in which tungsten boride particles and tungsten carbide particles are dispersed in a nickel and / or cobalt alloy matrix.

上述のように、本シリンダライニング材の遠心鋳造においては、炭化タングステン粉末と硼化タングステン粉末との質量比を調整することが重要である。この質量比を調整することにより、粒子欠乏層の厚さTSが薄い、例えば1〜2mmのものから、10mm前後の厚いものまで広い範囲にわたる所望の厚さTSを有するものを得ることができる。これは、本シリンダライニング材においては、図2に示すように、粒子欠乏層の厚さTSのライニング層の厚さTLに対する割合が、硼化タングステン粉末の質量WBの炭化タングステン粉末の質量WCに対する割合が一定の関係を有しているからである。すなわち、遠心鋳造されるシリンダ本体の寸法諸元、シリンダライニング材に対する原材料投入量等が決まると、シリンダライニング材の厚み(TM+TL)が定まるから、WB/WCの値を調整することにより所望の厚さTSのシリンダライニング材を得ることができる。なお、WB/WCの比率が高くなると遠心鋳造時に巣、ポロシティ等の鋳造欠陥が生じやすくなるという傾向がある。特に、WB/WCが1を超えた場合には、良好な組織を得ることが困難になる。図2に示すTS、TLは平均値である。図2において、●印は発明例、■印は比較例を示す。また、図2に示す例のシリンダライニング材の組成を質量%で表1に示す。 As described above, in centrifugal casting of the cylinder lining material, it is important to adjust the mass ratio of the tungsten carbide powder and the tungsten boride powder. By adjusting the mass ratio, a thin thickness T S of the particle depletion layer, for example, from those of 1 to 2 mm, to obtain those having a desired thickness T S over a wide range up to those 10mm around thick it can. In the cylinder lining material, as shown in FIG. 2, the ratio of the particle depletion layer thickness T S to the lining layer thickness T L is the mass of the tungsten carbide powder with the mass WB of the tungsten boride powder WB. This is because the ratio to WC has a certain relationship. In other words, once the dimensions of the cylinder body to be cast and the amount of raw material input to the cylinder lining material are determined, the thickness of the cylinder lining material (T M + T L ) is determined, so adjust the WB / WC value. Thus, a cylinder lining material having a desired thickness T S can be obtained. When the ratio of WB / WC is high, casting defects such as nests and porosity tend to occur during centrifugal casting. In particular, when WB / WC exceeds 1, it becomes difficult to obtain a good structure. T S and T L shown in FIG. 2 are average values. In FIG. 2, the ● mark indicates an invention example and the ■ mark indicates a comparative example. The composition of the cylinder lining material of the example shown in FIG.

Figure 0005095669
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本シリンダライニング材は、ニッケル、コバルト又はこれらの合金基地中に炭化タングステン粒子及び硼化タングステン粒子が均一に分散したライニング層を有する。図3及び図4に、本シリンダライニング材のライニング層部分の走査電子顕微鏡(SEM)写真を示す。図3は、表1に示すWB/WC=0.33(10.0WB/30.0WC)の組成を有するものの例である。図4は、表1に示すWB/WC=1.00(20.0WB/20.0WC)の組成を有するものの例である。なお、比較のため、図5に、表1に示すWB/WC=0.00(0.0WB/40.0WC)の組成を有するもののSEM写真を示す。   The cylinder lining material has a lining layer in which tungsten carbide particles and tungsten boride particles are uniformly dispersed in nickel, cobalt, or an alloy base thereof. 3 and 4 show scanning electron microscope (SEM) photographs of the lining layer portion of the cylinder lining material. FIG. 3 shows an example having the composition of WB / WC = 0.33 (10.0WB / 30.0WC) shown in Table 1. FIG. 4 shows an example having the composition of WB / WC = 1.00 (20.0WB / 20.0WC) shown in Table 1. For comparison, FIG. 5 shows an SEM photograph of a material having the composition of WB / WC = 0.00 (0.0WB / 40.0WC) shown in Table 1.

図3及び図4に示すように、本シリンダライニング材のライニング層は、炭化タングステン粒子が島状に分散し、硼化タングステン粒子がニッケル基地の全面にわたって微細に分散しており、それらの分散状態は均一である。炭化タングステン粒子は、外径が1〜15μmであり、原材料時の粉末形状を保って球形に近い形状をしていることが分かる。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the lining layer of the cylinder lining material, tungsten carbide particles are dispersed in an island shape, and tungsten boride particles are finely dispersed over the entire surface of the nickel base. Is uniform. It can be seen that the tungsten carbide particles have an outer diameter of 1 to 15 μm and have a shape close to a sphere while maintaining the powder shape as the raw material.

また、図3〜図5によると、炭化タングステン粒子間隔は、炭化タングステン粒子量が多いほど小さくなっていることから分かるように、本シリンダライニング材のライニング層においては、炭化タングステンの粒子間隔を8〜50μmの範囲にすることができる。   Further, according to FIGS. 3 to 5, as can be seen from the fact that the tungsten carbide particle interval becomes smaller as the tungsten carbide particle amount increases, in the lining layer of this cylinder lining material, the tungsten carbide particle interval is 8 It can be in the range of ~ 50 μm.

一方、硼化タングステン粒子は、外径が数μm以下であり、原材料時の粉末よりもかなり小さくなっている。図3と図4を比較すると、硼化タングステン粒子量の多い図4の例の場合の方が、硼化タングステン粒子密度が高いように観察される。しかしながら、図3及び図4のいずれも硼化タングステン粒子の分散性はよく、分散状態は均一である。   On the other hand, the tungsten boride particles have an outer diameter of several μm or less and are considerably smaller than the powder of the raw material. When FIG. 3 and FIG. 4 are compared, it is observed that the tungsten boride particle density is higher in the case of the example of FIG. 4 having a larger amount of tungsten boride particles. However, in both FIG. 3 and FIG. 4, the dispersibility of the tungsten boride particles is good and the dispersion state is uniform.

図6は、遠心鋳造により表1に示す組成のシリンダライニング材を製造し、粒子欠乏層を切削削除したライニング層からなる試験片を作製して、砂摩耗試験及び硬度測定試験を行った結果を示す。図6において、棒グラフにより摩耗体積を示し、●印によりロックウェル硬度の平均値を示す。なお、比較例の試験結果も表示した。■印は、比較例のロックウェル硬度の平均値を示す。砂摩耗試験は、ASTM G65に従って行い、ホイール回転速度200rpm、荷重130N、試験時間10minであった。   FIG. 6 shows the results of producing a cylinder lining material having the composition shown in Table 1 by centrifugal casting, producing a test piece composed of a lining layer from which a particle-deficient layer has been removed, and conducting a sand wear test and a hardness measurement test. Show. In FIG. 6, the wear volume is indicated by a bar graph, and the average value of Rockwell hardness is indicated by the mark ●. In addition, the test result of the comparative example was also displayed. (2) indicates the average value of the Rockwell hardness of the comparative example. The sand abrasion test was performed according to ASTM G65, and the wheel rotation speed was 200 rpm, the load was 130 N, and the test time was 10 min.

図6に示すように、摩耗体積は、硼化タングステン粉末添加量(WBの質量%)が5%(5.0WB/35.0)〜20%(20.0WB/20.0WC)の場合に、0%(WB/WC=0.0/40.0)の摩耗体積以下になっており、5%〜13%(13.0WB/27.0WC)まではWB/WCの値が大きくなるほど摩耗体積は小さくなっている。しかし、WBの質量%が13%〜20%においてはWB/WCの値が大きくなるほど摩耗体積が大きくなる様子がうかがえる。   As shown in FIG. 6, the wear volume is 0% (WB) when the added amount of tungsten boride powder (mass% of WB) is 5% (5.0WB / 35.0) to 20% (20.0WB / 20.0WC). /WC=0.0/40.0), and the wear volume decreases as the value of WB / WC increases from 5% to 13% (13.0WB / 27.0WC). However, it can be seen that when the mass% of WB is 13% to 20%, the wear volume increases as the value of WB / WC increases.

一方、ロックウェル硬度についても摩耗体積と同様な変化状態を示している。すなわち、WBの質量%が、5%〜20%の場合に0%のロックウェル硬度以上になっており、5%〜13%まではWB/WCの値が大きくなるほどロックウェル硬度が大きくなっている。しかし、WBの質量%が、13%〜20%においてはWB/WCの値が大きくなるほどロックウェル硬度が小さくなる様子がうかがえる。   On the other hand, the Rockwell hardness shows the same change state as the wear volume. That is, when the mass% of WB is 5% to 20%, the Rockwell hardness is 0% or more. From 5% to 13%, the larger the value of WB / WC, the greater the Rockwell hardness. Yes. However, it can be seen that when the mass% of WB is 13% to 20%, the Rockwell hardness decreases as the value of WB / WC increases.

以上、本発明に係るシリンダライニング材は、硼化タングステン粒子及び炭化タングステン粒子がニッケルおよび/またはコバルト合金基地中に均一に分散しており、硼化タングステン粉末の炭化タングステン粉末に対する質量比WB/WCにより、粒子欠乏層の厚さ、耐摩性及び硬度の異なるライニング層を有する。そして、質量比WB/WCは0.14〜1.00とすることができ、シリンダライニング材の耐摩性は質量比WB/WCが0.33〜0.48であるのがよい。   As described above, in the cylinder lining material according to the present invention, the tungsten boride particles and the tungsten carbide particles are uniformly dispersed in the nickel and / or cobalt alloy matrix, and the mass ratio of the tungsten boride powder to the tungsten carbide powder is WB / WC. Therefore, it has a lining layer in which the thickness, abrasion resistance and hardness of the particle-deficient layer are different. The mass ratio WB / WC can be 0.14 to 1.00, and the cylinder lining material preferably has a mass ratio WB / WC of 0.33 to 0.48.

Claims (5)

質量%で、硼化タングステン+炭化タングステン(合計量):30〜45%、硼化タングステン/炭化タングステン:1以下であって硼化タングステン:5〜20%、ニッケル+コバルト(合計量):35〜50%、モリブデン:1%以下、クロム:10%以下、硼素:1〜3%、珪素:1〜3%、マンガン:2%以下、鉄:5%以下、炭素:1%以下および不可避的不純物を含有する遠心鋳造用シリンダライニング材。 Mass%, tungsten boride + tungsten carbide (total amount): 30 to 45%, tungsten boride / tungsten carbide: 1 or less , tungsten boride: 5 to 20%, nickel + cobalt (total amount): 35 -50%, molybdenum: 1% or less, chromium: 10% or less, boron: 1-3%, silicon: 1-3%, manganese: 2% or less, iron: 5% or less, carbon: 1% or less and inevitable Cylinder lining material for centrifugal casting containing impurities. 炭化タングステンは平均粒径6〜12μmの球状粉末であり、硼化タングステンは平均粒径3〜12μmの粉末であることを特徴とする請求項1に記載の遠心鋳造用シリンダライニング材。   2. The cylinder lining material for centrifugal casting according to claim 1, wherein tungsten carbide is a spherical powder having an average particle diameter of 6 to 12 [mu] m, and tungsten boride is a powder having an average particle diameter of 3 to 12 [mu] m. シリンダ本体の内周面に設けられる、ニッケルおよび/またはコバルト合金基地中に炭化タングステン粒子及び硼化タングステン粒子が分散したライニング層と、そのライニング層の内周面に形成され、炭化タングステン粒子及び硼化タングステン粒子が稀少な粒子欠乏層と、を有するシリンダライニング材を製造する遠心鋳造方法であって、
質量%で硼化タングステン粉末を5〜20%含み炭化タングステン粉末質量が硼化タングステン粉末質量以上で、炭化タングステン粉末と硼化タングステン粉末の合計質量が45%以下、残部がニッケルおよび/またはコバルト合金基地形成成分となる原料を用い、
前記炭化タングステン粉末と前記硼化タングステン粉末との質量割合を調整することにより、
前記粒子欠乏層の厚さを制御する遠心鋳造方法。
A lining layer provided on the inner peripheral surface of the cylinder body in which tungsten carbide particles and tungsten boride particles are dispersed in a nickel and / or cobalt alloy base, and formed on the inner peripheral surface of the lining layer. A centrifugal casting method for producing a cylinder lining material having a particle-deficient layer in which tungsten oxide particles are rare,
5% to 20% by weight of tungsten boride powder, the weight of tungsten carbide powder is more than the weight of tungsten boride powder, the total weight of tungsten carbide powder and tungsten boride powder is 45% or less, and the balance is nickel and / or cobalt alloy Using raw materials that are base forming components,
By adjusting the mass ratio of the tungsten carbide powder and the tungsten boride powder,
A centrifugal casting method for controlling the thickness of the particle-depleted layer.
硼化タングステン粉末は、炭化タングステン粉末に対して質量比で0.14〜1.00であることを特徴とする請求項3に記載の遠心鋳造方法。   4. The centrifugal casting method according to claim 3, wherein the tungsten boride powder has a mass ratio of 0.14 to 1.00 with respect to the tungsten carbide powder. ライニング層の炭化タングステンの粒子間隔が8〜50μmであることを特徴とする請求項3又は4に記載の遠心鋳造方法。   The centrifugal casting method according to claim 3 or 4, wherein a particle interval of tungsten carbide in the lining layer is 8 to 50 µm.
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