JP5472822B2 - 耐摩耗性複合材 - Google Patents
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Description
このとき、鋳型1から取り出された後の耐摩耗性複合材5は、図3(c)に示すように、耐摩耗材2の鋳型埋込部2bが母材3の表面から突出した状態となり、この状態で所定の用途に使用される。その使用中に母材3の表面から突出した鋳型埋込部2bは、被処理物(被破砕物等)に打撃されて徐々に消耗し、その突出量が減少する。そして、耐摩耗材2の表面が母材3の表面と面一となった後も、母材埋込部2aが、耐摩耗性複合材5の耐摩耗性能を向上させる機能を継続して発揮する。
この間、仮に、耐摩耗材に亀裂が発生しても、その亀裂は、相対的に靱性が低い鋳型埋込部に留まり、相対的に靱性が高い母材埋込部には進展しない。このため、従来のように、母材埋込部の一部が割れて脱落する事態を防止し得る。
例えば、前記母材埋込部に用いられる焼結材料をアルミナ(Al2O3)の粉末とし、前記鋳型埋込部に用いられる焼結材料を窒化珪素(Si3N4)の粉末とし、これらを一体に成型して、アルミナが焼結する温度1600℃(又は、その温度以上で鋳型埋込部の焼結材料である窒化珪素の焼結温度に至らない温度)で焼結させる。これにより、窒化珪素は、その窒化珪素の焼結温度である1950℃よりも低い温度での焼結となり、アルミナが焼結した部分よりも相対的に靱性が低く(脆く)なる。その他、炭化珪素(SiC)の焼結温度が2200℃、ほう化物系の焼結温度が1200℃であるので、これらのアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ほう化物系、その他焼結材料の各粉末を用い、母材埋込部側に焼結温度が低い焼結材料を、鋳型埋込部側に焼結温度が高い焼結材料を採用すればよい。
添加剤を採用する場合の構成は、前記鋳型埋込部に用いられる焼結材料は、前記母材埋込部に用いられる焼結材料に添加剤が加えられて構成され、その添加剤を加えることにより、焼結後の前記鋳型埋込部の靱性が前記母材埋込部よりも相対的に低くなっている構成である。添加剤としては、例えば、長石を採用することができる。母材埋込部の焼結材料の粉末に長石を少量加えると、長石は融点が低いため、その焼結材料よりも長石が先に溶融する。これがセラミックスの粒子間に入り込み、焼結温度を下げる働きをする。
この鋳型埋込部の焼結材料と母材埋込部の焼結材料とを一体に成形し、母材埋込部の焼結材料の焼結温度(又は、その温度以上で鋳型埋込部の焼結材料の焼結温度に至らない温度)で焼結させることにより、鋳型埋込部は、その焼結材料の焼結温度よりも低い温度での焼結となり、母材埋込部よりも相対的に靱性が低く(脆く)なる。ただし、長石を加えると、ガラス質の物質が粒界に介在することとなるため、焼結後の引張強さなどが低下する。このため多量には添加しないことが望ましい。
この鋳型埋込部の焼結材料と母材埋込部の焼結材料とを一体に成形し、母材埋込部の焼結材料の焼結温度(又は、その温度以上で鋳型埋込部の焼結材料の焼結温度に至らない温度)で焼結させることにより、鋳型埋込部は、その焼結材料の焼結温度よりも低い温度での焼結となり、母材埋込部よりも相対的に靱性が低く(脆く)なる。
その耐摩耗性複合材の構成は、上記の各方法によって製造されるものであって、前記耐摩耗材は、相対的に靱性が高い母材埋込部と相対的に靱性が低い鋳型埋込部とを有し、前記母材埋込部が前記母材に埋め込まれ前記鋳型埋込部が前記母材の表面から突出した状態に前記耐摩耗材と前記母材とを鋳ぐるみで結合した構成である。
なお、この耐摩耗性複合材5の製造方法、及びその製造方法によって製造された耐摩耗性複合材5は、粉砕機のライナーやハンマー等のほか、混練機等の羽根等、あるいは、その他各種産業機械や装置の各部部材に採用することができる。この耐摩耗性複合材5を採用することにより、被破砕物等の各種被処理物に触れる各部部材の摩耗しやすい面の耐摩耗性能の強化を図ることができる。
図1(a)に示すように、母材埋込部2aが母材3に埋め込まれ、鋳型埋込部2bが母材3の表面から突出した状態に、多数の耐摩耗材2と母材3とが結合されている。
また、仮に、鋳型埋込部2bに亀裂が発生しても、その亀裂は、相対的に靱性が低い鋳型埋込部2bに留まり、相対的に靱性が高い母材埋込部2aには進展しない。このため、従来のように、母材埋込部2aの一部が割れて脱落する事態を防止し、被処理物が耐摩耗材2に当たらなくなる事態を回避できる。
したがって、耐摩耗材2は、図1(c)に示すように、その表面が母材3の表面と面一と成った後も、耐摩耗性複合材5の耐摩耗性能を向上させる機能を継続して発揮することができる。
ただし、母材埋込部2aと鋳型埋込部2bとの境界が、多少、母材3の表面の位置とずれていても、亀裂が母材埋込部2aに進展しない限りにおいて差し支えない。例えば、耐摩耗性複合材5の使用前の状態において、母材埋込部2aと鋳型埋込部2bとの境界が、母材3の表面の延長線上からやや内側(母材3内)へ入り込んだ状態、あるいは外側(母材3外)へ出た状態にあってもよい。
このとき、鋳型1から取り出された後の耐摩耗性複合材5は、図2(c)に示すように、耐摩耗材2の鋳型埋込部2bが母材3の表面から突出した状態となり、この状態で所定の用途に使用される。
添加剤を採用する場合の構成は、鋳型埋込部2bに用いられる焼結材料が、母材埋込部2aに用いられる焼結材料に、特定の添加剤が加えられて構成されている構成である。添加剤としては、例えば、長石を採用することができる。母材埋込部2aの焼結材料の粉末に長石を少量加えると、長石は融点が低いため、その焼結材料よりも長石が先に溶融する。これがセラミックスの粒子間に入り込み、焼結温度を下げる働きをする。
したがって、同一の成分の粉末を用いる場合、粒径が小さければ接触面積が増加して焼結温度が下がり、この焼結温度の差異により、焼結後の靱性に差異を設定することができる。つまり、母材埋込部2aに用いられる焼結材料の粉末の粒径を、鋳型埋込部2bに用いられる焼結材料の粉末の粒径よりも小さくすれば、母材埋込部2aの焼結材料の焼結温度が鋳型埋込部2bよりも相対的に低くなる。
ここで、粒径とは、焼結温度を左右する要因となる最大粒径、最小粒径、平均粒径、その他粒径に関する指標のいずれかを採用することができるが、特に、粒径の指標として平均粒径を採用すると、粒径の差異と焼結温度の差異の管理が容易である。
この性質を利用して、鋳型埋込部2bと母材埋込部2aとで、タングステンカーバイトとコバルトとの割合を異ならせることにより、靱性の異なる鋳型埋込部2bと母材埋込部2aとを一体に形成することができる。
2 耐摩耗材
2a 母材埋込部
2b 鋳型埋込部
3 母材
4 亀裂
5 耐摩耗性複合材
Claims (5)
- 母材(3)に対して、その母材(3)の金属よりも耐摩耗性能が高い耐摩耗材(2)を結合させた耐摩耗性複合材の製造方法において、
前記耐摩耗材(2)は、相対的に靱性が高い母材埋込部(2a)と相対的に靱性が低い鋳型埋込部(2b)とを有し、前記鋳型埋込部(2b)を前記鋳型(1)に埋め込み前記母材埋込部(2a)を前記鋳型(1)の内面から突出させ、その鋳型(1)内に母材(3)の溶湯を供給してその母材(3)を凝固させ、前記鋳型(1)から離脱させることにより、前記母材埋込部(2a)が前記母材(3)に埋め込まれ前記鋳型埋込部(2b)が前記母材(3)の表面から突出した状態に前記耐摩耗材(2)と前記母材(3)とを鋳ぐるみで結合させることを特徴とする耐摩耗性複合材の製造方法。 - 前記耐摩耗材(2)はセラミックス部材であり、互いにその成分が異なる前記母材埋込部(2a)に用いられる焼結材料と前記鋳型埋込部(2b)に用いられる焼結材料とを一体に焼結して形成され、その両焼結材料の成分の差異により、焼結後の前記鋳型埋込部(2b)の靱性が前記母材埋込部(2a)よりも相対的に低くなっていることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗性複合材の製造方法。
- 前記鋳型埋込部(2b)に用いられる焼結材料は、前記母材埋込部(2a)に用いられる焼結材料に添加剤が加えられて構成され、その添加剤を加えることにより、焼結後の前記鋳型埋込部(2b)の靱性が前記母材埋込部(2a)よりも相対的に低くなっていることを特徴とする請求項2に記載の耐摩耗性複合材の製造方法。
- 前記耐摩耗材(2)はセラミックス部材であり、互いに同一の成分でその粒径が異なる前記母材埋込部(2a)に用いられる焼結材料と前記鋳型埋込部(2b)に用いられる焼結材料とを一体に焼結して形成され、その両焼結材料の粒径の差異により、焼結後の前記鋳型埋込部(2b)の靱性が前記母材埋込部(2a)よりも相対的に低くなっていることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗性複合材の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の耐摩耗性複合材の製造方法によって製造される耐摩耗性複合材において、
前記耐摩耗材(2)は、相対的に靱性が高い母材埋込部(2a)と相対的に靱性が低い鋳型埋込部(2b)とを有し、前記母材埋込部(2a)が前記母材(3)に埋め込まれ前記鋳型埋込部(2b)が前記母材(3)の表面から突出した状態に前記耐摩耗材(2)と前記母材(3)とを鋳ぐるみで結合したことを特徴とする耐摩耗性複合材。
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