JPH02424B2

JPH02424B2 -

Info

Publication number: JPH02424B2
Application number: JP2491484A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tani; Atsushi Funakoshi; Hitoshi Nishimura; Toshiaki Morichika
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1990-01-08
Also published as: JPS60169515A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、基地中に塊状晶出タングステン炭化
物が緻密かつ均一に分散した組織を有する耐摩耗
性にすぐれた鋳造物の製造法に関する。耐摩耗材料としては、例えば化学成分組成と熱
処理の組合せにより基地中に硬い炭化物などを析
出させた各種合金、タングステン炭化物などとニ
ツケル、コバルトなどの金属とを結合焼結した超
硬合金、アルミナ、炭化けい素などのセラミツク
焼結体等がある。本発明に係る耐摩耗材料は、こ
のような各種の従来材と異なり、基地中に微細な
塊状タングステン炭化物を多量に晶出させること
により高耐摩耗性を具現したものである。すなわち、本発明者等は耐摩耗材料の研究にお
いて、多量のタングステン（Ｗ）を含有する一定
の化学成分組成に調節された鉄系合金溶湯は、そ
の鋳造凝固過程で多量の塊状タングステン炭化物
の晶出をみること、その塊状晶出タングステン炭
化物が基地中に緻密かつ均一に分散した組織を有
する鋳造物はすぐれた耐摩耗性を有し、例えば圧
延用ロールなどの用途に好適であることを見出し
た。その鋳造物は、C2.5〜5.0％、Si3.5％以下、
Mn3.5％以下、W25.0〜80.0％を基本構成々分と
する鉄系合金であつて、基地中に、粒径約５〜
100μｍの塊状晶出タングステン炭化物が、容積
率で約15〜75％を占めるような組織を有する鋳物
として得ることができる。しかし、その鋳造凝固過程で生成する晶出タン
グステン炭化物は粗大な塊状、あるいは塊状物の
連続したものとなり易く、そのような組織になる
と、材料の脆化や耐摩耗性の劣化を生じ、圧延用
ロールやその他の構造材料としての適性に欠けた
ものとなる。耐摩耗性とともに、強度、靭性など
の諸特性を具備させるには、多量の塊状晶出タン
グステン炭化物が、緻密でしかも均一に分散した
組織を形成させることが必要である。本発明者等
はこの点に関し更に研究の結果、その鋳造におい
て溶湯に対しタングステン炭化物粒子による接種
を施すことが、塊状晶出タングステン炭化物の均
一な分散化に効果的であることを見出した。本発明は上記諸知見に基づいてなされたもので
あり、C2.5〜5.0％、Si3.5％以下、Mn3.5％以下、
W25.0〜80.0％を含む鉄系合金の鋳造において、
その溶湯にタングステン炭化物粒子による接種を
行うことにより、基地中に塊状晶出タングステン
炭化物を微細均一に分散させることを特徴とす
る。本発明によれば、所定の化学成分組成に調節さ
れたＷを含む鉄系合金溶湯の鋳造において、タン
グステン炭化物粒子による接種が行なわれる。そ
の接種の時期は、出湯直前の炉中でもよく、ある
いは出湯中もしくは出湯後の取鍋中であつてよ
い。また、鋳型内に散布しておくか、鋳型内への
鋳込中に行つてもよい。接種に使用されるタングステン炭化物粒子は、
WC、W₂Cなどであり、またタングステン・チタ
ン炭化物などの複炭化物であつてよい。これらの
炭化物粒子は適宜複合使用しても構わない。その
粒径は10〜250μｍであるのが好ましい。粒径が
10μｍに満たないと、粒子は溶湯中に完全に溶解
し拡散し易く、拡散してしまうと接種の効果が消
失する。一方、250μｍをこえる粗大粒子である
と、溶湯中にそのまま粒子として残存するため、
この場合も接種の効果が少くなる。粒子径が10〜
250μｍの範囲内にあれば、接種された炭化物粒
子は、崩壊、分散して溶湯中に均一に分布し、あ
るいは均一に分布した粒子が溶解はするが拡散は
しない状態にあつて残留核あるいは晶出核として
の作用をなし、それによつて晶出炭化物の粗大
化・凝集が回避され、細微均一に分散した組織の
形成をみるものと推定される。また、接種するタングステン炭化物粒子の量
は、溶湯量に対し0.05％以上であるのが好まし
い。接種量が0.05％に満たないと、造核作用が不
足し、工業的に十分な効果を得がたいからであ
る。接種量を多くした場合は、投与された粒子の
吸熱に伴う溶湯の降温、あるいは崩壊・分散した
タングステン炭化物粒子の多量の混在等により溶
湯の流動性の低下をみるが、所要の流動性が保た
れる限り、接種量を多くしても特に問題はない。
余剰にタングステン炭化物粒子は、造核作用に関
与しないが、そのまま残存して耐摩耗性の向上に
寄与するからである。もつとも、投与量が2.0％
をこえてもその効果は殆んど増加せず、経済的に
不利である。次に、鋳造合金の成分限定理由について説明す
る。Ｃ：2.5〜5.0％Ｃは晶出タングステン炭化物の形成に必要であ
る。その含有量が2.5％満たないと、個々に独立
した塊状のタングステン炭化物は晶出せず、連続
した鉄−タングステン複炭化物の形成をみる。ま
た、5.0％をこえると、基地中に黒鉛が晶出し脆
化する。よつて、2.5〜5.0％とする。 Si：3.5％以下基地中への針状のタングステン炭化物の昌出と
それに伴う脆化の防止、および鋳造時の溶湯の流
動性改善効果を有する。しかし、多量に含有する
と基地の脆化が著しくなるので、3.5％以下とす
る。 Mn：3.5％以下溶湯を清浄化する効果を有するが、あまり多い
と基地の脆化を招くので、3.5％以下とする。Ｗ：25.0〜80.0％本発明鋳造物を構成する最も重要な元素であ
る。初晶タングステン炭化物を十分に晶出させる
には、少くとも25.0％を必要とする。一方、80.0
％をこえると、溶融点が高く、溶解−鋳造が困難
となる。よつて、25.0〜80.0％とする。本発明における鋳造合金は、上記各元素を基本
構成々分とし、必要ならば材質の改善を目的とし
て基本構成元素のほか、Ni、Cr、Co、その他の
諸元素群から選らばれる任意の１種もしくは２種
以上の元素を適量（合計量約10％以下）含有し、
残部は実質的にFeからなる鉄系合金である。例
えば、基地の強化を目的とする任意元素として
CrおよびNiのいづれか一方または両者を含有す
る。その場合のCr含有量は、クロム複炭化物の
晶出による脆化を避けるために、5.0％以下とす
るのがよい。また、Niの場合は、添加効果とコ
ストを較量すると、6.0％以下にとどめるのが適
当である。本発明における鋳造合金の化学成分組成を第４
図のFe−Ｃ−Ｗ三元系状態図に当てはめると、
相当組成の液相面は約1700〜1200℃の範囲にあ
り、初晶としてタングステン炭化物の晶出をみる
ことがわかる。本発明によれば、上記化学成分組
成を有する鋳物を、その基地中に粒径約５〜
100μｍ（円形換算値）の塊状晶出炭化物が、容
積率で約15〜75％を占めるような組織を有する鋳
造物として得ることができ、その硬度は、Hvで
例えば900〜1100と非常に硬質である。第１図お
よび第２図に本発明による鋳造物の組織の例を示
す（接種剤はWC粒子）。晶出炭化物は幾何学的
晶癖を呈する微細塊状物で、基地中に緻密かつ均
一に分布している。なお、Ｘ線マイクロアナライ
ザーによれば、その晶出炭化物はWCであり、
Fe、Crなどの元素は殆んど含まれていない。本発明における鋳造方案には特別の制限はな
く、目的とする鋳物は、例えば中実柱状体として
得ることができ、あるいは中空筒体として得るこ
ともできる。ロール類を目的とする場合は、耐摩
耗性は表面の問題であるから、中空円筒体を鋳造
し、必要ならばその中空孔にコアー材として他種
金属を鋳造して２層構造を形成してもよい。こう
すれば、溶湯の成分元素および接種剤としての高
価なタングステンの使用量を節減しながら所要の
材料特性を満たすことができる。また、中空筒状
鋳物の鋳造には遠心力鋳造法を利用し、塊状晶出
炭化物を遠心力で比重分離させることにより表層
部に晶出炭化物が緻密に分布した組織を形成する
こともできる。本発明の実施例について説明すると、高周波溶
解炉で溶製した下記成分組成の溶湯を、800℃に
予熱したセラミツク鋳型（内径30mm×高さ100mm）
に鋳込み鋳物(A)および(B)を得た。溶湯に対する接
種は出湯直前の炉中または鋳型内にて行つた。 (i) 溶湯成分組成：C4.10％、Si0.54％、Mn0.8
％、W42.0％、Ni2.8％、Cr0.88％、残部Fe。 (ii) 鋳込温度：1550℃ (iii) 接種剤：W₂C粒子、粒径10〜63μm (iv) 接種時期および接種量鋳物(A)：鋳型内溶湯に0.8％接種鋳物(B)：出湯直前の炉中溶湯に1.0％接種。比較例として、接種を行なわない点を除いて上
記と同じ鋳造条件で鋳物(C)を得た。〔〕組織上記各鋳物(A)、(B)および(C)の底部から30mmの
位置における組織をそれぞれ第１図〜第３図に
示す。接種しなかつた比較例（第３図）では、
晶出炭化物が粗大で、かつ塊状の連続がみられ
るのに対し、接種が施こされた本発明例(A)（第
１図）および(B)（第２図）は、晶出炭化物が極
微細で緻密かつ均一に分散した組織を有する。なお、本発明例(A)、(B)の各組織における晶出
炭化物の平均粒径はほぼ44μｍ、容積率は約42
％前後（１mm方眼交点計測法による）である。〔〕耐摩耗性各鋳物(A)、(B)および(C)から板状試片を調製
し、大越式迅速摩耗試験機にて下記条件で摩耗
試験を行い、各鋳物の耐摩耗性を単位荷重・単
位すべり距離当りの摩耗体積（比摩耗量）にて
評価した。 (イ) 相手材（回転輪）：SUJ2、硬度（H_RC）
62.0 (ロ) すべり速度：3.4ｍ／秒。すべり距離：200
ｍ。 (ハ) 最終荷重：17.6〜18.5Kgｆ。第１表に試験結果を示す。同表には従来材で
あるNiグレン鋳鉄（C3.22％、Si0.75％、
Mn0.68％、Ni4.38％、Cr1.64％、Mo0.35％、
残部Fe）およびチルド鋳物（C3.99％、Si0.29
％、Mn0.23％、Ni3.38％、Cr0.98％、Mo0.22
％、残部Fe）について同じ摩耗試験による試
験結果を併記した。本発明鋳物は比較例の鋳物
(C)およびNiグレン鋳鉄、チルド鋳物を凌ぐ耐
摩耗性を有している。

【表】〔〕靭性鋳物(A)、(B)および(C)のそれぞれにつき、
JISZ2242による衝撃試験を実施し、シヤルピ
ー吸収エネルギーを求めた。鋳物(A)：0.40Kgｆ・ｍ鋳物(B)：0.35Kgｆ・ｍ鋳物(C)：0.30Kgｆ・ｍ本発明例の鋳物は耐衝撃性にすぐれていること
とがわかる。以上のように、本発明により得られる鋳物は基
地中に極微細の塊状晶出炭化物が緻密かつ均一に
分散した組織を有し、極めて硬質で耐摩耗性に富
むとともに靭性にもすぐれており、例えば鉄鋼関
連設備における圧延ロール、搬送ロールなどのロ
ール類、各種金型やダイス、その他耐摩耗性の要
求される各種構造材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は基地中に晶出タングステン炭
化物を有する組織を示す図面代用顕微鏡写真（×
40）、第４図はFe−Ｃ−Ｗ三元系状態図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C2.5〜5.0％、Si3.5％以下、Mn3.5％以下、
W25.0〜80.0％、残部実質的にFe、またはFeの一
部が１種もしくは２種以上の合金元素で置換され
てなる鉄系合金の鋳造において、その溶湯にタン
グステン炭化物粒子による接種を行うことによ
り、基地中に微細な塊状晶出タングステン炭化物
が均一に分散した組織を形成せしめることを特徴
とする耐摩耗鋳物の製造法。