JPH034601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、各種プラスチツク材の射出成形或は
押出成形等に使用される耐食性及び耐摩耗性の優
れたシリンダの製造方法に関するものである。 ［従来の技術］ 上記の様なプラスチツク材の射出又は押出成形
はかなりの高温条件下で行なわれる為、一部原料
の熱分解は回避しきれず多少の腐食性ガスが生成
することは当然視されている向きもある。特に難
燃化を期してハロゲン含有化合物を配合した場合
には大量のハロゲン含有ガスが発生する。その場
合シリンダ内部は常時腐食環境に曝らされること
となり、シリンダには高レベルの耐食性が要求さ
れる。また成形時に負荷される圧力は相当高く、
且つ強度向上の為に配合されることの多い無機質
充填材は非常の高強度である為シリンダには高レ
ベルの耐摩耗性も要求される。 この様な要求特性を一応備えるものとして従来
はSACMやSCM等の窒化シリンダが汎用されて
おり、この素材は低廉で製造が容易であるといつ
た特徴も有している。しかしながら窒化による硬
化層が0.1mm程度と極めて薄い為、必ずしも十分
な耐食性及び耐摩耗性を発揮しているとは言えな
い。そこで上記の様な過酷な使用条件に耐え得る
シリンダとして遠心鋳造によるバイメタリツクシ
リンダが開発され、これは従来のシリンダに比べ
て格段に優れた性能を有しているところから、需
要が急激に増大してきている。ところがこのバイ
メタリツクシリンダにも問題点がない訳ではな
く、下記の様な種々の問題点が残されている。 遠心鋳造法では製法上の制約からライニング
合金の融点に限界があり、1000〜1100℃以下の
融点を有する成分に限定される。 遠心鋳造法では耐摩耗性改善の為WC等の高
硬度物質を強化材として添加するが、これらの
強化材はマトリツクス成分に比べて比重が大き
い為ライニング層の内部へ偏析し易く、摺動面
となる内周表面側の存在量は極めて僅かであ
る。 遠心鋳造工程で溶融した合金は当然のことな
がらバイメタル（シリンダ本体を構成する鋼
材）と接触するが、合金層にはバツクメタルか
ら相当量の鉄分が混入してくる為期待されるほ
どの耐食性は得られない。 小径のシリンダでは十分な遠心力が得られな
い為、シリンダ本体に対するライニング材の接
合性を十分に高めることができない。 遠心鋳造により形成されるライニング合金層
は鋳造組織である為成分偏析が著しく且つ金属
間化合物はかなり粗大化している。その為ライ
ニング層の強度及び靭性は良好とは言えず、耐
食性や耐摩耗性も不均一である。 ［発明が解決しようとする課題］ 上記遠心鋳造法においては、上述の各問題点に
加え次の様な問題、即ち原料供給口の様にシリン
ダ軸に対して垂直方向に穿設された透孔を有する
場合において、該透孔の内周面にライニング層を
形成するのは原理的に困難であるという問題があ
つた。この様な透孔にライニング層を形成する方
法として、肉盛溶接による方法が知られている。
しかしながら肉盛溶接による方法においても、シ
リンダのバツクメタルの溶融部とライニング合金
が溶接熱によつて融合してしまい、或は融合に至
らずとも合金元素の拡散が生じ本来的機能である
耐食摩耗の効果を発揮し得なくなると言つた別の
問題点が指摘される。しかも溶接境界部での割れ
発生の危険性もある。 本発明は上記の様な事情に着目してなされたも
のであつて、その目的は原料供給口を有する様な
複雑な形状を有する場合であつてもその内面にラ
イニング層を容易に形成できると共に、前述した
様な従来技術の持つ問題点を一挙に解決し得る様
なプラスチツク成形装置用シリンダの製造方法を
提供する点にある。 ［課題を解決する為の手段］ 本発明に係るプラスチツク成形装置用シリンダ
の製造方法とは、周壁の適所に透孔を有する高強
度鋼材製金属管内に、周方向間隙を残して、第１
金属中子を挿入すると共に、前記透孔内に周方向
間隙を残して、透孔の開口部周縁に固定される外
向きフランジ部を一体的に形成した第２金属中子
を挿入し、前記第１金属中子、第２金属中子及び
金属管の間に形成された前記間隙内に、下記成分
の金属原料粉末を充填した後、当該充填部を脱
気、密封後HIP処理する点に要旨を有するもので
ある。 Ｃ：0.1〜２％ Si：0.5〜３％ Ｂ：0.5〜３％ Cr：10〜40％ Ｗ：10〜30％ Cu：0.5〜３％ 残部：Ni及び／若しくはCo ［作用］ 本発明は上述した如く構成されるが、要は周方
向の適所に透孔を有する高強度鋼材製金属管にお
いて、前記透孔及び金属管内に周方向間隙を残し
て個別的に金属中子を挿入し、前記間隙内に所定
の成分の金属原料粉末を充填した後HIP処理をす
ることによつて金属管及び透孔の内周面に耐食・
耐摩耗性に優れたライニング層を形成するもので
あり、従来技術の持つ問題点を一挙に解決するこ
とができた。そして本発明は、特に原料供給口を
有する様な複雑な形状を有するプラスチツク射出
成形用シリンダを想定してなされたものであつ
て、この様な場合にその効果が顕著に現われる。
また本発明では、透孔の開口部周縁に固定される
フランジ部を一体的に形成した第２金属中子を使
用する様にしたので、HIP処理時の不都合も生じ
ない（この点については後述する）。 本発明で用いられる金属粉末の組成は、下記に
示す化学成分からなる耐食・耐摩耗性合金粉末で
ある。 ＜金属粉末の化学成分＞ Ｃ：0.1〜２％ Si：0.5〜３％ Ｂ：0.5〜３％ Cr：10〜40％ Ｗ：10〜30％ Cu：0.5〜３％ 残部：Ni及び／若しくはCo 上記化学成分範囲は耐食・耐摩耗性を考慮した
ものであるが、夫々の成分範囲を限定した理由は
下記の通りである。 Ｃ：0.1〜２％ ＣはCr及びＷと炭化物を形成し耐摩耗性を高
めるうえで欠くことのできない元素であり、0.1
％未満では上記の効果が有効に発揮されない。但
しＣが多過ぎると耐食性及び靭性が乏しくなるの
で２％以下に抑えなければならない。Ｃのより好
ましい含有率は0.5〜1.5％である。 Si：0.5〜３％ 本発明に係るシリンダの作製は、後述する如く
所定化学成分の合金溶湯からアトマイズ法によつ
て合金粉を得た後、熱間静水圧加圧法（HIP）等
により所定の寸法・形状に成形することによつて
行なわれるが、Siはアトマイズ処理時における合
金溶湯の流動性を高め粉末粒径を均一化する為の
必須元素であり、0.5％未満ではこうした効果が
有効に発揮されない。しかし多過ぎると靭性に顕
著な悪影響を及ぼすので３％以下に抑えなければ
ならない。Siのより好ましい範囲は１〜２％であ
る。 Ｂ：0.5〜３％ ＢはCrやＷと硼化物を形成し耐食性及び耐摩
耗性の向上に寄与すると共にNi又はCoマトリツ
クスの硬さを高める作用があり、これらの作用を
有効に発揮される為には0.5％以上含有させなけ
ればならない。しかし３％を超えると合金の靭性
が低下するばかりでなく、合金の融点が過度に低
下しアトマイズ作業及びHIP作業が困難になる。
Ｂのより好ましい含有率は１〜２％である。 Cr：10〜40％ CrはＢ及びＣと硼化物及び炭化物を形成する
と共にNi又はCoマトリツクス中に固溶し、耐食
性及び耐摩耗性を高めるうえで不可欠の元素であ
り、10％未満ではこれらの効果が有効に発揮され
ず、特に耐硝酸腐食性が劣悪になる。しかし多過
ぎると合金の靭性が低くなるので40％以下に抑え
なければならない。 Ｗ：10〜30％ ＷはＢ及びＣと硼化物及び炭化物を形成し耐食
性及び耐摩耗性を高める作用があり、10％未満で
はそれらの効果が十分に発揮されない。しかし30
％を超えると合金が過度に硬質化し靭性が劣悪に
なる。 Cu：0.5〜３％ CuはNi又はCoマトリツクス中に固溶し、特に
耐塩酸腐食性の向上に寄与する。0.5％未満では
その効果が有効に発揮されず、一方３％を超える
と合金の靭性が劣悪になる。 残部成分：Ni及び／若しくはCo マトリツクス成分として最低限の耐食性及び耐
摩耗性を確保する為、残部成分はNi及び／若し
くはCoとする。尚NiやCo或は上記必須合金成分
の配合に伴ない不可避不純物としてＰ、Ｓ、Fe、
Mn、Al等が微量混入してくることがあるが、こ
れらは何れも不純物量（１％程度以下）である限
り格別の悪影響を及ぼすことはない。 ［実施例］ 実施例 １ 第１表に示す化学成分の合金を真空誘導溶解炉
で溶製した後、Arガスアトマイズ法によつて粉
末（100メツシユ全通）とした。この合金粉末を
用いて下記の条件でHIPによる圧密化を行なつた
後試験片を採取し、次の性能試験に供した。 ＜HIP条件＞ 温 度：960℃ 圧 力：100気圧 保持時間：３時間

【表】 ＜耐摩耗性試験＞ 上記で得た各合金を用い下記の条件で大越式摩
耗試験を行なつた。結果を第２表に示す。 試験条件 固定試験片：合金No.１〜15 回転試験片：SUJ−２（HRC45） 摩擦速度：0.94ｍ／sec 摩擦距離：400ｍ 最終荷重：6.3Kg ＜耐食性試験＞ 16mmφ×20mmの試験片を50％塩酸、10％硝酸の
各50℃溶液に24時間浸漬し、腐食による減量を測
定した。 結果を第２表に示す。 ＜抵抗特性試験＞ ８mmφ×100mmの試験片を使用して支点間距離
80mmにて３点曲げ試験を行ない、破断荷重と最大
たわみ量を測定した。 結果を第２表に示す。

【表】

【表】 第１表および第２表より次の様に考えることが
できる。 合金No.12〜15は本発明の規定要件を充足する実
施例であり、耐摩耗性、塩酸や硝酸に対する耐食
性、抵抗特性の何れにおいても良好な結果が得ら
れる。これに対し合金No.１〜11は規定要件の何れ
かを欠く比較例であり、何れかの性能に問題があ
る。 No.１：Ｃ量が不足する為耐摩耗性が極めて悪い。 No.２：Ｃ量が多過ぎる為耐食性が悪く且つ靭性
（最大たわみ量）も低い。 No.３：Si量が多過ぎる為抵抗特性が低い。 No.４：Ｂ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に低
い。 No.５：Ｂ量が多過ぎる為靭性が劣悪である。 No.６：Cr量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に
劣悪である。 No.７：Cr量が多過ぎる為靭性が低い。 No.８：Ｗ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に悪
い。 No.９：Ｗ量が多過ぎる為靭性が極めて悪い。 No.10：Cu量が不足する為、特に耐塩酸腐食性が
非常に悪い。 No.11：Cu量が多過ぎる為靭性が低い。 実施例 ２ 第１図は本発明方法に従つて製造されるプラス
チツク射出成形用シリンダ（以下、鋼製シリンダ
と呼ぶことがある）１の概略説明図であり、第２
図は第１図の−線矢視断面図、第３図は第１
図の−線矢視断面図であ。鋼製シリンダ１の
本体を構成する金属管（以下バツクメタルと呼
ぶ）２の周壁の適所には、透孔３が形成されてい
る。該透孔３は、プラスチツク射出成形用シリン
ダの原料供給口となる部分である。バツクメタル
２の円柱状中空部４内には、筒状の第１金属中子
５が周方向間隙６を残して中空部４と同軸に挿入
される。前記中空部４の上部は、脱気用を兼ねた
粉末充填用パイプ７を設けた上蓋９で密封され、
中空部４の下部は下蓋１０で密封される。中空部
４内に挿入された第１金属中子５の上部は、コー
ン分配器１２で密封されると共に、第１金属中子
５の下部は前記下蓋１０と溶接接続される。尚図
中参照符号１５〜１８で示した部分は、溶接され
た各箇所を示している。 一方透孔３内には、大略有底筒状の第２金属中
子２０が周方向間隙２１を残してその底が内方と
なる様に挿入される。そして第２金属中子２０と
一体的に形成された外向きフランジ部２０ａを、
透孔３の開口部周縁に溶接部２４で溶接固定する
ことによつて透孔３は密封される。 バツクメタル２としてはSCM440 SNCM439、
SUS304、SUS316等の高強度鋼材を使用する必
要があり、第１金属中子５、第２金属中子２０、
上蓋９、下蓋１０及びコーン分配器１２等は安価
な軟鋼で十分である。尚これらの各部材は、前記
間隙６，２１に面する側を十分に脱脂、清浄化し
た後TIG溶接等より組付ければよい。 次いで原料粉末充填工程に移るが、その前にリ
ークテストを行なつて密封状態を確認しておくの
がよい。即ちリークテストは溶接部のリークを調
べる為のものであるが、原料粉末を充填した後で
テストを行なうとリークテストの感度が悪くな
り、正確な判定を行なうことができない。リーク
量が多い場合は補修溶接を行なう必要がある。 リークテストを終えた後は、粒度調整を終えた
原料粉末を充填用パイプ７から前記間隙６，２１
内へ万遍なく充填する。充填に当つては、透孔３
の間隙２１内にも原料粉末が十分充填される様に
組立体を傾斜しつつ且つ適度な振動を加えること
によつて充填の均一度を向上することができる。
尚間隙２１への原料充填状態を良好にする為の手
段として、第２金属中子２０のフランジ部２０ａ
を一体的に形成せず間隙２１部分へ原料粉末を充
填した後任意の蓋部材を用いて第２金属中子２０
を溶接固定して密封することも考えられる。しか
しながら原料粉末を充填した後にリークテストを
行なうことは上述の様な不都合を生じ好ましいこ
とではなく、該構成を採用するのは不適切であ
る。そればかりでなく、第２金属中子と蓋部材を
分割した構成にすると、HIP過程中に生じる応力
によつて両者の溶接部分に割れが生じる恐れがあ
る。 原料粉末の充填完了後は適度の温度（300℃前
後）で加熱しながら真空引きし、間隔６，２１内
のガスを完全に除去した後真空状態に保つて密封
する。こうして原料粉末の充填と脱気・密封を終
えた組立体を通常のHIP装置内へ挿入してHIP処
理を行なう。HIP処理の条件については後述す
る。 この様にしてHIP処理を行なつた後は上端及び
下端を切断除去し、更にBTA処理及びホーニン
グ等の仕上げ加工に付して第１金属中子５及び第
２金属中子２０を除去することにより、内面に強
固なライニング層が形成された複合中空部材を得
ることができる。尚透孔３と中空部４の間は、
HIP処理した直後にはライニング層で遮断されて
いるが、HIP処理後機械加工によつてその部分を
除去し、相互に連通するようにする必要がある。 本発明で用いられる原料粉は上記した様な化学
成分の合金を真空溶解炉で溶解し、アトマイズ装
置（通常はArガス使用）を用いて微細な合金粉
末を得ることができる。もつとも合金の粉末化は
アトマイズ法に限定されず、他の方法を採用する
ことも勿論可能である。本発明ではこの様な合金
粉末を分級（例えば100メツシユ以下に粒度調整）
し原料粉末として使用する。そして金属粉末を用
いた場合の好ましいHIP処理条件は下記の通りで
ある。 温 度：930〜1050℃ 圧 力：900〜1100気圧 保持時間：１〜４時間 しかして温度が930℃未満では金属粉末充填層
の圧密化が不十分で且つ拡散接合状態が悪くな
り、ライニング層の靭性劣化や剥離を生じ易くな
る。一方1050℃を超えるとバツタメタルの結晶粒
が粗大化し機械的性質が悪化する傾向が生ずる。
また圧力が900気圧未満では圧密化が不十分とな
つてライニング層の靭性が乏しくなり、一方1100
気圧を超えても密度比はそれ以上向上しないの
で、経済性を考えれば1100気圧以下に抑えるのが
よい。保持時間が１時間未満では圧密化が不十分
で且つ拡散接合状態も不十分となり、ライニング
層の靭性劣化及び剥離が生じ易くなる。但し保持
時間が長過ぎるとバツクメタルの結晶粒が粗大化
して機械的性質に悪影響が現われてくるので４時
間以内とすべきである。 上述した実施例では第１金属中子５及び第２金
属中子２０の形状を夫々筒状及び有底筒状とした
けれども、これらの部材の形状は何ら限定するも
のではなく、例えば中実の円柱状であつてもよ
い。むしろ形成されるライニング層の寸法精度か
らすれば、中実の金属中子を用いるのが好まし
い。 尚第２図及び第３図において、透孔３の中心軸
２５はバツクメタル２の中心軸２６に対してずれ
ているが、これは一般的なプラスチツク射出成形
用シリンダの原料供給口においてはその機能性か
らバツクメタル２の中心軸２６からはずして形成
されており、図面においてもそれに対応させて示
しただけである。従つて透孔３の位置及び形状は
図に示したものに限定されないのは言う迄もな
い。 実施例 ３ Ｃ：0.95％、Si：1.90％、Ｂ：1.85％、Ni：
15.0％、Cr：27.4％、Ｗ：12.3％、Cu：1.15、残
部Coよりなる合金100Kgを真空溶解炉で溶解し、
Arガスアトマイズ装置を用いて微細な合金粉末
とした。 この粉末を100メツシユ（147μｍ）以下に分級
し、第１図に示した様なバツクメタル２
（SCM440）と、その他部品で構成された鋼製シ
リンダ１の周方向間隙６，２１に上記粉末を充填
し、300℃に加熱しながら10^-5Torrで５時間真空
脱気し、内部のガスを完全に除去した後、カプセ
ルを真空密封した。 これを960℃、1000気圧、４時間の条件でHIP
成形したところ、合金粉末は100％の密度に固ま
つてバツクメタル２に完全に拡散接合した。この
内面（原料供給口を含む）を仕上加工に付して、
第１金属中子５および第２金属中子２０を除去
し、また端面、外径を機械加工仕上することによ
り、耐食性及び耐摩耗性ならびに靭性の何れにお
いても優れたプラスチツク成形装置用シリンダが
得られた。 ［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を
採用することによつて、複雑な形状を有するプラ
スチツク成形装置用シリンダであつてもその内面
に強固なライニング層を容易に形成することが可
能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて製造される鋼製シリン
ダ１の概略説明図、第２図は第１図の−線矢
視断面図、第３図は第１図の−線矢視断面図
である。 １……鋼製シリンダ、２……バツクメタル、３
……透孔、４……中空部、５……第１金属中子、、
６，２１……周方向間隙、９……上蓋、１０……
下蓋、２０……第２金属中子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周壁の適所に透孔を有する高強度鋼材製金属
   管内に、周方向間隙を残して、第１金属中子を挿
   入すると共に、前記透孔内に周方向間隙を残し
   て、透孔の開口部周縁に固定される外向きフラン
   ジ部を一体的に形成した第２金属中子を挿入し、
   前記第１金属中子、第２金属中子及び金属管の間
   に形成された前記間隙内に、下記成分の金属原料
   粉末を充填した後、当該充填部を脱気、密封後
   HIP処理することを特徴とするプラスチツク成形
   装置用シリンダの製造方法。 Ｃ：0.1〜２％（重量％、以下同じ） Si：0.5〜３％ Ｂ：0.5〜３％ Cr：10〜40％ Ｗ：10〜30％ Cu：0.5〜３％ 残部：Ni及び／若しくはCo