JPH0461059B2

JPH0461059B2 -

Info

Publication number: JPH0461059B2
Application number: JP12330388A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sato; Shigemitsu Nishiwaki; Takashi Utsuki; Yoshiaki Ito
Original assignee: Taihei Kinzoku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taihei Kinzoku Kogyo Co Ltd
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1992-09-29
Also published as: JPH01294843A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、エンジニアリングプラスチツクス、
セラミツクス、及びプラスチツクマグネツト成型
機等の、円筒状部品内面が耐摩耗性被覆層で被覆
された円筒状部品、及びこの耐摩耗性被覆層を円
筒状部品内面に形成するに用いる耐摩耗性被覆層
形成用材料に関する。〔従来の技術〕プラスチツク成型機等のシリンダーの内面は、
成形中の樹脂や、樹脂中に添加された充填材や添
加剤によつて甚だしく摩耗する。これを防ぐため
に耐摩耗性被覆層でシリンダー内面を被覆するこ
とが行われている。耐摩耗性被覆層は、一般に円筒状部品内面に合
金化した棒状ペレツトを入れ、このペレツトを加
熱熔融してから遠心鋳造機にかけて回転し、円筒
状部品の内面に被膜として形成するものである。従来から知られている遠心成形による耐摩耗性
被覆層を形成するのに用いられている合金には、
Fe基合金、Co基合金、Ni−Co基合金がある。 Fe基合金は被覆状態で、室温のロツクウエル
硬さ（HRC）が60〜65であり、Co基合金及びNi
−Co基合金はHRCが50〜60であるため耐摩耗性
に劣る。これを改善するために、Ni基或いはni
−Co基合金マトリツクス中にWC粒子を分散させ
て、耐摩耗性を改善した被覆層形成用材料があ
る。このWCを配合した被覆層形成材料では、WC
の比重がマトリツクス合金に比して約二倍である
ため、遠心鋳造時に遠心力でWC粒子が外側層に
偏析し、内側層にはWC粒子が殆ど含まれていな
い二層構造の被覆層が形成される。耐摩耗性被覆
層とするには、WC粒子を殆ど含まない層を機械
加工により除去する必要があるが、この除去層は
硬いのでその厚みが大きいと、除去のための機械
加工に時間を要するので製品とするための加工費
の占める割合が大きくなる。この除去層を少なくするためにはWCを多量に
配合して、WC粒子を殆ど含まない層を少なくす
れば良いが、WCを多量に配合すると原料を熔融
したとき熔湯の流れが悪くなり、遠心鋳造により
形成された被覆層の最内面に凹凸を生じたり、被
覆層内に多数の空孔を生じたりして、機械加工が
困難になつたり、被覆層が欠陥を有するものとな
り、WCの含有率の高い耐摩耗性被覆層を形成す
ることが出来なかつた。〔発明が解決しようとする課題〕本発明は、従来と同様にしてWC粒子を殆ど含
まない内側層を機械加工で除去して、従来達成出
来なかつたWC含有率の高い耐摩耗性被覆層で内
面が被覆された円筒状部品、及びこのWC含有率
の高い被覆層の形成を可能とする耐摩耗性被覆層
形成用材料を提供しようとするものである。〔課題を解決するための手段〕本発明による課題を解決するための手段は、 (1) 重量％で、WC53〜63、Ni8〜15、Cr1〜５、
B0.5〜1.5、Si0.1〜0.3、Mn0.1〜0.4、Fe≦４、
Ｃ≦0.3、Cu0.1〜0.6、残部Co及び不可避不純
物からなる耐摩耗性被覆層で内面が被覆された
円筒状部品。 (2) 全組成が重量％で、WC40〜45、Ni18〜25、
Cr3〜６、B1〜２、Si0.3〜0.6、Mn0.2〜0.7、
Fe≦１、Ｃ≦0.3、Cu0.5〜１、残部Co及び不
可避不純物からなり、このうちのWCの全部で
ある40〜45重量％のWCと、上記のCoの内WC
の全部の2/8〜1/9の重量割合の10〜５重量％の
Coとの合計50重量％が、粒径３〜5μｍのWC粉
末とCO粉未とを、該粉末の粒径の数〜10倍の
粒径に混合造粒した混合造粒粉であり、重量％
で残部のNi18〜25、Cr3〜６、B1〜２、Si0.3
〜0.6、Mn0.2〜0.7、Fe≦１、Ｃ≦0.3、Cu0.5
〜１、上記の５〜10重量％のCoを除いた残り
のCo及び不可避不純物の合計が50重量％であ
り合金化された棒状合金である円筒状部品内面
に形成する耐摩耗性被覆層形成用材料、にある。〔作用〕本発明の円筒状部品内面に被覆された耐摩耗性
被覆層の合金成分の組成範囲について説明する。 WC粒子をマトリツクス合金中に53〜63重量％
（以下％は重量％を表す）含有せしめるのは、53
％未満では耐摩耗性向上が充分でなく、63％を越
えると被覆層の健全性が低下するだけでなく、耐
摩耗性もそれ以上良くならないからである。又、Niを８〜15％とするのは、８％未満では
耐食性が不十分となり、15％を越えてもその効果
の向上は無いのでこの範囲とする。 Crを１〜５％とするのは、CrはＣ、Ｂと反応
して炭化物、ホウ化物を形成して硬度上昇に寄与
するが、１％未満では添加の効果が認められず、
５％を越えて含有させてもそれ以上硬度の上昇が
得られない。Ｂを0.5〜1.5％とするのは、ＢはCrと反応して
ホウ化物を形成して硬度上昇に寄与するが、0.5
％未満では効果が生ぜず、1.5％を越えると脆く
なるからである。 SiもＢと同様に硬度上昇に効果があるが、0.1
％未満では効果が無く、0.3％を越えると硬度は
上がるが脆くなるので0.1〜0.3％とする。Mnは
脱酸剤として添加されたものであるが、0.1％未
満の含有量では効果が無く、0.4％以上含有され
てもそれ以上効果が上がらないので、0.1〜0.4％
とする。 Fe、Ｃは耐食性を低下させるので含有されな
い方が望ましいが、多くてもFe4％、C0.3％迄で
ある。 Cuを0.1〜0.6％とするのは、CuはWCの含有量
を多くし、被覆層を健全にするために添加される
ものであるが、0.1％未満では効果が無く、0.6％
を越えるもともはや効果が向上しないからであ
る。 Coは被覆層に靭性を与えるために残部として
10〜37％必要である。本発明の耐摩耗性被覆層形成用材料における最
も特徴とするところは、耐摩耗性被覆形成用材料
に配合するWCの全部と、Coの一部とを粉末状態
で混合して混合造粒粉の状態で使用することによ
つて、熔融時にWCに漏れ性の良いCoを介して、
熔融中への溶け込みを容易にしたことにある。このWC及びCo粉末は、一般に市販されている
３〜5μｍ程度の粒度のものを用いれば良く、こ
の粉末の粒径の数〜10倍の粒径、例えば粒径10〜
30μｍに造粒して用いる。その理由は、この混合
造粒粉の粒径が6μｍとか7μｍであると、WC粉と
Co粉とが均一に混合した造粒粉が得難くなり、
混合造粒粉の粒径が60μｍのように大きいと熔湯
中への分散性が悪くなつて来るからである。このWCとCoとの重量比がWC：Co＝８：２〜
９：１、即ちWCの全部である40〜45重量％の
WCと、全Coの内WCの全部の2/8〜1/9の重量割
合の10〜５重量％のCoとの合計を50重量％とし
たのは、WCに対するCoの割合がこれより少ない
とWCの熔湯中への溶け込みが悪くなり、空孔を
生じたり、遠心鋳造したままの被覆層の内面の凹
凸を大きくするので好ましくなく、WCに対する
Coの割合がこれにより多いとマトリツクス中へ
のWCの分散が不十分となり、均一な合金層の形
成が困難となるからである。耐摩耗性被覆層形成用材料の成分の組成範囲に
ついて説明する。全組成中のWCの量を40〜45％とするのは、40
％未満ではWC粒子が殆ど含まれない最内層の厚
さが大きくなり、加工代が大きくなつて歩留り悪
くなるだけでなく、耐摩耗性を向上するために外
側層のWC含有率を53％以上ならしめることが出
来ないからであり、45％を越えると熔湯の流動性
を悪くし、空孔を生じたり遠心鋳造したままの被
覆層の内面の凹凸を大きくするので好ましくな
い。全組成中のNiの配合量を18〜25％とするのは、
遠心鋳造したままの内側層のNi分を考慮して、
外側層のNi含有量が８〜15％となるようにする
ためであり、Ni配合量がこれより少ないと外側
層のマトリツクスの耐食性が低下し、これより多
いとWCの含有量が相対的に少なくなるからであ
る。全組成中のCrを３〜６％とするのは、CrはＣ、
Ｂと反応して炭化物、ホウ化物を形成し硬度を高
めるのに寄与するが、外側層のCr含有量を１〜
５％として硬度を有せしめるために最低３％は必
要であり、６％を越えて添加してもそれ以上向上
しないと同時に熔湯の流動性を低下させることに
なるからである。全組成中のＢはCrと反応してホウ化物を形成
して硬度を上げると同時に凝固開始温度を下げる
が、１％未満では外側層の含有量を0.5％未満と
なし硬度を上昇するのに寄与せず、２％を越える
と鋳造材の材質を脆くするので、Ｂの配合量は１
〜２％とする。全組成中のSiもＢと同様に、硬度を上げ、凝固
開始温度を下げる効果があるが、0.3％未満では
その効果が生ぜず、0.6％を越えると硬度は上が
るが脆くなると同時に凝固終了温度を低下させ
て、凝固区間温度を広げデンドライト状初晶が成
長するため湯流れが悪くなり、内側層の健全性が
損なわれることになる。その上母材からのFeの
拡散が増大し外側層の硬度を下げ、耐食性を著し
く悪化させることになる。全組成中のMnは脱酸剤として用いられるもの
で0.2％未満では配合効果が無く、0.7％を越えて
添加してもそれ以上効果が上がらない。全組成中のFe、Ｃは含有されない方が良く、
含有されたとしても、Fe≦１％、Ｃ≦0.3％であ
ることが必要である。全組成中のCuは凝固区間を減少させ、熔湯の
流動性を向上させWCの高配合を可能にし、鋳造
層を欠陥の無いものとするが、0.5％未満では効
果が十分ではなく、１％を越えて配合してももは
や効果は向上しないので0.5〜１％の範囲とする。残部のCo約13〜35％は、被覆層に靭性を与え
るために必要で、れ以下では不十分であり、これ
より多いと他の成分の配合量が不十分となるから
である。この耐摩耗性被覆層形成用材料の全組成の内か
ら、混合造粒粉として用いられる40〜45重量％の
WCと、10〜５重量％のCo以外の残りの、重量％
でNi18〜25、Cr3〜６、B1〜２、Si0.3〜0.6、
Mn0.2〜0.7、Fe≦１、Ｃ≦0.3、Cu0.5〜１、上
記の10〜５重量％のCoを除いた残りのCo及び不
可避不純物の合計50重量％の成分は溶解法により
合金化され、直径５〜７mmで長さ100〜300mmに形
成された棒状合金として使用される。合金化する
のは、予め合金化してあるので取り扱いが容易と
なり、熔解したときにそのまま均一な組成となる
ためであり、その形状を上記のようにするのは、
製造が容易で、円筒状部品に装入し易くするため
である。本発明の耐摩耗性被覆層で内面が被覆された円
筒状部品は、本発明の耐摩耗性被覆層形成熔材料
を用いて下記のようにして得られる。本発明の耐摩耗性被覆層形成用材料を、円筒状
部品の中に入れ、円筒状部品の両端に蓋を施し、
炉内で加熱して円筒状部品内に入れた材料を熔融
する。WC粉末が熔湯中に十分溶け込んだら円筒
状部品を炉から取出し、遠心鋳造機に掛け円筒状
部品を高速回転し、円筒状部品の温度が850℃程
度に低下したら回転を停止し、ケイ藻土等の保温
剤の中に埋め込み室温になるまで徐冷する。上記のように、熔湯を入れた円筒状部品を高速
回転すると、熔湯は遠心力により円筒状部品の内
面に円筒状の層となるが、回転を続けていると
WCその他比重の大きい成分の大部分は遠心力で
外側層に集まり、比重の小さい成分の大部分は内
側層に分離して色調の濃い外側層と色調の薄い内
側層との二層となる。常温となつた円筒状部品か
ら蓋を取り外し遠心鋳造された層の断面を見る
と、この二層となつていることが認められる。そ
こでこのWC含有量の少ない内側層を機械加工に
より徐去してWC含有量の多い本発明の耐摩耗性
被覆層で内面が被覆された円筒状部品を得るもの
である。〔実施例〕外径120mm、内径36mm、長さ750mmのS45C製の
シリンダーの内面に耐摩耗性被覆層を形成した。
棒状合金は表１に示す組成に熔解法で直径５〜７
mm、長さ100〜300mmに作つたものを用いた。WC
−Co混合造粒粉は、粒径３〜5μｍのWC粉及び
Co粉を表１の割合で用い、粒径約10〜30μｍに造
粒した。棒状合金と混合造粒粉とは１：１及び
６：４、56：44の重量比で使用した。この耐摩耗
性被覆層形成用材料を前記のシリンダー内に入
れ、シリンダーの両端に鉄製の蓋をして炉内で約
1200℃に加熱し、シリンダー内に入れた材料を熔
融した。 WC粉末が熔湯中に十分溶け込んでから炉から
取り出し、遠心鋳造機にかけ1400rpmの回転速度
でシリンダーを回転させた。シリンダーの温度が
850℃に低下した時点で回転を停止し、ケイ藻土
中に埋めて室温になるまで冷却した。このシリン
ダー内面に形成された被覆層の内面の凹凸を調
べ、このシリンダーからリング状の試料を切り取
り、被覆層の状態を調査した結果を表２に示す。
又、各試料の外側層の組成は表３の通りであつ
た。

【表】

【表】本発明材料では内側層の内径機械加工、ホーニ
ング、又は研削を困難にする凹凸は認められなか
つたが、比較例の被覆層には凹凸が認められた。本発明材料では、被覆層がWC粒子を多量に含
む外側層と、WCを殆ど含まない内側層が明確な
二層となつており、外側層と内側層との合計厚さ
に対する外側層厚さの割合が61〜70％であつたの
に対して、比較例では47〜57％であつた。外側層
を顕微鏡によつて観察したところ本発明では、欠
陥の存在が全くなかつたが、比較例Ｄ、Ｅ、Ｆで
は引け状欠陥が認められ、Ｇ、Ｈでは空孔が多数
認められた。これらの欠陥は外側層の特性を劣化
させる為存在しないことが望ましいものである。本発明材料による外側層ではWC粉末の含有量
が比較例のものに比し多いことから、硬さも高い
値になつている。表３に示す本発明材料によつて得た被覆層Ａ
と、表２の比較例Ｄ、表４に示す組成の従来の
Ni−Co基合金による被覆層Ｉ、Ni合金による被
覆層Ｊについて、外側層から25×25×1.0mmの試
料を切り出し、大越式摩耗試験を行つた。試験は
窒化鋼の円筒状相手材を２Kgｆ／mm²の荷重で接触
させ、0.11ｍ／secの速度で回転させた。5000ｍ
回転後に摩耗痕を測定し、摩耗体積を計算により
求めた。その結果を表５に示す。

【表】

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来達成出来なかつたWC含
有率が高く耐摩耗性に優れ欠陥のない耐摩耗性被
覆層で内面が被覆された円筒状部品、及びこのよ
うな耐摩耗性被覆層を円筒状部品内面に形成可能
で、このような耐摩耗性被覆層を得るための加工
が従来より安価に出来る耐摩耗性被覆層形成用材
料を提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、WC53〜63、Ni8〜15、Cr1〜５、
B0.5〜1.5、Si0.1〜0.3、Mn0.1〜0.4、Fe≦４、Ｃ
≦0.3、Cu0.1〜0.6、残部Co及び不可避不純物か
らなる耐摩耗性被覆層で内面が被覆された円筒状
部品。２全組成が重量％で、WC40〜45、Ni18〜25、
Cr3〜６、B1〜２、Si0.3〜0.6、Mn0.2〜0.7、Fe
≦１、Ｃ≦0.3、Cu0.5〜１、残部Co及び不可避不
純物からなり、このうちのWCの全部である40〜
45重量％のWCと、上記のCoの内WCの全部の2/
８〜1/9の重量割合の10〜５重量％のCoとの合計
50重量％が、粒径３〜5μｍのWC粉末とCo粉末と
を、該粉末の粒径の数〜10倍の粒径に混合造粒し
た混合造粒粉であり、重量％で残部のNi18〜25、
Cr3〜６、B1〜２、Si0.3〜0.6、Mn0.2〜0.7、Fe
≦１、Ｃ≦0.3、Cu0.5〜１、上記の５〜10重量％
のCoを除いた残りのCo及び不可避不純物の合計
が50重量％であり合金化された棒状合金である、
円筒状部品内面に形成する耐摩耗性被覆層形成用
材料。