JPH0534110B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 第一および第二の要素を有する複合体物品を
製造する方法であつて； 第一要素は鉄系金属であり、フラツクス被膜を
前記第一要素の実質上酸化物を含まない接合表面
の上に施すものであつて； 前記第一要素を鋳型の中に置き、それによつて
鋳型空洞部分が画定され、前記フラツクス被膜を
施した後、前記第一要素を前記鋳型内で350℃〜
800℃の予熱温度まで少なくとも部分的に予熱
し； さらに、前記第二要素を形成するために、鉄系
金属とコバルト基合金からなる群から選択される
金属の溶湯を注入するものであつて、前記溶湯は
過熱された温度で注入されて、前記溶湯は前記接
合表面上を流れて、それによつて溶湯が前記フラ
ツクス被膜と置換して前記接合表面を濡らすよう
にして； 前記過熱温度は前記予熱温度よりも実質的に高
く、それによつて前記溶湯によつて前記接合表面
の温度が上昇して、そのために前記表面と溶湯と
の間での初期の温度平衡が達成され、そして溶湯
の液相線温度に少なくとも等しい両者間の実質的
に瞬間的な界面温度が達成され、その結果、溶湯
の凝固時に実質的に前記接合表面の溶融を生ずる
ことなく両要素間の接合が達成される； ことを特徴とする方法。 ２ 前記第一要素が軟鋼、低合金鋼およびステン
レス鋼から選ばれる鉄系金属から成る、請求の範
囲第１項に記載の方法。 ３ 前記第二要素が白鋳鉄、ステンレス鋼および
コバルト基合金から選ばれる、請求の範囲第１項
または第２項に記載の方法。 ４ 前記第一要素が軟鋼、ステンレス鋼を含む合
金鋼、およびクロム白鋳鉄を含む鋳鉄から選ば
れ、かつ前記第二要素が2.0〜5.0wt.％の炭素およ
び30wt.％以下のクロムを含有する白鋳鉄である、
請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 前記クロムが14wt.％以上、好ましくは25〜
30wt.％存在する、請求の範囲第４項に記載の方
法。 ６ 前記白鋳鉄が、 (a) 2.4〜3.6wt.％の炭素、0.5〜1.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、14〜17wt.％のクロ
ム、1.5〜3.5wt.％のモリブデン、および不可避
不純物を除く残りの鉄； (b) 2.3〜3.0wt.％の炭素、0.5〜1.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、23〜30wt.％のクロ
ム、1.5wt.％以下のモリブデン、および不可避
不純物を除く残りの鉄； (c) 2.5〜4.5wt.％の炭素、2.5〜3.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、25〜29wt.％のクロ
ム、0.5〜1.5wt.％のモリブデン、および不可避
不純物を除く残りの鉄； (d) 4.0〜5.0wt.％の炭素、1.0wt.％以下のマンガ
ン、0.5〜1.5wt.％の珪素、18〜25wt.％のクロ
ム、5.0〜7.0wt.％のモリブデン、0.5〜1.5wt.％
のバナジウム、5.0〜10.0wt.％のニオブ、1.0〜
5.0wt.％のタングステン、および不可避不純物
を除く残りの鉄； (e) 3.5〜4.5wt.％の炭素、1.0wt.％以下のマンガ
ン、0.5〜1.5wt.％の珪素、23〜30wt.％のクロ
ム、0.7〜1.1wt.％のモリブデン、0.3〜0.5wt.％
のバナジウム、7.0〜9.0wt.％のニオブ、0.2〜
0.5wt.％のニツケル、および不可避不純物を除
いた残りの鉄； から選ばれる組成を有する、請求の範囲第４項に
記載の方法。 ７ 前記第一要素が軟鋼と、ステンレス鋼を含む
合金鋼とから選ばれ、かつ前記第二要素が (a) 0.08wt.％以下の炭素、18〜21wt.％のクロ
ム、18〜12wt.％のニツケル、２〜3wt.％のモ
リブデン、および不可避不純物を除いた残りの
鉄；および (b) 0.08wt.％以下の炭素、18〜21wt.％以下のク
ロム、８〜11wt.％のニツケル、および不可避
不純物を除いた残りの鉄； から選ばれる組成を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼である、請求の範囲第３項に記載の方
法。 ８ 前記第一要素が軟鋼と合金鋼とから選ばれ、
かつ前記第二要素が (a) 28〜31wt.％のクロム、3.5〜5.5wt.％のタン
グステン、各々3.0wt.％以下の鉄とニツケル、
各々2.0wt.％以下のマンガンと珪素、1.5wt.％
以下のモリブデン、0.9〜1.4wt.％の炭素、およ
び不可避不純物を除いた残りのコバルト；およ
び (b) 実質上29wt.％のクロム、6.3wt.％のタング
ステン、2.9wt.％の鉄、9.0wt.％のニツケル、
1.0wt.％の炭素、および不可避不純物を除いた
残りのコバルト； から選ばれる組成を有し、かつ共晶組繊中の
（Co，Cr）₇C₃炭化物と加工硬化性基地とを有する
コバルト基合金である、請求の範囲第３項に記載
の方法。 ９ 前記第一要素が鋳型空洞内で適用される火焔
加熱によつて少くとも一部が予熱され、溶湯の注
入が完了するのちまで保たれる、請求の範囲第１
項から第８項のいずれかに記載の方法。 １０ 前記の火焔加熱によつて、少くとも溶湯の
注入が完了するまで鋳型内に還元条件が与えられ
る、請求の範囲第９項に記載の方法。 １１ 前記第一要素が、鋳型の下型内で適用され
る火焔加熱によつて上型を置く前に少くとも一部
予熱され、該火焔加熱が前記上型部分を置き溶湯
を注入する前に終る、請求の範囲第１項から第８
項のいずれかに記載の方法。 １２ 前記フラツクスを前記第一要素へスラリー
として施用する、請求の範囲第１項から第１１項
のいずれかに記載の方法。 １３ 前記フラツクスを前記第一要素へ粉末とし
て施用する、請求の範囲第１項から第１１項のい
ずれかに記載の方法。 １４ 前記フラツクスを、前記第一要素をフラツ
クスの溶融体の中へ浸すことによつて施用する、
請求の範囲第１項から第１１項のいずれかに記載
の方法。 １５ 第一要素を、鋳型空洞中に置く前に前記フ
ラツクス溶融体中に浸すことによつて少くとも一
部予熱する、請求の範囲第１４項に記載の方法。 １６ 前記フラツクスが、第一要素の前記表面の
酸化を防止し、そして前記表面の酸化物による汚
染を清浄化することの両方で作用する、請求の範
囲第１項から第１５項のいずれかに記載の方法。 １７ 第一要素の金属が、溶湯の液相線温度に等
しいかあるいはそれをこえる温度において開始す
る溶融範囲を有する、請求の範囲第１項から第１
６項のいずれかに記載の方法。 １８ 第一要素の金属が、第二要素を与える溶湯
用金属と実質上同じ溶融範囲を有する、請求の範
囲第１項から第１６項のいずれかに記載の方法。 １９ 第一要素と第二要素とを有する、請求の範
囲第１項に記載の方法によつて製造された複合体
金属物品であつて、前記第二要素を第一要素の表
面へ向けて鋳込み、前記第二要素を提供する溶湯
が凝固するときに前記表面の溶融を実質的に伴な
わずに得られる前記要素間の拡散接合部を有する
ことを特徴とする複合体金属物品。 ２０ 前記第一要素が軟鋼、低合金鋼およびステ
ンレス鋼から選ばれる鉄系金属から成る、請求の
範囲第１９項に記載の複合体物品。 ２１ 前記第二要素が白鋳鉄、ステンレス鋼およ
びコバルト基合金から選ばれる、請求の範囲第１
９項または第２０項に記載の複合体物品。 ２２ 前記第一要素が軟鋼、ステンレス鋼を含む
合金鋼、およびクロム白鋳鉄を含む鋳鉄から選ば
れ、前記第二要素が2.0〜5.0wt.％の炭素と30wt.
％以下のクロムとを含有する白鋳鉄である、請求
の範囲第１９項に記載の複合体物品。 ２３ クロムが14wt.％以上、好ましくは25〜
30wt.％存在する、請求の範囲第２２項に記載の
複合体物品。 ２４ 前記白鋳鉄が (a) 2.4〜3.6wt.％の炭素、0.5〜1.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、14〜17wt.％のクロ
ム、1.5〜3.5wt.％のモリブデン、および不可避
不純物を除いた残りの鉄； (b) 2.3〜3.0wt.％の炭素、0.5〜1.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、23〜30wt.％のクロ
ム、1.5wt.％以下のモリブデン、および不可避
不純物を除いた残りの鉄； (c) 2.5〜4.5wt.％の炭素、2.5〜3.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、25〜29wt.％のクロ
ム、0.5〜1.5wt.％のモリブデン、および不可避
不純物を除いた残りの鉄； (d) 4.0〜5.0wt.％の炭素、1.0wt.％以下のマンガ
ン、0.5〜1.5wt.％の珪素、18〜25wt.％のクロ
ム、5.0〜7.0wt.％のモリブデン、0.5〜1.5wt.％
のバナジウム、5.0〜10.0wt.％のニオブ、1.0〜
5.0wt.％のタングステン、および不可避不純物
を除いた残りの鉄； (e) 3.5〜4.5wt.％の炭素、1.0wt.％以下のマンガ
ン、0.5〜1.5wt.％の珪素、23〜30wt.％のクロ
ム、0.7〜1.1wt.％のモリブデン、0.3〜0.5wt.％
のバナジウム、7.0〜9.0wt.％のニオブ、0.2〜
0.5wt.％のニツケル、および不可避不純物を除
いた残りの鉄； から選ばれる組成を有する、請求の範囲第２２項
に記載の複合体物品。 ２５ 前記第一要素が軟鋼と、ステンレス鋼を含
む合金鋼とから選ばれ、前記第二要素が (a) 0.08wt.％以下の炭素、18〜21wt.％のクロ
ム、10〜12wt.％のニツケル、２〜3wt.％のモ
リブデン、および不可避不純物を除いた残りの
鉄；および (b) 0.08wt.％以下の炭素、18〜21wt.％のクロ
ム、８〜11wt.％のニツケル、および不可避不
純物を除いた残りの鉄； から選ばれる組成を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼である、請求の範囲第２１項に記載の複
合体物品。 ２６ 前記第二要素が共晶組織中の（Co，
Cr）₇C₃炭化物と加工硬化性基地とを有するコバ
ルト基合金であり、 (a) 28〜31wt.％のクロム、3.5〜5.5wt.％のタン
グステン、各々3.0wt.％以下の鉄とニツケル、
各々2.0wt.％以下のマンガンと珪素、1.5wt.％
以下のモリブデン、0.9〜1.4wt.％の炭素、およ
び不可避不純物を除いた残りのコバルト；およ
び (b) 実質上29wt.％のクロム、6.3wt.％のタング
ステン、2.9wt.％の鉄、9.0wt.％のニツケル、
1.0wt.％の炭素、および不可避不純物を除く残
りのコバルト； から選ばれる組成を有する、請求の範囲第２１項
に記載の複合体物品。 ２７ 第一要素の金属が、第二要素の金属の液相
線温度に等しいかそれをこえる温度において開始
する溶融範囲を有する、請求の範囲第１９項から
第２６項のいずれかに記載の複合体物品。 ２８ 第一要素の金属が第二要素の金属と実質上
同じ溶融範囲を有する、請求の範囲第１９項から
第２６項のいずれかに記載の複合体物品。 本発明は複合体金属物品に関するものである。
本発明は特に、相互に強く接合していて、一方の
金属が他方の金属を特定の用途に必要な形態で保
護する二つの異なる金属からなる物品に関するも
のである。 二つの異なる金属の好ましい性質の利用を可能
にするために、複合金属物品を提供する様々な手
段が提案されてきた。例えば耐腐食性の低い金属
の物品はしばしば、ステンレス鋼のような耐摩耗
性または耐腐食性の金属で硬化肉盛またはクラツ
ドすることによつて保護される。あるいはまた、
高靭性であるが容易に切削加工可能な金属は、複
合体物品に所要の耐摩耗性を提供する材料によつ
て同様に保護することができる。後者の場合に
は、高靭性金属は、衝撃荷重下で破壊する比較的
脆い耐摩耗性材料を支持および保持し、また同時
に、複合体物品を切削加工および調整することを
可能にするが、その場合には、耐摩耗性材料単独
の物品の場合の困難さだけを伴う。 金属の溶着によつて硬化肉盛して複合体物品を
提供することは、広く利用されてはいるが、比較
的時間がかかり労働負荷が高く比較的経費がかか
り、数多くの実際的制約を伴う。しかし、硬化肉
盛に頼ることは、経済的および／または実際的な
代替方法が無いために多くの用途において必要で
ある。各種の代替方法は、英国特許明細書888404
号、928928号、977207号、1053913号、1152370
号、1247197号、および2044646号、並びに米国特
許明細書3279006号、および3342564号に示されて
いる。 英国特許888404号は、例えば軟鋼または低合金
鋼およびステンレス鋼からなるクラツド鋼製品を
得るための方法を提供しているが、それは一方の
鋼の溶湯を他方の鋼の固体の周りに鋳込むことに
よつてクラツドするものである。この固体の他方
の金属は鋳込工程の前に機械的または化学的に洗
浄され、一方、鋳込は実質的真空下で行なわれ
る。しかし、この鋳込工程によるだけでは完全な
接合が作られないことが明らかになつた。この複
合体物品は従つて熱間圧延して二つの鋼を溶接せ
ねばならず、接合はこの熱間圧延によつて行なわ
れる。この方法は従つて真空下で実施せねばなら
ない欠点をもち、その手順は多くの生産環境にあ
まり適さず、一方、熱間圧延を必要とすること
は、その工程を適用することができる材料の選
択、並びに得られる複合体物品の形態を制限す
る。 英国特許928928号は研削機用のライナーに関す
るものであり、ニツケルクロム白鋳鉄のような合
金化または非合金化鋳鉄である炭化物含有鋳鉄の
ような耐摩耗性材料単独で製造することから生ず
る問題を指摘している。それは二重鋳込操作によ
つて製造される、上記のような材料と、より軟か
く靭性のある金属あるいは合金の裏打ち材との複
合体ライナーを提案しており、その鋳込操作にお
いては、第一の金属が鋳込まれ、第二の金属が第
一金属へ向けて注入される。明らかに固体と鋳込
金属との間で接合を達成することの困難さが認め
られており、かつ熱間圧延によつてこの困難を克
服することは脆い鋳鉄の場合できないので、英国
特許928928号は、第一金属、代表的には炭化物含
有鋳鉄は、第二金属をそれへ向けて鋳込むときに
一部だけが固化していることを教示している。 英国特許928928号は、第二金属が鋳込まれるべ
き第一金属の表面の酸化による悪影響を認めてい
る。この目的のために、チル型を使用して第一金
属を部分固化状態になるまで急冷させる。しか
し、酸化をさらに防ぐために、フラツクスをその
表面を保護するのに使用でき、フラツクスは第一
金属を注入する前に型内に存在するか、あるいは
第一金属と一緒に液体状で添加される。 英国特許928928号の提案においては裏打ち材は
鋳込まれるので、その性質は鍛造裏打ち材の性質
より劣る。また第二金属を鋳込むときに第一金属
を部分的にのみ固化させることは、実質的な制約
を与える。すなわち、第一金属溶湯を急冷するこ
とと、第二金属を第一金属が部分的にしか固化し
ていない間に鋳込む必要があることとによつて、
精密な温度調節が不可避である。第一金属がまだ
高温の間、すなわちまだ液体を含んでいる状態で
第二金属を注入することはそれらの金属の混合を
もたらし、一方、もし第一金属が冷却しすぎると
強固な接合がおこらないだろう。また、この方法
は同時に用意されかつよく制御された温度におい
て利用できる二種の溶湯を必要とし、この要請を
満たし得る鋳造工場は存在するであろうが、必要
な二つの取鍋からの鋳込を調整する問題が残る。
その上、鋳込まれた第一金属中の凝固収縮部分を
同組成の金属で補わねばならないという実際的な
問題が存在する。英国特許928928号の開示の中で
は、そのような収縮部分は第二金属で補われ得る
のみであり、従つて第一金属は結果的に非類似組
成の領域を含むことになる。さらに、英国特許
928928号の方法は第一金属の表面が水平であるこ
とを必要とし、製造できる複合体物品の範囲にき
びしい制約がある。さらに、第二金属は第一金属
面上に水平に供給して二つの溶湯の過度の混合を
回避せねばならず、一方、その表面上での第二金
属の流速も同じ理由で第一金属をできるだけ乱さ
ないように制御せねばならない。 英国特許977207号はパイプまたは棒のような継
目なしクラツド製品の製法を提案しており、その
中で、それぞれの部分はステンレス鋼と軟鋼のよ
うな、軟かい鋼のものである。この方法において
は、それらの鋼のうち一つの要素を真空下または
非酸化性雰囲気下で加熱し、そのような環境を保
ちながら、第二の鋼の溶湯の中へ急速に突込む。
第一の鋼の要素の加熱温度は、第二の鋼の中へ突
込むときに表面が半溶融状態または高粘性の溶融
状態となり、この二つの鋼を冷却するときにそれ
らが溶接されるようになるような温度であるべき
である。真空または非酸化性雰囲気下で操作する
必要があることはきびしい制約事項であり、代表
的には、第二金属の融点近くへ第一要素を加熱す
る際に酸化が防止されるように工程を実施するた
めの密封容器を必要とする。また、この方法にお
いても、製造し得る複合体物品の形状または形態
の面で制限がある。その上、この方法は二つの金
属の融点が著しく異つている場合には使用できな
い。 非酸化性雰囲気で操作することのきびしい欠点
はまた、英国特許1053913号および1152370号の類
似の開示にもあてはまる。これらの開示はそれぞ
れの耐摩耗性材料の組成において本質的に相違が
あり、1053913号はモリブデンとバナジウムを含
むクロム−硼素白鋳鉄を提示しており、一方、
1152370号はモリブデンとバナジウムとを含むニ
ツケル−硼素鋳鉄を提示している。各々の場合に
おいて、固体鋳鉄は、粉砕銑鉄およびペレツトの
形において、ライニングとして供給されるハウジ
ングの中で雰囲気酸化を防ぐように密封され、そ
の中で不活性雰囲気下で溶融するように加熱され
る。このハウジングは溶融鋳鉄を遠心状に分配す
るよう回転され、このハウジングと溶湯はその後
冷却される。不活性雰囲気を必要とすること、お
よび鋳鉄が固化してしまうまでハウジングを回転
させる必要のあることの欠点のほかに、英国特許
1053913号と1152370号の各々の開示にはほかにも
欠点がある。このハウジングは必ず鋳鉄の融点よ
り実質的に高い融点をもたねばならない。ハウジ
ングの加熱温度は、回転させるときには特に、歪
または変形がおこる温度以下に制限されるべきだ
からである。さらに、その開示は鋳鉄溶湯を遠心
状に分配させるため、得られる複合体物品の形状
に関するきびしい制約があり、一方、実際問題と
して、より高融点のハウジングにどのようにして
外部に分布する鋳鉄を与えるのかに関しては全く
開示が無い。 英国特許1247197号は英国特許1053913号および
1152370号と総体的には類似している。それは、
共晶性のFe−Ｃと、より高融点の合金とを使用
して鋳鉄を製造する点において主として異なる。 米国特許3342564号および3279006号はそれぞ
れ、一つの金属の溶湯を固体の第二金属を入れた
鋳型を満たすように鋳込む、複合体物品とその製
造方法に関する。この場合もまた、真空または非
酸化性雰囲気が必要であるが、それは、第二金属
を高温に予熱してその表面の溶融が第一金属の鋳
込時におこるようにすること、および第二金属の
酸化を防ぐ必要性とのためである。 最後に、英国特許2044646号は軟鋼とマルテン
サイト系白鋳鉄とを加熱溶接することを提案して
いる。溶接は白鋳鉄を軟鋼板上に鋳込むことによ
つて達成でき、後者は予熱してもよい。あるいは
また、鋳鉄をまず鋳込み、まだ高温の間にそれに
向けて軟鋼を鋳込むことができる。しかし、これ
らのうちの第一の別法においては、軟鋼の表面溶
融がおこる場合にのみ溶接が可能であり、それは
軟鋼を予熱するという任意的手段によつては得ら
れない状況である。また、軟鋼の酸化は、軟鋼表
面を溶融させた場合でも、軟鋼と鋳鉄との間の強
固な接合が達成されにくい程度におこる。同様の
ことが第二の場合にもあてはまるが、ただし酸化
は冷却中に鋳鉄についておこる。実際のところ、
二つの金属が適切に相互に固着されるのは、一方
の金属が上に鋳込まれる他方の金属の中へ貫通す
る場合などに生ずる機械的相互連結によるのみで
あると思われる。しかし、このような相互連結
は、鋳鉄中で局在化した応力集中をひきおこすの
で、衝撃負荷のもとで脆い鋳鉄を保護する際の軟
鋼裏打ち材の利点を損なうものである。 本発明は、鋳造工場での単純な作業によつて得
られ、かつ金属のより広い選択を可能にする、改
良された複合体金属物品とその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。 本発明の一つの態様によれば、第一および第二
の要素を有する複合体物品を製造する方法であつ
て； 第一要素は鉄系金属であり、フラツクス被膜を
前記第一要素の実質上酸化物を含まない接合表面
の上に施すものであつて； 前記第一要素を鋳型の中に置き、それによつて
鋳型空洞部分が画定され、前記フラツクス被膜を
施した後、前記第一要素を前記鋳型内で350℃〜
800℃の予熱温度まで少なくとも部分的に予熱
し； さらに、前記第二要素を形成するために、鉄系
金属とコバルト基合金からなる群から選択される
金属の溶湯を注入するものであつて、前記溶湯は
過熱された温度で注入されて、前記溶湯は前記接
合表面上を流れて、それによつて溶湯が前記フラ
ツクス被膜と置換して前記接合表面を濡らすよう
にして； 前記過熱温度は前記予熱温度よりも実質的に高
く、それによつて前記溶湯によつて前記接合表面
の温度が上昇して、そのために前記表面と溶湯と
の間での初期の温度平衡が達成され、そして溶湯
の液相線温度に少なくとも等しい両者間の実質的
に瞬間的な界面温度が達成され、その結果、溶湯
の凝固時に実質的に前記接合表面の溶融を生ずる
ことなく両要素間の接合が達成される； ことを特徴とする方法、が提供される。 本発明の別の態様によれば、第一要素と第二要
素を有する複合体物品であつて、前記第二要素は
前記第一要素の表面へ向けて鋳込まれるものであ
つて、前記第二要素を提供する溶湯の凝固時に前
記表面の溶融を実質的に伴うことなく得られる、
前記両要素間の拡散接合によつて特徴づけられる
複合体物品、が提供される。 本発明はまた、複合体金属物品を製造する方法
を提供するものであり、その方法は、前記物品用
の第一金属要素を予熱し、次いで、第一要素を鋳
型内に置くことによつて鋳型内空洞を画定し、第
二金属要素を提供する溶湯を空洞内に注いで空洞
の中で第一要素の表面上を流れるようにする方法
であり、第一要素の上記表面の温度と溶湯の温度
とを制御することによつて、溶湯による上記表面
の濡れと、溶湯の凝固冷却時の要素間の接合達成
とを得るようにし、この接合は要素間の拡散によ
り強化されかつ第一要素の上記表面の溶融層を実
質的に含まない。 溶融層を実質上含まない所要の接合は、第一要
素の表面が、第二要素を形成するべき溶湯によつ
て濡らされる場合に達成される。上記表面のその
ような濡れは、(a)好都合な表面エネルギー関係
が、第一要素の表面と溶湯との間に存在する場合
（そのような条件は、表面が酸化物の汚染を実質
上含まない場合に得られ、そのような汚染が存在
すると得られない）、および(b)第一要素が比較的
高い融点をもち、その表面が、それへ向けて鋳込
まれる溶湯によつて十分に高い温度、最も好まし
くは溶湯の液相温度に等しいかあるいはそれより
高い温度となる場合、に生じることが見出され
る。 この接合部分は一般的には明瞭に確認できる
が、しかし代表的には要素間のある固体状態拡散
を呈する。また、第一層の溶融によつて生ずる溶
融層は実質的には含まないが、接合は溶湯の凝固
前における溶湯中の第一要素の溶融とは区別され
る微少溶解を特徴とする。さらに、第一要素の表
面からいくぶんかのエピタキシヤル成長がおこつ
てもよいが、ただし、これは目に見える程度にこ
の接合を特性づけるものとは認められない。 このようにして、固体要素へ向けて金属の溶湯
を鋳込むことによる強固な接合が達成されること
は、なかでも、溶湯が鋳込まれる固体要素の表面
において支配的な温度並びにその表面に酸化のな
いこと、によつていることが見いだされている。
一般的には、従来法においては真空または非酸化
性雰囲気の使用によつて酸化防止に努めてきてお
り、真空が一般的に好ましい。しかし、実際問題
として、真空下の鋳込みは工場での操業にはあま
り適せず、高価な装置を必要とする。特に繰返し
鋳込み操作においては、実質上生産時間も増大す
る。同様のことは非酸化性雰囲気下の鋳込にもあ
てはまり、それは、第一要素を適切に保護するに
は、このような雰囲気下の鋳込みを、真空下で操
作するときに必要な容器と同様の密閉容器の中で
実施せねばならないからである。すなわち、強固
な接合を得るために必要なことなのであるが、固
体の第一要素を加熱するときには特に、酸化に対
してその表面を保護するのに必要な用心を温度と
ともに増大させなければならず、また第二要素用
の溶湯をその表面に向けて実質上その表面上に酸
化物が存在しない状態で鋳込むことが必要なので
ある。 強固な接合は、第一要素の表面から酸化物皮膜
がすべて除かれるように清浄化し、次に第二要素
用溶湯をそれへ向けて鋳込むまで適当なフラツク
スの被膜によつて上記表面を保護する場合に達成
される。各種のフラツクスを使用できるが、これ
らは各種の方式で施用できる。しかし、最も好ま
しいフラツクスは、第一要素の表面の酸化を防ぐ
だけでなく、その表面の清浄化後に残留または発
生する酸化物汚染をすべてその表面から清浄化す
るという点において活性なフラツクスである。適
当なフラツクスは、融点が635℃で84％の硼酸と
７％のメタ硼酸ナトリウムとを含むコムウエル
ド・ブロンズ・フラツクス、リキツド・エア・フ
オーミユラ305フラツクス（650℃、硼酸65％、無
水硼砂30％）、およびCIG G.P.シルバーブレージ
ング・フラツクス（458℃で、硼酸とそのほかに
硼酸塩、弗化物および弗硼酸塩）、を含む。簡単
に保護被膜を与えるがしかし表面に存在する酸化
物汚染を除去しない、無水硼酸（740℃）のよう
な活性の低いフラツクスもまた、このような汚染
物が最初に機械的または化学的に除かれるかぎり
において使用できる。 上記の通り、溶湯が鋳込まれる固体要素の表面
で支配的な温度は、重要な因子である。これは溶
湯を鋳込むときの要素間の界面における温度を意
味する。しかし、重要ではあるが、この因子は固
体要素の表面が酸化物を含まないという要求に対
しては二次的である。というのは、表面が酸化さ
れている場合には、界面温度が十分に高くても強
固な接合は達成されないからである。 得られる界面温度は多数の因子に依存する。こ
れらには固体要素の予熱温度、鋳込時の過熱の程
度、溶湯を鋳込むときの固体要素の表面積、およ
び固体要素と鋳込要素の質量、が含まれる。ま
た、それらの要素の各々の金属が異なる場合に
は、その他の変数としてそれぞれの熱伝導度、比
熱および密度が含まれる。しかしこれらの因子か
ら生ずる複雑な相互関係にもかかわらず、固体要
素を少くとも350℃の温度へ予熱するときに、満
足できる接合を達成し得ることが発見された。固
体要素は少くとも500℃の温度へ予熱されるのが
好ましい。 固体要素を予熱する温度および溶湯の過熱度
は、溶湯の鋳込時に、溶湯の液相線温度に等しい
かそれをこえる界面温度が達成されるような温度
であることがきわめて好ましい。実質上瞬間的な
界面温度は、予想されることではあるが、必要に
応じて熱伝導度、比熱および密度の差を考慮した
場合の、予熱温度と溶湯温度との単純な算術平均
でないことが見出される。このような算術平均は
実際に、実質上瞬間的な界面温度について、誤差
のある信頼度の低い決定値をもたらすものである
が、それはその計算が、溶湯から固体要素への熱
移動が伝導のみによると仮定するからである。溶
湯についてのヌツセルト数の計算は、溶湯中の対
流熱移動もまた重要であることを示し、これを考
慮に入れるとき、実質上瞬間的な界面温度は、固
体要素の温度と溶湯温度との算術平均よりも約
150℃から200℃高くあつてよいことを示してい
る。 溶湯の液相線温度に等しいかそれをこえる界面
温度が達成されるという必要条件は、本発明は原
理的に、固体第一要素が、第二要素を提供する溶
湯の液相線に少くとも等しい温度ではじまる溶融
範囲をもつ場合に適用可能であることを意味す
る。また、前の段落において実質上瞬間的な界面
温度について言及したが、これは例示であること
を銘記すべきである。すなわち、必要とする界面
温度は瞬間的に達成される必要はなく、例えば第
一要素との温度勾配に基づいて短時間遅れてもよ
い。また、本発明においては第二要素を提供する
溶湯が第一要素と実質上同じ組成のものであつて
もよく、その場合第一要素と第二要素は実質上同
じ溶融範囲をもつ。このような場合、溶湯を鋳込
む第一要素の表面は、溶湯鋳込時に溶湯の液相線
温度に少くとも等しい温度となるが、しかし、第
一要素の本体が熱吸収材として作用し、それによ
つて、表面の顕著な溶融がおこる前にその表面温
度が急速に下がるということが、やはり望まし
い。同様に、本発明は、このような急冷によつて
第一要素の著しい表面溶融が防止されるかぎり、
第一要素が第二要素用材料の温度範囲よりも低い
温度で始まる溶融範囲をもつ場合に適用すること
ができるが、ただし、このような低い溶融範囲の
第一要素は好ましいものではない。 十分な界面温度は、第一要素の予熱と第二要素
を提供する溶湯の過熱度との釣合いによつて達成
される。この予熱は350℃をこえる温度、さらに
好ましくは少くとも500℃の温度までとする。溶
湯はその液相線温度をこえて少くとも200℃の温
度まで、最も好ましくは少くとも250℃の温度ま
で過熱することが好ましい。 フラツクスの使用と十分な界面温度の達成と
は、強固な接合が類似金属間並びに非類似金属間
で得られることを可能にする。これらの因子は、
このような接合が、軟鋼あるいは合金鋼例えばス
テンレス鋼へ向けてステンレス鋼を鋳込む場合に
達成されることを可能にすることを、我々は発見
した。強固な接合はまた、鋳鉄、例えばクロム白
鋳鉄のような白鋳鉄を、軟鋼、ステンレス鋼のよ
うな合金鋼あるいは白鋳鉄のような鋳鉄へ向けて
鋳込む場合にも達成されることが見出される。さ
らに、コバルト基合金を同じく軟鋼または合金鋼
へ向けて鋳込んだ場合にも、それらの間に強固な
接合を得ることができる。 固体第一要素あるいは鋳込み用第二要素のいず
れかとしてすぐれた結果を得ることができるステ
ンレス鋼は、例えば、0.08wt.％以下の炭素、18
〜21wt.％のクロム、10〜12wt.％のニツケル、お
よび２〜3wt.％のモリブデン、実質上残りの鉄を
有するAISI316またはAS2074−H6Aに相当する
オーステナイトグレードのものである。AISI304
ステンレス鋼も使用でき、0.08wt.％以下の炭素、
18〜21wt.％のクロム、８〜11wt.％のニツケル、
および実質上残りの鉄を含むものである。 適当なコバルト基合金は共晶組繊中の（Co，
Cr）₇C₃炭化物と加工硬化性の基地とを形成する
組成からなる合金を含み、例えば28〜31wt.％の
クロム、3.5〜5.5wt.％のタングステン、0.3wt.％
以下の鉄、3.0wt.％以下のニツケル、2.0wt.％以
下のマンガン、2.0wt.％以下の珪素、1.5wt.％以
下のモリブデン、0.9〜1.4wt.％の炭素、および実
質上残りのコバルトから成る組成を有する。通常
の組成すなわち29wt.％のクロム、6.3wt.％のタ
ングステン、2.9wt.％の鉄、9.0wt.％のニツケル、
1.0wt.％の炭素、および実質上残りのコバルトを
有するコバルト基合金も適当であることが発見さ
れた。 第二要素として使用する鋳鉄は、亜共晶または
過共晶組成のクロム白鋳鉄を含む。これらについ
ては炭素含有量は約2.0〜5.0wt.％の範囲にあり、
一方、クロム含量は鋳鉄中の黒鉛化を抑制する目
的で使用するクロム添加量よりも実質上過剰であ
つてよい。クロム含量は好ましくは、14wt.％を
超え、25〜30wt.％ほどに多くてもよい。クロム
白鋳鉄において通常使用する慣用の合金化元素が
その材料の成分中に存在してもよい。本発明にお
いて特に適していることが見出されたクロム白鋳
鉄は、 (a) AS2027グレードのCr−15、Mo−３鋳鉄で、
2.4〜3.6wt.％の炭素、0.5〜1.5wt.％のマンガ
ン、1.0wt.％以下の珪素、14〜17wt.％のクロ
ム、1.5〜3.5wt.％のモリブデン、および不可避
不純物を除く残りの鉄、を含むもの； (b) AS2027グレードのCr−27鋳鉄で、2.3〜
3.0wt.％の炭素、0.5〜1.5wt.％のマンガン、
1.0wt.％以下の珪素、23〜30wt.％のクロム、
1.5wt.％以下のモリブデン、および不可避不純
物を除く残りの鉄、を含むもの； (c) オーステナイト系クロム炭化物鉄で、2.5〜
4.5wt.％の炭素、2.5〜3.5wt.％のマンガン、
1.0wt.％以下の珪素、25〜29wt.％のクロム、
0.5〜1.5wt.％のモリブデン、および不可避不純
物を除く残りの鉄、を含むもの； (d) 複合クロム炭化物鉄で、4.0〜5.0wt.％の炭
素、1.0wt.％以下のマンガン、0.5〜1.5wt.％の
珪素、18〜25wt.％のクロム、5.0〜7.0wt.％の
モリブデン、0.5〜1.5wt.％のバナジウム、5.0
〜10.0wt.％のニオブ、1.0〜5.0wt.％のタング
ステン、および不可避不純物を除く残りの鉄、
を含むもの； (e) 複合クロム炭化物鉄で、3.5〜4.5wt.％の炭
素、1.0wt.％以下のマンガン、0.5〜1.5wt.％の
珪素、23〜30wt.％のクロム、0.7〜1.1wt.％の
モリブデン、0.3〜0.5wt.％のバナジウム、7.0
〜9.0wt.％のニオブ、0.2〜0.5wt.％のニツケ
ル、および不可避不純物を除く残りの鉄、を含
むもの； を含む。 第二要素として本発明で使用するのに適するも
のとして特定的に挙げた鋳造可能な金属は、通常
は溶着による硬化肉盛によつて施用される表面材
料として認められる。代表的には、このような金
属は耐摩耗性表面を提供するために施用される。
しかし、低温または中温において耐摩耗性を付与
し得るステンレス鋼の場合においては、複合体中
でその使用目的は、一部あるいは全部が物品の他
要素に耐腐食性を与えることであつてよい。すな
わち、主として一方の要素の金属を適切に選択す
ることによつて耐摩耗性を有する複合体物品に関
しては、本発明はまた耐摩耗性を必要とする場合
以外の環境で使用する物品にも適用される。ま
た、例えば鋳鉄を鋳鉄へ向けて鋳込み得ることに
よつて示されるとおり、本発明の複合体物品はあ
る物品の摩耗箇所または損傷箇所を再構成するよ
う施用でき、その場合における第一要素と第二要
素は必要な場合には実質上同じか類似の組成のも
のである。このような再構成においては、物品の
摩耗部または損傷部を必要ならば機構加工してよ
り規則正しい表面を提供し、それへ向けて再構成
用金属を鋳込むことができる。しかし、このよう
な機械加工は、酸化物を含まない表面が得られて
それへ向けて溶湯を鋳込むかぎり、強固な接合を
達成するのには不要であろう。 固体第一要素は鋳型中で単独で予熱することが
できるが、鋳型中に置く前に部分的に予熱しても
よい。使用する鋳型のタイプは予熱の態様ととも
に変り得る。鋳型中で単独で加熱するときには、
予熱は誘導コイルによるかあるいは火焔加熱によ
つて行うことができる。鋳型内に置く前に部分的
に加熱する場合には抵抗加熱、誘導加熱あるいは
火焔加熱を使用できて、あるいはまた、固体第一
要素はマツフル炉または誘導炉の中で予熱するこ
とができる。各々の場合において重要なことは、
第二要素用溶湯が鋳込まれる要素の少くとも表面
が機械的および／または化学的に完全に清浄化さ
れて、再酸化がおこる温度まで加熱される前に、
適当なフラツクスによつて保護されることであ
る。通常は、このような場合においては、フラツ
クスを固体第一要素の少くとも表面に塗布するよ
うな方法でスラリーとして施用される。あるいは
また、フラツクスは粉末状で表面へふりまくこと
ができるが、ただし、予熱が火焔によつて行なわ
れる場合には、その表面はフラツクスが粘稠にな
る温度まで部分的に加熱される。特に溶湯が鋳込
まれるべき第一要素の表面が複雑な形である場合
には、別法として、第一要素を溶融フラツクス浴
の中へ浸すことによつてフラツクスを施用でき
る。これらのフラツクス施用方法の各々において
は、第一要素は、フラツクスで一たん被覆して予
熱を必要とするまで保存しておくことができる。
あるいはまた、その要素はフラツクス施用後直ち
に予熱してもよい。 固体第一要素を溶融フラツクス浴の中に浸すこ
とによつてフラツクスを施用する場合には、上述
の予熱を行うのに変形方法を採用することができ
る。この場合には、予熱は固体第一要素を溶融フ
ラツクス浴中に浸漬することによつて一部実施す
ることができる。次にその要素を鋳型へ移し、そ
してさらに所要予熱温度まで誘導加熱または火焔
加熱を行つた後、第二要素を提供する溶湯をそれ
へ向けて鋳込む。 固体第一要素の予熱を、少くとも一部について
火焔加熱によつて行う場合には、その要素は、加
熱用火焔を鋳型空洞の中へかつその要素の上にひ
ろがらせることを可能にする火焔口を画定する鋳
型の中に置くことができ、火焔によつて要素が予
熱されかつまた鋳型が加熱される。必須ではない
が、還元焔を使用して鋳型中で還元雰囲気を保
ち、第一要素の表面の酸化をさらに防止すること
ができる。還元焔発生のためには、火焔は火焔口
に隣接するバーナーによつて提供することができ
る。 火焔加熱において使用する鋳型は、分離可能な
複数の部分で構成することができる。これらの部
分は相対する側壁によつて間隔を置き、それらの
壁の一端において火焔口を画定することができ、
火焔からの燃焼ガスを排気するための排出口が側
壁の他端において画定される。側壁は鋳型部分と
分離可能であつてよく、あるいは各々は他の側壁
とあるいは各々が鋳型部分と一体であつてよい。
好ましくは、導入ダクトが火焔口に備えられて、
火焔を鋳型の内部へ導く。第一要素が、溶湯に鋳
込まれる広がつた表面例えば平板状基体の主要面
を有する場合には、その表面に平行な方向におけ
る火焔口の幅が、その方向における基板表面の寸
法と実質上等しくあつてよい。ダクトが相対する
側壁をもち、これらが火焔口の方向へひろがつ
て、溶湯が鋳込まれる基体の実質上全面にひろが
る幅まで還元焔をひろがらせることができる。ま
た、ダクトが天井壁と底壁とをもち、それらが火
焔口の方向へひろがつてこのような火焔幅を得る
のを助けてもよい。ダクトは鋳型から分離できて
もよく、一つの鋳型部品と一体であつてもよく、
あるいは、各鋳型部品と一体となつたそれらの一
部が長さ方向で分離できるものであつてよい。 火焔加熱は溶湯の鋳込が完了するまで保持する
ことができる。溶湯の注入後でそれの凝固前に、
バーナーを調節してより熱くやや弱い火焔を与え
ることができる。溶湯の上面の凝固をそのような
弱い火焔によつて遅らせて、溶湯が溶湯／第一要
素界面から優先的に、その界面からと表面から同
時にではなく、凝固するようにすることができ
る。このような凝固によつてまた、供給されてい
ない鋳造金属中の収縮による空孔の形成を最小化
することができる。 このような火焔加熱を用いる場合、最も便利な
注湯装置は、溶湯が鋳込まれる第一要素の表面の
全体にわたつて溶湯を急速に分布させ、かつ溶湯
の乱れを最大化するような装置である。このよう
な迅速な分配と乱れは、注入溶湯と表面第一要素
との間の界面での熱移動と高い均一温度への到達
を促進する。迅速な分配と乱れとはまた、溶湯上
の酸化物皮膜の破壊と除去を容易にする。それは
また、その表面の残留酸化皮膜をすべて除去する
ものであるが、ただし、事前の清浄化とフラツク
スの使用なしでこの作用に頼れば、全く劣つた接
合が生成される。 第一要素の基体表面上での溶湯の迅速分配と溶
湯の乱れとは、溶湯を受け入れかつ表面上で導出
口が間隔をおいて形成されている複数個の湯口を
経て溶湯が流れ出るような湯溜りをもつ鋳型によ
つて、発生させることができる。この装置は、溶
湯を表面上の全領域に均一にかつ同時に注入する
ように機能し、それによつて溶湯が移動する距離
を短縮し、溶湯／第一要素の界面において高くか
つ均一な温度を達成するのを助ける。この装置は
また、前記の表面上での溶湯の乱れを増し、かつ
その表面の濡れを容易にする。 第一要素のこの種の予熱において還元焔を使用
することの一つの利点は、溶湯の迅速分配と乱れ
とから生ずる溶湯の酸化傾向を相殺することであ
る。また、このような乱れによつて、溶湯と第一
要素表面との衝突点における第一要素金属の局在
的マクロ溶解によるエロージヨンが生じる可能性
がある。従つて、この場合には、実質上非乱流的
で漸進的な鋳型充填を確立する溶湯注入装置を使
用するのが有利である。一つのこのような装置に
おいて、本発明では水平にひろがるゲートをもつ
鋳型を使用し、これは溶湯が鋳込まれる第一要素
の表面に実質上平行でかつやや上方の平面上にあ
る鋳型空洞に溶湯を注入するものである。これは
溶湯が第一要素の表面を横切つて実質上非乱流的
に漸進することを可能にし、流れの分断を最小に
し、それによつて溶湯の酸化が防止される。この
ように、酸化されていない新たな金属溶湯の酸化
性雰囲気への露出が最小化される。 最も便利なゲートの設置位置は、鋳型の中へ入
る最初の溶湯が予熱された第一要素の表面を横切
つて流れ、その表面をさらに加熱するようにする
ことである。その後入つてくる液体金属は鋳型空
洞に入つたはじめの金属を置換し、それによつ
て、凝固がはじまる前に最大の熱を表面へ与え
る。注入直前に、鋳型空洞は上型の半型で閉じ、
溶湯は縦の下向きの湯口と水平の湯道系を通つて
空洞に流入する。小さな鋳造物については、この
系は、いくつかの鋳造物が同じ鋳造用ボツクスの
中にあつて、各鋳造物についての別々の湯道の中
へ通じる単一の縦型の下向きの湯口からつくるこ
とが可能である。このような鋳造は実際に、水
平、傾斜、あるいは垂直でさえある第一要素の表
面上に接合界面をつくるのに使用することができ
る。 鋳型中で溶湯の実質的な非乱流を提供するこの
ような装置においては、火焔加熱をこの場合も使
用できる。しかし、この場合には、第一要素（こ
れは部分的に予熱されてもよい）を鋳型の下型部
分の中に置き、そして鋳型の上型部分を置く前
に、上から火焔加熱を行うことが必要である。別
法として、鋳型を完全に組立て、予熱を誘導加熱
によつてその中で実施または完了させることがで
きる。 火焔加熱を用いるときには、フラツクスの溶融
体の中への浸漬あるいはフラツクスのスラリーの
塗布によつて、フラツクスを施用することが好ま
しい。別法としてフラツクスを粉末として施こす
必要がある場合には、第一要素を例えばマツフル
炉中で約150℃から200℃へ僅かに加熱して、フラ
ツクスが粘稠となり火焔加熱によつて第一要素表
面から吹きとばされないようにすることが好まし
い。 第一要素を溶融フラツクス浴中に浸すことによ
つてフラツクスを塗布するときには、フラツクス
は溶湯が鋳込まれる要素の表面の少くとも上面に
施用される。好ましくは、その要素を、フラツク
スで十分に被覆されそしてまた少くとも部分的に
その浴中で予熱されるように、浴の中に浸漬す
る。フラツクス被膜を施したならば、次に第一要
素を金型の中に置き、次いで第二要素を提供する
溶湯をそれが第一要素の表面上を流れるように鋳
型の中に注入する。好ましくは、第一要素を、そ
の温度がフラツクスの融点をこえるまで溶融フラ
ツクス浴中に懸垂させる。次にその要素は、薄く
付着したフラツクス層をもつた状態でフラツクス
浴から取出される。溶湯はこの薄いフラツクス被
膜を置換し、必要ならばそれを再溶融し、それに
よつて第一要素の清浄面が露出して濡れと接合が
おこるようになる。明らかに、用いるフラツクス
は、溶湯を鋳型の中へ注入する時点で固化した状
態であつても、フラツクスの急速再溶融が可能な
程に十分に低い融点を持たねばならない。同時
に、溶融フラツクスは、鋼製基体を適切に予熱で
きるような十分に高い温度に耐えることができる
ものでなければならない。いくつかのフラツクス
の場合、溶融フラツクス浴中での第一要素の懸
垂、あるいは浸漬中に十分な温度に到達できる。
しかし、特にフラツクス浴の温度がこのためには
不十分である場合、あるいは、フラツクス被膜の
形成時と溶湯注入時との間の第一要素からの熱損
失があまりに大きい場合には、第一要素を誘導加
熱または火焔加熱のような方法で、鋳型中でさら
に予熱する。 本発明をより容易に理解できるように、以下、
添付図面を参照しながら説明する。図において、 第１図は本発明の第一の形態において使用する
のに適した炉を垂直断面で示しており； 第２図は第１図の線−に沿う水平断面であ
り； 第３図は第１図と第２図に示す炉の鋳型要素を
つくるのに適する注入鋳型模型の斜視図であり； 第４図は本発明の第二の態様における複合金属
物品の製造方法を示すフローチヤートであり； 第５図は本発明の第三の態様を示すフローチヤ
ートである。 第１図および第２図を参照すると、粘結砂混合
物でつくつた鋳型１０は下方鋳型部分１２を有
し、その中に延性の高い第一要素すなわち基体１
４が置かれ、その上に耐摩耗性要素が鋳込まれ
る。セラミツク・フアイバー絶縁材料の層１６は
基体１４の下側を鋳型部分１２から絶縁し、一
方、この材料の層１８は基体１４の周りと上方で
部分１２の側壁を内張りする。鋳型１０はまた、
上方部分２０を有し、それは相対する煉瓦２２に
よつて部分１２の上方にへだてられている。部分
１２，２０の間に煉瓦２２によつて与えられるこ
の間隔は、鋳型１０を貫通する横断通路２４を画
定する。通路２４の一端を横切つて、鋳型には導
入ダクト２６が設けられ、これと通路２４との接
合部が火焔口28を画定している。例えばガスまた
は油を燃料として操作されるバーナー３０はダク
トの外側端に隣接して置かれ、基体１４と鋳型部
分１２，２０を予熱する火焔を発生する。 ダクト２６は、外側端から火焔口28へ向かつて
ひろがる側壁３２をもつている。この配置はバー
ナー３０の火焔を火焔口２８の幅の実質上全体を
横切つて水平にひろがらせ、そして鋳型１０の内
部において基体１４の上面の実質上全体にわたつ
て通路２４を通過させる。上方および下方の壁３
４，３５は火焔口へ向けてせばまり、従つてこの
ような火焔幅が鋳型１０内で形成されるのを助け
ている。火焔は火焔口から離れた通路２４の端を
通つて延びて、燃焼ガスもまたその遠い方の端か
ら排出されるのが好ましい。 鋳型の上方部分２０は湯溜り３７を画定する部
分３６をもち、この中に、基体１４の上面上へ鋳
込まれる耐摩耗性金属の溶湯を受け入れる。湯溜
り３７から、溶湯は重力で、スロート３８を通
り、湯道３９に沿い、部分２０中のいくつかの湯
口４０を通つて流れることができる。湯口４０の
下方端は水平に分布していて、溶湯が均一にかつ
同時に基体１４の上面の全体へ注がれる。 第３図は、第１図および第２図と同様の鋳型の
上部２０をつくる際に使用するための鋳型模型を
示す。第３図において、相当する部分は前記と同
じ部号によつて示される。 第１図および第２図に示す鋳型によつてつくら
れる鋳造物は、300mm×300mmで10mmの厚さの寸法
の鋼製基体を含む。鋼板を、その下と周りに前述
の絶縁を施して下方鋳型部分の中に挿入した。鋳
型を水平にして、フラツクスをその鋼の上へふり
まいてその上面を蔽い、鋳型を既述のとおり組立
て、鋳型を最初おだやかに加熱してフラツクスを
粘稠化させかつその表面へ付着させる。二種の寸
法の鋳造物を高クロム白鋳鉄を使つて製造した
が、一つは10mmの鋼板上に40mmの上張り部分を有
し、もう一つは10mm上に20mmの上張り部分を有し
ていた。 この４：１比の鋳造物については、基体は鋳型
中で還元焔を発生するバーナーによつて予熱さ
れ、30Kgの高クロム白鋳鉄を約1600℃の温度にお
いて湯溜り中へ注入した、鉄の表面を約８分間液
状に保持し、次いでバーナーを消した。注湯後、
基体底面へ向けた熱電対は約２分で1250℃の温度
に達した。超音波測定によつて100％の接合が認
められ、これはその後、端部の表面研磨および鋳
造物中の対角線切断面の表面研磨により、そして
また、放電加工による直径50mmの中心部の採取に
より、確認された。この接合は鋼の溶融に基づく
溶融層を全く含まなかつた。 ２：１比の鋳造物については、基体を予熱し、
15Kgの鉄を約1600℃の温度において注入した。白
鋳鉄表面は４：１比鋳造物の場合ほど長く液状を
保つことができなかつたが、約５分間液状であつ
た。板の底へ向けた熱電対は注湯後約３分で1115
℃に達した。この寸法の鋳造物についても、基体
と鋳込金属との間の界面全体にわたり強固な接合
が得られた。 上述の鋳造物のほかに、その他多くの鋳造物を
200mm×50mm×10mmの鋼製基板上に製造した。こ
の場合における最も適当な注入鋳型は、細長い溝
を底にもつ漏斗形状のものであることが見出され
た。この溝は基体の全長にわたつてひろがり、溶
けた鉄がその全長から同時に流出するよう十分に
狭かつた。350℃の予熱と1570℃の液状鉄鋳込み
温度で、接合は全領域の95％以上にわたつて達成
された。予熱温度を上げることによつて、100％
の領域にわたる接合が、この寸法の基体において
容易に達成できる。 上述の鋳造物は300mm×300mm×10mmの軟鋼の試
験板の上に４：１と２：１の白鋳鉄対鋼比で完全
な接合を与えることが示された。もつと高比率の
もの、およびもつと低比率のものも可能であり、
最適接合が得られるような低比率は、一部には基
体の厚みと金属からの熱損失速度に依存する。 本発明において特有なことは、基体と完成物品
との幾何形状に関する高い自由度である。他の方
法に対する本発明の利点は、高クロム白鋳鉄のよ
うな硬く耐摩耗性の金属を延性の鋼の基体の上へ
直接に鋳込むことを可能にするという点にある。
完成物品は、例えば白鋳鉄の耐摩耗性と低炭素鋼
の良好な機械強度、靭性、機械加工性および溶接
性を兼ね備えたものとすることができる。白鋳鉄
と鋼との間の直接の冶金的接合は、きわめて高い
接合強度をもたらす。本発明は特に、溶接工程に
よつて得られる厚さをこえる硬化肉盛層を形成す
るのに適している。 基体を予熱する温度はかなり変化させることが
できる。その温度は、酸化を防ぐ必要性、基体材
料の融点、結晶粒成長を最小にする必要性、およ
びフラツクスの種類によつて決められる。これら
の制約範囲内で、高い予熱温度とするのが有利で
ある。最低予熱温度は鋳込み要素対基体の厚み
比、およびそれらの要素の寸法と形状に依存す
る。上述の４：１鋳造物については500℃の予熱
温度がちようど良く、一方、２：１鋳造物につい
ては、600℃の最低予熱温度が必要であることが
見いだされた。 一つの重要な因子は、鋳込み溶湯と基体との間
の界面の温度である。これは溶湯の温度を低下さ
せ、それに応じて基体の予熱温度を上昇させる
が、その逆もある。しかし、溶湯を十分に過熱し
て、フラツクスおよび追い出したスケールが溶湯
の表面へ浮き上がるようにし、そして、基体と鋳
込み要素との間の満足すべき接合が達成されるの
に必要な界面温度が得られるようにすることが好
ましい。すべての鋳込用合金について、液相線温
度を少くとも200℃こえる予熱が好ましく、最も
好ましくは、少くともその温度を250℃こえるこ
とが、鋳込み時の所要界面温度を達成するのに好
ましい。 溶湯が鋳込まれる基体表面上に付与されるフラ
ツクスに関しては特に、還元焔はその表面上に予
熱中におだやかな還元性雰囲気を提供するだけで
よい。このような雰囲気としては、５％から10％
空気が欠乏している焔を使用できる。 第４図に言及すると、Ａにおいては鋳型５２の
上型部分５０を下から見た図と下型部分５４の上
面図とが示されている。いくつかの鋳型空洞の
各々の中にそれぞれの角をそいだ基体５８があ
り、それらの各々の上面にはフラツクス・スラリ
ーが塗布されている。Ｂにおいて示すとおり、基
体５８は、上型部分５０を置く前に、予熱を容易
にするよう反射体６０を使つて上から火焔によつ
て予熱される。Ｃにおいて示すとおり、上型部分
５０を置き、各基体上面へむけて溶湯を上型開口
６２から鋳型の中へ注入する。溶湯はゲート６４
を経て水平に各空洞５６へ流れ、各基体５８に沿
つて各々の幅全体にわたつて流れる。Ｄにおいて
示すとおり、得られた複合体物品６６は型ばらし
され、その後、通常の方法で仕上げられる。 第４図に示す工程は、砂糖きび細断用ハンマー
ミルで使用する各種寸法のハンマーチツプを製造
するのに使用された。このハンマーチツプは、軟
鋼製基体と、それに接合する高クロム白鋳鉄の面
材で製造された。製造されたハンマーチツプの寸
法は次のとおりであつた： 鋳造された上張り基体寸法（mm） 部分の厚さ（mm） 80×90×25（厚さ） 25 90×90×25（厚さ） 20 76×50×25（厚さ） 18 十分に健全な鋳物が製造されるように、このハ
ンマーチツプ製造においては押湯を使用した。こ
れらの種類のハンマーチツプにおいては、実質的
な小溝を鋳込み前に切削加工してつくり、ろう付
け複合体の場合に従来可能であつたよりも完全な
耐摩耗性合金被覆を作業面上にもつハンマーチツ
プの製造を可能にした。これらのハンマーチツプ
はまた、予備切削加工された基体を使用したが、
その場合、ハンマーチツプをハンマーヘツドへそ
の後固定するために、ドリルをかけ、ねぢを形成
した孔を複合体製造の前に形成した。ねぢ切り孔
は、鋳込み作業中はねぢを切つた金属挿入物で保
護した。この方式で予備切削した基体を使用でき
るという自在性によつて、既に接合した複合体に
おいて孔をドリルで設け、ねぢ切りすることに関
連する問題が克服された。 このハンマーチツプは、第１図から第３図を参
照して説明された温度に匹敵する鋳込温度を使用
して、強固な拡散接合を有することで特徴づけら
れることが見いだされた。 そのような接合は、基体表面の溶融に基づく溶
融層を示さない拡散接合である。 第５図を参照すると、Ａにおいて溶融フラツク
ス７２の浴を有する炉７０が示されており、その
中に管状の鋼製要素７４が浸される。この要素７
４はフラツクス７２中で所要温度へ予熱される。
ＢおよびＣにおいて示されるとおり、フラツクス
で蔽われた加熱された要素７４を炉７０から取り
出し、過剰のフラツクスをしたたらせたのち、要
素７４を鋳型の下型７６の中へ下ろし、その中で
さらに予熱し、そして鋳型の上型７８をとりつけ
る。ここに示す配置においては、鋳型は中子８０
を含み、これは要素７４中で軸方向にのび、中子
８０と要素７４の内面との間に環状の空洞８２が
残る。Ｄにおいて示すとおりに上型を置いて、過
熱した金属の溶湯を、Ｅに示すように、上型開口
８４から鋳込んで空洞８２を満たす。 前述のリキツド・エア・フラツクス（融点650
℃）を用いた試行を、第５図を参照して述べたの
と本質的に同じ手順で、以下のものから成る鋼製
基体を使つて実施した；すなわち、 (a) 長さ200mm×幅50mm×厚さ10mm。これについ
て40mm、30mm、および20mm（すなわち４：１、
３：１および２：１の鋳込比）の厚さの鋳込み
用上張り部分を適用して接合が生成された。 (b) 80mm平方×厚さ25mm。これについて25mmの厚
さ（すなわち１：１鋳込比）の鋳込み用上張り
部分を適用して良好な接合が生成された。 溶融フラツクス浴から取り出したときに基板に
接着しているフラツクス層は比較的厚いが、この
接着フラツクスの大部分を機械的に削り取つてき
わめて薄い層だけを残せば、良好な接合が得られ
るということが発見された。低融点フラツクスを
使用することができ、そのフラツクスは必要とす
る作業温度において、より流動性であり、従つて
基体を取り出すときに十分に液切りができ、同時
にまた鋳込中により容易に再溶融する利点をもつ
ている。しかし、後者に関しては、フラツクス
が、基体の浴からの取出し時と溶湯の鋳込み時あ
るいは火焔または他の予熱の適用時との間に凝固
する必要はない。また、低融点フラツクスの使用
は、ここで述べたよりもさらに小さい鋳込比の物
品の製造を容易にする。 ここで述べた物品は平らな形態であるが、本発
明は各種の形態の物品を提供するのに使用でき
る。例えば、本発明は内面および／または外面上
に耐摩耗性材料を鋳込んだ円筒状物品、湾曲エル
ボー、Ｔ継手、などの製造において使用できる。
本発明に関する自在性と可能性の範囲をさらに例
示するその他の代表的な複合体物品を以下の表に
示す。表中で、方法は第１図から第３図を参照
して述べた方法に従う製造を示し、方法とは
それぞれ第４図と第５図に従う製造を示す。

【表】

【表】 軟鋼 厚さで鋳込
む。
表中に詳記した各々の実施例において、強固な
接合が達成された。強固な接合の達成は、いずれ
の場合においてもフラツクスあるいは予熱方法の
選択にあまり敏感でないことが発見された。一般
的には、基体要素の予熱は約800℃の温度まで行
なわれ、溶湯はすべての合金について約1600℃の
温度で鋳込まれた。前述したCIGシルバー・ブレ
ージング・フラツクスとリキツド・エア・305フ
ラツクスはともに、方法の場合に特に、きわめ
て適当であることが見出された。 本発明によつて達成される接合は良好な強度を
もつことが発見された。これは軟鋼と、それに向
けて鋳込まれかつそれへ接合したAISI316ステン
レス鋼から成る物品について例証される。この物
品については、接合領域において最小断面をもつ
ように機械加工された試片において、約440MPa
の接合強度が得られた。またこの物品の場合、約
420MPaの極限引張り強度が、水平方向の長さが
56mmでその長さに沿つて約半分の接合部を有する
試験片において得られ、50mmゲージ長の合計伸び
は23％であつた。鋳込み金属要素が脆い物品につ
いては、接合部は鋳込み金属物品の要素自体より
も強いことが発見されている。例えば、軟鋼へ向
けて鋳込まれかつそれへ接合した亜共晶クロム白
鋳鉄の場合、曲げ試験による破断線は白鋳鉄中を
通り、接合領域を通過しない。