JPS58116968A - 耐摩耗鋳物の遠心力鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐摩耗鋳物の遠心力鋳造法、特に、基材金属
と硬質金属化合物粉の混在した耐摩耗性にすぐれる外層
と、基材金属からなる靭性に富む内層を有し、圧延用ロ
ールや搬送用ロール等に適した耐摩耗性と靭性を備える
鋳物を遠心力鋳造にて製造する方法に関する。

圧延用ｂ−ルや搬送用ロールなどは、その胴部表面が耐
摩耗性にすぐれたものでなければならす、またこれにく
り返し加わる衝撃にも耐える十分な靭性をもつことが必
要である。

このため、従来、圧延用ロールとして、遠心力鋳造にて
耐摩耗性に富む高合金からなる外層と、強靭性をもつ合
金からなる内層を形成した複合ロールが汎用され、また
搬送用ロールとして、強靭性の炭素鋼々管の外周面に耐
摩耗合金を肉盛溶接したものが一部用いられているが、
これらは製造工程が煩瑣で、コストも高い。

最近、上記に代えて、遠心力鋳造により、第１図に示す
ように、鋳物の外周に金属（財）と硬質の炭化物粒子（
Ｐ）の混在した層（ａ）を形成し、その内側を金属（財
）のみからなる層（ｂ）とするようにしたロールの鋳造
法が提案されている。これは軸心を中心に回転する遠心
力鋳造用モールド内に基材金属溶湯と、該溶湯より比重
の大きい炭化物粉末を混合状態で鋳込み、遠心力の作用
で比重の大きい炭化物粒を外周部に偏在させ、第２図に
示すように、モールド（１）内で金属と炭化物粒の混在
する外層（以下、「混在層」とも言う）（ａ）と金属の
みからなる内層（以下、「金属層」とも言う）（ｂ）を
形成し、その状態で凝固させるものである。

こうして、前記第１図に示すように、炭化物粒子（Ｐ）
の間隙に金属（財）が充填した外層（ａ）を形成すれば
、該炭化物の存在によって鋳造体の外周面は高い耐摩耗
性を有する一方、内層（ｂ）は基材金属本来の靭性を保
持しているから、いわば外層（ａ）が耐摩耗材料として
機能し、内層（ｂ）は靭性材料として機能する複合ロー
ルが得られるわけである。

上記の鋳造は、第３図に示すように、軸心（Ｃ）を中心
に回転する遠心鋳造用モールド（１）の一方の端板（２
）の孔（３）にのぞませたホッパー（４）から金属溶湯
と炭化物粒子を鋳込むことにより行なわれるが、その鋳
造により所期の耐摩耗性を有する鋳造体を得るには、所
要量の炭化物粉末がモールド内に供給され、かつ混在層
が鋳造体の長手方向にわたって所定の均一な層厚に形成
されねばならない。

しかるに、その鋳造法として、炭化物粉末を予め取鍋内
の溶湯中に添加・混合してホッパー（４）からモールド
（１）内に鋳込む方法を用いたのでは、重い炭化物が取
鍋底部に沈積してしまうので、所定量の炭化物粉末をモ
ールド内に鋳込むことは不可能である。別法として、上
記第３図に示すように、ホッパー（４）に注がれる溶湯
流ＣＭ）上に炭化物粉末ＣＰ）を添加する方法も考えら
れるが、溶湯の流れが緩やかな場合には、図示のように
、ホッパー（４）の湯道上に炭化物粉末（Ｐ）が沈積す
る。溶湯の流れが強ければ、上記沈積を防ぐことは可能
であるものの、その反面、モールド（１）内で遠心力に
より形成されつつある混在層（ａ）の炭化物粒子が、モ
ールド内への溶湯の強い落下刃によって逸散するため、
図示のように、溶湯の落下点（Ｄ）付近の混在層層厚が
局部的に薄くなってしまう。

また、モールド（１）内に鋳込まれた炭化物粉末は、モ
ールド内の他端側まで拡散・移動させねばならないが、
炭化物粉末は重いうえに、モールドの回転による遠心力
が加わるため、他端側への移動が妨げられる結果、同図
に示すように、混在層（ａ）の層厚は長手方向にそって
漸次減少し、長尺体鋳物の場合は、他端側まで混在層を
形成することができない。

本発明は、上記問題点を解決したものであり、遠心力鋳
造用モールド内に、金属溶湯より大きい比重をもつ硬質
の炭化物粉末などの金属化合物粉末を、遠心力にて均一
に分布させたのち、金属溶湯を鋳込み、遠心力の作用下
に、外周部に金属溶湯と粉末の混在する層を長手方向に
わたって均一な層厚に形成し、その状態で凝固させるよ
うにした鋳造法を提供する。

第４図および第５図に本発明方法による鋳造要領の具体
例を示す。図中、（５）は金属化合物粉末の投入装置で
ある。まず、軸心（Ｃ）を中心に回転するモールド（１
）内に、投入装置（５）にて金属化合物粉末（Ｐ）を投
入する。モールドの回転は粉末投入後に開始してもよい
。図示の投入装置（５）は樋状体からなり、モールドの
一方の端板（２ｊの孔（３１から挿入さね、モールド内
で上下反転させて樋状体内の粉末を投１”）するように
なっているが、図示の例に限らず、その他、例えば、空
気などをキャリヤーガスとして粉末を吹込む方法など、
適宜の投入方法を用いてよい。該粉末の投入は、モール
ドの長手方向全長にわたり均等に散布する必要はなく、
適当に分散させれば、遠心力の作用により、長手方向お
よび円周方向に移動し、はぼ均一な分布状態かえられる
。

粉末（Ｐ）がモールド内にほぼ均一な層厚に分布したの
ち、第５図に示すようにモールドの一端側のホッパー（
４）から金属溶湯（財）を鋳込む。鋳込まれた溶湯（２
）は、遠心力の作用により粉末（Ｐ）の層内に浸潤して
粉末粒子間の空隙を充填し、外周部の長手方向に亘って
粉末と金属溶湯の混在状態が形成される。この状態で凝
固させれば、長手方向に均一な層厚の混在層（ａ）とそ
の内側の金属層（ｂ）を有する鋳造体が得られる。むろ
ん、得られる鋳造体は、所望により中空の管体の場合も
あり、中心部まで溶湯が鋳造された中実体の場合もある
。なお、金属層（ｂ）は、所要の靭性が保たれるならば
、少量の金属化合物粒子が混入してもよい。従って、木
切。

細書にいう金属層（ｂ）とは、基材金属単−相の場合の
ほか、所要の靭性が損なわれない範囲内の少量の粒子が
混在する場合をも意味する。

モールド内に投入される粉末は、本発明の原理より、溶
湯より比重の大きいもの、すなわち、両者の比（粉末比
重／溶湯比重）が１より大であればよいが、混在層（ａ
）中に効果的に集中させるために、該比は約１．２以上
であることが好ましい。

モールドの回転による遠心力は、鋳込まれた溶湯（財）
を粉末層内に十分浸潤させるに足る大きさであることを
要し、このために例えば約５０Ｇ以上であることが好ま
しい。

また、十分な遠心力を作用させれば、モールド（１）内
に分布する粉末（Ｐ）は強固にモールド内周面に押しつ
けられた状態となるので、ホッパー（４）から落下する
溶湯（Ｍ）の落下刃を受けても、第６図に示すように落
下点付近の粉末が横方向に散逸するようなことはなく、
第７図に示すようにわずかの凹みを生ずることがあって
も実質的に均一な所定の層厚を保つことができる。この
ためにも、遠心力は、例えば約５０Ｇ以上であることが
好ましい。

本発明に用いられる基材金属は、鋳物の用途に応じた必
要な靭性、その他所要の材料特性をもつ適宜の金属また
は合金である。ロール類のように強靭性が要求される用
途では、鋳鉄や鋳鋼などの争 鉄系金属が好ましく用いられる。

金属化合物粉末としては、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏなどの炭化物
（複炭化物を含む）、窒化物、珪化物、硼化物など、所
要の硬度を有する各種の化合物が挙げられる。もちろん
、基材金属の種類に応じ、それより比重の大きいものが
選らばれる。また、溶湯との比重差が大きい程、比重分
離の点で有利である。この点から、例えば炭化タングス
テン（比重約１５．７）は、鉄系金属溶湯との組合せに
おいても、該溶湯より比重が大で、その比重差も大きい
ので、鋳物の外周辺部によく集中し、緻密な粒子群を含
む混在層を比較的容易に形成することができる。しかも
、炭化タングステン粒は極めて硬いので、耐摩耗性の点
でも極めて好適である。

上記粉末は、鋳造時における粒子間隙への溶湯の浸透を
容易にするため、適当な温度、例えば４００〜６００°
Ｃに予熱しておくことも好ましい。

また、表面の酸化防止のために、例えばニッケル系や銅
系のめっきが施こされ、あるいは溶融フラックスを浸潤
させておくことも好ましい。

混在層（ａ）の耐摩耗性は、使用される金属化合物粉末
の種類、該化合物粉と基材金属の混在割合などの鋳造条
件に依存する。これら条件は目的とする部材の所要特性
に応じて適宜定めればよい。例えば、基材を鉄系金属と
するとき、金属化合物粉として、炭化タングステン粒を
用い、混在層における硬質粒子の占める体積割合を、例
えば５０〜８０％とすることができる。

なお、本発明で、金属化合物粉末をモールド内に均一に
分布させるというのは、粉末層の内側表面がほぼ均一平
面になるように分布させるという意味であって、前記第
４図に示す分布態様のほか、例えば第８図ないし第１θ
図に示すように、目的とする鋳物の外側形状に応じてモ
ールド（１）の内側面にテーパを有する場合や凹部（６
）もしくは凸部（７）が設けられている場合でも、粉末
（Ｐ）層の上面（ｆ）が平坦であればよい。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 前記第４図および第５図に示すごとき横型遠心力鋳造装
置（但し、モールド内径２２０Ｈ１長さ４０（１１１１
）において、軸心を中心に回転するモールド（１）の内
面での遠心力が６５Ｇに達したのち、硬質炭化物粉末と
して炭化タングステン粉末（粒径１５０〜２５０μ）を
、モールド中に、層厚が１０ｆｌとなる量投入し、モー
ルドの回転を３０秒続けて粉末層厚が均一になったのち
、金属溶湯としてニハード系鋳鉄溶湯（ＣＢ、８５％、
Ｓｉ０．７８％、Ｍｎ０．６９％、Ｃｒ１．５５％、Ｎ
ｉ４．８１％、Ｍｏ０．４０％）４９ｋｇを鋳込み、回
転下に凝固させて中空円筒状鋳物を製造した。なお、炭
化タングステン粉末は、表面に銅めっきを施したもので
、５００°Ｃに予熱して用いた。また、溶湯の鋳込温度
は１５５０°Ｃである。

得られた鋳造体を切断し、その断面を観察した結果、外
周部の炭化タングステンと鋳鉄の混在層の層厚は、長手
方向および円周方向とも、１０．１ｙｙｎｋ±Ｑ、　５
　ＭＮの範囲にあり、工業的に十分均一であった。また
、混在層は、全長、全周に亘り、粉末粒子間の空隙ｒ鋳
鉄で充填された健全な組織を有することも確認された。

その断面状況を第１１図（倍率５０倍）に示す。

上記鋳造体の表面（混在層）の硬度はＨｓ８５であった
。この硬度は、従来、一般に用いられている圧延ロール
、例えばニハード系鋳鉄製ロールの硬度Ｈｓ７９を凌駕
するもので、すぐれた耐摩耗性を備えていることがわか
る。

以上のように、本発明によれば、外周部に硬質粒子と金
属からなる混在層が全長、全周にＥり所望の均一な層厚
に形成された鋳造体を製造することができ、その混在層
によってすぐれた耐摩耗性が保証される。むろん、混在
層の内側の金属層により良好なる靭性も備える。従って
、圧延用ロールや搬送用ロールなど各種ロールとして用
いて摩耗、衝撃によく耐え、すぐれた耐久性が得られる
。

また、ロール類に限らず、耐摩耗性と靭性が要求される
各種装置　機械の耐摩耗部材として好適なことは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳物の二層構造のミクロ的組織を模式的に示す
断面説明図、第２図はモールド内の鋳物の二層構造を示
す断面説明図、第３図は従来の鋳造法による鋳込状況の
断面説明図、第４図ＩＩ］は本発明による粉末投与の具
体例を示す断面説明図、［１１］はそのＡ−Ａ断面図、
第５図は本発明の鋳込状況を示す断面説明図、第６図お
よび第７図はそれぞれモールド内の溶湯落下流による粉
末層変動状況説明図、第８図〜第１θ図はそれぞれモー
ルド内の粉末層の断面形状説明図、第１１図は本発明法
にて鋳造された鋳物のｙｋ番簡磯較示す図面代用写真ｃ
ｇｏ傷壓）でφ）。 ｌ・・・モールド、２・・・端板、４・・・ホッパー、
５・・・粉末投入装置、ａ・・・混在層、ｂ・・・金属
層、Ｍ・・・金属、Ｐ・・・硬質金属化合物粉末。 代理人　弁理士　　宮　崎　新八部 第、１図　　　　　　第２図 第４図 第５１ｉ 第６図　　　　　第７図 第８図　　第９図　　第１０図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　遠心力鋳造用モールド内に、金属溶湯より比
   重の大きい硬質金属化合物粉末を、遠心力により均一に
   分布させたのち、金属溶湯を鋳込むことにより、外周部
   に該金属溶湯と粉末の混在する層を長手方向にわたって
   均一な層厚に形成して凝固させることを特徴とする耐摩
   耗鋳物の遠心力鋳造法。
2. （２）金属化合物粉末が、金属溶湯の比重の１．２倍以
   上の比重を有するものであることを特徴とする上記第（
   １）項に記載の遠心力鋳造法。
3. （３）金属が鉄系金属であり、金属化合物が炭化タング
   ステンであることを特徴とする上記第（１）項に記載の
   遠心力鋳造法。
4. （４）モールドの回転による遠心力が５０Ｇ以上である
   ことを特徴とする上記第（１）項ないし第（３）項のい
   づれか１つに記載の遠心力鋳造法。