JPS58119453A - 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
と硬質の金属化合物粉の混在した耐摩耗性に富む外層と
基材金属からなる内層とを有する鋳物の鋳造において、
外層を均一で所望に応じたを製造する方法に関する。

圧延用ロー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ず、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。そのよう々材料特性を有するロールの製造法
として、最近、遠心力鋳造により、第」図に示すように
、鋳物の外周に金属（Ｍ）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（Ｍ）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
基材金属本来吉、該溶湯よシ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ｊ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
固させるものであり、この鋳造により、炭化物粒子（Ｐ
）の間隙に金属（Ｍ）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部は高い耐摩
耗性を有する一方、内層（ｂ）は基材金属本来の耗材料
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。

」１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、
混在層（ａ）を鋳造体の長手方向および全周にわたって
均一な層厚に形成しなければならず、かつ、モールド内
に必要な量の炭化物粉末が確実に鋳込まれることを要す
る。１だ、層厚の厚い混在層を望むときは、それだけ多
量の粉末を供給してやらねばならない。

しかるに、その鋳造法として、炭化物粉末を予め収鍋内
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寸うので、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（Ｍ）上に炭化物粉末（Ｐ）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＼、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）付近の混在層々厚
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、他端測寸で混在層を
形成することができない。

不発Ｆ３Ａは、上記問題点を解決したものであり、鋳物
の全長および全周にわたり、均一で、しかも所望に応じ
た厚い層厚、例えば１５翳以上の混在層を形成し得るよ
うにした遠心力鋳造法を提供する。

本発明方法によれば、軸心を中心に回転するモールド内
に、金属溶湯より大きい比重をもつ炭化物粉末などの硬
質金属化合物粉末を投入して遠心力にて均一に分布させ
たのち金属溶湯を鋳込み、遠心力にて形成される溶湯層
の表面より、さらに残余の硬質金属化合物粉末を、該溶
湯層の長手方向に亘って添加することにより、外周部に
金属溶湯と粉末の混在する層を長手方向および全周に亘
って均一かつ所望の層厚に形成せしめ、その状態で凝固
させて目的とする鋳物を得る。本発明において、金属化
合物粉末の投与を、溶湯の鋳込み開始の前後に２回に分
けて行なうのけ、厚い層厚の混在層を形成するのに必要
な多量の粉末を与えるためのみならず、後記のように、
粉末層内への溶湯の浸透を容易にして粒子間隙に充分溶
湯が充填された健全な混在層を形成せしめようとするも
のである。

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。（５）は金属化合物粉末投入装置であり、樋
状体（７）内に粉末（Ｐ）が充填され、支持体（８）に
て、端板（２１の孔（３）からモールド（１）内へ挿入
し、モールド内で樋状体（７）を上下反転させて粉末を
投与するようになっている。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。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、はソ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（Ｍ）を鋳込む。鋳込まれた溶湯（Ｍ
）は、遠心力の作用により粉末（Ｐ）の層内に浸透して
粉末粒子間の空隙を充填していく。

た＼゛し、羊の場合、溶湯の浸透し得る深さに限度があ
る。というのは、浸透した溶湯は粉末に熱をうばわれ、
粘稠化するからであり、後続する溶湯からの熱補給があ
るにしても、粉末層厚があまり大きいと、モールド内周
面まで到達し得す、粉末層内に空隙が残存することにな
る。その対策として遠心力を高めたり、粉末を予熱して
おく方法なども有効であるが、実際上その効果には限度
がある。従って、予め投入される粉末層厚は、溶湯が容
易に浸透し、粒子間隙を十分充填し得るほどの厚さでな
ければならない。例えば、後記実施例に示すような鋳造
条件で、内径２２０門のモールドに、金属溶湯としてニ
ハード系鋳鉄溶湯、粉末として炭化タングステン粉末を
用いモールド内面での遠心力６５Ｇにて鋳造を行なう場
合、溶湯の完全な浸透深さは約１５闘であり、工業的に
は約ＩＱｌｌｌｆｆ程度とするのがよい。

上記のように溶湯をモールド内に鋳込んで遠心力にて粉
末層中に浸透させる一方、溶湯鋳込み量が適当な量に達
したら、再び投入装置（５）にて、残余の粉末を溶湯層
（ｂ）の表面に長手方向にはソ均等に散布する。添加さ
れた粉末は遠心力により溶湯層を通って外周側へ移行し
、予め投与されていた粉末とともに混在層を形成する。

この粉末の第２の添加は、添加された粉末と溶湯がよく
混り合うように、例えば溶湯層（６）の層厚が約１０朋
以上になったのち、あるいは所定の鋳込み量の約半分以
上の溶湯が鋳込まれたのちに行なうのが好ましい。搬送
ロールのような中空鋳物の鋳造の場合は、溶湯の全量が
鋳込まれたのちに添加してもよい。もちろん、溶湯層へ
の粉末添加は、その表面が未凝固状態にある時期に迅速
に行なわねばならない。この場合、溶湯層への添加量が
多い吉、短時間内に迅速に添加することができず、特に
モールド内径が小さい場合は、添加装置（５）の粉末充
填容量が制限されるため、実操業で上記のように首尾よ
く多量の粉末を添加することは不可能で、例えば、外径
２２（ＪＩＭ、肉厚３５簡の鋳造体では、混在層厚はせ
いぜい５問程度が限度である。本発明では、事前にモー
ルド内に粉末が投与されており、溶湯層への添了量は軽
減されるので上記のような不都合はなく、約１５闘をこ
える混在層の形成も容易である。

上記鋳造におけるモールドの回転による遠心力は、粉末
層への溶湯の浸透、および溶湯層に添加された粉末の外
周部への移行を十分に行なわせるに足る大きさであるこ
とを要する。このため、例えば５０Ｇ以上の大きさであ
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。

かくして遠心力により外周部に粉末が集中偏在する混在
状態を形成し、そのま＼凝固させれば、全長および全周
にわたり均一で所望に応じた厚い層厚の混在層（ａ）と
その内側の金属層（ｂ）からな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てあり、
あるいは後工程で芯材を鋳込み中実体表することもある
。なお、金属＠（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
明細書にいう金属層（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。

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、その他所型の材料特性をもつ適宜の金属層た
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。選ば
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以上であるこ七が好まし
い。もちろん、その比が大きい程、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
遠心力方向外周部によく集中し、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。

一ヒ記粉末は、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、適当々温度、例えば４００〜６００
°Ｃに予熱しておくことも好ましい。

捷た、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（１）の耐摩耗性は、使用される金属化合物粒の
種類、該化合物粒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、基材を鉄系金属さす
るとき、金属化合物粒ととすることができる。

なお、本発明で、粉末がモールド内に均一分布するとか
、混在層厚が均一であるというのは、その層の内側表面
が平坦であるという意味であって、前記第４図、第５図
のような場合のほか、例えば第８図ないし第１０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四部（９）もし
くは凸部０．０）が設けられているときは、粉末（Ｐ）
層（あるいは混在層）の上面（ｆ）が平坦であることを
も含む。捷た、粉末の投入・添加装置（５）ｉｄ前記図
示の例に限らず、要するに均一な粉末層あるいは混在層
が形成される程度に粉末を分散投与し得るならばよく、
例えば空気をキャリヤーガスとしてモールド内に散布す
る方法などであってもよい。

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、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２２Ｑ　ｍｙｔ、長さ４００πｍ）
において、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（平均粒径２００μ）をモールド内に、層厚が１３Ｍ
になる量投入し、モールドの回転を約２分間続けて粉末
層厚が均一に々つだ後、金属溶湯としてニハード系鋳鉄
（Ｃ３，３％、Ｓｉ０．８％、Ｍｎ０．６５％、Ｃｒ１
．５％、Ｎ　ｉ　４．４％、Ｍｏ０．４％）溶湯層５０
に９を約３５秒を要して鋳込んだ。該溶湯鋳込完了後、
さらに粉末投入装置にて溶湯層表面に炭化タングステン
粉末９．３ｋｑを散布し、凝固完了までモールドの回転
を続けて中空円筒状鋳物を得だ。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あり、約５００
°Ｃに予熱して使用した。溶湯の鋳込温度は約１５５０
°Ｃである。

得られた鋳造体を縦割し、断面を調査した結果、外周部
の混在層厚さは全周および全長に亘って１６．８〜１７
，５πＭと厚く、は＼゛均一層厚に形成され、粉取粒子
間の空隙は基材鋳鉄で十分充填された健全な組織を有す
ることが確認された。その断面状況を第」１図（倍率５
０）に示す。

」二記鋳造体の表面（混在層）の硬度はＨｓ８５てあっ
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吉がわ
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
属から々る混在層を、鋳造体の全周全長に亘り均一で、
かつ所望に応じた厚い層厚に形成することができ、その
混在層により高度の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、衝撃によく酬え、すぐれた耐久性が得られる。

丑た、ローー負に限らず、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６　　　
　　　は言う寸でもない。

【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〔Ｉ〕は本発明による粉末投与の具
体例を示す断面説明図、（１）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図ないし第１０図はそれぞれモ
ールド内の粉末層の断面形状説明図、第１↑図は本発明
法にて鋳造された鋳物の棋Ｈａ況を示す図面代用写真（
倍率５０）である。 １：モールド、　　　２：端板、 ４：ホッパー、　　　５：粉末投入装置、６：溶湯層、
　　　　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　新へ部 ２７

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸心を中心に回転する遠心力鋳造用モールＦ内に
   、金属溶湯より比重の大きい硬質金属化合物粉末を投入
   して遠心力により均一に分布させたのち、金属溶湯を鋳
   込み、遠心力にて形成される溶湯層の表面より、さらに
   残余の硬質金属化合物粉末を、該溶湯層の長手方向に亘
   って添う口することにより、外周部に該金属化合物粉末
   と金属溶湯の混在する層を長手方向に亘って均一な層厚
   に形成せしめ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）金属溶湯が所定の鋳造量の１／２以上鋳込まれた
   のち、または溶湯層の層厚が１０ｍｍ以上になったのち
   に、残余の硬質金属化合物粉末を溶湯層の表面より添加
   す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）モールドの回転による遠心力がモールドの内周面
   で５０Ｇ以上であることを特徴とする上記第（１）項ま
   たは第（２）項に記載の遠心力鋳造法。
4. （４）硬質金属化合物粉末が金属溶湯の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）
   項ないしは第（３）項のいづれか１つに記載の遠心力鋳
   造法。
5. （５）硬質金属化合物粉末が炭化タングステン粉末であ
   り、金属溶湯が鉄系金属溶湯であることを特徴とする上
   記第（１）項々いしは第（４）項のいづれか１つに記載
   の遠心力鋳造法。