JPS58119454A - 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】 面が耐摩耗性にすぐれるとともに、内部が靭性に富む鋳
造体の製造において、鋳造体の用途に応じ、外内部の必
要な部分にのみ耐摩耗層を形成するようにした遠心力鋳
造法に関する。

圧延用ロール類などは、胴部表面が耐摩耗性にすぐれた
ものであることを要すると同時に、くり返し加わる衝撃
に訓え得る十分な靭性を有しなければならない。ところ
が、耐摩耗性と靭性とは相反する材料特性であり、一方
の特性が良ければ、他方の特性に劣るため、一種の材料
で二つの特性を同時に満たすことができない。この対策
として、例えば耐摩耗高合金溶湯と安価で強靭性の合金
溶湯を用い、遠心力鋳造によりモールド内に耐摩耗性合
金溶湯を鋳込んで外殻層を形成し、その内部に強靭性合
金溶湯を充填して成る二層構造のロールが用いられる。

外層（でて耐摩耗性を得る一方、内層の存在により所要
の靭性を付与するものである。、 しかし々がら、上記方法は二種の合金溶湯を準備せねば
ならず、製造工程が煩瑣であり、かつコストの負担も大
きい。１〜かも、目的とする鋳造体が、例えば線材圧延
用ロールのように、カリバ一部分のみ耐摩耗性が与えら
れればよいような場合でも、外周部全長にわたって外殻
層が形成されるので、高価な高合金が必要以上に消費さ
れ、それだけコストの負担が加重されることになる。

本発明は上記問題を解決したものであり、基材金属溶湯
と炭化物々どの硬質金属化合物粉末を用い、遠心力鋳造
にて外殻層の耐摩耗性が必要な部分のみ両者の混在する
層が形成され、残余の部分が基材金属からなる鋳造体を
製造する方法を提供する。

第１図に本発明方法によシ得られる鋳造体の具体例を示
す（〔Ｉ〕は軸方向断面図、〔■〕はそのＡ−Ａ断面図
である）。図中、（０）は外殻層、（ｉ）はその内側の
内層であシ、該外殻層の所定の帯域、すなわち、耐摩耗
性が要求される部位に、基材金属と硬質金属化合物粉の
混在する層（以下、「混在層」という）（ａ）が全周を
めぐる環状に形成されている。外殻層（○）の残余の部
分および内層（１）は基材金属（財）からなる。上記混
在層（ａ）は、ミクロ的にみれば、第２図に示すように
、硬質の金属化合物粉（以下、「硬質粒子」という）Φ
）の粒子間隙に基材金属０→が充填されている。この硬
質粒子の存在によって混在層（ａ）は高度の摩耗抵抗を
有する耐摩耗材料として機能し、一方基材金属層（ｂ）
はその本来の靭性を有する靭性材料として機能するわけ
である。

本発明方法によれば、軸心を中心に回転する遠心力鋳造
用モールド内に、基材金属溶湯を鋳込み、遠心力にて形
成されるモールド内周面に沿う溶湯層の表面から、該溶
湯より比重の大きい硬質粉末を所定の帯域に投与し、遠
心力で該粉末を外周部へ移行させることにより、該粉末
の粒子と基材金属溶湯の混在する層を外殻層の所定の帯
域に環状に形成し、その状態で凝固させる。

第３図および第４図に上記鋳造要領の具体例を示す。（
１）は遠心力鋳造用モールド、（２）は金属溶湯を鋳込
むためのホッパー、（３）は硬質粉末投入装置である。

該投入装置（３）は天面に孔（４）を有する筐体（５）
内に粉末（Ｐ）が充填され、支持棒（６）にて端板（７
）の孔（８）からモールド内に挿入されるとともに、モ
ールド内の所定の位置で筐体（５）を矢印のように反転
させてその孔（４）から粉末を投与するようになってい
る。複数の個所に粉末を投与するときは、投入装置とし
て、第５図に示すように、筐体（５）に適当々間隔で設
けられた複数の孔（４）（４）を有するものを用いれば
、短時間に複数の個所に同時に粉末を投与することがで
きる。まず、第３図に示すように、軸心（０を中心に回
転するモールド（１）内に、端板（７）、／／ の孔（８）にのぞむホッパー（２）にて基材金属溶湯（
至）を鋳込むと、鋳込まれだ溶湯は遠心力にてモールド
内周面に沿う溶湯層（７）を形成する。溶湯層（９）が
適当外層厚に達したのち、第４図に示すように、粉末投
入装置（３）にて、所定の帯域で溶湯層（９）の表面に
硬質粉末を投与する。投与された粉末（Ｐ）は溶湯より
比重が大きいので遠心力の作用で溶湯層を通って外殻層
に到達し、所定の帯域に堆積して混在層（ａ）を形成す
る。所定量の溶湯を鋳込み終り、その状態で回転を続行
し、凝固を完了させれば、前記第１図に示すごとき鋳造
体が得られる。むろん、得られる鋳造体は図示のような
中実体のほか、所要の肉厚を有する中空管体の場合もあ
る。また、混在層（ａ）の数も図示の２個所に限らず、
必要に応じ１個所あるいは３個所以上の場合もある。

得られた鋳造体は、必要に応じ第６図に示すように、混
在層（ａ）の表面から条溝（ｌＯ）を穿設して、カリバ
ー付きの線材圧延用ロールなどとして用いられる。

もつとも、上記のような溝付きの鋳造体を目的とすると
きは、モールドとして第７図に示すように、混在層が形
成されるべき帯域に対応する部位に、内側に突出する環
状突起（ＩＩ）を有するモールドを用い、鋳造過程にお
いて、前述の要領で硬質粉末を投与し、該突起（１１）
を所要の層厚で被覆するごとくに混在層を形成するとよ
い。混在層（ａ）は硬く機械加工は容易で々いが、こう
すれば条溝を形成するための機械加工が不要となるか、
捷たけ加工代を著しく少くすることができる。このモー
ルドは、例えばＣＯ２型の砂型モールドであり、鋳造体
は凝固完了後、型ばらしして取出せばよい。

上記鋳造における溶湯層（９）への粉末の添加時期は任
意であるが、粉末と溶湯とがよく混合した混在層を得る
ために、例えば溶湯層の層厚が約１０ｍｍ以上に々つた
のち、または所定の鋳込量の約半分以上の溶湯が鋳込ま
れたのちに添加するのが好ましい。中実鋳物を目的とす
るときは、粉末添加後、後工程として芯材を鋳込み中空
部を充填すればよい。

ところで、得られる鋳造体の用途、使用条件によっては
、第８図に示すように、外殻層の全体に混在層（〜を有
し、かつ該混在層が所定の帯域で、他の部分（ａｌ）よ
り厚い層に形成された内側に突出する環状盛り土シ部（
ａ２）を有するものが望まれることもある。かかる鋳造
体を得るには、軸心を中心に回転するモールド内に、基
材金属溶湯より比重の大きい粉末をモールド内の長手方
向に投与して遠心力により均一な層厚に分布させたのち
、基材金属溶湯を鋳込み、遠心力にて溶湯を粉末粒子間
に浸透させるとともに、その溶湯層の表面から、所定の
帯域に残余の粉末を、前記第４図と同じ要領で投与し、
これを遠心力にて外殻層側へ移行させ、先に投与されて
いる粉末一層の上に堆積させて環状の盛上りを形成し、
その状態で凝固させればよい。

第９図および第１０図に上記鋳造要領の具体例を示す。

０ｐは溶湯鋳込み前にモールド内に粉末を投与する粉末
投入装置で、モールドの長手方向の粉末散布に便利なよ
うに比較的長尺の樋状体θ枠内に粉末が充填されており
、支持棒（６）でモールド内に挿入し、樋状体を上下反
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α
のにて粉末Φ）を投与する。モールドの回転は粉末投与
後に開始してもよい。粉末は長手方向全長に均等に散布
する必要はなく、適当に分散投与すればモールドの回転
により長手方向および全周にわたりほぼ均一な層厚の分
布が得られる。

粉末（Ｐ）がモールド内でほぼ均一に分布したのち、第
１０図に示すように、ホッパー（２）にて金属溶湯（財
）を鋳込む。鋳込まれた溶湯は、遠心力の作用で粉末層
内に浸透する。溶湯層（９）が適当な層厚に達したのち
、残余の粉末を、投入装置（３）にて所定の帯域に投与
すると、投与された粉末は遠心力により溶湯層を通って
外殻層側へ移行し、先に投与されていた粉末層の上に堆
積し、所定の帯域が環状に盛上った混在層が形成される
。その状態で凝固を完了させれば、前記第８図に示すご
とき鋳造体が得られる。むろん、得られる鋳造体は、用
途により中空円筒体の場合もあり、あるいは後工程とし
て芯材を鋳込み中実体にすることもあわ、まだ盛上り部
（８２）も、所望の帯域に望む個数形成される。更に、
用途により第１１図に示すように混在層の盛上り部に条
溝００が形成されるが、この場合は前述のように前記第
７図に示したように、内周面に環状突起０１）を有する
モールドを用いてよい。

溶湯鋳込前に粉末を投与するだめの投入装置０のは図示
のものに限らず、粉末をモールド内の長手方向に適当に
散布し得るならばよく、例えば空気等による吹込み方式
でもよい。また、溶湯層表面からの投入装置（３）と共
用できるものも好ましい。

なお、溶湯鋳込前の粉末をモールド内に均一に分布させ
るとは、粉末層の内側表面がほぼ平坦な状態に分布させ
るという意味であって、第１２図に示すように粉末（Ｐ
）層が均一な層厚の場合のほか、第１３図のようにモー
ルド（１）の内周面にテーパを有する場合、第１４図、
〜第１５図に示すように内周面に突起（１１）や凹陥部
０４）を有するモールド（１）の場合でも、粉末層表面
（ｆ）が平坦々状態をも含む。

本発明の鋳造法は、溶湯層に投与される粉末の外殻層へ
の移行、および事角力にモールド内に均一に分布させた
粉末層中への溶湯の浸透を、モールドの回転による遠心
力の作用で行なわせることにより混在層を形成するので
あるから、外殻層に粉末を集中させ、かつ粉末と溶湯の
良好な混在状態が得られるに足る十分な遠心力を作用さ
せることを要する。この遠心力は、モールド内周面で例
えば５０Ｇ以上であることが好ましい。

まだ、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Φ）は強固にモールド内周面に押しつけ
られた状態と々るので事前に粉末をモールド内に均一に
分布させている場合でも、ホッパーから落下する溶湯（
財）の落下刃を受けて第１７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１８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。もちろん、
粉末の比重が大きい程、外側へ向う力が大きく々るので
有利であり、このため粉末と溶湯の比重の比率（粉末比
重／溶湯比重）は、例えば約１．２以上であるのが好捷
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
、使用される金属溶湯より比重の太きいもので々ければ
ならず、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１
５．７）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
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。

得られる鋳造体の混在層（ａ）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
材を鉄系金属とするとき、金属化合物粒として炭化タン
グステン粒を用い、なお、混在層（（至）以外の領域、
すなわち金属層（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、本
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々い範囲内の少量の粒子
が混在する場合をも意味する。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例１ 前記第３図、第４図に示すごとき横型遠心力鋳造装置（
モールド内径２２０　Ｍ７１＋、長さ４００問）におい
て、基材金属として二ノ・−ド系鋳鉄（０３２５％、８
１０７％、Ｍｎ０．６３％、Ｎ　ｉ　４４３チ、Ｃ！ｒ
１．５％、Ｍｏ０．３９％）を用い、その溶湯４５ｋｑ
を鋳込む。鋳込完了０．５秒後に、投入装置（３）（但
し、筐体（５）の断面径１００肩ｍ、長さ１５０刷、天
面の孔（４）の径ＩＱｍｍ）にて、溶湯層の表面から炭
化タングステン粉末（平均仁径２００μ）２、５　ｋｑ
を所定の帯域（但し、１個所）に投与し、そのまま回転
をつづけ凝固を完了させ、外殻層に環状の混在層を有す
る中空鋳造体を得た。なお、溶湯鋳込み温度は１５５０
°Ｃであり、粉末は３００°Ｃに予熱して投与した。遠
心力はモールド内周面で６５Ｇである。

得られた鋳造体の軸方向断面における混在層（ａ）の形
状は、第１９図に示すとおりで、その層厚（１）は１３
ｙｕ＋、幅Ｗは４２朋であった。

実施例２ 第９図および第１０図に示すごとき遠心力鋳造装置にお
いて、実施例１と同じ溶湯および粉末を用い、−Ｉｆ上
モールド内周面での遠心力が６５Ｇに達したのち、投入
装置＠にて粉末を層厚が５朋になる量投与して均一に分
布させ、ついで溶湯５５ｋｑを鋳込む。ついで投入装置
（３）にて所定の帯域（但し、１個所）に残余の粉末４
．３　ｋ（ｊを膜力し、そのｉｔ回転をつづけ中空鋳造
体を得た。その他の鋳造条件は前記実施例１と同じであ
る。

得られた鋳造体の軸方向断面における混在層（ａ）の形
状は第２０図のとおりであり、（ａｌ）の層厚（ｔｌ）
ば４８開、（ａ２）の層厚（ｔ２）は２５朋、（ジ）の
幅（初は４１朋であった。

また、上記各実施例の鋳造体の混在層における粉末粒子
の占める割合は約７０％（体積率）で、その硬度（Ｈｓ
　）は約８２であシ、金属層（ｂ）の硬度（Ｈｓ）５７
に比し著しく高く高度の耐摩耗性をもつことも確認され
た。

以上のように、本発明によれば外殻層に耐摩耗性のすぐ
れた混在層を形成することができ、その混在層を耐摩耗
性の必要な帯域のみに限定して形成し得るので、炭化タ
ングステンなどの高価な粉末の使用量も少なくてすみ経
済的である。得られる鋳造体は、混在層による耐摩耗性
と同時に基材金属層により良好な靭性をも備えるので、
圧延用ロールなどとして好適であり、混在層にカリバー
を設ければ線材圧延用ロールとして使用できる。

もつとも、ロール類に限らず、耐摩耗性と靭性の必要々
各種部材として供し得ることは言うまでも々い。

【図面の簡単な説明】

第１図〔ｌ〕は本発明により得られる鋳造体の具体例を
示す断面説明図、［ＩＤはそのＡ−Ａ断面図第２図は混
在層の模式的説明図、第３図および第４図ＣＩ’ｌ］　
、〔ＩＯは本発明による鋳造法の具体例を示す断面説明
図（但し、第４図〔■〕は同図〔ＩＤのＢ−Ｂ断面図）
、第５図〔ＩＤは粉末投入装置の例を示す断面図、［Ｉ
ＤはそのＣ−Ｃ断面図、第６図〔ＩＤ、〔■〕（但し、
■〕は〔■〕のＤ−Ｄ断面図）、第８図ＣＤ　、〔ｌ）
　、［ＪＩＤ　（但し、［ＩＤは〔ＩＤの’Ｆ−Ｆ断面
図、１〕は〔ＩＤのＧ−Ｃ断面図）、および第１１図〔
ＩＤ、〔■〕（但し、〔■〕は〔ｌ〕の■−■断面図）
はそれぞれ本発明にて得られる鋳造体の他の例を示す断
面説明図、第７図［１）は本発明に用いられるモールド
の他の例を示す断面説明図、〔■〕はそのＥ−Ｅ断面図
、第９図［１’：ｌ　、ＣＯＤ　（但し、〔■〕は〔Ｉ
ＤのＨ−Ｈ断面図）および第１０図は本発明の鋳造法の
具体例を示す断面説明図、第１２図〜第１６図はそれぞ
れモールド内の粉末分布態様の断面説明図、第１′７図
および第１８図はモールド内の溶湯流による粉末層移動
状況の断面説明図、第１９図および第２０図はそれぞれ
実施例関係の鋳造体の混在層形状を示す断面説明図であ
る。 １：モールド、２：ホッパー、３．１２：粉末投入装置
、１０：条溝、ａ、ａｌ、ａ２：混在層、ｂ゛金属層、
Ｍ：基材金属、Ｐ：粉末（粒子）。 代理人　弁理士　　宮　崎　新　八　部９ 第１図 第２図 ビ 第３図 第１７図 １ 第１９図 第１８図 ） 第２０図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）硬質の金属化合物粒と基材金属からなる混在層が
   、外殻層の所定の帯域に環状に形成され、かつ外殻層の
   残余の部分およびその内側層が基材金属からなる鋳造体
   の製造法であって、軸心を中心に回転する遠心力鋳造用
   モールド内に、基材金属溶湯を鋳込み、遠心力にて形成
   されるモールド内周面に沿う溶湯層の表面より、該溶湯
   より比重の大きい硬質金属化合物粉末を所定の帯域に投
   与し、遠心力にて該粉末を外周部に移行させることによ
   り、該粉末と基材金属とが混在する層を外殻層の所定の
   帯域に環状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）モールドがその内周面の、混在層の形成される帯
   域に対応する部位に、内側に突出す環状突起部を有する
   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）基材金属溶湯が所定の鋳込み量の１／２以上鋳込
   まれたのち、または溶湯層の層厚が１０網以上に達した
   のち、硬質金属化合物粉末を投与す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）基材金属が鉄系金属であり、硬質金属化合物が炭
   化タングステンであることを特徴とする上記第（１）項
   々いし第（３）項のいづれか１つに記載の遠心力鋳造法
   。
5. （５）硬質の金属化合物粒と基材金属の混在層にて外殻
   層が形成され、その内側が基材金属層からなり、かつ該
   混在層が、所定の帯域で内側に突出する環状盛上り部を
   有する鋳造体の製造法であって、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、遠心力により均一な層厚に分
   布させたのち、基材金属溶湯を鋳込み、遠心力にて形成
   されるモールド内周面に活う溶湯層の表面から、残余の
   硬質金属化合物粉末を所定の帯域に投与し、これを遠心
   力にて外殻層へ移行させることにより、該所定の帯域が
   環状に盛上った硬質金属化合物粉末と基材金属溶湯の混
   在する層を外殻層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。
6. （６）モールドがその内周面の、混在層の環状盛上り部
   が形成される帯域に対応する部位に、内側に突出する環
   状突起部を有するものであることを特徴とする上記第（
   ５）項に記載の遠心力鋳造法。
7. （７）基材金属溶湯が所定の鋳込み量の１／２以上鋳込
   まれたのち、または溶湯層の層厚がｌＱｍｍ以上に達し
   だのち、残余の硬質金属化合物粉末を所定の帯域に投与
   することを特徴とする上記第（５）項または第（６）項
   に記載の遠心力鋳造法。
8. （８）基材金属が鉄系金属であシ、硬質金属化合物が炭
   化タングステンであることを特徴とする上記第（５）項
   ないし第（７）項のいづれか１つに記載の遠心力鋳造法
   。