JPS58221650A - 耐摩耗鋳物の遠心鋳造法 - 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、耐摩耗鋳物の遠心鋳造法、特に金属と硬質粒
子とが混在してなる表層を有する鋳物の鋳造において、
該表層を均ニな層厚に形成し得るようにした耐摩耗鋳物
の遠心鋳造法に関する。

金属中に硬質粒子、例えばタングステン炭化物（ＷＣ，
Ｗ２Ｃ）粒子などを混在させるこ吉により金属のみでは
得られない高度の耐摩耗性を伺与することができる。こ
の知見にもとづいて不発Ｆ！Ｉ−］者等は、先に、遠心
力鋳造を利用し、第６図に示すような、金属（財）と硬
質粒子ψ）とが混在してなる外周領域（以下、「外層」
または「混在層」という）（２）と、実質的に金属（財
）のみからなる内創り領域（以下、「内層」または「金
属層」という）ノ）の二層構造を有する鋳物の製造法を
提案した（特願昭５６−２１３８６０号、同５６−２１
３８６１号等）。

このように、耐摩耗性が要求される表層部のみに混在層
を形成すれば、高価な硬質粒子の使用量が少くてすみ経
済的であるのみならず、混在層による高耐摩耗性ととも
に、′金属層による基材金属本来の材料特性、例えば靭
性などを兼備させ名ことができる。

上記鋳物の鋳造は、例えば第９図に示すように、軸心を
中心に回転する鋳型ｆｌｌ内に、その端部の端板（２）
の注湯孔（３）から、ホッパー（４）の鋳込み樋（５）
にて金属溶湯綿を鋳造し、溶湯の鋳込み終了後、端板（
２）の孔（３）から挿入された硬質粒子添加治具（６）
にて、溶湯より比重の大きい硬質粒子Φ）を溶湯面上に
散布することにより行なわれる。溶湯面に投与された硬
質粒子ψ）は、遠心力の作用下、溶湯との比重差により
溶湯層内を鋳型ｆｌ）の内壁面に向って沈降し、その外
周領域に集中濃化することにより混在層を形成するので
、そのまメ鋳型の回転を続行して溶湯を凝固させれば、
前記のごとき鋳物が得られるわけである。

上記の遠心鋳造において、鋳物の全長・全周にわたって
均一な層厚を有する混在層を形成するには、鋳型内の溶
湯層線に対して硬質粒子（Ｐ）を均等に分散投与するこ
とが必要である。

しかしながら、実際の鋳造においては、硬質粒子を溶湯
層の長手方向（軸方向）にそって均等に分散投与するに
もかかわらず、得られる混在層（２）の厚さは、第８図
に示すように軸方向の中央領域で薄く、両端部付近で厚
くなる傾向がみられる。

とりわけ、層厚の厚い混在層（特に、約５　ｍｍをこえ
る層厚）を形成する場合、鋳造時の遠心力を高くすると
、上記の傾向が顕著に現われる。この層厚の不均一化の
原因は次のように考・えられる。すなわち、炭化物等の
硬質粒子は、溶湯に対する吸着性に乏しく溶湯になじみ
にくいため、溶湯面−１１に散布しても、直ちに溶湯層
中に吸をされず、湯面上を浮遊する。しかも、鋳型内に
は、溶湯とと゛もに混入した少量の溶融スラグが湯面上
に浮遊しており、該スラグは硬質粒子との濡れ性が良い
ので、投与さ、れた硬質粒子を溶湯に吸屑・捕獲する。

このスラグは、遠心力の作用下に、湯面上を移動し鋳型
の両端部に集中し易い。このため、硬質粒子は軸方向に
均等に投与しても、スラグによって両端部に運ばれ、そ
の場所で溶湯に吸着されて沈降する。その結果、得られ
る混在層は前記のように両端部の層厚が厚い不均一なも
のとなってしまう。

本発明は、上述の硬質粒子の局所的な集中偏在化を防止
し、軸方向の全長にわたって均一な層厚を有する混在層
を形成し得るようにした鋳造方法を提供するものであり
、その特徴とするところは、硬質粒子を、該粒子および
溶湯に対する濡れ性をイ」するフラックスと混合し、も
しくは粒子表面を該フラックスにて被覆して鋳型内の溶
湯面上、軸方向にはｙ均等に投与するようにした点に存
する。

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明によれば、硬質粒子は、予め成分調節されたフラ
ックスとの混合状態、または各粒子表面がフラックスで
被覆された状態にて鋳型内の溶湯層に投与される。硬質
粒子と７ラツクスとの混合体は、粒子（！ニア２ックス
粉とを単に機械的に混合したものでもよく、あるいは適
当な無機質もしくは有機質粘着剤（例えばベントナイト
など）にて、第１図に示すように粒子（Ｐ）とフラック
ス層（ｄ）とを接着させたものであって、もよい。一方
、硬質粒子をフラックスで被覆したもの（被覆体）は、
第２図のように１粒子Φ）の表面金体がフラックス（Ｆ
′）で被覆されたものであるが、その被覆は完全でなく
ともよく・第３図０ように粒子、表面が部分的に露出し
ていてもよい。これら被覆体は、例えば、溶融したフラ
ックス中に硬質粒子を浸漬し引上げることにより得られ
る。以下の説明では、上記の混合体および被覆体を総称
して［硬質粒子とフラックスの複合体Ｊと苫うこともあ
る。

硬質粒子をフラックスとの混合体として溶湯面に投与す
ると、第４図ＣＩ）〜（９）に示されるように、まずフ
ラックス（ｄ）が溶湯の熱で溶融し、溶湯・綿の表面を
覆い、溶融フラックス（１つに硬質粒子（Ｐ）が吸着さ
些る。該粒子（Ｐ）はついで溶湯層に吸着される。被覆
体として投与される場合も、同様のプロセスにて溶湯に
対する粒子の吸着が行なわれるが、粒子がフラックスで
被覆されているので、投与初期の段階でも吸着され易く
、また溶湯面が溶融７ラツクスで被覆されたのちは、第
５図に示すように７２ソクスと７２ツクスとの接触によ
り吸着は−そう容易になる。

上記のように硬質粒子を７ラツクスとの複合体として溶
湯面に投与すると、硬質粒子は溶湯面上に形成された溶
融フラックス層に吸着されるので溶湯面上で軸方向に大
きく移動することはなく、はソその位置で揺動するだけ
である。従って、はｙ投与された落下位置で溶湯に吸着
される。溶湯に吸着されたのちは、溶湯の動きに多少左
右されるもの＼、はｙその位置で溶湯中を遠心分離によ
り外周方向へ向って沈降する。むろん、沈降するのは粒
子のみで、フラックスは比重差により溶湯Ｗ】上に吉と
まる。かくして、硬質粒子は、鋳型の両端部への移動・
偏在が実質的に完全に防止され、軸方向にそって均等に
分散投与すれば、鋳物の全長・全周にわたり均一な層厚
を有する混在層が形成される。

なお、硬質粒子とフラックスとを個別の投与、すなわち
フラックスを投与したのち硬質粒子を投与するという手
順によることも可能ではあるが、それでは投入操作が反
復し煩られしく、かつ所定の投与を完了するのに長時間
を要することになる。

本発明のように両者を複合体として投与す、ればそのよ
うな不具合を回避することができる。

零発り］に用いられるフラックスとしては、例えば金属
溶湯の精錬の際に形成される溶融スラグ、あるいは遠心
鋳造において溶湯の酸化防止のだめに使用されるフラッ
クスなどが挙げられるが、要するに金属溶湯と硬質粒子
のいづれに対しても濡れ性を有するならば、酸化物、塩
化物、弗化物など、あるいはこれらの２種以上の混合物
（固溶体まだは混合体）等、任意の成分系のものを使用
してよい。もちろん、金属溶湯と接触°して溶湯の成分
組成の変動をきだすものであってはならず、また融点が
低く、溶湯の凝固点付近の低温域でも流動性の良いもの
が好ましい。

硬質粒子と゛しては、タングステン炭化物、タングステ
ンチタン炭化物などの金属炭化物が好ましく用いられる
。ここに、硬質粒子と言うのは、金属中に混在して硬度
を高め耐摩耗性を向」ニさせる効果をもつ粒子という意
味であるから、そのような効果をもたらすものであれば
、上記以外の炭化物、あるいは窒化物、珪化物など種々
の化合物の粒子を使用してよい。もつとも、金属溶湯中
で溶融しない高融点を有するものでなければならず、ま
た、混在層を鋳物の外周領域に形成するだめには、溶湯
より比重の大きい粒子を選択すべきことは言うまでもな
い。該粒子径は、約５０〜３００μｍ程度であればよい
。

なお、」二記フラックス吉硬質粒子の複合体における両
者の割合は、重量比で１：０．０１〜１：Ｑ、３（粒子
二フラックス）とすることができる。

基材金属の種類は、目的とする鋳物の用途・使用条件な
どに応じて選らばれるが、例えば耐熱性や強度等が要求
される場合には、クロム系鋳鉄または鋳鋼、クロム−ニ
ッケル系鋳鉄捷たは鋳鋼などの鉄系金属が好ましく用い
られる。

本発ゆ］鋳造法において、鋳型内の溶礫に対するフラッ
クス−硬質粒子複合体の投与は溶湯の鋳造後に行うこと
ができる。この場合、溶湯熱によるフラックスの溶融と
遠心分離による硬質粒子の沈降をスムースに行なわせる
だめには、溶湯温度が高く流動性の良い間に迅速に投与
すべきことは。言うまでもないが、多量の粒子を一度に
投与すると、溶湯面が急冷され部分的に凝固する結果、
粒子の遠心分離が妨げられ、混在層厚が円周方向に不均
一化する等の不具合が生じる。°従って、その投与は、
溶湯が必要な高温状態に保たれている間に、時間をかけ
て除々に行うことが望′ましい。

別法として、フランクスー硬質粒子の投与を、溶湯の鋳
造開始以後の適当な時期に開始し、溶湯の鋳造と併行し
て行うこさもできる。その投与開始時期は、投与に要す
る時間と溶湯の鋳造所要時間とを勘案して適宜法めれば
よい。むろん、硬１１、粒子の投与量が多い程、投与の
開始を早めればよい。たソし、鋳型内の溶湯量が少い鋳
造初期に、硬質粒子が投与されると溶湯が凝固し良好な
混在状愚の形成が困難となるので、鋳型内賄湯の層厚が
約１１０１ｎに達した時点あるいは所定鋳造風の約半分
が鋳込１れた時点以降に、硬質粒子の投与を開始するこ
とが望ましい。投与の終了時期は、投与量により一様で
はなく、溶湯の鋳造完了以前、まだは完了と同時の場合
もあり、まだその後に及ぶこともあるが、いづれの場合
も、上記のように溶湯の鋳造と併行して行なえば、投与
量が多い場合でも、溶湯が凝固をはじめるまでの間に、
所定量の硬質粒子を全量無理なく投与することができる
。

上記鋳造においては、硬質粒子の投与とともに溶湯面上
に形成される溶融フラックスの層厚も増大する。このフ
ラックスは前記のように、硬質粒子の吸着捕捉を目的と
するのであるから、その効果が得られる層厚にな°れば
、それ以上増加させる必要はなく、通常は約０．５〜２
ｍｔｎ程度あれば十分である。必要以上の増加は、７シ
ツクスの溶融のために溶湯が奪われる熱量が増大する結
果、溶湯の降温・粘稠化が進み、硬質粒子の遠心分離が
阻害されるだけ不利である。従って、かかる不具合を避
けるには、所定量の硬質粒子のうち一部をフラックスと
の複合体として投与し、溶湯面上の溶湯フラックスの層
が適当な層厚になった゛のち、残余の硬質粒子は粒子単
体のま＼投与するとよい。

なお、硬質粒子をフラックスとの複合体として、または
粒子単体として投与するいづれの場合にも、溶湯から７
ラツクスや粒子に奪われる熱量を補償するだめに、フラ
ックスおよび粒子を加熱し、例えば３００°Ｃ以上の温
度で投与するとよい。特に、細径鋳物や薄肉鋳犠などの
ように、溶湯の鋳造歌が少い場合や、溶湯量に対し硬質
粒子の投与量が多い場合に、溶湯の流動性を保持し、硬
質粒子の溶湯内での遠心分離を円滑に行なわせるのに有
利である。その場合、硬質粒子が炭化物などであると大
気中での加熱の際に酸化を生ずるが、フラノ・クスで被
覆されていれば、酸化を防ぐことができ、まだ粒子単体
の場合では、例えば無電解ニッケルめっきなどで粒子表
面を被覆しておけばよい。

本発明の遠゛心鋳造におけるその他の鋳造条件に特別の
制限はなく、鋳型の回転速度は、例えｉａｉ型内壁曲で
の遠心力が５０〜１００　Ｇ程度になるように制御され
、溶湯の鋳造温度は通常のそれと異ならず、要すれば硬
質粒子に奪われる熊用を補償するために、若干高目の温
度に調節すればよい。

硬質粒子の投与量は、もちろん所望の混在層の厚さに応
じて適当に決められる。

かくして得られる鋳物の混在層は、各硬質粒子が緻密に
分散し、粒子間隙が晶相金属で充填されてなる混在状Ｈ
７ｆｉを呈する。この混在層における硬質粒子の占める
割合（体積率）は好ましくは約７０％前後である。

次に本発明方法を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 第９図に示すごとき遠心鋳造装置において、金ＩＭ６溶
湯柿をホッパー（４）にて鋳型＋１）内に鋳造し、所定
の全量を鋳造したのち、硬質粒子Φ）を〆湯面の全長に
わだりはｙ均等に分散投与した。硬質粒子［Ｆ］）ｔ−
Ｊ、、７ジンクスとの複合体として添加治具（６）の樋
状体（７）（はｙ鋳梨内の全長にわたる長さを自する）
に装填しておき、樋状体を支持する回転軸体（８）によ
り樋状体を矢印軸）のように反転させることにより投与
した。鋳造条件は次のとおりである。

〔■〕鋳型 ＋１）内Ｗ　：　２２０　ｒｔｔｍ、長さ：１００ｍ＋
＋＋。

（２）回転速度ニア００ｒｐｍ（鋳型内壁面での遠心力
６０Ｇ）。

〔■〕金属溶湯 ｉｔ）成分：　Ｃ３，３２％、Ｓｉ　０．７５％、Ｍｎ
Ｏ，６６％、Ｎｉ　４．３５％、Ｃｒ　１．５７％、Ｍ
ｏ　０．４８％、（２）鋳造温度：１６００’Ｃ （３）鋳造覇、：鈷型内溶湯層厚約３５ｍｍ０１〕硬質
粒子−フラックス複合体 硬質粒子（タングステン炭化物（Ｗ２Ｃ））、粒径１５
０〜２５０　μｍ’）とフラツクス粒（粒度−３５０メ
ツシユ）との混合体を３００　’Ｃに予熱して投与。投
与量８．２ＪＣｑｏ混合体における硬質粒子とフラツク
ス粒の比は１：０．１（重喰比）。投与後の溶湯面上の
溶融フラックス層厚はｒ４ｍｍ０フランクス成分：　５
ｉ０２１９’Ｎ、Ａ１２０ｓ（３％、Ｃａ０３８％、Ｎ
ａ２Ｏ１６％、Ｂ２０ａ　８％、蛍ろ９％、その龍４％
。

〔■〕投与時期 溶湯全風鋳造（所要時間２０秒）の１秒後に開始し、３
秒を要して全量投与。

上記鋳造により、外径２５０ｙｘｍＸ長さ１００ｍｍ×
肉厚３５面の中空円筒状鋳物を得た。比較として、フラ
ックスを使用しない点以外は」１記と同一の鋳造条件で
同じサイズの中空円筒状鋳物を調造した。

各方法で得られた鋳物の軸方向断面を調査した結果、比
較法の鋳物の混在層の層厚は前記第８図に示すごとくで
、中央部位では約３ｍ１〃、両端部付近は約１５＋＋＋
ｍと不均一であるのに対し、木発り」法による鋳物では
、第７図に示すように硬質粒子の偏在は殆んどなく、混
在層（３）の層厚は全長・全周にわたり約８〜１１ｍｍ
とはソ均一である。

実施例２ フランクスー硬負粒子の複合体として被覆体を使用する
以外は前記実施例１と同一条件で鋳物の鋳造を行った。

被覆体は、硬質粒子を溶融７ラツクス中に浸漬して引上
げることにより製造したものである。

得られた鋳物（外径２５０朋×長さ１００ｍｍＸ肉厚３
５ｍｍの中空筒状体）における混在層（イ）の層厚は前
記実施例１のそれと同様に全長全周にわたり約ｌＯ〜１
３ｍｍとはソ均一である。

実施例３ 実施例１と同様に第９図に示すごとき鋳造装置において
遠心鋳造を信なつた。フラックス−硬質粒子の複合体と
しては、実施例１と同じく、両者を機械的に混合した混
合体を使用した。た＼゛し、該混合体の投与蓋は８．０
に９であり、溶湯鍋造開始後６秒（そのときの鋳型内溶
湯層厚は１２＋＋＋ｍ）に゛投与を開始し、１２秒を要
して全量投与した。その投与終了時期は溶湯鋳造終了（
鋳造開始後１８秒）と同時である。なお、混合体は３０
０°Ｃに予熱した。その他の鋳造条件はすべて実施例１
吉同じである。また、比較として、フラックスを使用し
ない点以外は上記と同じ条件で鋳造を行った。

得られた各鋳物（外径２５０ｍｍＸ長さ］、　ＯＯｒｎ
ｍ×肉厚３５＋＋＋ｍの中空円筒体）の軸方向の断面を
調べだ結果、比較法による鋳物の混在層厚は前記第８図
に示すように不均一で、中央部位で約５ｍｍ。

両端部付近で約１５　ｍｍであるのに対し、不発り］に
より得られた鋳物における混在層（５）は全長全周にわ
たり約８〜１０．５ｍ＋ｎとは＼゛均一ある。

実施例４ フラックス−硬質粒子の複り体表して被葭体を使用する
以外は前記実施例２と同一条件で鋳物の鋳造を行った。

被覆体は、硬質粒子を溶融フラックス中に浸漬して引上
げることにより製造したものである。

得られた鋳物（外径２５０＋＋＋＋ｎＸ長さ１００ｍｍ
Ｘ肉厚３５ｍｍの中空筒状体）における混在層囚の層厚
は前記実施例１のそれと同様に全長全周にわたり杓９〜
１２ｍとはソ均一である。

なお、各実施例とも、本発明により得られた鋳物の混在
層における硬質粒子は金属（財）で被覆され、粒子間隙
が金属で充填さ些た緻密な混在状窓を呈しており、混在
層中の硬質粒子が占める割合は７０〜７５％（体積率）
そある。

以上のように、本発明によれば、表層領域に硬質粒子と
金属からなる混在層が全長、・全周にわたって均一な所
望の層厚に形成された鋳物を得ることができ、その混在
層によって（ｉｌ［かつ安定した高耐摩耗性が保証され
る。また混在層の内側の金属層によって高靭性をも具備
する。従って、各種輸送用パイプ類、あるいは圧延用・
搬送用ロール類などの用途において、摩耗、衝撃によく
耐え、従来材では得られない耐久性を発揮する。その他
、要するに１ＩＩＦ］摩耗性が要求される各種装置内・
機器用部材として同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明に使用さ
れるフラックス−硬質粒子の複合体の例を示す断面説明
図、第４図〔■〕〜ｌ〕および第５図はフラックス−硬
質粒子の複合体の溶湯面での状況説明図、第６図ＣＩ、
ＩＦは中空円筒状鋳物の断…」説明図、〔■〕はその部
分拡大説明図、第７図および第８図はそれぞれ中空円筒
状鋳物の軸方向部分新曲説明図、第９図は遠心鋳造法を
例示する軸方向断面説明図である。 １：遠心鋳造鋳型、４：溶湯鋳込みホッパー、６：硬質
粒子添加治具、Ｍ：金属、Ｐ：硬質粒子、Ｆ：フラック
ス、Ａ：混在層、Ｂ：金属層。 代理人　弁理士　宮崎　新八部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１）　　遠心鋳造用鋳型内に金属溶湯を鋳造するとと
   もに、該溶湯より比重の大きい硬質粒子を溶湯に投与し
   て、遠心力の作用下、溶湯と硬質粒子との比重差により
   、該粒子を溶湯層中に沈降させ溶湯の外周領域に集中濃
   化させることによって金属と硬質粒子の混在する外層と
   実質的に金属のみ力・らなる内層との二層構造を有する
   鋳物を鋳造する方法において、硬質粒子の全投与量まだ
   はその一部を、金属溶湯および硬質粒子に対する濡れ１
   １生を有するフラックスとの複合体として、鋳型内の溶
   湯面上、鋳型の軸方向に均等に分散投与することを特徴
   とする耐摩耗鋳物の遠心鋳造法。 （２）硬質粒子の全投与量の一部がフラ／クスとの複合
   体として投与される場合において、該次合体の投与によ
   り溶湯面上に形成される溶融フラックスの層厚が０．５
   ｍｍ以上に達しだのち、残余は硬質粒子単体として投与
   することを特徴とする上記第＋１．）項に記載の耐摩耗
   鋳物の遠心鋳造法。 （３）硬質粒子とフラックスとの複合体が、硬質粒子を
   フラックス粉と混合したもの、または硬質粒子の表向を
   フラックスにて被覆したものてあつ゛て、硬質粒子：フ
   ラックスの割合が１　：　０．０１〜１　：　０．３　
   （重量比）であるこ々を特徴とする上記第Ｔｌ）項また
   は第（２）項に記載の耐摩耗鋳物の遠心鋳造法。 （４）硬質粒子とフラックスの複合体の投与を、溶通鋳
   造終了後に行うことを特徴とする」二記第＋１１項ない
   しは第（３）項のいづれか１つに記載の耐摩耗鋳物の遠
   心鋳造法。 （５）硬質粒子とフラックスの複合体の投与を、溶湯鋳
   造開始後、鋳型内溶湯層厚が１０ｍｍに達しだのち、捷
   だけ全溶湯鋳造量の半分が鋳造されたのちに開始し、溶
   湯の鋳造と併行して行うことを特徴とする上記第０）項
   ないしは第（３）項のいづれか１つに記載の耐摩耗鋳物
   の遠心鋳造法。 （６）硬質粒子とフラックスの複合体および／−！たは
   硬質粒子を温度３００　℃以上に加熱して投与すること
   を特徴とする上記第１１）項ないしは第（５）項のいづ
   れか１つに記載の耐摩耗鋳物の遠心鋳造法。 （７）　　フラックスが酸化物、塩化物もしくは弗化物
   の単独またはこれらの２種以上の混合物であることを特
   徴と・する上記第（１）項ないしは第（６）項のいづれ
   か１つに記載の耐摩耗鋳物の遠心鋳造法。 （８）硬質粒子がタングステン炭化物またはタングステ
   ンチタン炭化物であることを特徴さする上記第＋ｌ＋項
   ないしは第（７）項のいづれか１つに記載の耐摩耗鋳物
   の遠心鋳造法。 （９）金属が鉄系金属であることを特徴とする上記第（
   ８）項に記載の耐摩耗鋳物の遠心鋳造法。