JPS59127963A - 複合鋳物の製造法 - 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、金属とセラミック粒子とが均一に混在した複
合組織を有する鋳物の製造方法に関し、特にその鋳造過
程で鋳型内に流入するスラグを確実に浮上分離させ、か
つセラミック粒子の・緻密均一な凝集を促進させるよう
にしたものである。

金属溶湯とそれより比重の大きいセラミック粒子　例え
ば鉄系金属溶湯と炭化タングステン粒子とを鋳型内に鋳
込み　比重差により粒子を十分に沈降・集積させること
により、第６図に示すように、凝集した粒子群（Ｐ）と
その粒子間隙に満たされた金属（Ｍ）からなる粒子凝集
部（Ａ）と、比重外ｊｐＨの結果実質的に粒子を含捷に
い金属相部（Ｂ）を有する鋳造体が形成される−これを
鋳型（１）から取出し、Ｘ−Ｘにそって金属相部（Ｂ）
を切断除去すれば、粒子凝集部（Ａ）を複合鋳物（製品
）として得ることができる。なお、金属相部（Ｂ）を形
成する余剰の金属溶湯は主として押湯を目的上するもの
で、以下の説明では、金属相部（Ｂ）を１押湯部ヨ、複
合組織の粒子凝集部（Ａ）をｒ′製品部ヨと称し、！ｌ
た鋳型（１）内の各領域をそれぞれ押湯形成部（ＩＢ）
、製品形成部（ＩＡ）と称するーこうして得られた複合
鋳物は、セラミック粒子と金属の各特性を兼備し２例え
ば耐摩耗性や強靭性にすぐれる。

しかしながら、金属溶湯のみ≠；鋳込捷れる一般の鋳造
と異なり、」１記鋳造により得られる複合鋳物には、し
ばしばその表層部や内部にスラブの混入（異物の巻込み
・噛込み）がみられ、また粒子凝集の粗密ムラ（粒子の
不均一分布）を伴うことも多い。これらの欠陥は′いづ
れも、鋳型内の溶湯の急速な降温・粘稠化に起因するも
のである。すなわち、粒子の粗密ムラば、溶湯の流動性
の不足により、粒子の沈降・集積が妨げられることによ
り生じる。寸だ、スラグは溶湯に付随して取鍋から鋳型
内に流入したものや、鋳込み中の溶湯酸化により生じた
スカムなどに由来するもので、鋳型壁に付着し易い性質
を有するが、極めて軽いので本来ならば、溶湯量」−に
十分浮」−分離され得るにもかかわらず、溶湯の流動性
が不足するため、浮」二が妨げられ、鋳型壁に付着しも
しくけ内部に懸濁した寸＼異物として残留する。水子の
粗密ムラは材質の均一性を損うものであり、寸た異物混
入は重大な鋳造欠陥であって鋳物の廃品を余儀なくされ
る。

−に記欠陥を引起す溶湯の降温・粘稠化は、鋳型自溶湯
而からの放熱、鋳型壁への伝熱のほか、特にＳ？ＦＡに
加えられるセラミック粒子に多室の熱が奪われることに
よる。この粒子の吸熱による降温を少くするには、該粒
子を予熱し高温状態で鋳込むことも考えられるが、予熱
効果には１勉度があり、到底十分な対策と（ｄなす＃ｒ
Ｌない一本発用は、Ｉ−記欠陥発１１″の主１）］が、
れ′ｆ了の吸熱によることに鉱１み、溶湯と粒子の鋳造
（Ｃおいて、まず溶湯だけを鋳込み、溶湯が？４Ｆ型の
を１品形成部（ＩＡ）を満たしたのちから、溶湯の鋳込
みを終了する寸での間に粒子の鋳込みを行うことにより
、粒子の添加に伴う急激な降温・粘稠化か生じても、そ
の実害が鋳物製品に及ばないようにしたものである。

第１図は本＠明による鋳造要領の具体例を示す。

（１）は鋳を、（２）は鋳込みホッパー、（３）は取鍋
、（４）はセラミック粒子投入器であり、取鍋（３）お
よび粒子投入器（４）からそれぞれ金属溶湯（Ｍ　）お
よび粒子（Ｐ）が鋳込みホッパー（２）を介して鋳型（
１）内に鋳込捷れる６本発明によれば、捷ず金属溶湯（
Ｍ）のみを鋳込み、鋳型の製品形成部（ＩＡ）に溶湯を
満たす（同図〔■〕）。しかるのち、粒子の鋳込みを開
始する、粒子（Ｐ）は溶湯（Ｍ）と混合状態で鋳込捷れ
、比重差により直ちに製品形成部（ＩＡ）へ沈降・集積
を始める（同図〔■〕）。

このように、溶湯が鋳型内製品部（ＩＡ）を満たしたの
ち、押湯形成部（ＩＢ）への鋳込み過稈で粒子を投与す
れば、たとえ粒子の吸熱により溶湯が降温粘稠化しスラ
グ（Ｓ）の浮上が妨げられるにしても、鋳型壁への付着
や懸濁は押湯形成部（ＩＢ）＠域内に限られ、製品形成
部（ＩＡ）に対する影響は実質的に回避することができ
る。

捷た、溶湯の鋳込み開始と同時もしくはその後早期に粒
子の鋳込みを開始する場合に比し、鋳型内の溶湯量が相
対的に多く、それだけ保有熱量も多いので、加えられた
粒子の吸熱による急激な粘稠化が緩和され、比較的ゆる
やか々降温勾配を示すことにより粒子の沈降・集積も円
滑に進行する。

もつとも、粒子の鋳込み開始があまり遅くなると、溶湯
量からの放熱、鋳型壁への伝熱により失なゎれる熱室が
多くなるので、溶湯が製品形成部（ＩＡ）をこえた簡抜
に開始し１、溶湯の鋳込みか終了する捷での聞に全量の
投与、を終えるようにするのが好捷しい−その間の粒子
鋳込み速度（単位時回当りの鋳込み量）は粒子投入器の
流用調節装置（４１）にて行えばよい。こうして、所定
用の溶湯および粒子の鋳込みを終え、粒子（Ｐ）を製品
形成部（ＩＡ）内に凝集させ、凝固完了を寸って１ｔＩ
記第６図に示すごとき鋳造体を得たのち、押湯部（Ｂ）
を切断除去することにより、均一緻密で’Ｍ’物混入の
ない健全な複合鋳物（Ａ）が得られる。

上記鋳造において、ｉｆｆ記第１図のように粒子投入器
（４）の投入口（４２）を鋳込みホッパー（２）にのぞ
才せて、粒子と溶湯をホッパー内で混合して鋳込む場合
に、混合時の降温による粘稠化のために鋳込み樋（２１
）の閉塞が生じるおそれがあるとき＋ｄ、例えば第２図
に示すように、粒子投入器の投入樋（４３）をホッパー
の鋳込み樋（２１）内に貫通させて溶湯（Ｍ）と粒子（
Ｐ）を各別に通過させればよく、あるいけ第３図に示す
ように、投入樋（４３）を鋳込み１（２１）から分離し
て独立に鋳型（１）内に指向させてもよい・ 鋳型（１）の形状は図示の例に限らず、目的とする鋳物
の形状によるが、内筒体などの中空鋳物の鋳造には、例
えば第４図に示すような外周壁（１１）と内周壁（１２
）吉を有する鋳型が使用される。この場合の溶湯および
粒子の鋳込みも前記第１図〜第３図のように任意の態様
で行々えばよいが、鋳型（１）内の周方向に対して粒子
を均一に分布させ、かつ溶湯の温度分布の偏りを防ぐた
めに、鋳型（１府回転ｌｉｄ動台（５）に設置し、ゆる
やかに回転させながら鋳込むようにすれば、粒子および
溶）易を周方向に寸んべんなく行きわたらせることがで
きる。中空鋳物の鋳造の別法として、第５図のように、
頂部が半球形状の中子（１３）を有する鋳型（１）を使
用し、中子の頂部中心の鉛直−１一方から粒子を鋳込め
ば、粒子を頂部から鋳型内周方向の各部分に均等に分散
させることができる。鋳込みの際に鋳型を軸心の寸わり
に低速回転させれば周方向の分散をより一そう均一化さ
せることができる、この場合の溶湯の鋳込みは粒子と分
１１１ｆｆして行ってもよいが、粒子との混合物として
中子頂部に指向させ７’ＩＩ：、１．記第４図＋７）　
Ｊυ１合ト異ナリ、９）ｆ　ｌ１ｉｌｌ　内ノ周方向の
各部分に対して溶湯が間断なく供給されるため、溶湯の
部分的な降温を防止できる等の点で好オしい。　　　　
　　　　−−１ 鋳型（１）の材質の制限１はないが、例えばロストワッ
クス精密鋳造に使■される焼成モールド（保温モールド
）をパックサンド（６）とともにケース（７）内に設置
して使用され、これを加熱炉内で加熱して鋳造に供すわ
−げ、溶湯の鋳型壁への伝熱による降温を緩和する効果
が得られる。

なお、取鍋（３）からのスラブ（Ｓ）の流出を阻止する
ために、例えば＠１図の仮想線で示すように取鍋（３）
内に邪謙板（３１）を設けたり、あるいは取鍋形状全土
びん方式とすることも、鋳型内のスラグ介在量を減少さ
せ、スラブ混入の危険性を少くする点で有利である。寸
た、鋳型を振動台に設置したり、振動子を鋳型あるいは
鋳型内溶湯に直接々叫させて、溶湯および粒子に振動を
付与することにより、溶湯の流動性が低下した場合にも
、粒子の沈降・凝集を促イ〔させ、粗密ムラのない緻密
な複合組織を１ヒｌｌｋすることができる。

本発明の所造に使用される金属およびセラミック粒子は
、目的とする鋳物の用途・要求性能に応じて各種のもの
から選らばねる。金属には、例えば１コバルト（Ｃｏ）
、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、あるいけＣｏ系合金
、Ｎｉ系合金、Ｆｅ系合金が挙げられる、セラミック粒
子は、炭化物、！化物、け騒化物々ど多岐にわたるが、
溶湯中での沈降・凝集のために、使用される金属溶湯よ
り比重の大きいものが選ばれることは言うまでもない。

セラミック粒子は、溶湯中の沈降促進の点から粗粒が好
捷しいが、複合組織の材質面を考慮すると、粒径約４４
〜３５０μｍの範囲が好オしい。

粒子は常温のま＼でもよいが、加熱（例えば、３００〜
４００℃）して使用すれば、その分溶湯の降温を緩和す
るのに役立つ。もし、炭化タングステン（Ｗ２．Ｃ，Ｗ
Ｃ）などのように加熱時の酸化ロスが間順となる場合に
は、例えば無電解ニッケルめつき皮嘆で被部しておくの
も一法である。

セラミック粒子の＃活量は、目的とする製品部（Ａ）の
ゆ合組織をＩヒ成するに足る量であればよい。

その複合組織における粒子の占める割合は、粒子の粒径
、溶湯との比重差、その能の鋳造条件（でもよるが、粒
子：金属の容積比で約６５：３５〜・７５：２５である
。一方、溶湯は複合組織の形成と押湯のだめの損を必要
とし、製品部内へのスラグ混入を防ぐために、少くとも
溶湯のみで製品形成ｍ（ｔＡ）の−に端部位を越える量
であることを要する８むろん、その年゛を多くすれば、
それだけ熟年。

補給効果により、溶湯の高温流動状態の維持に有利であ
る。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例　１ 第１図の鋳造装置（但し、取鍋のスラグ流出防止用邪歴
板（３１）はない）において、金属としてニハード鋳鉄
溶湯およびセラミック粒子としてタングステンカーパイ
）　（Ｗ　２　Ｃ）を下記条件で鋳造１〜た５ ＣＡ）鋳型 （ｉ）　　焼成モールド二パンクサンド（６）にてケー
ス（７）内にセットし、９００°Ｃの炉中で加熱後、炉
外に取出して使用。鋳造直前のノくツクサンド温度は８
２０°Ｃであった。

（１１）形状（第６図参照）二円筒部直径（Ｄｌ）１０
０　ｍｍｚ上端部直径（Ｄ２）１５０−、ｎ、製品形成
部高さくＨｌ）１００問、押湯形成部高さくＨ２）２５
ＯｆＩ＋ｌ＋＋。

〔Ｂ〕溶湯 （１）化学成分組成：Ｃ３，２６％、Ｓｉ０．７６％、
Ｍｎ０．６８％、Ｃｒｔ、５３％、Ｎｉ４．４１％、Ｍ
Ｏｏ、３８％、残部Ｆｅ。

（１１）全鋳込み量：２２Ｋｇ。

（１１Ｄ　　鋳込み温度：１６００°Ｃ８［Ｃ’：ｌ　
Ｗ　２　Ｃ粒子 （１）粒径：１５０〜２５０μｍ。

（１１）鋳込み量：１１Ｋｇ。

（ｉｉＤ　　予熱温度：４００℃（但し、粒子表面には
めつき等の皮膜なし）７ 〔Ｄ〕＠造手順 溶湯の鋳込みを先行し、約７秒を要して６に＄４ｆ込ん
だのち、残る１６Ｋｇの溶湯とＷ２Ｃ粒子１１Ｋｇとを
、約１８秒にわたって同時に鋳造した。

Ｌ記時造後、鋳貴体の押腸部を除去して得られた複合鋳
物製品には表面、内部ともスラグ等の異物混入ｆｄ全く
認められず、捷だ粒子凝集も均一緻密である。その金属
二粒子の容積比は３０　：　７０である。

以上のように、本発明によれば、異物混入や、粒子凝集
の粗密ムラなどの間堕がなく、清浄で材質の均一々複合
鋼１物を得ることかできる。本発明方法は、セラミック
と金１萬の両局性、例えば耐摩耗性と強度、靭性などが
要求される圧延用ロール、その他各種装置・機器部材の
製造に有用である８

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図１はそれぞれ本発明の実施例を示す縦断
面貌り１図、第４図および第５図は鋳型の形状例を示す
図（各図ＣＩ）は縦断面図、団〕は平面図）、第６図は
鋳型および梼造体の縦断面説明図である。 １：鋳型、ＩＡ：製品形成部、ＩＢ：押湯形成部、２：
鋳込みホッパー、４：セラミック粒子投入器、Ｍ：金属
（溶湯）、Ｐ：セラミック粒子、Ａ：製品Ｃ複合鋳物）
、Ｂ：押湯。 代理人　弁理士　宮　崎　新八部 −目 ｒｌ −目 ３６９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｆ＋）　　金属溶湯とそれより比重の大き因セラミック
   粒子とを鋳型内に鋳込み、比重差により該粒子を沈降さ
   せて鋳型陶製品形成部に、凝集した粒子と粒子間隙を満
   す金属とから々る複合組織を形成せしめ、凝固後、押湯
   部を切断除去して複合組織部分を製品として採取する複
   合鋳物の製造法において、セラミック粒子の鋳込みを、
   金属溶湯が鋳型陶製品形成部を満たした時点から開始し
   、溶湯の鋳込み終了までの間に終えることを特徴とする
   複合鋳物の製造法。