JPS5933066A - 中空円筒状複合鋳物の製造装置 - 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】 木廃明は金属と炭化物粒子の混在してなる複合組織を有
する？中空円筒状鋳物の製造装置に関する。

釡属溶肩と該溶湯より比重め大きい炭化物粉休とを鋳型
丙に鋳造口、比重差により炭化物粒子を沈降一：凝集？
さぜるどとは１より・、．炭化物粒子と金―とが均一に
混在する複合組織を有する鋳物を得Σどとができる。そ
の鋳物は金属のみでは得られぬ材料特性、？例えば高硬
度を有し、？１耐摩耗材料等とじて好適である。′？′
？′？ かかる鋳造法により中空円筒形状の複合鋳物を．製造す
るに献策「藺中？、（１）に示すような中空円？゛筒状
鋳型を直立設ｆｊｉ’！．ｌ．ｌｌＬ−／’１、一その
−１一部開［１端（１．・１１）”から金・属溶腸と岑
イ．ヒ．’ｈ複体とを鋳込めぱルか・通常の鋳造法によ
ったのでは／，（５られる鋳物は、第５図に示すように
炭化物粒子（Ｐ）が局部に偏在し、そのほかの部分は金
属薗）のみとなって「１的とする複合鋳物を得ることは
できない。このよりん場合には、鋳型（１）をその＋１
！ｌｌｌ？心を中心に向転獣動させることにより、炭化
物爲休の鋳型内の流丁点を周力向［移動させればよく、
これによって炭化物粉体の偏在を避け、周方向に均等に
分布ムせることができる。か４・る回転鋳造下、鋳型の
第１回ト１の回転、ｆｆ！１′２回目の回転・・・・・
・と各次の回転にともなって、鋳型内には、．第２図に
示すように、各次の回転時に形成される鋳造層（溶湯と
炭化物粒子の混合体）（Ｃｌ）、（Ｃ２）、（Ｃ３）・
・・・・・が順次積層される。もつとも、各鋳造層は各
別の境界面をイ］するわけではなく、溶賜および炭化物
粒子とも、周方向（水平方向）はもちろん、」二下方向
（軸方向）にも一体的連続性を有しなければなら外−よ
。言，１？ヶい。。，い所ア、。ヶ遇茶終了した直後の
鋳型内では、第３図１１〕に示すように炭化物粒子（Ｐ
）は溶湯中のほ＼゛金体に分．散しているが、溶湯（Ｍ
）との比重差により次第に沈降し、同図（ＩＤに示すよ
うに鋳型内の下部（１・２）に凝集して炭化物粒子と金
属溶湯の複合相を形成し、一方鋳型」二部（１・３）領
域は、炭化物粒子が比重分離された結果、粒子の実質ｒ
？］に存在しない金属溶属相となる。これを凝固させ苑
のち、鋳造体を鋳型から取出し、第４図のように、Ｙ一
Ｙで切断して金属相部．分（Ｂ）７１ｚ除去すれば、下
部の複合相（複合組織｝．部分（Ａ，）が、目的とする
中空円筒状の複合鋳物として得られる。なお、上記金属
相部分（Ｂ）．は凝固過程での押湯としての役割を有す
るものであるが、このように多１且の溶腸を鋳造する他
の目的は、炭化物粒子の鋳造量に対する溶湯鋳造量の相
対的比率を高くすることにより、各粒子表面を金属で十
分に被覆させるとともに、鋳型下部に凝集する粒子の間
隙を完全に金属で充填させ、粒子一金属の結合力を高め
て強固な複合組織を形成しようとするものである。以下
の説明では、％型下部（１・２）を製品形成部、」一部
（・１・３）を押湯形成部とも言う。

上記鋳造により夕ｊ型内製品形成部（１・２）に炭化物
粒子が緻密に凝集した健全な複合組織を形成するには、
鋳造過程で溶湯が凝固することなく、かつ炭化物粒子の
比重分離６が妨げられない流動性が保持されねばならな
い。

しかるに、鋳型内に鋳造されへ企属溶湯は、：鋳型への
伝熱、溶腸而からの放熱、炭化物粒子による吸熱などを
ともなうので、それによる降輻が急速にす＼むと、得ら
れる複合組織の健全性が著しく損なわれる。すなわち、
前記のように、鋳型と鋳込みポンバーとの周方向の相対
的な回転駆動下に、各鋳造層（第２図参照）が順次形成
される過程において、次の鋳造層が鋳込まれる際に、そ
の１）『Ｉの鋳造層が凝固点付近もしくはそれ以下に降
温していると、各鋳造層の面に・．湯境が生じ、かつ炭
化物粒子の比重分離による沈降・凝集が妨げられる結果
、得られる鋳物は、金属組織的な連続性を失い、かつそ
の複合組織も緻密さと均一性に欠けたものとなる。

本発明は、上記不具合を解消した鋳造装ｒｒｇを提供す
る。本発明の鋳造装置は、鋳造過程において、金属溶湯
や炭化物粉休の単位時間当りの鋳込み量（以下、「鋳込
速度」という）、鋳造中の鋳型回転速度の制御によって
、鋳型内の溶湯の降温を抑制し、健全な複合鋳物の形成
に必要な溶湯温度に維持するものである。

すなわち、（ａ）鋳型内に鋳込寸れる溶湯は、すでに鋳
込まれた鋳型内溶湯に対し熱源と々るので、溶湯の鋳込
速度を高めれば、単位時問当りの溶湯に伴なう袷熱量が
増加する、（１））炭化物粉休の鋳込速度を下げ、単位
時間当りの溶腸鋳込量に対する炭化物粉休鋳込量の相対
的比率を低くすれば、溶湯の保有熱に対する炭化物．粉
体から奪われる熱量の比率、それに伴う降温度合が減少
する、（ｃ）鋳型の回転速度を高くすると、鋳型内溶湯
に対する新たな溶湯の熱源としての供給ピツヂがはやめ
られる。これらは、いづれも鋳型内溶腸の温度降下を抑
制し、温度回復をもたらす。従って、鋳造過程で、鋳型
内溶湯温度に応じて溶湯鋳込速度、炭化物粉休鋳込速度
、捷たけ鋳型回転速度を制御することにより、鋳型内濱
湯温度を適正に維持することができるわけである。

第１図にかかる制御システムを含む木発８ＪＥ鋳造装置
の具体例を示す。図中、（１）は中空円筒状鋳型であり
、（４）は鋳型が直立設置される水平回転テーブルであ
る。鋳型（１）は、例えばロストワックス精密鋳造等に
使用される焼成モールドであわ、バックサンド（２）．
！：ともにケース（３）内にセットされ、回転テーブル
（４）の上に、その回転軸（５）と同軸に設置されてい
る。回転テーブル（４）はこれに連結されたり変速回転
躯動モーク（６）により水平面内で回転Ｉ駆動し、鋳型
（１）に所望の回＠運動を与える。

（７）は鋳込みホツパーであり、その鋳込み口の）は鋳
型（１．）の上部開口端（１・１）に指向する。

（８）は炭化物粉休投与治具である。これに．は炭化物
粉休が収納されており、その投与口６１）は上記鋳込み
ホッパ＝（テ）にのぞむま（９）ば収鍋である。炭化物
粉休（Ｐ’）と溶湯（Ｍ′）は鋳込みホッパー（７）内
に流入し、混谷状態として鋳込み口（７］）から鋳僧（
１）内は鋳込まれる。

００は炭化物粉休投与治具（８）に設けられた粉休流量
調節機であシ、その流量調酪機にて炭化物粉休の鋳込速
度が制御される。′ ０ηは溶湯流量調節機である。同例は、収鍋（９）の傾
動とその傾斜角度の調節にょり溶湯の鋳込速度を制御す
るようになっている。′ αつは鋳型（１）内に鋳込捷れた沿湯の温度を測定検出
する温度計、例えば放射温度計である。？０．１１はコ
ントローラであり、」二記温度計の検出量に応じて、流
量調節機や可変速モータ（６）を制御ナる。

」二記装置において、回転テ：−プル（４）による一型
（１）の回転駆動下に、取鍋（９）からの溶湯（Ｍ）お
よび粉体投与治具（８）からの炭化物粉体（Ｐ）を鋳込
み？ホッパ−（７）から鋳型（１）内に鋳造するととも
に、温度計０功にて鋳型（１）内に鋳込捷れた溶渇の温
度を測定してその検出量を入力信号としてコントローラ
０［有］に入力し、コントローラからの出力借り“によ
って、溶湯流量調節機０υ、粉休流士調節機００、また
は回転テーブルの可変速モーク（６）の制御が施こされ
る。

この鋳造において、温度計にて測定される鋳型内溶湯温
度が、健全な複合組．織の形成に必要な温度、すなわち
、粉休の溶湯中？での沈降が阻害されず、かつ湯境の生
成しない温度に満たｔい：ことがないように、．溶湯流
量調節機により溶湯の鋳造速度を高める、炭化物粉休の
鋳込速度を下？げる、または鋳型の回転速度を上げる、
のいづ五か１つまたＩ１２以上の制御を検出温度に応じ
て実施すればよい。かかる制御鋳造によつで、鋳造過程
での？鋳型内溶湯の過度の降温・凝固と湯境いの生成が
防止されるとともに、炭化物粉体の沈降凝集が促進され
、緻密かつ均一で金属組織的にも健全な複合組織を有す
る鋳物が形成される。

本発明装置を構成する鋳込みホッパ−（７）は１個に限
らず、２個もしくはそれ以」二の複数の鋳込みホツバー
を、それぞれの鋳込み口が鋳型（１）の」二部開口端に
指向するように、周方向にギつて配設するこどにより、
複数個所から炭化物粉休と溶湯の混合体を一型内に鋳込
むこどもできる。また、炭化物粉体と金属とを混合体と
して鋳込む形式に代え、炭化４＝休投与治具（８）の投
与口を鋳型の上部開占端にあぞませ、＝れを粉休鋳込み
ホッパーとして、炭花物粉採を浦湯とは別に直接鋳ｍｌ
内に鋳込む形式を採用してもよい。むろん、その場合に
も溶？湯鋳込みホツバー、粉休鋳込みホッパーと？も、
それぞれ１個ずつでなく、所望により複数個配設ｊるこ
ともできる。

なお、？木発？萌において、鋳型の回転速度を前一対象
とす名琳合、過度に高ｊＫ藩ると、炭化ｉｉ体に対する
遠心力一より、樽られる複合組織における炭化物粒子の
径方向の分布に粗密が生じることがあるのべ皐のような
遠心力の作用：を件なｉない範囲内で制御すべきｊ，！
：は言うまぞもない。？本発明け使用される炭化物粉休
は、目的とす不複合鋳物の一摩耗性を高めるために、そ
れ自身高硬度を有するものが好ましい。また、複合組織
における炭化物わ″（子と金属との朝固な結合を得るた
めには金属との結合性の以い．．．ことが必冴であ、る
。

更に、鋳ｙ｛内において溶渇中の沈降・狭品形成部への
凝集を容易ならしめるために、喧賜より比重が大きいこ
とを翠ル、好ましくは溶．１ｇＪとの比重斧か３以」−
のもΩが用いられる。もちろん、溶｝掃中で容易に溶融
消失することのない高融点をイｆ−ｊるものでなけ←に
・ならない。か．かる．炭イ１物の好．捷しい例として
、タングステンカーバイト（ｗｃ，ｗ２ｃ）、クングス
テンチタンカーバイトなどが挙ケラれる。タングステン
．チタンカーバイｌ・にけ比重４．９〜１７．２の．も
のがあるので後記金属との組合せにおいては、比重１０
以」１のものが好井レ〈用いられる。これら炭化物粉休
はｔｐ独．寸たは複合して使用して』：い。

」−記炭化物粉休の粒度は、ａく湯中での沈降促−准お
よび得られる複合鋳物の材質の点か．ら、７５〜３ＱＱ
７１２）？のものが好ましい。粒子の形状は特に制限な
く、破砕した丑．＼の．凹凸に富むものも支障なく使用
できる。

また、炭化物粉休の鋳．造ク１，は、鋳型の製品形成部
（１・２），ｔ７４に溶１易とともに所定の複合組織・
を形成する（足るはであればよいことば菖う１１でもな
い。本発明により形成される複合組織における炭化物粒
子と金属の占める容積比は経験により約１＝１〜３：１
（粒７−：金属）である。従って炭化．物粉体の必要な
鋳造はは１」的とする複合鋳物の大きさ七」−．記比率
．とから容易に求められる。なお、炭化物粉休の鋳造の
開始・終了時期に特に．制限はなく、溶揚の鋳造終了後
に及んてもよいが、溶１易の鋳造開始とほＹ同時もしく
に５その後に開始し、．溶湯全鋳造量の約４／５が鋳込
址れた時点で終了す・るように調節することが、比重分
離による沈降凝集を促進させるうえで好ましい。

金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（？Ｎｉ）
、鉄（Ｆｅ）、あるいはＣＯ系合金、Ｎｉ系合金、Ｆｅ
系合金などが挙げられ、１］的とする複合鋳物の用途・
使用条件に応じて適宜選択され・る。

これら企属は、いづれも而記炭化物粒子とのなじみが良
く、強固な結合状態を形成する点でも好まレいものであ
る。

不発明の鋳造に使用される鋳型は、＋ｉＱ記例示タ焼成
．モールドのほか、種々．の砂型芥ク金型等の：使用も
可能である。． 上記鋳型、炭化物粉体は予熱して．使用すれば、鋳型内
溶湯９熱敏の維持に．寄与する。その敞望として、保温
モー．ルドが好ましく用いられ、前記のような焼成モー
ルド（１）ては、これをバンクサンド（２）とともにケ
ース（３）にセ．．ットし、炉中て加熱したのち、直も
Ｋｇｌｆ造に供するとよい。その予熱温度１１、、例え
ば約５００゜Ｃ以上である。７匁化物粉体ｄ、例えば約
３００゜Ｃ以」二に予熱して使用される。炭イ（物粉体
を大気中で加熱．する場合附：酸：化を生じ易いので、
これを防ぐた．め．に、例えば干．ツケルめつ．きなど
を施したものがｔＨましく用いられる。

外た、炭隻物粉体と僚湯とを各別の鋳込みホツパーから
鋳型内に鋳込む場合、炭イφ物粒子の溶｝易に対する濡
れ性が乏しい．と．・１貞ち一吸着されず・溶腸而上を
周方向に浮遊する．たや、，．．均等に盆散投与大るに
もかかわらず、郷帰．．中の炭化物粒舌の分布に偏りを
生じ易い。かかる不具合を解消するには、鋳型内の溶湯
面を、炭化物粒子との濡れ性を有スるフランクろΩ溶融
層で被覆し、フラツクス」二に炭化物粉体を投与・する
とよい。こうすれば、炭化物粒子は直ちにフラツクスに
吸着され．るから、上記のように円周方向に浮遊するこ
とがなく、落：下地点でフランクス層から溶湯層へ吸着
移行し、ついで溶湯中を沈降することにより、炭化物粒
子の均一な分布状態が確保される。

木発明装置を使用する鋳造によれば、鋳造中、鋳型内の
溶湯に湯境いが生したり、．炭化物粒子の沈降が妨げら
れることがなく．、緻密かつ均．一な複合組織を有する
中空円筒状鋳物を製造することができる。・また、鋳型
形状により大物から小物種で自由かつ寸法精度のよい鋳
物製品が得られ、その後の機械加工での仕上代も少くて
すみ、生産性・にすぐれるとともに製造コストも安価で
ある。？．本発明によシ得られる複合鋳物は、例えｄ′
圧・延ローノｆ，軸受け、その他の耐摩耗材判として好
適である。また、耐摩耗用途に限らず、金属や炭化物粉
体の選択により、嗣摩耗性のほか、１制熱性、機械的、
化学的諸特性を付５して種々の用途に洪し、金属Ｈ別て
は得られぬ削久性、安定性を発揮させることができる。

４図曲の簡中’Ｚ１ｉｆｌｌ１月 第１図〔１′１附、本発ク１装１１ｊに唄体例を示す縦
断曲説準１図、（ＩＩ：ｌはＸ−Ｘ端而図、第２図妊：
鋳型内の鋳造層の一部を示す断曲説１１〕図、第３図［
：ｌ）、〔ｌｌｌは鋳型内溶渇中の炭化物粒子分布状況
の断而説川図、第４図にＪ鋳造体の組織を模式的に示す
断面図、負５５図に，鋳造体中の炭化物粒子の偏在例を
示す斜視説＋３ｔｉｌ図てある。

】：鋳型、４：水平回転テーブル、６：可変速モータ、
７：銃込みボツバー、８：粉休投Ｊｊ．治貝、９：収鍋
、１０：粉休流晴調節機、１１：溶渇流！”７１Ｎ！１
節機、１２：温度計、１３：コン１・ローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）企属溶湯と該溶｝易より比重の大きい炭化物粉体
   とを鋳型の回転下に鋳込み、比重差により炭化物粒子を
   沈降凝集させて凝固させることにより金属と炭化物粒子
   の混在する複合組織を有する中空円筒状鋳物を製造する
   装置であって、・・１可変速モークに連結された水平回
   転テーブル、・．該水平回転テーブル」一にその回転軸
   と同軸に直立設置された中空円筒形状を有する鋳型、該
   鋳型の」二部開口端に鋳込み口が指向するよう゛設置さ
   れたｌもしくは複数の鋳込みホツパー、鋳型への金属溶
   湯鋳込速・度を制御するための溶湯流量調節機、・・？
   ・・．・ 鋳型への炭化物粉体鋳込？速度を制．御する・ための粉
   休流量調節機、・・．・ 鋳型内に鋳込まれた金属〆湯の温度を検出するための温
   度計、および．・一′？ 鋳型内溶湯温度に応じて萌記溶湯流ｒ社調節機、粉休流
   量調節機および可変速モータ全制御す木ンめめコン斗ロ
   ーヅ、？ からなり、鋳込過程において、］」二記温度計の検出量
   を入力信号としてコシトローラに入力し、コントローラ
   からの出力信号によって、永平回転テーブルの回転速度
   、？釡属溶湯鋳込み速蔗、１たぱ炭化物粉体鋳込速度め
   いづれか１つもしくは２以上の制御が行なわれるように
   したことを特徴とす木中空円鈴状複合鋳物の製造装置。