JPS6011096B2 - 焼結炭火物合金と鋳鉄からなる複合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は暁緒炭化物合金を鋳鉄内に結合させる方法、お
よびこの方法で作られた異種の製品に関する。

かかる製品には例えば機械部品、器具、工具等、特に大
きな磨耗に曝される成分に使用される磨耗素子の如き磨
耗部品を挙げることができる。他の例には、例えばさく
君機、肖りくず形成機における切削刃または楯刃の如き
、材料を加工または切削するのに好適な切削体および磨
耗条件下に使用される異種の構造素子を挙げることがで
きる。上述した製品の全てが、その部品が磨耗または他
の破壊に曝されることを特長とし、鋳鉄中に結合された
鱗結炭化物合金または純粋な硬質成分からなり、魂、破
砕片、粉末、圧縮体または他の任意の形の部分を有する
。長年にわたって、鋼、鋳鉄または他の金属材料の如き
鋳造合金中に結合させた硬物質を基にした製品に関して
特許文献中に種々な提案がなされて来た。

またかかる製品を作るための幾つかの方法が特許明細書
に発表され、今なお保護されている。この事実にも拘ら
ず、競鯖炭化物合金は、構造物、工具等を作るか、ある
いは機械的な把持、ろう後、暁緒等によって把持臭また
は同等物に取りつけられた耐磨耗性部品である中実体と
して主として今尚使用されている。

唯一の例外は、晩縞炭化物合金を保持材料を鋳造するこ
とによって緊く結合させたものがあり、この方法は通常
むしろ良くない結果をもたらした。かかる従来からの既
知の緊く結合させる例としては、鋼製品上に薄層として
微粒子または微細に破砕した焼縞炭化物合金を付与して
表面硬化させること（ｈａｒｄｆａｃｉ増）を挙げるこ
とができる。表面硬化中製品または加工物を加熱し、ま
た可能ならば特定鋳造合金、フラックス材料を加えるこ
とによって「加工物の面に鱗結炭化物合金を結合させる
ことが計画された。しかしながらこの方法では完全に満
足できる品質と有用性を有する製品は得られていない。
本発明によれば、従来より知られていた製品と比較して
すぐれた性質を有する、暁給炭化物合金と鋳鉄よりなる
複合体を得ることができる。しかしながら最良の方法で
競給炭化物合金の片の大きさ、組成および組織を均衡さ
せることが重要であることが判った。更に複合製品の製
造は、鋳造温度、固化速度および材料の供給源料の調節
を含む工程条件を注意して決定して行なうことが重要で
ある。サンドブラスター、ボールミルまたは同等物用の
ミリングプレートまたは磨耗部分の如き耐磨耗性鋳造物
においては、一般に耐磨耗性合金化鏡鋼または合金化白
鋳鉄、即ちグラフアィトの全析出を何らかの方法で抑制
した鋳鉄を使用していた。

通常少量の含有率である合金化元素のみを含有し「本質
的に低い耐磨耗性を有するねずみ鋳鉄または黒鉛鋳鉄を
使用してもこの関係においては完全に不適当であると本
来みなされてきた。しかしながら本発明によれば、白鋳
鉄のみならず鋼鋳造物も（高合金化された非常に耐磨耗
性品質でさえも）暁緒炭化物合金との組合せにおいて、
即ち鋳造物内に焼結炭化物合金を結合させた製品でも完
全に不適当で完全に役立たなかったことが判った、一方
黒鉛鋳鉄内に焼給炭化物合金を結合すると、例外的な高
い機械的強度および鋤性と組合さった非常に良好な耐磨
耗性を有する製品をもたらすことが判った。

本質的に黒鉛鋳鉄の組成は炭素当量（Ｃ当量）、（即ち
鋳鉄の性質に影響を与える炭素と同等の合金元素および
他の成分の含有量以外の炭素の含有量）が最低で２．う
最高で６．０、好ましくは最低で３．５最高で５．０と
なるように規制しなければならない。

ケイ素およびリンは炭素に次いで鋳鉄の性質に最大の影
響を有する元素であるから、炭素当量は通常式Ｃ当量＝
％Ｃ＋０．３（％Ｓｉ＋％Ｐ）によって定義される。ま
た多くの他の元素も同じ方法で性質に影響を与えるので
、この事実を考慮して他の多少複雑な式がある。しかし
て最低で４．０である鋳鉄の炭素当量を使用することが
適当であることがいよいよ判明した。通常のねずみ鋳鉄
以外に種々な方法で処理した黒鉛鋳鉄を使用できる。

ある場合には接種したまたは熱処理した鋳鉄を使用する
と有利なことが判った。ある製品に対しては、特に球状
黒鉛鋳鉄、即ち救状黒鉛を有する鋳鉄が好ましいことが
判った。本発明による鋳鉄および暁練炭化物合金よりな
る複合体においては、擬給炭化物合金は片、破砕材料、
粉末、圧縮体または他の形として存在させる。

結合剤金属以外に少なくとも１種の炭化物を含有する焼
綾炭化物合金は通常ＷＣ−Ｃｏ型のものでＴｊ「Ｔａ、
Ｎｂまたは他の金属の炭化物の可能な添加物を含有する
。例外として純粋な暁結炭化物合金即ち何ら結合剤相な
しに使用するこもできる。鋳鉄内に燐結炭化物合金を結
合させる方法において、暁給炭化物合金と混合した結晶
または合金を形成する鋳鉄を使用すべきことそれ自体は
従来より知られている。

しかしながら本発明によれば、かかる混合結晶または合
金は一般に有利な性質を示すものは殆どないことが判っ
ている。例えば有利な結果は混合結晶または合金相が前
述した型の鋳鉄と暁給炭化物合金の間に形成された場合
にのみ得られた。暁縞炭化物合金の結合に当って使用さ
れる最良の鋳造材料としてななされている従釆の耐磨耗
性鋼鋳造物、耐磨耗性鋳鉄または他の金属を使用するこ
とによって、形成される合金相はいよいよ材料を抑制し
た、何故ならば元素の一般的な拡散または合金形成は制
御するのにはあまりにも烈しすぎ、従って隣縞炭化物合
金の強力な溶解を生ぜしめるからである。更に脆性、不
規則性および有孔の如き不都合な性質を有する上述した
合金相は、複合材料の使用の可能性をいましば完全に排
除して来た。種々な種類の磨耗部分における如き、破砕
焼給炭化物合金を含有するかかる複合製品においては、
競結炭化物合金と鋳鉄の間に形成された合金相または中
間帯城がその程度、量および組成に関して制御されてい
ることが重要であることが判った。

性質の成功した変化および暁給炭化物合金と鋳鉄の間の
満足できる金属学的結合を得るため、暁結炭化物合金の
元の量の２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％の如き
大きな部分が中間または転移帯城の部分にあるべきこと
が判った。最良の結果は通常約４０〜６０％の量で得ら
れた。これは若干の暁結炭化物合金粒子が完全に溶解し
合金相に変化したことを意味し、これが前述した如く有
利な影響を有している、しかし本来殆どの競鯖炭化物合
金粒子は完全に転移され、元の耐磨耗性および硬度を失
う程大きな程度に生じてはならない。破砕された嫌結炭
化物合金の粒子の大きさの好適な調整は完全に転移され
た焼給炭化物合金粒子と部分的に転移された競結炭化物
合金粒子の間の望ましい関係に到達する可能性を与える
ことが判った。

使用した暁結炭化物合金の量の少なくとも９０％が１〜
８脚内の粒子の大きさを有すべきであることが判った。
使用した焼結炭化物合金の量の少なくとも６破き量％の
粒子の大きさが２〜６凧の範囲内にあるべきである。破
砕焼結炭化物合金の測定しうる量の平均の粒子の大きさ
は２．５〜４肋であるのが好ましい。焼結炭化物合金お
よび鋳鉄からなる複合製品において、組織の適当な試験
によって「完全にまたは部分的に転移された焼絹炭化物
合金粒子または片を生ぜしめる前述した合金形成を観察
することができる（これについては以下に示す）。

この方法で、添加碗給炭化物合金の粒子の大きさ等に関
する上述した事を、結合状態における相当する条件に直
接関係させることができる。元の凝結炭化物合金粒子ま
たは片と、暁結炭化物合金＋転移帯城からなる結合粒子
の間の比較は、後者の粒子が若干大なる容積を有するこ
とを示す、これは合金形成が孫給炭化物合金芯への鋳鉄
の添加としてみなしうるからである。この粒子生長は実
際の鋳造操作のみならず複合材料の構成にとって有利で
あることが判った。従って一方では、耐磨耗性の劣る鋳
鉄のあまりにも大きすぎる面積露出を避けるためおよび
最大の耐磨耗性に到達せしめるため暁絹炭化物合金粒子
の密な充填を必要とする。他方では粒子間の溝が狭すぎ
てはならない。これは鋳造中あまりにも早すぎる溶融体
の通過または溶融体の冷却を防ぐべきであるからである
。本発明により粒子の大きさを適当に選択することによ
って、溶融体に対する所望の遜路と所望の密充填が得ら
れる、これは鋳造中上述した生長のため耐磨耗性粒子間
の間隔の減少を意味する。以下に実施例を挙げて本発明
を説明する。

実際の試験を比較して得られた結果について論じ、材料
の組織の重要性を示す。実施例 １ 石炭燃焼発電所において、使用前に石炭を通常破砕しな
ければならなかった。

石炭の破砕はある場合には微粉砕機で行なった、この操
作費用は一定部分（これは一般に磨耗素子として表わし
うる）の急速磨耗のためいよいよ破壊され、取り替を必
要とし、非常に高くつくものであった。大試験において
、球状黒鉛を有する黒鉛鋳鉄内に結合した破砕暁結炭化
物合金からなる本発明による磨耗素子と共に、上述した
成分として使用されている多くの種々な従来からの材料
を比較した。磨耗素子の製造は延伸した金網上に一部置
いた破砕焼結炭化物合金を有し、予備加熱鋳型中で、既
知の方法による鋳造法で行なった。

破砕焼結炭化物合金は２〜６柳の大きさの片のＷＣ−Ｃ
ｏ型の材料であった。磨耗素子の全体の厚さは約５仇吻
であり、規定された暁結炭化物合金を含有する耐磨耗性
表面層の厚さは約１仇蚊であった。鋳造中鋳鉄は液相温
度以上１５０〜４００ｑｏに相当する温度に過加熱した
、これはここに示す材料において糠結炭化物合金と鋳鉄
の間に好適な均衡のとれた反応性を生ぜしめた。微粉砕
機中での試験において、下記材料から作った磨耗素子を
含有させた。

‘１１ 分析値３％Ｃ、１５％Ｃｒ、３％Ｍｏ、残余鉄
である高合金化硬化マルテンサイト白鋳鉄。

‘２１ 分析値１％Ｃ、１２〜１４％Ｍｎ、残余鉄であ
るハドフィールド鋼と称されるオーステナィトマンガン
鋼。

｛３｝ ステラィト材料の硬質溶接を有する分析値０．
１２％Ｃ、０．２５％Ｓｉ、０．５％Ｍｈ、残余Ｆｅで
ある鋼（スェーデン規格番号１３１２）。

‘４１ 本発明による分析値４．０％Ｃ、１．２％Ｓｉ
、０．６％Ｍｈ、０．０２４％Ｐ、０．００６％Ｓ、０
．０４％Ｃｒ、０．０７％Ｎｉ、０．０１％Ｍｏ、０．
０５％ＡＩ、０．０２４％Ｍｇ、０．０２％Ｃｕ、０．
００４％Ｎ、残余Ｆｅである炭素当量約４．５を有する
球状黒鉛を有する黒鉛鋳鉄に結合し、５庇容量％が、１
１％Ｃｏ残余ＷＣからなり、ＷＣの平均粒度が３．６〃
であるＷＣ−Ｃｏ型破砕焼縞炭化物合金。

研究室規模の前以つて行なった比較試験において、材料
番号４は上述した基体材料番号１〜３内に結合させた破
砕焼結炭化物合金のみならず幾つかの他の材料内に結合
させた破砕焼結炭化物合金を基にした対応する材料より
も既にすぐれていることが判った。

完全な規模の試験において、本発明による材料と３種の
工業的に使用されている材料との比較を行なった。ミル
成分の磨耗を、約２００、３００、４００、５００、９
００ １３００および２００畑時間後に検査した。

成分の磨耗しつくしたとき測定した寿命は試験した材料
にいて次のとおりであった。従って比較試験では、破砕
暁結炭化物合金および黒鉛鋳鉄よりなる複合品のすぐれ
ている性質を証明した。

第１図〜第２図に、本発明による複合材料の組織を示す
、第１図はマクロスケール（３．９昔の拡大）、第２図
はミクロスケール（１２０針音の拡大）を示す。

第３図は第２図に示した材料の測定した微小硬度（ＨＶ
鉱ｐ′柵）を示す。第１図において、鋳鉄Ｂのマトリッ
クス内で結合された暁結炭化物合金粒子Ａを観察できる
。

ＡとＢの間に、比較的大きな大きさの合金帯城即ち拡散
帯城Ｃがある。第１図から比較的多数の燐結炭化物合金
粒子Ｄが完全に混合組織に転移されていることも判る、
これはマトリックスの強化を意味する。第２図および第
３図は結合した燐結炭化物合金粒子の周囲の材料の組織
のより詳細とこの部城中に形成された硬度を示す。

転移帯城の微小硬度はそれぞれ競緒炭化物合金の硬度と
鋳鉄の硬度の大体平均値である。

これはとりわけ硬く耐磨耗性の凝結炭化物合金と、軟か
であるが非常に強力な鋳鉄との間の性質の有利な転移お
よび連続変化を意味する。前述した如く、使用に供する
実際の目的物の製造はそれらが鋳鉄内に結合された焼絹
炭化物合金からのみなるような方法で行なうことができ
る。用途の種類によって、鋳鉄内に結合された焼続炭化
物合金からなる目的物の空間を通る最低の平均断面大き
さは２〜１０仇岬とすべきであることが判った。

好適な上記間隔は３〜７５側好ましくは５〜５仇舷とす
べきである。磨耗に曝される部分における凝結炭化物合
金の割合は３０〜７畔容量％とすべきである。それは３
５〜６３容量％が好適であり、４０〜６解き量％が好ま
しい。幾つかの別の例において、鋳鉄内に結合された圧
縮および競結体の形での暁結炭化物合金からなる試験品
の結果からの詳細を以下に示す。

実施例 ２ 糠結炭化物合金ボタン型挿入体を設けた３ｉｎさく岩機
用ビットを用いて、衝撃式さく岩を、鉄鉱石を含有する
レブタィト岩石の打込として行なった。

試験は同じビットを用いて行なったが、ビットの半分に
おいては挿入体のための把持体を既知の方法で高品質耐
疲れ性鋼から作り、ビットの半分において把持体は本発
明による鋳鉄から作った。それぞれの種類のビット３の
固を試験した。結果を下表に示す。この結果はビットの
簡単にして安価な製造法にも拘らず本発明によってかな
りの技術的改良が得られたことを示す。実施例 ３ 競結炭化物合金切削挿入体を設けた穴あげドリルのため
の４．５ｊｎビットで石灰右の衝撃さく岩を行なった。

上記石は非常に小さいさく岩抵抗を与えた。使用したビ
ット間の唯一の相異は、ビット体の半分を銅から作り、
一方ビット体の他の半分を本発明による鋳鉄から作った
ことにあった。全ビット数は２０であった。この場合に
おいても本発明による鋳鉄内の暁結炭化物合金挿入体の
結合させることによってさく岩ドリルの有効寿命の大き
な増大を得ることができた。

実施例 ４ 機靴燐酸髄灘ダイ婚綱滋作 つた、ダィの半分は鋼体中に装着した通常の形のものと
し、他の半分は鋳鉄内に結合させた。

各種類のダイの数は１０とした。鋼球材料は１％Ｃおよ
び１．５％Ｃｒを有するボールベアリング鋼であり、１
９庇８の硬度に軟質碗鈍した。下記の平均結果を得た。
従来のタィ 本発明によるダイ パンチ数１．８３×ｌｏ６ ２．８８ｘｌｏ６従って
結果は本発明によるダィを用いて著しく増大した寿命が
可能となったことを示した。

得られた大きな改良の説明は、鋼との比較において鋳鉄
の低いヤングモジュラスと大きな減衰能にあると言える
。これによって把持体上の動力学的歪が減少し、分散さ
れ、同時に競綾炭化物合金と把持体との間の接合の臨界
的部分で集中した負荷も減少し、分散されたのであろう
。従って鋳鉄は衝撃に曝される成分において不適当とし
て評価されていたにも拘らず本発明により競絹炭化物合
金の結合に使用してすぐれていることが証明された。こ
の説明は、暁緒炭化物合金体を設けた工具または構造素
子において、暁結炭化物合金体が烈しい衝撃歪または大
きい磨耗に曝され、上記暁結炭化物合金体がこれらの歪
を把持体に分散させることにあると言える。鋳鉄の特長
ある減衰性は存在する黒鉛の容量濃度、形および寸法に
よって決めるため、鋳鉄は黒鉛または相当する元素を含
有すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による複合材料の組織を示
す図であり、第３図は第２図に示した材料の微小硬度を
示す図である。 第１図 第２図 才３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焼結炭化物合金および鋳鉄よりなり、焼結炭化物合
   金が片、破砕体、粉末または圧縮体の形で鋳鉄内に結合
   されている、すぐれた機械的強度および靭性と組合せて
   大なる耐磨耗性を有する金属体において、鋳鉄がそれ自
   体は低い耐磨耗性および硬度を有する本質的に黒鉛鋳鉄
   であり、その組成を炭素当量（Ｃ当量）が少なくとも２
   ．５で多くても６．０であるように調整し、金属体の耐
   磨耗性表面層中で鋳鉄内に結合された焼結炭化物合金の
   割合が３０〜７０容量％であり、焼結炭化物合金および
   鋳鉄の間に中間合金相または転移帯域があり、添加した
   焼結炭化物合金の量の２０〜８０％が転移帯域であるこ
   とを特徴とする金属体。 ２ 鋳鉄の炭素当量が最低で４．０である特許請求の範
   囲第１項記載の金属体。 ３ 添加した焼結炭化物合金の量の少なくとも９０％が
   １〜８ｍｍの粒子の大きさを有する特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の金属体。 ４ 添加焼結炭化物合金の量の少なくとも６０％が２〜
   ６ｍｍの粒子の大きさである特許請求の範囲第１項〜第
   ３項の何れか一つに記載の金属体。 ５ 焼結炭化物合金の平均の粒子の大きさが２．５〜４
   ｍｍである特許請求の範囲第１項〜第４項の何れか一つ
   に記載の金属体。