JPS60115358A - 複合部材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、セラミックス部材を金属で鋳ぐるんだ複合
部材、例えば耐熱性や耐摩耗性が要求される部分をセラ
ミックスから構成し、前記セラミックスを金属で強度保
持させた複合部材を製造するのに利用される複合部材の
製造方法に関するものである。

（従来技術） 近年、セラミックスのもつ優れた耐熱性、断熱性、耐摩
耗性、Ｆ＃食性等を生かし、このセラミックスと高強度
、高靭性、良成形性、低価格等の利点を有する金属とを
組み合わせたセラミックス−金属複合部材が使われるよ
うになってきた。そして、セラミックスと金属とを複合
させる手段としては、従来、嵌合、圧入、焼ばめ、ボル
ト締め。

接着、鋳ぐるみ等が採用されており、用途あるいは部品
形状等々によってこれらの手段を適宜選択して採用して
いる。これらのうち、セラミックス部材を金属で鋳ぐる
む場合の問題点は、多くのセラミックスが熱衝撃に弱い
ため、金属溶湯が前記セラミックス部材に接触した時に
セラミックス部材が割れてしまうところにある。このた
め、多くの場合においてセラミックス部材を鋳型内に設
置した状態で前記セラミックス部材を鋳型ごと予熱して
金属溶湯との接触に伴う熱衝撃をやわらげるようにして
いる。

この場合、鋳型が小さいときには前記鋳型の予熱はさほ
ど困難ではないが、鋳型が大きいときにはその予熱が著
しく困難なものとなる。また、鋳型が小さいときでも例
えば８００°Ｃ以下程度の予熱はさほど困難ではないが
、８００°Ｃ以上さらには１０００’Ｃ以上に鋳型を予
熱する必要を生ずることもあり、このような高い温度に
予熱することは著しく難かしい。さらに、セラミックス
部材を鋳ぐるむ金属が超合金のように真空溶解炉等で溶
解するような高融点金属である場合には、鋳型の十分な
予熱はますます難かしいという問題があった。

（発明の目的） この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、セラミックス部材を金属で鋳ぐるんだ複合部材
を製造するに際し、従来のようにセラミックス部材を設
置した鋳型を加熱して前記セラミックス部材を予熱する
という必要性が必らずしもなく、予熱する必要があると
しても従来の場合よりも程度の少ない予熱で済み、しか
もセラミックス部材に大きな熱衝撃が加わることなく、
セラミックス−金属複合部材を製造することができ、セ
ラミックス部材にクラックが発生して製品の信頼性を損
ねたりあるいは歩留りを低下させたりするのを防ぐこと
ができる複合部材の製造方法を提供することを目的とし
ている。

（発明の構成） この発明による複合部材の製造方法は、セラミックス部
材を金属で鋳ぐるんだ複合部材を製造するにあたり、鋳
型の鋳造空間に設置したセラミックス部材を前記鋳造空
間の近傍に流した金属溶湯の熱により予熱した状態にし
て当該セラミックス部材を前記金属溶湯および／または
別の金属溶湯で鋳ぐるむようにして、前記鋳型の予熱の
必要性をなくすかあるいは最小限にとどめうるようにし
たことを特徴としている。

この発明が適用されるセラミックス部材および金属の材
質はとくに限定されるものではなく、それぞれ要求され
る特性に応じて各種のセラミックスおよび金属から選択
される。

この発明の一実施態様においては、セラミックス部材を
鋳ぐるむのに使用される鋳型の鋳造空間近傍に、前記セ
ラミックス部材を予熱するために金属溶湯の湯道あるい
はダミー鋳物用空間を設け、前記湯道を流れる金属溶湯
あるいは前記ダミー鋳物用空間に流し込んだ金属溶湯の
熱によりセラミックス部材を予熱した状態とし、この状
態で鋳造空間内に金属溶湯を供給してセラミックス部材
と金属溶湯とを接触させると共に前記セラミックス部材
を金属により鋳ぐるむ。この場合、セラミックス部材の
予熱に金属溶湯の熱を利用しているため、鋳型全体の予
熱は多くの場合不要となるかあるいは従来よりもかなり
少なくてすむ。

このとき、セラミックス部材を金属溶湯により予熱した
後セラミックス部材に金属溶湯が触れるまでの時間的間
隔を調整するために、湯道の途中にある程度の容積を有
する湯だまりを設けることもできる。

また、予熱に利用する金属溶湯には、鋳ぐるみに使用す
る金属溶湯そのものを使うのが簡便であるが、そのほか
、セラミックス部材の予熱には前記鋳ぐるみに使用する
金属溶湯とは別の金属溶湯を使用してもよい。すなわち
、この発明の他の実施態様においては、鋳型に注湯口を
２箇所設けて一方を予熱用空間に連通させると共に、他
方を鋳造空間に連通させておく。そして、まず、第１の
注湯口から金属溶湯を注湯して前記予熱用空間内に満し
たのち、適宜の時間をおいてさらに第２の注湯口から金
属溶湯を注湯して鋳造空間内に供給することにより、十
分に予熱されたセラミックス部材を前記金属溶湯で鋳ぐ
るむようにすることもできる。このようにした場合には
金属溶湯の温度に応じてセラミックス部材を予熱したの
ち鋳ぐるむまでの時間を任意に調整することができると
いう利点を有する。このとき、各金属溶湯の注湯時にお
ける溶湯温度を変化させることも可能である。

この発明においては、予熱に利用する金属溶湯が鋳造空
間内に設置したセラミックス部材の近傍を流れることに
より当該セラミックス部材を予熱するようにしているた
め、湯道あるいはダミー鋳物用空間と、鋳造空間内に設
置したセラミックス部材との間隔が重要な要素となり、
この間隔は、金属溶湯の温度、セラミックス部材の耐熱
衝撃特性、鋳型の熱伝導特性、および鋳型全体の予熱温
度等の因子から決定することが望ましい。すなわち、具
体的には前記間隔があまり小さすぎると予熱の際に金属
溶湯からセラミックス部材に伝達される熱量が多すぎて
そのときの熱衝撃によりセラミックス部材が割れてしま
うおそれが生じ、反対に間隔があまり大きすぎるとセラ
ミックス部材に対する予熱が不十分となり、鋳ぐるみ時
にセラミックス部材が割れてしまうおそれが生じる。そ
のほか、セラミックス部材に対し、金属溶湯の接触によ
る割れ発生を防止するために、セラミ・ンクス部材の表
面にコーティング等の前処理を同時に施しておくことも
場合によっては望ましい。

（実施例１） 第１図はこの発明の実施例１において使用した鋳型の縦
断面図であって、１は鋳型、２は注湯口、３は湯道、４
は湯だまり、５は鋳造空間、６は湯だまり４と鋳造空間
５を結ぶ湯道、７は揚り、８は鋳造空間５内に設置した
シリンダライチ用セラミックス部材であり、湯道３は環
状の鋳造空間５のほぼ中心に設けである。このセラミッ
クス部材７はアルミナ（ＡＡ２０３　）製のものである
。

鋳造に際して、鋳造空間５内に環状のセラミックス部材
８を設置した状態にして注湯口２より金属溶湯９（ＪＩ
Ｓ　ＡＣ３Ａ）を流し込む。この金属溶湯２は湯道３よ
り湯だまり４へと供給され、湯だまり４内に金属溶湯２
が満たされたあと湯道６を通って前記金属溶湯９は鋳造
空間５内に入り、前記セラミックス部材８を鋳ぐるむ。

この後、鋳型１をばらして、内周面側にセラミックス部
材８を複合させたシリンダ状複合部材を得る。

この鋳造において、注湯口２より流し込まれた金属溶湯
２は、鋳造空間５の近傍に形成した湯道３を通るため、
この間において鋳造空間５に設置したセラミックス部材
８を加熱すると共に、金属溶湯夕は湯だまり４内を充満
したあと湯道６を通って鋳造空間５内に流れることとな
るため、鋳造空間５内に金属溶湯２が流れ込むまでに若
干の時間を要し、この間に湯だまり４内の金属溶湯２の
熱が鋳型１を通してセラミックス部材８に伝達されて当
該セラミックス部材８を予熱する。

したがって、この実施例では、金属溶湯２としてＪＩＳ
　ＡＣ３Ａを選んだ場合には鋳型１およびセラミックス
部、材８を全く予熱しなくとも前記セラミックス部材８
に割れを生ずることなく鋳ぐるみ可能であった。また、
金属溶湯２としてＪＩＳ　５Ｃ４９を選んだ場合には鋳
型１とともにセラミックス部材８を８００℃程度に予熱
すれば支障なく鋳ぐるみ可能であった。

（実施例２） 第２図はこの発明の実施例２において使用した鋳型の縦
断面図であって、１１は鋳型、１２は第１注湯口、１３
は第１湯道、１４は第２注湯口、１５は第２湯道、１６
は第２湯道１５と連通しかつ前記第１湯道１３を取囲ん
で形成した鋳造空間、１７は揚り、１８は環状のセラミ
ックス部材（Ａ文２０３）である。

この鋳型１１を用いて鋳ぐるみするに際しては、まず第
１注湯口１２よりＪＩＳ　５Ｃ４９の金属溶湯１０を注
湯して第１湯道１３内を満たし、この金属溶湯１０の熱
によってセラミックス部材１８を予熱した。そして、第
１湯道１３を金属溶湯１０で満たしてから１０〜２０秒
後に第２注湯口１４より同じ＜ＪＩＳ　５Ｃ４９の金属
溶湯２０を流し、第２湯道１５を経て鋳造空間１６内に
金属溶湯２０を供給してセラミックス部材１８を鋳ぐる
んだ。次いで、凝固後に鋳型１１をばらして内周側にセ
ラミックス部材１８を鋳ぐるんだシリング状複合部材を
得た。この鋳ぐるみにおいては、セラミックス部材１８
を鋳型１１とともに予熱しなくとも、金属溶湯１０によ
る予熱だけで十分効果的であり、セラミックス部材１８
に割れなどの不具合は発生しなかった。

（実施例３） 第３図はこの発明の実施例３において使用した鋳型の縦
断面図であって、２１は鋳型、２２は注湯口、２３は湯
道、２４は湯だまり、２５はピストン形状の鋳造空間、
２６は湯だまり２４と鋳造空間２５を結ぶ湯道、２７は
鋳造空間２５内に設置したピストンヘッド形状のセラミ
ックス部材であって、このセラミックス部材２５はジル
コニア（ＺｒＯ２）製のものである。

鋳造に際し、鋳造空間２５内にセラミックス部材２７を
設置した状態にして注湯口２２より金属溶湯３０（ＪＩ
Ｓ　ＡＣ３Ａ）を流し込んだ。この金属溶湯３０は湯道
２３を通り、湯だまり２４を満たしたあと湯道２６を通
って鋳造空間２５内に入り、セラミックス部材２７を鋳
ぐるみ、凝固したあと鋳型２１をばらすことによって、
セラミックスをヘッド部分に有するピストン形状の複合
部材が得られる。このとき、注湯口２２より流し込んだ
金属溶湯３０は湯だまり２４を満たしたあと湯道２６を
流れるため、金属溶湯３０が湯だまり２４を満たすまで
の間に金属溶湯３０の熱によってセラミックス部材２７
が十分に加熱されるので、セラミックス部材２７を予熱
しなくとも割れを生じることなく鋳ぐるみが可能であっ
た。

（比較例） 第４図は比較のために使用した従来構造の鋳型の縦断面
図であって、３１は鋳型、３２は注湯口、３３は湯道、
３４は環状の鋳造空間、３５は揚り、３６は鋳造空間３
４内に設置した環状のセラミックス（ＡＭ２０３　）部
材である。

鋳ぐるみに際しては、セラミックス部材３６を鋳造空間
３４内に設置し、鋳型３１を１２００°Ｃに予熱して注
湯口３２よりＪＩＳ　５Ｃ４９の金属溶湯４０（温度１
５５０℃）を注入して鋳造空間３４内に供給し、セラミ
ックス部材３６を鋳ぐるむようにしたが、この金属溶湯
４０がセラミックス部材３６に接触した時点で割れを生
じた。

一方、金属溶湯４０としてＪＩＳ　ＡＣ３Ａを使用ＣＭ
込温度７５０°Ｃ）　Ｌ、た場合には、鋳型３１の予熱
温度を６００℃以上に加熱することによって、セラミッ
クス部材３６に割れを生じることなく鋳ぐるむことかで
きた。これに対して、この発明では、実施例１において
示したように、鋳型を予熱する必要はなかった。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明の複合部材の製造方
法によれば、セラミックス部材を金属で鋳ぐるんだ複合
部材を製造するにあたり、鋳型の鋳造空間に設置したセ
ラミックス部材を前記鋳造空間の近傍に流した金属溶湯
の熱により予熱した状態にして当該セラミックス部材を
金属溶湯で鋳ぐるむようにしたから、従来のようにセラ
ミックス部材を設置した鋳型を必らずしも予熱する必要
がなく、鉄系金属や高合金等の高融点金属の場合に鋳型
およびセラミックス部材を予熱する必要があるとしても
従来の場合よりもかなり少ない程度だけ予熱することで
済み、しかもセラミックス部材に大きな熱応力が加わる
ことなく、セラミックス−金属複合部材を製造すること
が可能であり、セラミックス部材にクラックが発生して
製品の信頼性を損ねたり、あるいは歩留りを低下させた
りするのを防ぐことができ、前述のように金属として融
点の高い金属を選ぶことも可能であるため、耐熱性、断
熱性、＃摩耗性Ｊｙｔ食性等に優れたセラミックス材料
の用途をさらに拡大させることが可能であるという非常
に優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はこの発明の各実施例にお
いて使用した鋳型の縦断面図、第４図は比較例において
使用した鋳型の縦断面図である。 １．１１．２１・・・鋳型 ３．６，１３，１５．２３．２６・・・湯道４．２４・
・・湯だまり ５．１６．２５・・・鋳造空間 ８．１８．２７・・・セラミックス部材？、１０．２０
．３０・・・金属溶湯 特許出願人　大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士　小　塩　豊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス部材を金属で鋳ぐるんだ複合部材を
   製造するにあたり、鋳型の鋳造空間に設置したセラミッ
   クス部材を前記鋳造空間の近傍に流）７た金属溶湯の熱
   により予熱した状態にして当該→＝ニラミックス材を金
   属溶湯で鋳ぐるむことを特徴とする複合部材製造方法。