JPS60128240A

JPS60128240A - 円筒状セラミックス・高クロム鋳鉄複合体の製造方法

Info

Publication number: JPS60128240A
Application number: JP23752783A
Authority: JP
Inventors: Takeru Morikawa; 長森川
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1983-12-15
Filing date: 1983-12-15
Publication date: 1985-07-09
Also published as: JPS642181B2

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】大発明は、高耐摩耗ローラやロールの外層に適用される
セラミックス・高クロム鋳鉄複合体に関する。

近年、金属とセラミックス粒子との複合体を外層にもつ
高耐摩耗複合ローラやロールが使用され。

その優れた耐摩耗性の故に使用増大の一途をたどってい
る。

しかし、かかる外層において、金属は極めて耐摩耗性の
優れたセラミックスをつなぎ止めて強靭性を確保する役
割を有するものであるが、セラミックスより耐摩耗性が
劣るため金属部分が、−択的に摩耗し、結局耐摩耗性に
優れるが靭性に劣るセラミックスが欠は落ちる場合が生
じ１通常のセラミックス・金属複合体を外層とするもの
では。

その耐摩耗性を十分に発揮するのに難があった。

大発明は斯る問題に鑑みなされたもので、セラミックス
粒子間の金属が選択的に摩耗され、セラミックス粒子が
欠は落ち、結局耐摩耗ローラや口−ルの外層が摩耗する
という事態を防止すぺ〈高耐摩耗ローラや゛ロールの外
層となる高耐摩セラミックス・金属複合体を提供するに
あり、その特徴とするところは、空隙率２０〜８０％の
セラミックス成型体の空隙に、化学組成が重量％で、Ｃ
：２．。

〜３．２　％、　Ｓ：Ｌ　：Ｏ，５〜２．５％１Ｍｎ　
：　０．５〜１．５％。

Ｐ　：　０．２５％以下、Ｓ：Ｏ，０６％以下、Ｎ１１
．０〜２．５９６　、　Ｃｒ　：　１０〜２５　％、　
Ｍｏ　：　０．５〜２．０％、残部実質的にＦｅの高ク
ロム鋳鉄材が浸透されてなる点にある。

以下、太発１４について詳述する。

第１図は、金属浸透層ｆｉｌのみからなる複合体の断面
を示し、（２）はセラミックス成型体を構成するセラミ
ックス粒子であり、（３）はセラミックス粒子相互の間
隙に浸透、充填された特定組成からなる高クロム鋳鉄材
である。

セラミックス成型体を構成するセラミックス粒子（２）
としては、　ＡｌｇＯＢ　、　ＺｒＯ＊　、　Ｂ２Ｏ、
Ｓ１Ｃ、ＴｉＮ。

Ｓｉ、Ｎ、　、　ＴｉＣ，Ｖ／Ｃ等の金属酸化物、ケイ
化物。

窒化物、金属炭化物、ホウ化物等の粒子を例示でき、そ
の大きさは、５０〜１０００μｍである。この粒子寸法
は、後述するようにセラミックス成型体の空隙率を２０
〜８０％とするのに好適だからである。

前記セラミックス粒子（２）の回妙に浸透、充填される
高クロム鋳鉄材（３）としては、化学組成が重量％で、
Ｃ：　２．０〜３．２％、Ｓ’Ｌ：０．５〜２．５％。

Ｍｎ：０．５〜１．５％、　Ｐ：Ｏ，２５％以下、Ｓ：
Ｏ，０６％以下、　Ｎｉ　：　１．０〜２．５％、Ｃｒ
：１ｏ　〜２５％、ＭＯ：０．５〜２．０％、残部実質
的にＦｅの高クロム鋳鉄材を用いる。この材質の特徴は
、耐摩耗性を確保しつつも、セラミックス成型体の空隙
中へ浸透し易いことである。以下、上記成分限定の理由
について述べる。

Ｃ：　２．０〜３．２％Ｃは（Ｆｅ−Ｃｒ）、Ｃ，視度化物を安定にする範囲内
でＣｒとバランスをとりつつ目的のカーバイド量により
決定されるべきであるが２．０％未満では炭化物の量が
少なく耐摩耗性が不足し、一方３．２％を越えると炭化
物の量が多くなり過ぎて、セラミックスをつなぎとめて
複合体の強靭性を保つ効果がなくなる。よって、Ｃは２
．０〜３．２％と規定する。

Ｓｉ　：　０．５〜２．５　％Ｓｌは溶湯の脱酸のため、及び溶湯の湯流れを良くして
、成形体の空隙を完全に満たし易くするために必要であ
る。０．５％未満では脱酸効果がなく。

ま九溶湯の流動性も良くない。また、２．５％を越えて
含有されると機械的性質の劣化をきたし、かつ、Ａｒ、
変態点を下げて硬度が得難く力る。よってＳｌは０．５
〜２．５％七規定する。

Ｍｎ　：　０．５〜１．５　％ＭｎはＳ’Ｌの脱酸の補助としてその含有量は少なくと
□も０．５％以上必要である。しかし、１．５％を越□
えて含有されると靭性が劣化し、セラミックス成形体を
つなぎとめて、ローラーの強度を保つ効果がなくなる。

よって、　Ｍｎは０．５〜１．５％と規定する。

Ｐ　：　ｏ、２５９６以下　□ Ｐは本来、ローラー材質に於て少なければ少ない程望ま
しい元素であるが、溶湯の湯流れを良くし、セラミック
ス成形体の空隙中に高クロム鋳鉄溶湯が入り込合完全に
一体となる為に０．２５％までは許される。よってＰは
０．２５％以下とする。

Ｓ　：　０．０６％以下Ｓはローラー材質を脆くする為、少な、ければ少。

ない程望ましく、その含有量はＯ，０６９ｈ以Ｆと規定
する。

Ｍ　：　１．０〜２．５％Ｎ１は焼入性を向上し、積極的に硬度調整するため、及
び、耐腐食性を向上させて、腐食による摩耗を防ぐため
に含有するが、１．０％未満ではその効果がなく、２．
５％を越えて含有されると残留オーステナイトが増して
硬度が得難くなる。よってＮ１は１．０〜２．５％とす
る。

Ｏｒ：ｌＯ〜２５％Ｏｒは強靭性を向上させて、ローラー全体の耐事故性、
耐割損性を確保するため、及び、耐摩耗性を向上させて
、金属部分の優先摩耗を防ぐだめのものである。その含
有量が１０％未満ではＭｓＣ型の炭化物が多く晶出し１
強靭性及び炭化物の微細均一化が得られない。よって、
前記Ｃ含有量とパラシスさせて％Ｍ、Ｃ，ｉ炭化物が生
じる範囲１０〜２５％をＯｒの範囲と規定する。

ＭＯ：　０．５〜２．０％Ｍｏは焼入、焼戻し抵抗を高めると同時に、炭化物中に
入り、炭化物の硬度を高めると共に、焼戻し軟化抵抗を
促進するのに有効であり、その含有量が０．５％未満で
はこの様な効果が少々＜、−！だ、２．０％を越えると
残留オーステナイトが安定化し。

硬度低下を来たす。よってＭＯ含有量は０．５〜２．０
％と規定する。

次に、前記浸透層＋１１の製造法について述べる。

先ず、当該製造に用いられる既述のセラミックス粒子（
２）によって形成されたセラミックス成型体について説
明する。該成型体は目的とする浸透層と略同形の円筒状
に、セラミックス粒子にバインダを添加して成型する。

即ち、セラミックス粒子に熱加塑性や熱硬化性結合剤を
加え、混合−成型−焼成により、目的の空隙率を存した
成型体を得る。空隙率は、セラミックス粒子の粒度、成
型圧力、焼成条件によりコントロールされるが、木発男
においては２０〜８○％とする。２ｏ％未満では外表面
付近まで金属の浸透を行うのが瞠しく、金属の浸透の々
いセラミックス焼成部分が残存し強度上好ましくない。

一方、　８０％を越えると成型が困難である上に、セラ
ミックス粒子面積が少なく所望の性質の付与が不足する
ためである。セラミックス成型体の肉厚は、その空隙率
にもよるが、後述する遠心力鋳造により金属を浸透させ
るセ、４合。

概ね５０頗以下である。

上記説明した円筒状セラミックス成型体は、遠心力＃造
用金型内に装填され、既述の高クロム鋳鉄材が遠心力鋳
造される。この場合、金属の浸透を助ける手段として、
セラミックス成型体を４００−１２００℃に予熱するこ
とが望ましい。この際、予熱による酸化等の変質を防止
するために、不活性ガス中で予熱することは有効であり
、加えて、該予熱は、鋳造により生じる熱衝撃による成
型体の割れ防止及び鋳造後の両者の収縮差による割れ防
止の上からも効果的である。

前記遠心力鋳造に影はる金型の回転数については１回転
数が大きいほど、また鋳込温度が高いほど浸透を助畏し
好適であるが１通常ＧＮＯ，で２ｏ〜２００程度にする
。装置の強度により制限されるからである。特に、セラ
ミックス成型体を構成する粒子が小さい場合、空隙率が
小さい場合、浸透層が厚い場合等は（）Ｎｏ、け大きい
方がよい。遠心力鋳造によれば、上記のような金属の浸
透具合を容易に調整できて好適である。

鋳造される高クロム鋳鉄材の溶湯量は、セラミックス成
型体内へすべて浸透−してしまう量とするほか、多い目
にしてもよい。この場合は、第２図に示すように、浸透
層ｆｉｌの内面に高クロム鋳鉄の単一層である内層（４
）が一体Ｙ、成されることに々る。

このような内＃ｔ４＋が存在すれば、該複合体を用いて
ローラ等を製作する場合、軸の焼ばめに際し。

内面を加工し易く好適である。

以上のようにして製作されたセラミックス・高クロム鋳
鉄複合体は所望により芯部や軸が形成され、所定の高耐
摩耗ローラやロールに加工される。

即ち、大全１１に係る複合体用いて、置注鋳型となし、
こ九に所望の軸材１例えばダクタイル鋳鉄や高級鋳鉄を
鋳込みローラ等に形成したり、又該複合体の内面を機械
加工後、所望の軸材を焼ばめてローラ等に形成する。尚
、前記置注鋳Φの場合。

複合体からの合金成分が軸材へ混入、拡散し、軸材の強
度低下を防ぐため、事前に遠心力鋳造にて複合体内面に
中間層を鋳込んでおくのも有効である。

次に実施例を掲げて説明する。

〈実施例１〉外径３○０φＸ　４００　ｌ！ｍ、厚さ３３闘の搬送ロ
ーラ用セラミックス・高クロム鋳鉄複合体の製産実施例
。

ｆｌ）　外径３０４φ、厚さ３５削、空隙率”Ｏ〜８０
％のセラミックス成型体（セラミックスの種類：　Ａｌ
ｌｏｗ。

粒子＝５０〜５００μｍ）を１１５０℃に予熱して遠心
力鋳造用金型にセットした。

（２）上記金型を回転させ、所定の回転下（ｌ○５０ｒ
ｐｍ　）で、第１表に示すの高クロム鐙鉄溶湯を。

セラミックス成型体内面に、鋳込温度１４００℃で鋳込
んだ。

（３１複合体を断面調査した結果、鋳造金属がセラミッ
クス成型体のすべての厚さに亘って浸透し。

３綱の厚さの高クロム鋳鉄内Ｍがその内面に形成されて
いるのが認められた。

〈実施例２〉外径３００φＸ　４００　ｐｍ　、厚さ４０１ＩＩＩ＋
の搬送ローラ用セラミックス・高クロム鋳鉄複合体の製
造実施例。

（１）外径３０４φ、厚さ４４頗、空隙率７５〜８０％
のセラミックス成型体（セラミックスの種類：Ａ７！＊
Ｏ，、粒子：５０〜５００μｒｎ）を１１００℃に予熱
して遠心力鋳造用金型にセットした。

（２）上記金型を回転させ、所定の回転下（１１０５８
ｒｐ　）で、第２表に示す高クロム鋳鉄溶湯をセラミッ
クス成型体内面に、鋳込温度１４０５℃で鋳込んだ。

（注、ｗｔ％、残部実質的にＦｅ　）（３）複合体を断面調査した結果、鋳造金属がセラミッ
クス成型体のすべての厚さに頁って浸透し。

１ｍの厚さの高クロム鋳鉄内層がその内面に形成されて
いるのが認められた。

〈実施例３〉外径２５０φ×４５○ｌ、厚さ３０〜のローラ用セラミ
ックス・高クロム鋳鉄複合体の製造実施例。

ｆｌ）　外径２５２φ、厚さ３１絹、空隙率６０〜７０
％のセラミックス稈翌体（セラミックスの種類：　Ａｌ
＊ｏｓ。

粒子：　５０〜５００　ｐｍ　）を１１００℃に予熱し
て遠心力鋳造用金型にセットした。

（２）上記金型を回転させ、所定の回転下（１１３１ｒ
ｐｍ　）で、第３表に示す高クロム鋳鉄溶湯をセラーミ
ックス成型体内面に、＃込温度１４００℃で鋳込んだ。

（注、単位ｗｔ％、残部実質的にＦｅ）（３１複合体を
断面調査した結果、鋳造金属が、セラミックス成型体の
すべての厚さに亘って浸透し、２納の厚さの高クロム鋳
鉄内層がその内面に形成されているのが認められた。

以上説明した通り１本願発明のセラミックス・高クロム
鋳鉄複合体は、空隙率２０〜８０％のセラミックス成型
体の空隙に、化学組成が重量％で。

Ｃ：　２．０〜３．２％、　８１　：　０．５〜２．５
　Ｊ　Ｍｎ＋０．５〜１．５％、Ｐ　：　０．２５％以
下、Ｓ　：Ｏ，０６９６以下、Ｎｉ、　：　１．０〜２
．５　％、　Ｃｒ　：　１０〜２５　％、　ＭＯ：　０
．５〜２．０％、残部実質的にＦｅの耐摩耗性に富んだ
高クロム鋳鉄材が浸透された浸透層を有するので、斯る
浸透層を外層として形成したローラ等においては、セラ
ミックス粒子間の金属が選択的に厚耗されることがなく
、故にセラミックスが欠は落ち、椰亀へて糾ローラ眞箇
耐嘗扛性雀イ丘下士スとシ雀ちい。このように、大発明
に係るセラミックス・高クロム鋳鉄複合体は、耐摩耗性
ローラ等の外層として極めて優れ、工業的価値ｔｉ著大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は大発明に係る複合体の部分断面図で
ある。（１）・・・浸透層、（２１・・・セラミックス粒子、
（３１・・・高クロム鋳鉄材、（４）・・・内層。

Claims

【特許請求の範囲】１　空隙率２Ｏ〜８０％のセラミックス成型体の空隙に
、化学組成が重量％で、Ｃ：２．Ｏ〜３．２％Ｓｉ：Ｏ，５〜２．５％Ｍｎ　：　０．５〜１．５％Ｐ　：０．２５％以下Ｓ　：Ｏ，０６％以下Ｎｉ：１．ｏ〜２．５％Ｃｒ：１０〜２５％Ｍｏ　：　Ｏ，Ｆ５〜２．０％残部実質的にＦｅＯ高クロム鋳鉄材が浸透されてなる浸
透層を有することを特徴とするセラミツ材と同一化学組
成の内層と一体形成されてなる特許請求の範囲第１項記
載のセラミックス・高クロム鋳鉄複合体。