JPS6114065A - Manufacture of metallic block, casting or section into whichhard metallic particle is buried and device thereof - Google Patents
Manufacture of metallic block, casting or section into whichhard metallic particle is buried and device thereofInfo
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- JPS6114065A JPS6114065A JP59227623A JP22762384A JPS6114065A JP S6114065 A JPS6114065 A JP S6114065A JP 59227623 A JP59227623 A JP 59227623A JP 22762384 A JP22762384 A JP 22762384A JP S6114065 A JPS6114065 A JP S6114065A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
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- Earth Drilling (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はチルに際して上方の加熱ゾーンから下方の冷却
ゾーンへ凝固が続くような速麿で溶融金属を移行させて
金属ブロック、鋳造物または形材を製造する方法に係わ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing metal blocks, castings or profiles by transferring molten metal so rapidly that solidification continues from an upper heating zone to a lower cooling zone during chilling. .
偏析が起こらないように制御しながら溶融金属を冷却す
ることにより金属ブロックを製造する方法はすでに公知
である。金属が幾つかの特性を具えるように、種々の合
金混合物を溶融金属に添加し、混合物濃度及び冷却方法
に応じて異なる態様で結晶させることによって硬度、靭
性、溶接性、耐摩耗性、加工性などの特性を与える。こ
のよう 】、にして所期の用途に応じて特性間
の兼ね合いを計るのが常である。Methods are already known for producing metal blocks by cooling molten metal in a controlled manner so that segregation does not occur. Various alloy mixtures are added to the molten metal so that the metal has several properties, such as hardness, toughness, weldability, wear resistance, and processing properties, by adding different alloy mixtures to the molten metal and crystallizing them in different ways depending on the concentration of the mixture and the cooling method. Gives characteristics such as gender. In this way, it is customary to consider the balance between characteristics depending on the intended use.
即ち、鋼に関する限り、例えばマンガン鋼の場合のよう
に、耐摩耗性を犠牲にしなければ高靭性が得られず、炭
化物含有特殊金属鋳型の場合のように、靭性を犠牲にし
なければ高耐摩耗性が得られず、鋼合金鋳型では平均的
な硬度と平均的耐摩耗性しか得られないことは公知であ
る。That is, as far as steel is concerned, high toughness cannot be obtained without sacrificing wear resistance, as in the case of manganese steel, and high wear resistance cannot be obtained without sacrificing toughness, as in the case of carbide-containing special metal molds. It is known that steel alloy molds provide only average hardness and average wear resistance.
このジレンマを克服するため、激しい摩耗条件にさらさ
れる物体に、硬度に優れた材料に保護層を溶接した高靭
性材料を使用することは公知である。この材料はある条
件の下で溶接プールに金属炭化物を分散させることによ
ってその炭化物含有量を高くする。この方法では保護層
の厚さに限度があり、裂は易いので成功の可能性は低く
、しかもコストが極めて高くつく。多重層を重ね合わせ
ようとすれ亀裂を生じ易く、これが層の破砕を更に助長
する。To overcome this dilemma, it is known to use high-toughness materials, which are hard materials with protective layers welded to them, for objects exposed to severe abrasive conditions. This material increases its carbide content by dispersing metal carbides into the weld pool under certain conditions. This method has a limited thickness of the protective layer and is prone to tearing, so the probability of success is low and the cost is extremely high. Attempts to stack multiple layers tend to produce grating cracks, which further promotes layer fracture.
硬質材料、例えばタングステン・カーバイド、チタニウ
ム・カーバイドまたは硬質金属スクラップを成分として
、表面では溶融せず、大きい熱膨張係数のために生ずる
凝固時の鋼マトリックスの圧縮によって固形に保たれて
いるだけの比較的低温の溶融鋼に硬質材料粒子を注ぐこ
とによって鋳造物を製造する方法も公知である。この状
態では被加工物の表面に存在する硬質材料粒子が強い応
力の下で比較的容易に分離する。Comparison of hard materials, such as tungsten carbide, titanium carbide or hard metal scrap, which do not melt at the surface but are only kept solid by the compression of the steel matrix during solidification due to the large coefficient of thermal expansion. It is also known to produce castings by pouring particles of hard material into molten steel at a relatively low temperature. In this state, the hard material particles present on the surface of the workpiece are relatively easily separated under strong stress.
溶融マトリックス材料に硬質金属粒子を注ぎ、その際冷
却温度が数分間接続するから、硬質材料粒子が充分に溶
融するようにマトリックス材の温度を硬質材料粒子の融
点よりもはるかに高く設定する方法も公知である。この
公知方法には2つの実施態様がある。その1つは硬質材
料をその融点を下げるコバルトその他の混合物と合金化
することを必要とし、他の1つはカーバイドが分解して
鋼マトリックスを炭化する極めて高い温度を作用させる
ことを特徴とする。Since the hard metal particles are poured into the molten matrix material and the cooling temperature is connected for several minutes, it is also possible to set the temperature of the matrix material much higher than the melting point of the hard material particles so that the hard material particles are sufficiently melted. It is publicly known. There are two implementations of this known method. One involves alloying the hard material with cobalt and other mixtures that lower its melting point, the other is characterized by the application of extremely high temperatures at which the carbides decompose and carbonize the steel matrix. .
第1の態様では硬質材料の硬質が比較的低くなり、第2
の態様で゛はマトリックスの硬度が著しく低下する。ま
た、硬質材料の大部分が溶解し、易溶体中で再結晶し、
特に強度の低い炭素が溶融物から分解する。この結果収
縮巣や亀裂が形成され、従って、応力が加わると硬質材
料粒子が容易に分離することになる。In the first aspect, the hardness of the hard material is relatively low, and in the second aspect, the hardness of the hard material is relatively low.
In this embodiment, the hardness of the matrix is significantly reduced. In addition, most of the hard material melts and recrystallizes in the easily soluble material,
Particularly weak carbon decomposes from the melt. This results in the formation of shrinkage cavities and cracks, and thus the hard material particles easily separate when stress is applied.
本発明の目的は金属ブロック、金属鋳造物または金属形
部材を比較的簡単に量産でき、高靭性及び高耐摩耗性を
兼備し、金属マトリックス、特に鋼マトリツクス中に硬
質材料粒子が均−且つ強力に結合し、収縮巣及び硬質材
料分解生成物、特に炭素粒子によるマトリックスの弱化
が起こらないように比較的少量の硬質材料がマトリック
ス中に粒子状に残って結晶している製品を可能にする製
品を提案することにある。The object of the present invention is to enable mass production of metal blocks, metal castings or metal shapes with relative ease, to have both high toughness and high wear resistance, and to have uniform and strong hard material particles in a metal matrix, especially a steel matrix. A product that enables a product in which a relatively small amount of hard material remains in the form of particles in the matrix and crystallizes to avoid weakening of the matrix by shrinkage nests and hard material decomposition products, especially carbon particles. The goal is to propose the following.
この目的を本発明では粉末、粒子または結晶粒子状の硬
質材料を溶融金属の冷却時に上方の加熱ゾーンから硬質
材料の融点以下の温度の溶融物中に供給し、置針し且つ
溶融物の表面に分布させることによって達成する。In order to achieve this purpose, in the present invention, a hard material in the form of powder, particles or crystal grains is fed from an upper heating zone into the melt at a temperature below the melting point of the hard material during cooling of the molten metal, and is placed on the surface of the melt. This is achieved by distributing it.
硬質材料粒子を金属マトリックス中に極めて強固に結合
するため、前記粒子の表面を加熱ゾーンおいて短時間に
亘り、その融点以上の温度に加熱する。In order to bond the hard material particles very strongly into the metal matrix, the surface of the particles is heated in a heating zone for a short period of time to a temperature above their melting point.
例えばチル鋳造型枠内にお【プる溶融金属の高さが比較
的大きく、1メ7トルにも及ぶよな場合には、溶融金属
の表面からデル型枠の底までの硬質材料粒子の移行時間
、例えば30秒という時間を、チル型枠の冷却開始より
ほぼ前記移行時間だけ早く硬質材料粒子の分散が始まり
、分散が前記移行時間を含めた冷却時間に進行し、硬質
材料粒子が分散の進行時間に応じた冷却ブロックの高さ
に亘って分布するように設定する。For example, if the height of the molten metal flowing into the chill casting formwork is relatively large, reaching 1 m7, the height of the hard material particles from the surface of the molten metal to the bottom of the molding formwork is relatively large. The transition time, for example, 30 seconds, is such that the hard material particles start dispersing approximately the transition time earlier than the start of cooling of the chill form, and the dispersion progresses during the cooling time including the transition time, and the hard material particles are dispersed. The cooling block is set to be distributed over the height of the cooling block according to the progress time of the cooling block.
本発明の目的を達成するための他の好ましい解決は硬質
材料粒子の融点以上の温度に電気抵抗加熱によって加熱
される溶融スラグ層で加熱ゾーンを構成し、この加熱ゾ
ーンの高さを、硬質金属粒子の表面だけが融解し、連続
的に溶融する金属が硬質材料粒子の融点以下の温度の流
れとなって冷却した溶融金属に加えられるように設定し
た方法によって与えられる。Another preferred solution for achieving the objects of the invention is to constitute a heating zone with a layer of molten slag heated by electrical resistance heating to a temperature above the melting point of the hard material particles, and to increase the height of this heating zone by increasing the height of the hard material particles. It is provided by a method in which only the surface of the particles melts and the molten metal is continuously added to the cooled molten metal in a stream at a temperature below the melting point of the hard material particles.
硬質材料粒子は高温溶融スラグ中に約1秒間だけとどま
ってから溶融金属中に沈降する。硬質材 −
15料粒子を囲む金属の凝固中に金属ブロックに対して
行なわれた測定によると、鋼成分が硬質物質表面に侵入
し、最終的に共晶状態で凝固する深さ数マイクロメータ
のゾーンが残る。液状化不足の硬質材料が深さ 100
〜300マイクロメータの樹枝状ゾーンを発生させ、結
晶構造は急冷プロセスのため不充分な共晶状態となる。The hard material particles remain in the hot molten slag for only about one second before settling into the molten metal. Hard material −
Measurements carried out on a metal block during the solidification of the metal surrounding the 15 material particles show that a zone several micrometers deep remains where the steel components penetrate into the hard material surface and eventually solidify in a eutectic state. . Hard materials with insufficient liquefaction have a depth of 100
A dendritic zone of ~300 micrometers is generated, and the crystal structure becomes poorly eutectic due to the quenching process.
また、樹枝状ゾーンにおいて、更に鋼マトリツクス中に
おいても僅かながら硬質材料の拡散が起こる。In addition, a slight diffusion of hard material occurs in the dendritic zone and also in the steel matrix.
従って溶融金属の高さは硬質材料粒子の沈降時間が比較
的短くなるように適度に低く抑えられる。Therefore, the height of the molten metal is kept reasonably low so that the settling time of the hard material particles is relatively short.
チルへの溶融金属注入は連続的に行なわれるから、合金
材料の濃度と拡散する硬質材料粒子とが常に平衡し、従
って、連続的な濃縮及びこれに伴なう結晶中の分解が回
避され、均質な最終製品が得られる。Since the injection of molten metal into the chill is continuous, the concentration of the alloying material and the diffusing hard material particles are always in equilibrium, thus avoiding continuous concentration and consequent decomposition in the crystals. A homogeneous final product is obtained.
従って、用途に応じて種々の鋼材料を使用することがで
き、硬質材料を添加された鋼材料は、無添加鋼よりも靭
性、溶接性及び鋳造性に優れ、添加間によって硬度及゛
び耐摩耗性が極めて高くなるから、加工性が低下する。Therefore, various steel materials can be used depending on the application, and steel materials with hard materials added have better toughness, weldability, and castability than steel without additives, and the hardness and resistance change depending on the addition period. Since abrasiveness becomes extremely high, workability decreases.
例えば高クロム合金鋼から成るマトリックスから成り、
タングステン・カーバイドを添加された一金属は82タ
イプの焼結金属やH8S溶接鋼よりも高い耐摩耗性を示
す。この材料は保護ガス下でよ−たは電気突合せ溶接で
ひびや亀裂を生じること 。For example, it consists of a matrix of high chromium alloy steel,
Monometal added with tungsten carbide exhibits higher wear resistance than 82 type sintered metal or H8S welded steel. This material may crack or crack when used under protective gas or when electrically butt welded.
なく溶接できる。Can be welded without any problems.
従って、例えばたがね、すぎ、スクレーパなどの刃先と
して部品(硬質材料添加金属から製造し、これにホルダ
ー、ブレード、シャフトなどを溶接することかでき、後
者には必要に応じて加工を施せばよい。Therefore, for example, parts such as chisels, scrapers, scrapers, etc. can be made from a metal with added hard materials and holders, blades, shafts, etc. can be welded to them, and the latter can be processed as necessary. good.
凝固速度に従って鋳型に向って連続的に新しい溶融金属
を供給する方法は連続鋳造型で行なうことができるから
、ブロックや鋳造物だけでなく、任意の長さの形材も製
造できる。特にこの連続鋳造法を利用することにより断
面に所要の添加ゾーンを分布させ、例えば、外側ゾーン
に硬質材料粒子分散させ、溶融物の高さが低いことから
あとでこの外側ゾーンに摩耗応力が作用して最終製品中
に比較的正確な硬質材料粒子分布を形成させるようにす
ることができる。従って、無添加ゾーン、例えば内側部
分は機械加工(穴ぐり)でき、内側ゾーンのマトリック
スは乱されないから引張強度が増大する。Since the method of continuously supplying new molten metal toward the mold according to the solidification rate can be carried out with a continuous casting mold, it is possible to produce not only blocks and castings but also shapes of arbitrary length. In particular, by using this continuous casting method, the required additive zone is distributed in the cross section, for example, hard material particles are dispersed in the outer zone, and since the height of the melt is low, abrasion stress will later act on this outer zone. This can result in a relatively accurate hard material particle distribution in the final product. Thus, the additive-free zone, for example the inner part, can be machined (bored) and the matrix of the inner zone is not disturbed, thereby increasing the tensile strength.
非鉄金属、例えば軽合金に応用できることも本本発明の
方法の利点である。従って、耐摩耗性の装甲板、航空機
またはロケットの部品を構成する新しい可能性が得られ
る。It is also an advantage of the method of the invention that it can be applied to non-ferrous metals, such as light alloys. New possibilities are thus obtained for constructing wear-resistant armor plates, aircraft or rocket parts.
この全く新しいタイプの材料は摩耗し易い機械部品や工
具の耐用寿命を延ばしたりその生産ボストを軽減するた
めだけでなく、従来なら゛例えばドリルや切削鋼の硬質
金属ヘッドのように組立てられた成分によって必要な諸
特性が得られた集合体の構成に全く新しい可能性を与え
るためにも応用できる。This completely new type of material is not only used to extend the service life and reduce the production costs of machine parts and tools that are subject to wear, but also to improve It can also be applied to give completely new possibilities to the composition of aggregates that have obtained the necessary properties.
硬質材料粒子が表面において殆ど持ちこたえないため粗
面化を増大させ、従って摩擦を増大さける軌道車のリム
の場合に見られるように摩耗し易く且つ摩擦を生じ易い
製品にこの新規材料を応用すれば特に有利である。適当
なサイズ及び形状と適当な硬質材料の粒子を使用するこ
とにより用途に応じた効果を得ることができる。The application of this new material to wear-prone and friction-prone products, such as in the case of rail car rims, where hard material particles hold up poorly on the surface, increasing roughness and therefore friction, can be avoided. Particularly advantageous. By using particles of appropriate size and shape and of appropriate hard material, effects depending on the application can be obtained.
タングステン・カーバイド添加鋼の特性の有利な組合わ
せを以下に列記するニ
ー高い耐摩耗性と耐摩擦性、
−曲げ、圧延、−鋳造加工可能、
一耐分解または耐破壊性、
一子熱なしに、且つ亀裂のおそれなく電気溶接可能、
一硬化可能、熱処理可能。The advantageous combination of properties of tungsten carbide added steels are listed below: high wear and abrasion resistance, - bending, rolling, - casting processable, resistance to decomposition or fracture, resistance to child heat. , and can be electrically welded without fear of cracking, can be cured, and can be heat treated.
本発明の方法を応用するに際しては溶融金属の温度で溶
解しない硬質材料を使用しなければならない。また、溶
°融金属中に沈下するように溶融金属よりも比重が大き
くなければならない。When applying the method of the invention, hard materials must be used that do not melt at the temperature of the molten metal. Also, the specific gravity must be greater than that of the molten metal so that it sinks into the molten metal.
硬質材料粒子は天然生成物から、または焼結または溶融
及び場合によっては必要な研削を加えることによって得
ることができる。Hard material particles can be obtained from natural products or by sintering or melting and optionally grinding.
硬質材料を正しく分布させて最終製品の材料均一性を達
成するためには、サイズに従って粒子を へ分
類しなければならない。これは篩または空気または水分
離によって達成できる。可変添加方法により最終製品中
の硬質材料粒子分布をゾーンごとに均一化すれば、例え
ばゾーンからゾーンへの過渡弁が少しずつ変化しながら
連続するような添付パターンを達成できる。In order to properly distribute the hard material and achieve material homogeneity in the final product, the particles must be sorted according to size. This can be achieved by sieving or air or water separation. By homogenizing the hard material particle distribution from zone to zone in the final product by means of a variable addition method, it is possible to achieve a pattern of attachment, for example, a continuous transition valve from zone to zone.
粒子、粉末または結晶を冷却中の溶融金属中に分散させ
る方法は同じでも、材料に他の特性を与えることができ
る。例えば装甲板ならその溶接性及び切削性が低くなる
ようにすることができる。The method of dispersing particles, powders or crystals into the cooling molten metal can be the same but impart other properties to the material. For example, armor plates can be made less weldable and less machinable.
その−例として軽合金にカーボランダムまたはコラング
ムを添付する方法を挙げることかできる。An example of this is the method of adding carborundum or corundum to a light alloy.
異なる特性を与えるための複数の添加材料、例えば耐摩
耗性を得るためのタングステン・カーバイドと耐火性を
得るためのカーボランダムを、添加のタイミング及び量
を正しく制御しながら同一の成形工程において併用する
ことができる。このようにすれば、ほかにも新しいタイ
プの複合特性の材料を得ることができる。合金及びそれ
ぞれの添加濃度の選択は実験を行なえば当業者なら容易
に決定できる。Using multiple additive materials to provide different properties, such as tungsten carbide for wear resistance and carborundum for fire resistance, in the same molding process while correctly controlling the timing and amount of addition. be able to. In this way, other new types of materials with composite properties can be obtained. Selection of alloys and their respective addition concentrations can be readily determined by those skilled in the art through experimentation.
鋳型の断面形状は形材製造にも適用できるように設定す
ればよい。コアを導入することによって中空形材を製造
し、外枠と同様にこの中空形材にも冷却水を通す。The cross-sectional shape of the mold may be set so that it can be applied to the production of shaped materials. A hollow profile is produced by introducing the core, and cooling water is passed through this hollow profile as well as the outer frame.
合金の種類及び硬質材料との混合比:
好ましい選択を以下に例示する。摩耗の態様を考慮しな
がら好適な応用領域を考察する。摩耗は4種類に大別さ
れる:
a)硬質材料を添加した非合金または低合金鋼:この合
金は0.8〜1.8%のマンガン及び約1%のシリコン
を含むことを特徴とする。シリコンによって与えられる
機械技術的品質値のほかに、高いシリコン含有率は鋳型
内での溶融にも影響する。Type of alloy and mixing ratio with hard material: Preferred selections are illustrated below. Suitable application areas will be discussed while taking into account the mode of wear. Wear can be broadly classified into four types: a) Non-alloyed or low-alloy steel with addition of hard materials: this alloy is characterized by containing 0.8-1.8% manganese and about 1% silicon; . In addition to the mechanical quality values provided by silicon, the high silicon content also influences the melting in the mold.
シリコン含有率が不充分であると、溶融材料が電極の溶
融によって供給される場合、溶融が充分に安定しない。If the silicon content is insufficient, the melt will not be stable enough if the molten material is supplied by melting the electrodes.
シリコンは溶融状態の高温スラグ中に分散させてもよい
し、電極材料の一部として組込んでもよい。このマトリ
ックス材料には鋼合金1koにつき80〜250gの硬
質材料を添加しなけhばならない。80g以下の添加で
は耐摩耗性が不充分になる。2509以上の硬質材料を
添加すれば曲げ応力下で亀裂を生じる。この場合硬質材
料の粒子サイズも影響する。粒子サイズは所与の摩耗条
件によって決定される。基本法則は次の通りである:圧
延、衝撃または摩擦応力を受ける場合には0.8mmま
での粒子直径が好ましい。例えば穴ぐりヘッドの場合に
見られるように強力な研削、切削応力が作用する場合に
は3〜5mmのサイズが好ましい。The silicon may be dispersed in the hot molten slag or incorporated as part of the electrode material. 80 to 250 g of hard material per ko of steel alloy must be added to this matrix material. If less than 80g is added, wear resistance will be insufficient. Addition of hard materials of 2509 or higher will cause cracks under bending stress. The particle size of the hard material also plays a role here. Particle size is determined by the given wear conditions. The basic rule is as follows: Particle diameters of up to 0.8 mm are preferred when subjected to rolling, impact or frictional stresses. For example, when strong grinding or cutting stress is applied as in the case of a boring head, a size of 3 to 5 mm is preferable.
b)マルテンサイト鋼:
鉱物研削による激しい摩耗に耐える鋼が主としてこの部
類に属する。硬質材料を添加することにより耐摩耗性が
著しく高められる。好ましいマルテンサイト合金を硬度
RC(ロックウェル)の順に従って第8図に示した。b) Martensitic Steels: Steels that withstand severe wear due to mineral grinding primarily belong to this category. Wear resistance is significantly increased by adding hard materials. Preferred martensitic alloys are shown in FIG. 8 in order of hardness RC (Rockwell).
C)オーステナイト鋼:
この部類に属するのは不銹及び耐酸ステンレス・クロム
・ニッケル鋼合金である。例えばCr18%、Ni8%
、またはCr19%、Ni及びMo9%を含有するもの
、またはCr18%、Ni8%、Mn6%を含有する溶
接材料(材料第1.4370番)が公知である。これら
の合金は腐食性の環境が予想される場合に使用される。C) Austenitic Steels: This category includes rust-free and acid-resistant stainless-chromium-nickel steel alloys. For example, Cr18%, Ni8%
A welding material (Material No. 1.4370) containing 19% of Cr, 9% of Ni and Mo, or 18% of Cr, 8% of Ni, and 6% of Mn is known. These alloys are used when corrosive environments are expected.
機械的な、特に鉱物研削による摩耗に対しては全く保護
効果がない。It has no protective effect against mechanical wear, especially from mineral grinding.
本発明の硬質拐料を添加することにより、従来には考え
られなかったような全く新しい用途が可能になる。By adding the hard particles of the present invention, completely new uses that were previously unimaginable become possible.
その他のマンガン系硬質鋼を以下に述べる。これらは炭
素1.2%及びマンガン12〜17%を含有することを
特徴とする特に衝撃、圧力に耐える。Other manganese-based hard steels are described below. They are particularly shock- and pressure-resistant, characterized by containing 1.2% carbon and 12-17% manganese.
耐摩耗性には限界がある。本発明の材料を添加すること
により耐摩耗性が高められるから新しい用途が可能とな
る。極めて高い衝撃及び摩耗に耐える新しい特殊合金は
下記添加量によって得られる:C=1.0%、3i=1
.’8%、Mn=17%、Cr−17%、W= 3.5
%(平均量)。本発明の硬質材料を添加することにより
耐摩耗性が著しく高められ、史実な需要のある種々の用
途に利用できる全く新しい材料が得られる。There are limits to wear resistance. By adding the material of the present invention, wear resistance is increased and new applications become possible. A new special alloy with extremely high impact and wear resistance is obtained with the following additions: C=1.0%, 3i=1
.. '8%, Mn=17%, Cr-17%, W=3.5
% (average amount). By adding the hard materials of the invention, the wear resistance is significantly increased and a completely new material is obtained which can be used in a variety of applications with historical demand.
d)ニッケル系合金
高レベルのニッケルを含有する材料は衝撃及び摩耗条件
の下で使用するには不適当である。本発明の硬質金属粒
子を添加すればニッケル、インコ革ル、ツクステロイB
、ハステロイCも高摩耗条件。d) Nickel Based Alloys Materials containing high levels of nickel are unsuitable for use under impact and abrasion conditions. If the hard metal particles of the present invention are added, nickel, parrot leather, tuxteroy B
, Hastelloy C is also under high wear conditions.
下で使用でき把。高温においてさえ極めて優れた耐食性
が得られ、硬質材料結合により全く新しい用途が与えら
れる。なぜなら、結合時に溶融金属からの腐食分解粒子
がマトリックス中に混入することがないからである。Can be used under the handle. Extremely good corrosion resistance is obtained even at high temperatures, and hard material bonding offers completely new applications. This is because corrosion decomposition particles from molten metal are not mixed into the matrix during bonding.
成′形装置が連続的に作用するからマトリックス材料を
垂直方向に凝固させることによって加工性に優れた緊密
な材料を得ることが′できるという利点がある。電気的
に加熱したスラグを含む加熱ゾーンを利用ずればクムロ
含有率の高い合金にも利点を活用できる。The continuous operation of the forming apparatus has the advantage of vertical solidification of the matrix material, resulting in a compact material with excellent processability. The use of heating zones containing electrically heated slags can also benefit alloys with high Kumuro content.
スラグを電気的に加熱するとスラグ及び溶融金属に強い
回転運動が起こる。スラグ材料の負の抵抗特性と流れの
磁場によりスラグ中の流路及び最高温域から絶えず移動
する。この現象は電極の連続的な揺動及び回動によって
増大させられる。溶融金属が絶えず回転運動することで
微粒結晶が生−まれる。溶融スラグが溶融金属よりも高
温であるため、溶融金属材料が常にこれよりも高温のス
ラグ境界域とより低温の結晶ゾーンとの間に挾まれ、た
とえ分解する結晶があっても再び高温域で溶解されるか
ら、上記効果は一段と増大する。また、高温域では脱気
が容易になる。Electrically heating the slag causes strong rotational motion in the slag and molten metal. The negative resistance properties of the slag material and the magnetic field of the flow cause it to constantly move out of the flow path and the hottest area in the slag. This phenomenon is increased by continuous rocking and rotation of the electrode. Fine crystals are created by the continuous rotation of molten metal. Because the molten slag is hotter than the molten metal, the molten metal material is always sandwiched between the hotter slag boundary zone and the cooler crystalline zone, and even if some crystals decompose, they will not return to the hot zone again. Since it is dissolved, the above effect is further increased. In addition, degassing becomes easier in the high temperature range.
スラグの薄層が鋳型壁を掩い赤熱状において凝固材料離
型の際の優れた潤滑手段として作用し、炭素を含有する
他の潤滑グリースまたはオイルを注入する必要がなく、
金属の炭化が起こらず、気体成分を添加したり注入装置
を設ける必要がないから有利である。A thin layer of slag covers the mold walls and acts as an excellent means of lubrication during demolding of the solidified material, eliminating the need for injection of other lubricating greases or oils containing carbon.
This is advantageous because no carbonization of the metal occurs and there is no need to add gaseous components or provide injection equipment.
融点が比較的低い合金材料をその融点よりもやや高い温
度で導入し、高融点合金材料をこれよりも高温の溶融ス
ラグに供給するのが他の好ましい実施態様であり、この
場合、前記高融点合金材料電極材料として利用するかま
たは溶融状態の電極に埋込むのが特に好ましい。溶融ス
ラグ中で溶解した材料は溶融金属への移行に際して微粒
結晶となり、凝固ゾーンまで沈降した結晶がこのゾーン
に強く結合された混合結晶を形成する。Another preferred embodiment is to introduce an alloy material with a relatively low melting point at a temperature slightly above its melting point and to feed the high melting point alloy material to the molten slag at a higher temperature; Particular preference is given to using alloy materials as electrode materials or embedding them in molten electrodes. The material dissolved in the molten slag becomes fine-grained crystals upon transfer to the molten metal, and the crystals that settle to the solidification zone form mixed crystals that are strongly bound to this zone.
溶融金属を供給するため、供給流量を正確に量定し、異
物やガスの混入を効果的に防止することのできる装置を
第5図に関連して説明する。A device for supplying molten metal which can accurately quantify the supply flow rate and effectively prevent contamination by foreign objects and gases will be described with reference to FIG.
本発明の方法を実施するための装置を制御するため、鋳
型に温度センサを配置し、制御装置によって所与の基本
に基づくフィードバック制御が行なわれるように駆動手
段からモニター信号が前記制御装置にフィードバックさ
れるようにする。In order to control the apparatus for carrying out the method of the invention, a temperature sensor is arranged in the mold, and a monitor signal from the drive means is fed back to the control device so that the control device performs feedback control on a given basis. to be done.
以下添付図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説
明する。The present invention will be described in detail below based on embodiments shown in the accompanying drawings.
本発明の方法でブロックや中空ブロックを製造するには
特殊な鋳型または浸漬式成形装置を利用することができ
る。この装置を第1図に示した。Special molds or dip molding equipment can be used to produce blocks and hollow blocks using the method of the invention. This apparatus is shown in FIG.
先ず鋳型Kaを加熱容器50内の加熱ゾーンH2に配置
し、鋳型に溶融金属Sを充填してから、硬質材料粒子3
aの制御可能分散装置57を含む供給装置DVを溶融金
属Sの頂面56の上方に配置する。First, the mold Ka is placed in the heating zone H2 in the heating container 50, the mold is filled with molten metal S, and then the hard material particles 3 are filled.
A feed device DV comprising a controllable dispersion device 57 of a is placed above the top surface 56 of the molten metal S.
溶融金属を冷却するため鋳型1(aと共に加熱ゾーンH
2aから冷却水KWから成る冷却ゾーンへ所与の浸漬速
度で浸漬させ、凝固材料14aと溶融材料Sとの境界5
5がほぼ扁平に、従って冷却水への浸漬速度が溶融金属
の凝固速度と等しくなるようにする。このようにすれば
分解が回避される。下方へ浸漬させ、その分だけ鋳型を
囲む冷却水KWの水位を上昇させ、加熱容器50を平行
に持上げる態様は図示の態様に限定されない。To cool the molten metal, mold 1 (along with heating zone H)
The boundary 5 between the solidified material 14a and the molten material S is
5 is substantially flat, so that the rate of immersion in the cooling water is equal to the rate of solidification of the molten metal. In this way decomposition is avoided. The embodiment in which the mold is immersed downward, the water level of the cooling water KW surrounding the mold is raised by that amount, and the heating container 50 is lifted in parallel is not limited to the embodiment shown.
凝固材料14a1即ら、製造されるブロック中における
硬質材料粒子33aの分布が均一となるように、第2図
に示すように、溶融材料Sの総高hgを通って粒子が沈
降または移動する時間11とこれに続く冷却時間tkか
ら成る総時間に亘って硬質材料の総量を均等に分散させ
る。鋳型Kaの浸漬は硬質材料゛粒子が鋳型の底51に
達するや否や開始される。As shown in FIG. 2, the time required for the particles to settle or move through the total height hg of the molten material S is determined so that the distribution of the solidified material 14a1, that is, the hard material particles 33a in the manufactured block is uniform. The total amount of hard material is evenly distributed over a total time of 11 and a subsequent cooling time tk. The immersion of the mold Ka begins as soon as the hard material particles reach the bottom 51 of the mold.
第2図はそのタイミング・グラフである。線geは鋳型
の底51に対する境界55の位置を示し、線dは総量に
対する硬質材料粒子の分散量を示じhd 、
、は添加ゾーンの高さを示す。FIG. 2 is the timing graph. The line ge shows the position of the boundary 55 with respect to the bottom 51 of the mold, the line d shows the amount of dispersion of hard material particles relative to the total amount hd,
, indicates the height of the addition zone.
凝固材料から製造される機械部品のうちには例えばドリ
ルの先端部のように一部分だけに耐摩耗性を与えること
が好ましいものがある。この場合、総高k(lに占める
添加シー′ンhde 、 hdaの位置に応じて硬質材
料の分散を総時間tt+tk、(第3図、第4図)に対
してタイム・スロットte、 taに行なう。Some machine parts made from solidified materials, such as the tip of a drill, are preferably made wear resistant in only a portion. In this case, depending on the position of the addition scene hde, hda in the total height k(l), the dispersion of the hard material is determined in the time slots te, ta for the total time tt+tk, (Figs. 3 and 4). Let's do it.
この方法により溶融金属Sにおける粒子34aの沈降と
凝固材料14aの成長との対向運動が常に考慮される。With this method, the countermovement of the settling of the particles 34a in the molten metal S and the growth of the solidified material 14a is always taken into account.
分散は粒子が境界55に達するより前走時間tte 、
ttaだけ早く始まる。The dispersion takes a pre-travel time tte before the particles reach the boundary 55,
tta starts earlier.
沈降時間が短いため誤差が少なくなるという点で第3図
に示す態様の方が第4−の態様よりも好ましい。第3図
と第4図の方式を重ね合わせることによりブロック両端
に添加することも本発明の範囲に含まれる。The embodiment shown in FIG. 3 is more preferable than the fourth embodiment in that the settling time is short and errors are reduced. It is also within the scope of the present invention to add to both ends of the block by superimposing the methods of FIGS. 3 and 4.
ブロックの垂直方向に更に添加ゾーンを増やすことも可
能である。これらのゾーンは無添加断面で簡単に分離す
ることができる。It is also possible to add further dosing zones in the vertical direction of the block. These zones can be easily separated in the additive-free cross section.
水平断面における硬質材料粒子の分散がある程度不均一
になることはあり得ない。例えば外側部分で添加濃度が
増大する可能性がある。乱流のため沈降は必ずしも垂直
ではないから側方への片寄りを予想しなければならず、
この片寄りはゾーンの横方向境界の限定を不正確にする
。It is impossible that the distribution of the hard material particles in the horizontal section is not uniform to some extent. For example, the additive concentration may increase in the outer part. Due to turbulent flow, sedimentation is not necessarily vertical, so sideways deviation must be expected.
This offset makes the lateral boundaries of the zone inaccurately defined.
鋳型の断面形状は用途に応じて異なる。また、鋳型にコ
アを挿入することで中空体を形成することができ、この
中空体にも型外壁同様下方から冷却水を通す。The cross-sectional shape of the mold varies depending on the application. Further, a hollow body can be formed by inserting a core into a mold, and cooling water is passed through this hollow body from below as well as the outer wall of the mold.
硬質材料粒子の沈降が溶融金属Sの表面56に発生ずる
泡によって妨げられたり、硬質材料粒子31aと共に空
気が溶融物に混入してマトリックスに対する硬質材料粒
子の結合が不完全になるのを防止するため、好ましい装
置実施例では分散装置57と表面56の間に保護ガス、
例えば金属の種類に応じてアルゴン、窒素または酸化炭
素を導入するか、または数トル程度の真空を発生さ、ぜ
れば溶融物Sの脱気にも効果的である。このため鋳型1
(aと分散装置57の間にガスまたは真空供給口53を
有する気密カバー52を設ける。好ましくはカバー52
内に、通過する硬質材料粒子31aに対する加熱装置、
例えばプラズマ加熱装置58を配して、溶融物Sの表面
56真上に加熱ゾーンHZbが形成されるようにする。Prevents the settling of the hard material particles from being hindered by bubbles generated on the surface 56 of the molten metal S, and prevents air from being mixed into the melt together with the hard material particles 31a, resulting in incomplete bonding of the hard material particles to the matrix. Therefore, the preferred device embodiment includes a protective gas between the dispersion device 57 and the surface 56.
For example, depending on the type of metal, argon, nitrogen, or carbon oxide may be introduced, or a vacuum of several Torr may be generated, which is effective for degassing the melt S. For this reason, mold 1
(An airtight cover 52 having a gas or vacuum supply port 53 is provided between the dispersion device 57 and the dispersion device 57. Preferably, the cover 52
a heating device for the hard material particles 31a passing therein;
For example, a plasma heating device 58 is arranged so that a heating zone HZb is formed directly above the surface 56 of the melt S.
この加熱ゾーン1−12)bにおいて硬質材料粒子がそ
の表面を短時間に亘って加熱され、その結果、マトリッ
クス中により強固に埋込まれることにな−る。添加量及
び分散分布と、移動時間及び冷却時間とに対する分散タ
イミングの制御は当業者がシェーカと呼んでいる手段及
び例えば第5図に示すように制御可能なシェーカR及び
揺動装置を含む時定スイッチによって行なう。制御回路
は例えばソナー位置探知装置によって凝固材料の境界5
5の位置を、またこれに応じて冷却ゾーンの運動、例え
ば冷却水の上昇及び添加時間を絶えず制御する閉ループ
制御手段によって補完する。In this heating zone 1-12)b, the surfaces of the hard material particles are heated for a short period of time, so that they become more firmly embedded in the matrix. The control of the dispersion timing with respect to the addition amount and dispersion distribution as well as the travel time and the cooling time is carried out by means that those skilled in the art refer to as a shaker, and for example, as shown in FIG. This is done with a switch. The control circuit detects the boundary 5 of the coagulated material by e.g. a sonar positioning device.
5 is also complemented by closed-loop control means which constantly control the movements of the cooling zone, such as the rise and addition times of the cooling water, accordingly.
均一に添加された材料ではなく、可変添加パターン、例
えば漸次変化して移行する複数添加ゾーンの形成も可能
である。Rather than uniformly doped material, variable dosing patterns, for example the formation of multiple dosing zones with gradual transitions, are also possible.
本発明の方法では他の特性、例えばシールドまたは防御
設備に要望される難溶接性、難切削性などを高めるため
硬質材料以外の成分を溶融金属に添加することも可能で
ある。例えば軽金属に石英やコーランダムを添加するこ
とができる。In the method of the present invention, it is also possible to add components other than hard materials to the molten metal in order to improve other properties, such as difficult-to-weld properties and difficult-to-cut properties required for shielding or defense equipment. For example, quartz or corundum can be added to the light metal.
種々の特性を得るため種類の異なる複数の充填材を用い
ることができ、例えば耐摩耗性を得るためのタングステ
ン・カーバイドと耐火性を得るための石英を、それぞれ
に適当なタイミングで溶融金属中に分散させる。これに
よって本発明の新規の複合特性が得られる。Different types of fillers can be used to achieve different properties, such as tungsten carbide for wear resistance and quartz for fire resistance, each added to the molten metal at the appropriate time. disperse. This provides the novel composite properties of the present invention.
第5図には電気的に加熱された溶融スラグを加熱ゾーン
H2として利用して本発明の方済を実施する連続鋳造装
置を一部簡略化した垂直断面図で示しである。同じ方法
を採用しながら鋳型として断面形状の異なるものを使用
することができる。FIG. 5 shows a partially simplified vertical sectional view of a continuous casting apparatus implementing the method of the present invention using electrically heated molten slag as heating zone H2. It is possible to use molds with different cross-sectional shapes while employing the same method.
また、図示の注入/添加装置は別のものと交換すること
も可能でり、図面にはその基本的な機能を示しであるに
すぎない。Furthermore, the illustrated injection/addition device can also be replaced by another one, and the drawing only shows its basic function.
図示の鋳型には銅製であり、冷却水は連結管KW1.K
W2間を流動する。水平断面は円形でも矩形でもよい。The illustrated mold is made of copper, and the cooling water is connected to the connecting pipe KW1. K
Flows between W2. The horizontal cross section may be circular or rectangular.
例えば板材の製造を目的とする場 “1゜合の
ように、図面において幅よりも奥行の方かはるかに長け
れば数センチメートルごとに数本の電極13を並置して
、溶融スラグ12へ充分な流量が達するようにする。鋳
型の底が閉鎖されている場合、つまり抜取り装置Zが設
けられていなければ、〜鋳型の形状と、一致した鋳造物
を製造することかできる。この場合、冷却後に鋳造物を
取外すため鋳型を少なくとも両半体に分割すればよい。For example, when the purpose is to manufacture plate materials, if the depth is much longer than the width in the drawing, as in the case of "1°", several electrodes 13 are placed side by side every few centimeters, and the molten slag 12 is If the bottom of the mold is closed, i.e. without a sampling device Z, it is possible to produce castings that match the shape of the mold.In this case, cooling The mold can be divided into at least two halves for later removal of the casting.
図示の鋳型には丸材製造用のものであり、直径30++
+m以上の丸材を製造できるのが普通である。もっと直
径の小さいものを製造するには溶融スラグの溶融スペー
スを広くする。このため銅製鋳型にの頂部に鋼リング1
を配置する。The illustrated mold is for manufacturing round materials, and has a diameter of 30++.
It is normal to be able to produce round materials with a diameter of +m or more. To produce smaller diameter products, the melting space of the molten slag is increased. For this purpose, a steel ring 1 is placed on top of the copper mold.
Place.
数本の電極13を並置すれば扁平材、例えば断面が20
X 200m1ll 2の扁平材を製造できる。電極は
振子運動し、電極間に硬質材料31が分散される。こう
して均一な分布が得られる。分布は振子運動と流路周り
の強力な磁場によって改善される。この分布効果は焼結
カーバイドまたは硬質金属スクラップを使用する場合特
に顕著である。この場合硬質金属粒子13は磁場によっ
て電極13に向って吸引される。電極を絶えず溶融し、
均等に振子運動させることにより均一な分布が達成され
る。By arranging several electrodes 13 in parallel, a flat material, for example, with a cross section of 20
A flat material of 200ml x 200ml can be manufactured. The electrodes oscillate and the hard material 31 is distributed between them. A uniform distribution is thus obtained. The distribution is improved by pendulum motion and a strong magnetic field around the channel. This distribution effect is particularly pronounced when using sintered carbide or hard metal scrap. In this case, the hard metal particles 13 are attracted towards the electrode 13 by the magnetic field. Constantly melting the electrode,
Uniform distribution is achieved by even pendulum movement.
圧延製品の原料は、断面が40X 40mm2.50X
50mm2または60X 60+111112であり、
狂いのない材料を得るには少なくとも2〜3本を電極1
3を使用して正方形断面上に振子運動させねばならない
。これと同様に振子運動させながら硬質材料粒子31を
溶融金属12または53中に分散させる。振子運動を与
えなければ鋳型壁付近にスラグ巣が発生する。断面の中
心に硬質材料を分散させると中央部に硬質材料の柱状部
分が形成され、後に行なわれる圧延に際してこの結晶柱
状部に亀裂を生ずる。The raw material for rolled products has a cross section of 40x40mm2.50x
50mm2 or 60X 60+111112,
To obtain a consistent material, use at least 2 to 3 electrodes.
3 must be used to make a pendulum movement on a square cross section. Similarly, the hard material particles 31 are dispersed in the molten metal 12 or 53 while making a pendulum movement. If pendulum motion is not applied, slag cavities will occur near the mold wall. When hard material is dispersed in the center of the cross section, a columnar portion of hard material is formed in the center, and cracks are generated in this crystal columnar portion during subsequent rolling.
使用するカーバイドの種類に応じて断面上の分布を制御
する態様を変えねばならない。溶融タングステン・カー
バイドは比較的深い境界中央部に沈降する傾向があり、
焼結タングステン・カーバイドは磁場の作用下に鋳型壁
に向って駆動される。The manner in which the distribution on the cross section is controlled must be changed depending on the type of carbide used. Molten tungsten carbide tends to settle in the center of relatively deep boundaries;
Sintered tungsten carbide is driven against the mold wall under the influence of a magnetic field.
この場合、通常要望されるように表面に粒子が分散され
ている製品となる。In this case, the result is a product with particles dispersed on its surface, as is normally desired.
断面積が70x 70mm2を超えると結晶柱が更に形
成され易くなる。従って扁平形材の製造は極めて容易で
ある。第5図はその他の断面形状に関す゛る例である。When the cross-sectional area exceeds 70 x 70 mm2, crystal columns are more likely to be formed. Therefore, manufacturing of flat shaped members is extremely easy. FIG. 5 is an example of another cross-sectional shape.
凝固後、形材は赤熱状態で鋳型を離脱し、その抜取り温
度は約900°〜1,000℃である。鋳型から降下す
るに従りて先ずスラグ層15が冷却され、大部分が表面
から剥離する。After solidification, the profile leaves the mold in a red-hot state, and its extraction temperature is approximately 900° to 1,000°C. As the slag layer 15 descends from the mold, it first cools down and most of it peels off from the surface.
鋳型から離れた位置でマトリックス材料を溶融する場合
、溶融金属S1は導入口SEを通ってスラグ回収容器S
Fに供給され、上下からスラグ除去装置21.22によ
ってスラグを除かれた後、制御可能な底弁■を通って漏
斗Tに沈降する。この漏斗はの垂直軸を中心に回転対称
であり、沈降する溶融材料Sが回転せず、従って空気を
引き込まないような垂直断面形状を具えている。When melting the matrix material away from the mold, the molten metal S1 passes through the inlet SE and into the slag collection container S.
After being deslagged by the slag remover 21.22 from above and below, it settles into the funnel T through the controllable bottom valve . The funnel is rotationally symmetrical about its vertical axis and has a vertical cross-sectional shape such that the settling molten material S does not rotate and therefore does not entrain air.
漏斗の出口TMは鋳型にの拡径部11の近くに位置する
溶融スラグ12の直ぐ上に開口している。鋳型にへ流入
する流量323は漏斗T内の溶融物S2の高さh2によ
って決定される。従って、高さh2に応じて弁制御手段
VSにより底弁■を制御すればよい。但し図示の実施例
ではばね下に取付けられ、重量センサGmに接続された
充填状態漏斗■の重量を絶えず測定し、漏斗Tへの流量
12が所与の流出量S23と等しくなるようにする。尚
、流出量323は連続鋳造を平衡状態で進行させるため
、抜取られる凝固材料の量と等しくなければならず、鋳
型中の溶融金属が所定の高さに達した状態を所期状態と
設定し、抜取り装置7の引出し速度を鋳型にの下に設け
た温度センサTS3からの湯度検知信号によって制御す
る。The outlet TM of the funnel opens directly above the molten slag 12 located near the enlarged diameter 11 of the mold. The flow rate 323 into the mold is determined by the height h2 of the melt S2 in the funnel T. Therefore, the bottom valve (2) may be controlled by the valve control means VS in accordance with the height h2. However, in the embodiment shown, the weight of the filling funnel (2), which is mounted under springs and is connected to a weight sensor Gm, is constantly measured so that the flow rate 12 into the funnel T is equal to the given outflow rate S23. Note that the outflow amount 323 must be equal to the amount of solidified material extracted in order to proceed with continuous casting in an equilibrium state, and the state in which the molten metal in the mold reaches a predetermined height is set as the desired state. The drawing speed of the extracting device 7 is controlled by a hot water temperature detection signal from a temperature sensor TS3 provided below the mold.
溶融スラグ12は内側の水によって冷却されず鋳型への
熱伝導だけによって冷却されるリム1に至る鋳型にの漏
斗状上部N内に保持される。溶融スラグの高さhはスラ
グ供給装置3d1例えばシェーカ装置による溶融スラグ
12へのスラグ粉SP混入によって安定化される。The molten slag 12 is held in the funnel-shaped upper part N of the mold leading to the rim 1, which is not cooled by water inside but only by heat conduction into the mold. The height h of the molten slag is stabilized by mixing slag powder SP into the molten slag 12 using a slag supply device 3d1, for example, a shaker device.
硬質材料粒子30は容器40に貯蔵され、この容器から
底部の制御可能なシェーカRにより定量の粒
″I9子流31が好ましくは電極31の近傍に達するホ
ース41及びその口部42を介して溶融スラグ12に流
入し、前記電極31は振動運動装置A/Pと連動し、該
装置によりホース41も振子運動を与えられる。既に述
べたように、硬質材料粒子31はもし透磁性ならば電極
13及び溶融スラグ12を流れる電流が発生させる磁場
によって保持され、磁場の周りに絶えず流路が移動し、
前記硬質材料粒子は磁場の力により運ばれ、鋳型にの漏
斗状部分11のリムにまで達するスラグ表面上に分布さ
れる。溶融スラグ12の下縁からの高さhlと相俟って
漏斗状部分11の形状により、溶融スラグ121)溶融
金属S2及び凝固材料14の断面における硬質材料粒子
32.33及び34の分布が限定される。例えば、渭斗
状部分の容積を大きく設定すれば、表面に近いゾーンに
おける硬質材料濃度が増大する。The hard material particles 30 are stored in a container 40 from which a metered amount of particles is extracted by a controllable shaker R at the bottom.
``I9 daughter stream 31 preferably enters the molten slag 12 via a hose 41 and its mouth 42 which reaches in the vicinity of the electrode 31, said electrode 31 being coupled to a vibratory movement device A/P, by which the hose 41 As already mentioned, if the hard material particles 31 are magnetically permeable, they will be held by the magnetic field generated by the current flowing through the electrode 13 and the molten slag 12, and the flow path will constantly move around the magnetic field. ,
The hard material particles are carried by the force of the magnetic field and distributed on the slug surface up to the rim of the funnel-shaped part 11 of the mold. The shape of the funnel-shaped portion 11 together with the height hl from the lower edge of the molten slag 12 limits the distribution of hard material particles 32, 33 and 34 in the cross section of the molten slag 121) molten metal S2 and solidified material 14 be done. For example, increasing the volume of the dowel portion increases the hard material concentration in the zone near the surface.
このような連続鋳造中、鋳型壁の種々の高さ、鋳型壁の
下、及びリム1において異なる温度が測定され、これら
の温度がスラグ表面、溶融金属表面、及びある程度まで
凝固境界の高さを示唆する。During such continuous casting, different temperatures are measured at different heights of the mold wall, below the mold wall and at rim 1, and these temperatures influence the height of the slag surface, molten metal surface and, to some extent, the solidification boundary. suggest.
従ってこれらの位置に温度センサTS1.TS2゜TS
3を設け、これらを制御装置STに接続され、制御装置
は前記信号に従って下記要件を制御する。Therefore, temperature sensors TS1. TS2゜TS
3 are connected to a control device ST, and the control device controls the following requirements according to the signals.
1、スラグ供給装置Sd
21)互いに所与の比率にある材料供給流量S 23゜
13a 、 31を介して溶融物S3の高さ3、抜取り
装置Zの抜取り速度、及
び4、鋳型K及び電極13と接続する発電器Gの給電m
0
電極13は高融点材料、例えばタングステンで形成する
か、または内側から水冷する。電極は溶融スラグ12の
表面中央域上を数秒周期で絶えず移動する振子運動また
は撹拌装置A/Pと接続し、電極は溶融スラグ中へその
高さの約′、/4または1/2まで浸漬される。1. Slag feed device Sd 21) Material feed flow rate S 23° 13a, 31 in a given ratio to each other, height of the melt S3 3, withdrawal speed of the withdrawal device Z, and 4. Mold K and electrode 13 Power supply m of generator G connected to
0 The electrode 13 is made of a high melting point material, for example tungsten, or is water-cooled from the inside. The electrodes are connected to a pendulum motion or stirring device A/P that moves continuously over the central area of the surface of the molten slag 12 with a period of several seconds, and the electrodes are immersed into the molten slag to about 1/4 or 1/2 of its height. be done.
電極13が合金材料からなる他の実施例では振子運動装
置が送り駆動装置をも兼ね、溶融材料の流量S23に対
応する合金材料必要量に応じて制御される。In another embodiment in which the electrode 13 is made of an alloy material, the pendulum motion device also serves as a feed drive and is controlled in accordance with the required amount of alloy material corresponding to the flow rate S23 of molten material.
合金材料を、また場合によっては溶融材料全体を電極を
介して供給するには合金材料を充填した管または燐酸被
膜帯状材を利用すればよい。合金材料は合金の融点が個
々の材料の融点よりもはるかに低くなるように2〜3種
類の合金材料または結晶から成ることが好ましく、所要
の合金組成に゛ 応じて材料比率が決定される。例えば
フェロシリコン、フェOΦマンガン、フェロ−クロム、
フェロ・タングステンのような鉄系合金、またはFe・
Cr−C,FeFe−8i−、Fe−W−Cのような3
成分合金が使用される。キャリア材料としては非合金鉄
、またはクロムかニッケルを含有する鉄系合金を使用す
ればよい。A tube filled with alloy material or a phosphate-coated strip may be used to supply the alloy material, and in some cases the entire molten material, through the electrodes. The alloy material is preferably composed of two or three types of alloy materials or crystals so that the melting point of the alloy is much lower than the melting point of the individual materials, and the ratio of the materials is determined depending on the desired alloy composition. For example, ferrosilicon, ferromanganese, ferrochrome,
Ferrous alloys such as ferro-tungsten, or Fe-
3 such as Cr-C, FeFe-8i-, Fe-W-C
Component alloys are used. The carrier material may be unalloyed iron or an iron-based alloy containing chromium or nickel.
発電機Gの電流または電圧は溶融スラグ12の高さの約
1/3の浸漬深度まで電極i13が溶融するような強さ
に設定する。場合によってはごく少量の合金材料を必要
とし、加熱電流が溶融スラグの所定温度にまで達する強
さを要求されるなら・溶融電極と不活性電極を並置しな
ければならない。The current or voltage of the generator G is set to such a strength that the electrode i13 is melted to an immersion depth of about 1/3 of the height of the molten slag 12. In some cases, only a small amount of alloying material is required, and if the heating current is required to be strong enough to reach a predetermined temperature of the molten slag, a melting electrode and an inert electrode must be juxtaposed.
制御装置はプログラム制御されるプロセッサであり、そ
のプログラムは本発明の方法に従って作用する。制御装
@STの出力回路からスラグ供給装置Sd、弁制御装置
Vs、抜取り装置Z1電極送り/揺動装置A/P、硬質
材料供給装置fRaなどの各゛装置に制御線Sda、
Vsa、 Za 、 A/Pa 。The control device is a program-controlled processor whose program operates according to the method of the invention. From the output circuit of the control device @ST, control lines Sda,
Vsa, Za, A/Pa.
Raが配線され、発電機Gへは制御線Qaが配線されて
いる。発電11Gは整流回路を含むかまたは含まない制
御可能なトランスでもよいし、溶接技術において公知の
パルス制御発電機でもよい。電流ではなく電圧を制御す
る場合には、溶融スラグの負の抵抗特性により該スラグ
中に強い乱流が発生するが、原則としてこれは有利な現
象である。A control line Qa is connected to the generator G. The power generator 11G may be a controllable transformer with or without a rectifier circuit, or a pulse-controlled generator known in the welding art. When controlling the voltage rather than the current, the negative resistance properties of the molten slag create strong turbulence in the slag, which is in principle an advantageous phenomenon.
本発明の制御方法においては、抜取り温度、スラグ高、
溶融金属高、合金材料比率、振子運動振幅、スラグ温度
などの作業条件が入力装置E、例えばキーボードを介し
て制御装置STに入力される。作用パラメータ及び基準
値からの偏差は出力装置、例えば表示装置やプリンタを
介して供給される。溶融金fis1、スラグ粉SP1硬
質材料粒子及び電極の駆動装置及び容器、及び冷却水タ
ンクには、それぞれの状態をモニター線RMを介して餠
御装置、S Tに送信する適当なセンサを設ける。In the control method of the present invention, the sampling temperature, slag height,
Working conditions such as molten metal height, alloy material ratio, pendulum motion amplitude, slag temperature, etc. are entered into the control device ST via an input device E, for example a keyboard. The operating parameters and the deviations from the reference values are provided via an output device, for example a display or a printer. The drive device and container for the molten metal fis1, the slag powder SP1 hard material particles and electrodes, and the cooling water tank are provided with appropriate sensors that transmit their respective states to the control device, ST, via the monitor line RM.
起動及び停止のタイミングを制御するため、制御装置W
STをクロックCLに接続し、そのクロック信号により
特定プログラムに従い、溶融装置を平衡状態にする時定
数を求める。特定の鋳型を初めて操作する際にはオペレ
ータが直接制御し、1組の作業条件を入力し、実際に信
号によって与えられた作用パラメータを記録する。以後
の作業では測定された作用パラメータをフィードバック
制御の基準値として利用し、記録されているパラメータ
に対する実測信号の偏差を上述の駆動装置、弁などのよ
うな各制御手段の制御に利用する。例えば部品交換や材
料再充填のため一時作業を停止不接にも同じような制御
が行なわれる。In order to control the timing of starting and stopping, a control device W
ST is connected to a clock CL, and the clock signal determines a time constant for bringing the melting device into equilibrium according to a specific program. When operating a particular mold for the first time, the operator takes direct control, enters a set of working conditions and records the operating parameters actually given by the signals. In subsequent operations, the measured operational parameters are used as reference values for feedback control, and the deviations of the measured signals from the recorded parameters are used to control each control means such as the drive device, valves, etc. described above. For example, similar control is performed even when work is temporarily stopped to replace parts or refill materials.
溶融スラグの温度はタングステン・カーバイドや硬質金
属スクラップを使用する場合、1,700℃〜2,00
0℃が好適である。The temperature of molten slag is between 1,700°C and 2,000°C when using tungsten carbide or hard metal scrap.
0°C is preferred.
スラグ粉は例えば下記混合物で構成すればよい。The slag powder may be composed of, for example, the following mixture.
−酸化珪素及び酸化チタニウム45%、酸化カルシウム
及び酸化まマグネシウム10%、酸化アルミニウム及び
酸化マンガン40%、弗化カルシウム5%、または
一酸化珪素35%、酸化マグネシウム20%、酸化アル
ミニウム25%、弗化カルシウム及びその他10%
鋳型Kからの材料抜取り温度は約i 、 ooo’c即
ち、常に使用されるマトリックス材料の融点以下でなれ
ればならない。溶融スラグ12中で硬質材料粒子32を
その表面だけで溶解させるため、支うグ高り及びスラグ
温度を粒子がスラグ中を移動するのに必要な時間との関
係で正しく設定しなければならない。精成及び粒子形状
と溶融スラグ12に対する比重はスラグの粘度と共に考
慮すべきパラメータである。スラグの平均的な標準高は
4cmである。- 45% silicon oxide and titanium oxide, 10% calcium oxide and magnesium oxide, 40% aluminum oxide and manganese oxide, 5% calcium fluoride, or 35% silicon monoxide, 20% magnesium oxide, 25% aluminum oxide, fluoride Calcium chloride and other 10% The temperature at which the material is withdrawn from the mold K must be approximately i, ooo'c, ie always below the melting point of the matrix material used. In order to melt the hard material particles 32 in the molten slag 12 only on their surfaces, the supporting gage height and the slag temperature must be set correctly in relation to the time required for the particles to move through the slag. Refining and particle shape and specific gravity for the molten slag 12 are parameters to be considered along with the viscosity of the slag. The average standard height of the slag is 4 cm.
第6図は多量のクロムを含み、硬質材料としてタングス
テン・カーバイドを使用するマトリックス材料サンプル
を電子顕微鏡拡大した断面図である。硬質材料H1は深
さ数マイクロメータの拡散ゾーンD1によって隙間なく
囲まれている。マトリックス材料M1には厚さ約1マイ
クロメータの枝を形成する硬質材料の樹枝構造D2が低
濃度で含まれている。樹枝構造02間のスペースはマト
リックス材料によって完全に充填されている。第7図は
約0.18%の炭素を含有し、WC+Ta C+Ti
Cから成る焼結硬質金属粒子H2を添加された5T37
−2非合金鋼のマ、トリックス材料の低倍率断面図であ
る。内側には拡散ゾーンが認められ゛ないが、これは第
6図よりも倍率が低いからである。FIG. 6 is an electron microscope enlarged cross-sectional view of a matrix material sample containing a large amount of chromium and using tungsten carbide as the hard material. The hard material H1 is tightly surrounded by a diffusion zone D1 several micrometers deep. The matrix material M1 contains a low concentration of dendritic structures D2 of hard material forming branches approximately 1 micrometer thick. The spaces between the dendritic structures 02 are completely filled with matrix material. Figure 7 contains about 0.18% carbon, WC+Ta C+Ti
5T37 added with sintered hard metal particles H2 consisting of C
-2 is a low magnification cross-sectional view of a matrix material of non-alloy steel. No diffusion zone is visible on the inside, but this is because the magnification is lower than in Figure 6.
樹枝状ゾーンD20は粒子H3からマトリックス材料中
へ約100マイクロメータ入り込んでいる。Dendritic zone D20 extends approximately 100 micrometers into the matrix material from particle H3.
低濃度の硬質材料拡散ゾーンD30が樹枝状構造を越え
て更に30マイクロメータ広がり、このゾーンの外側に
純粋なマトリックス材料M2が見える。A low concentration hard material diffusion zone D30 extends beyond the dendritic structure for a further 30 micrometers, and pure matrix material M2 is visible outside this zone.
底を閉鎖された両半体から成る鋳型において本発明の製
法を応用することも可能であり、製造開始時に溶融高温
スラグを充填し、次いで溶融金属を充填し、スラグを電
流加熱しながら電極を介して硬質材料粒子を添加する。It is also possible to apply the manufacturing method of the present invention in a mold consisting of two halves with a closed bottom, filling it with molten hot slag at the start of production, then filling it with molten metal, and heating the slag with an electric current while applying the electrodes. Add the hard material particles through.
この方法では機械加工を施さずにたがね、ドリル、ドリ
ル・ヘッド、スクレーパ刃、すきの刃などを製造でき、
用途に応じ特に外面や切削刃などに添加を局限すること
ができる。制御装@S丁は個々の溶融プロセスを適正に
制御するように作成されたブOグラムに従い、それぞれ
のタイミング及び量に関して駆動装置及び弁を起動、停
止させ、且つ制御する。This method allows the manufacture of chisels, drills, drill heads, scraper blades, plow blades, etc. without machining.
Depending on the application, the addition can be particularly limited to the outer surface or cutting edge. The controller starts, stops, and controls the drives and valves with respect to their respective timing and amounts according to a program created to properly control the individual melting processes.
合金成分と共に所要の割合で硬質材料粒子31をあらか
じめ電極材料に添加すれば制御装置及び処理装置を単純
化することかできる。このようにすれば硬質材料供給装
置R及び容器40を別設する必要がなくなる。If the hard material particles 31 are added in advance to the electrode material together with the alloy components in the required proportions, the control device and processing device can be simplified. In this way, there is no need to separately provide the hard material supply device R and the container 40.
同じ処理装置で負なる合金及び添加物を処理する場合に
はタイプの異なる電極を用意しておか・ねばならない。When processing negative alloys and additives in the same processing equipment, different types of electrodes must be prepared.
多様な電極を併用すれば限られた種類の電極で広範囲の
材料を処理することができる。By using a variety of electrodes together, a wide range of materials can be processed with a limited number of electrodes.
合金材料・を含有する帯状材を、発電機に接続せずに溶
融スラグに送入することも可能である。その場合、溶融
エネルギーがスラグから局部的に抽出され、その結果、
局部的温度低下が起こるが、このことを有利に利用する
ことができる。なぜな 1ら、温度分布が結晶現
象に影響するからである。It is also possible to feed the strip containing the alloy material into the molten slag without being connected to the generator. In that case, melting energy is extracted locally from the slag, resulting in
A local temperature drop occurs, which can be used to advantage. The reason is that temperature distribution affects crystal phenomena.
当業者なら製造された材料の断面を分析することでこの
効果を分析できる。A person skilled in the art can analyze this effect by analyzing a cross-section of the material produced.
第1図は浸漬鋳造装置の垂直断面図、第2〜4図は硬質
材料添加ブロックと添加物冷却のタイミング・グラフ、
第5図は連続鋳造装置を一部簡略化して示す垂直断面図
、第6図は硬質材料粒子境界の電子顕微鏡拡大断面図、
第7図は第6図と同様の、但し低倍率の断面図、第8図
は好ましいマルテンサイト合金の化学組成を硬度の順に
従って示す表である。
特許出願人 ヴアルナル シャッツ代理人弁理士
吉 村 悟
図面の浄書(内容に変更なし)
Z
Fig、1
1、事件の表示 昭和占五年特許願第227623号
25)発明の名称 硬質金属粒子を埋設させた金属ブ
ロック、鋳造物または形材の製造方法及びその菰詔3、
補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所 ドイツ連邦共和国、6119 カルルスバ欠
り、カルバク 81 、、.
7””7T〜5・補1命’?j (7) 84″I
7和60年′月′°B3発“8)、−〇、補正の対象
委任状、図面
7、補正の内容 別紙の通り委任状及び同訳文並p図
通の浄書(内容に変更なし)を補充(Figure 1 is a vertical cross-sectional view of the immersion casting equipment, Figures 2 to 4 are timing graphs of the hard material addition block and additive cooling;
Fig. 5 is a partially simplified vertical cross-sectional view of the continuous casting device, Fig. 6 is an enlarged cross-sectional view of hard material particle boundaries under an electron microscope,
FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 6, but at a lower magnification, and FIG. 8 is a table showing the chemical composition of preferred martensitic alloys in order of hardness. Patent Applicant Vualnal Schatz Patent Attorney Satoru Yoshimura Engraving of the drawing (no changes to the content) Z Fig, 1 1, Indication of the case 1939 Patent Application No. 227623 25) Title of the invention Embedding of hard metal particles 3, a method for manufacturing metal blocks, castings or shapes, and instructions therefor;
Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant address Federal Republic of Germany, 6119 Karlsba Kashi, Kalbak 81,.
7""7T~5・Supplementary 1 life'? j (7) 84″I
7W60'Mon'°B3 shots "8), -〇, subject to correction
Power of attorney, drawing 7, contents of amendments: The power of attorney, the same translation, and the engraving of p.
Claims (26)
融金属S3.5の凝固が先行するような速度で、好まし
くは水で冷却される下方の冷却ゾーンKWへ移行される
溶融金属S3、5から金属ブロック、鋳造物、または形
材14、14aを製造する方法において、粉末、粒子ま
たは結晶粒子から成る硬質材料31、31aを冷却時間
に亘って上方の加熱ゾーンHZ、HZa、HZbから硬
質材料31、31aの融点以下の温度の溶融金属S3、
5の表面56に配分し、且つその内部に分散させること
を特徴とする方法。(1) The molten metal S3, 5 is transferred from the upper heating zone HZ, HZa, HZb to the lower cooling zone KW, preferably cooled with water, at such a rate that the solidification of the molten metal S3.5 is preceded. A method for manufacturing metal blocks, castings or profiles 14, 14a from a hard material 31, 31a consisting of powder, particles or crystal grains from an upper heating zone HZ, HZa, HZb during a cooling period. 31, molten metal S3 at a temperature below the melting point of 31a,
A method characterized in that the method is characterized in that it is distributed over and dispersed within the surface 56 of 5.
1、31aの融点よりも高く、前記粒子が溶融スラグに
入る前に加熱ゾーンHZ、HZbを、前記粒子が表面か
ら約1マイクロメータの深さまで溶融するような速度で
通過することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に
記載の方法。(2) The temperature of the heating zones HZ and HZb is the hard material particle 3
1,31a, characterized in that the particles, before entering the molten slag, pass through a heating zone HZ, HZb at such a speed that the particles melt to a depth of about 1 micrometer from the surface. A method according to claim (1).
護ガス雰囲気中にあるプラズマ炉を内蔵することを特徴
とする特許請求の範囲第(2)項に記載の方法。(3) The method according to claim (2), characterized in that the heating zone HZb contains a plasma furnace in a protective gas atmosphere consisting of, for example, an inert gas.
子31、32の融点より高温に加熱された溶融スラグ1
2から成り、その高さhを硬質材料粒子32が表面だけ
溶融するように設定したことを特徴とする特許請求の範
囲第(2)項に記載の方法。(4) Molten slag 1 in which the heating zone HZ is heated to a temperature higher than the melting point of the hard material particles 31 and 32 by electric resistance heating.
2, the height h of which is set so that only the surface of the hard material particles 32 is melted.
度が1,700℃〜2,000℃であり、スラグの組成
が、 −酸化珪素及び酸化チタニウム45%、酸化カルシウム
及び酸化マグネシウム10%、アルミニウム及び酸化マ
ンガン40%、及び弗化カルシウム5%、または −酸化珪素35%、酸化マグネシウム20%、酸化アル
ミニウム25%、弗化カルシウム及びその他10% によって与えられることを特徴とする特許請求の範囲第
(4)項に記載の方法。(5) The height of the molten slag is 1 to 5 cm, the slag temperature is 1,700°C to 2,000°C, and the composition of the slag is: - 45% silicon oxide and titanium oxide, 10% calcium oxide and magnesium oxide %, aluminum and manganese oxides 40%, and calcium fluoride 5%, or - 35% silicon oxide, 20% magnesium oxide, 25% aluminum oxide, calcium fluoride and 10% other. The method described in item (4).
材料、例えばタングステンから成り、冷却され、且つス
ラグ面の中央域で揺動または回動して溶融スラグS3の
深さの約1/4または1/2だけ該スラグ中に浸漬して
いる電極13にも接続し、好ましくは電極13の揺動又
は回転に従つて電極13の付近に硬質材料粒子31を供
給することを特徴とする特許請求の範囲第(5)項に記
載の方法。(6) connecting a power source to the mold K, preferably made of an inert material, for example tungsten, cooled and swinging or rotating in the central area of the slag surface to approximately 1/1/2 of the depth of the molten slag S3; It is also connected to the electrode 13 which is immersed in the slag by 4 or 1/2, and preferably supplies hard material particles 31 near the electrode 13 as the electrode 13 swings or rotates. A method according to claim (5).
で連続的に溶融しつつある金属から成る電極13に接続
し、この電極13がスラグ12中へ、別途に供給される
溶融金属S23と共に所期組成の鋳型K内の溶融金属5
3または凝固材料14が得られるような速度で供給され
ることと、電極13がスラグの高さhの1/4〜1/2
の深さで溶融するように給電量またはスラグ温度を設定
し、電極をスラグ表面の中央域で揺動または回動させる
ことを特徴とする特許請求の範囲第(5)項に記載の方
法。(7) While connecting a power source to the mold K, it is connected to an electrode 13 made of metal that is continuously melting in the molten slag 12, and this electrode 13 is a molten metal S23 that is separately supplied into the slag 12. and the molten metal 5 in the mold K of the desired composition.
3 or at such a rate that the solidified material 14 is obtained, and the electrode 13 is 1/4 to 1/2 of the height h of the slag.
5. The method according to claim 5, wherein the amount of power supplied or the slag temperature is set so that the slag melts at a depth of 100 to 100 ml, and the electrode is oscillated or rotated in the central region of the slag surface.
属S3の合金成分及び硬質材料粒子、例えばタングステ
ン・カーバイトがこの電極に固定され、硬質材料粒子の
融点が溶融スラグ12の温度よりも低く、溶融金属S3
の温度よりも高いことを特徴とする特許請求の範囲第7
項に記載の方法。(8) The electrode 13 is formed of a tube or a strip material, and the alloy components of the molten metal S3 and hard material particles, such as tungsten carbide, are fixed to this electrode, and the melting point of the hard material particles is lower than the temperature of the molten slag 12. low, molten metal S3
Claim 7 characterized in that the temperature is higher than the temperature of
The method described in section.
同じ速度で冷却ゾーンから抜出し、この抜出しと対応さ
せて溶融物S3中への溶融金属流S23を、溶融物の高
さが約2〜10cmとなるように制御することを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項に記載の方法。(9) withdrawing the solidified material 14 from the molten metal S3 from the cooling zone at the same rate as the solidification rate and, corresponding to this withdrawal, creating a molten metal flow S23 into the melt S3 with a melt height of approximately 2 to The method according to claim (1), characterized in that the distance is controlled to be 10 cm.
Fに導入し、該容器から制御可能な底弁Vを介し漏斗T
を通して鋳型に内の溶融金属S3へ供給し、所与の値に
対する漏斗T内の溶融金属S2の高さh2または重量に
応じて弁Vをフィードバック・モードで制御することに
より一定の材料流S23を供給し、抜出し温度が約1,
000℃となるような速度で凝固材料14を鋳型Kの底
側から抜出し、この抜出し速度と比例するように硬質材
料粒子31及び電極13の供給速度及び送り速度を設定
することを特徴とする特許請求の範囲第(9)項に記載
の方法。(10) Transfer the molten metal S1 from the melting device to the slag collection container S
F into the funnel T through a controllable bottom valve V from the vessel.
feed the molten metal S3 in the mold into the mold through and maintain a constant material flow S23 by controlling the valve V in feedback mode depending on the height h2 or weight of the molten metal S2 in the funnel T for a given value. The supply and withdrawal temperature is approximately 1,
A patent characterized in that the solidified material 14 is extracted from the bottom side of the mold K at a rate such that the temperature reaches 000°C, and the supply rate and feed rate of the hard material particles 31 and the electrode 13 are set in proportion to this extraction rate. The method according to claim (9).
降するのに必要な移動時間ttと、鋳型Ka中のブロッ
クの総高hgの一定速度で冷却するのに必要な冷却時間
tkとの合計時間のうち、ブロックBd、Be、Ba中
の添加すべきゾーンZg、Ze、Zaの高さhd、hd
e、hdc及び相対位置に応じたタイム・スロットにお
いて分散を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第(
1)項に記載の方法。(11) The travel time tt required for the hard material particles to settle the total height hg of uncooled molten metal, and the cooling time tk required for cooling the total height hg of the blocks in the mold Ka at a constant rate. The height hd, hd of the zones Zg, Ze, Za to be added in the blocks Bd, Be, Ba
Claim No.
The method described in section 1).
1aを篩または好ましくは風または液体により沈降速度
の等しい部分に仕分けし、添加の時間間隔を限定するそ
れぞれの移動時間ttを考慮して各部分を溶融金属Sに
供給することを特徴とする特許請求の範囲第(11)項
に記載の方法。(12) Hard material 3 consisting of powder, particles or crystal particles
1a by means of a sieve or preferably by wind or liquid into parts of equal settling velocity and feeding each part to the molten metal S taking into account the respective travel time tt which limits the time interval of addition. The method according to claim (11).
1、31aの分散を真空中で、または保護ガス、例えば
不活性ガス雰囲気中で行なうことを特徴とする特許請求
の範囲第(1)項に記載の方法。(13) Hard material 3 to molten slag 12 and molten metal S
1. Process according to claim 1, characterized in that the dispersion of 1,31a is carried out in vacuum or in a protective gas, for example an inert gas atmosphere.
するための装置において、鋳型Kが溶融金属S3の頂部
に少なくとも高さhの溶融スラグ12を収納するための
スペースを有し、このスペースが好ましくは漏斗11状
に好ましくは鋼製のリム1まで広がり、鋳型K自体が好
ましくは銅製であって流水によつて冷却され、溶融スラ
グ12の高さh1を、往復動装置または回動装置の最大
振幅との関連で凝固材料14中に所与の水平な硬質材料
添加パターンが発生するように設定したことを特徴とす
る装置。(14) In the apparatus for carrying out the method according to claim (4), the mold K has a space on the top of the molten metal S3 to accommodate the molten slag 12 having at least a height h. , this space preferably extends in the form of a funnel 11 to a rim 1, preferably made of steel, and the mold K itself is preferably made of copper and is cooled by running water, and the height h1 of the molten slag 12 is controlled by a reciprocating device or A device characterized in that it is set such that a given horizontal hard material addition pattern occurs in the solidified material 14 in relation to the maximum amplitude of the rotation device.
M、スラグ粉供給装置Sd及び少なくとも1つの、好ま
しくは供給/往復動装置A/Pに取付けた電極13のホ
ルダー、及び硬質材料供給装置40、41、42、Rを
配置し、鋳型Kの下に抜取り装置Zを配置したことを特
徴とする特許請求の範囲第(14)項に記載の装置。(15) Exit T of the molten metal supply device above the slag surface
M, a slag powder supply device Sd and a holder for the electrode 13 attached to at least one, preferably supply/reciprocating device A/P, and a hard material supply device 40, 41, 42, R are placed under the mold K. The apparatus according to claim 14, characterized in that a sampling device Z is disposed at.
スラグ回収容器SFで構成し、その下方に出口TMを有
する漏斗Tを配置し、前記漏斗Tに重量センサGmを設
け、その信号を制御装置STの一部を構成する調整装置
に供給し、前記調整装置において前記信号を凝固材料1
4の凝固速度または抜取り速度に比例する値と比較し、
前記調整装置の出力信号を底弁Vの制御手段に供給する
ことを特徴とする特許請求の範囲第(15)項に記載の
装置。(16) The molten metal supply device is composed of a slag recovery container SF having a controllable bottom valve V, a funnel T having an outlet TM is arranged below the slag collection container SF, a weight sensor Gm is provided on the funnel T, and the signal thereof is The signal is supplied to a regulating device forming a part of the control device ST, and in the regulating device the signal is applied to the coagulating material 1.
Compared with the value proportional to the solidification rate or withdrawal rate of 4,
16. The device according to claim 15, wherein the output signal of the regulating device is supplied to control means for the bottom valve.
、鋳型内壁及び鋳型から取出される材料14に設けた温
度センサTS1・・・TS3、弁制御装置VSのモニタ
ー接点またはセンサ、送り及び往復動装置A/P、スラ
グ供給装置Sd、硬質材料供給装置R、発電機G及び抜
取り装置Zに接続し、出力をそれぞれの駆動手段、また
は発電機Gの電流または電圧を制御するための制御信号
線VSa、A/Pa、Sda、Za、Ra、Gsと接続
し、制御装置STにクロックCLを作用させることによ
り、前記制御装置に内蔵されるプログラム及び入力装置
Eを介して与えられるパラメータとの関連において前記
方法が行なわれ、規定パラメータに対するずれが出力装
置Aに向って出力されるようにし、リム1に設けた温度
センサTS1の信号を利用して溶融スラグ12の高さを
スラグ供給装置Sdによつて制御すると共に発電機Gの
電流または電圧を制御し、鋳型壁に設けた温度センサT
S2の信号を利用して溶融金属S3の高さを溶融金属供
給装置によつて制御すると共に分散される硬質材料の供
給を制御し、以上に述べた制御によつて装置の時定数を
補正することを特徴とする特許請求の範囲第(16)項
に記載の装置。(17) Input from control device ST to weight sensor Gm, rim 1
, temperature sensors TS1...TS3 provided on the inner wall of the mold and the material 14 taken out from the mold, monitor contacts or sensors of the valve control device VS, feeding and reciprocating device A/P, slag feeding device Sd, hard material feeding device Control signal lines VSa, A/Pa, Sda, Za, Ra, and Gs are connected to R, generator G, and sampling device Z, and the outputs are used to control the respective drive means or the current or voltage of the generator G. By connecting and applying a clock CL to the control device ST, the method is performed in conjunction with the program contained in the control device and the parameters given via the input device E, and the deviations from the specified parameters are detected by the output device. A, and the height of the molten slag 12 is controlled by the slag supply device Sd using the signal of the temperature sensor TS1 provided on the rim 1, and the current or voltage of the generator G is controlled. Temperature sensor T installed on the mold wall
Using the signal S2, the height of the molten metal S3 is controlled by the molten metal supply device, and the supply of the dispersed hard material is controlled, and the time constant of the device is corrected by the control described above. The device according to claim (16), characterized in that:
る抜取りのタイミングに応じて硬質材料供給装置Rを制
御し、溶融金属流S23、13aに応じて硬質材料流量
を制御し、例えば作用面では添加濃度が高くなるという
ように垂直及び水平方向に硬質材料濃度の異なるゾーン
が発生するように往復動及び回動装置A/Pの振幅、位
置及び運動タイミングを制御することを特徴とする特許
請求の範囲第(17)項に記載の装置。(18) The control device ST controls the hard material supply device R in accordance with the timing of sampling performed by the sampling device Z, and controls the hard material flow rate in accordance with the molten metal flows S23 and 13a. Claims characterized in that the amplitude, position, and movement timing of the reciprocating and rotating device A/P are controlled so that zones with different hard material concentrations are generated in the vertical and horizontal directions such that the hard material concentration increases. The device according to paragraph (17).
7を取付け、該分散装置により、硬質材料粒子31aを
その流量及びタイミングを制御しながら鋳型Ka内の溶
融金属Sの表面56に分散させることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項に記載の方法を実施するための装
置。(19) Consisting of an immersion mold Ka, with a dispersion device 5 above it.
7 is attached, and the dispersing device disperses the hard material particles 31a onto the surface 56 of the molten metal S in the mold Ka while controlling the flow rate and timing thereof. Apparatus for carrying out the described method.
真空が維持されるように結合し、カバーによって限定さ
れる内部空間を不活性ガスまたは真空供給源に接続し、
前記内部空間を加熱ゾーンHZbとし、該空間内に好ま
しくはプラズマ・ヒータ58を配置したことを特徴とす
る特許請求の範囲第(19)項に記載の装置。(20) coupling the dispersion device 57 and the mold Ka so that a vacuum is maintained by the cover 52, and connecting the internal space defined by the cover to an inert gas or vacuum source;
The device according to claim 19, characterized in that the internal space is a heating zone HZb, in which preferably a plasma heater 58 is arranged.
でのいずれかに記載の方法に従って製造される鋳造物ま
たは形材において、0.3〜3マイクロメータの深さの
拡散ゾーンD1に隙間なく囲まれた硬質材料粒子H1、
H2、例えばタングステン・カーバイドを含有し、前記
0.3〜3マイクロメータの深さに亘ってマトリックス
材料が粒子中に拡散しており、前記拡散ゾーンD1の周
りに厚さ約1マイクロメータの低容積濃度の硬質金属の
樹枝状構造を含むゾーンD2、D20があり、前記ゾー
ンD2、D20の深さが100〜300マイクロメータ
であり、このゾーンの外側に約50マイクロメータの深
さに達する比較的低濃度の硬質材料拡散ゾーンD30が
あり、前記樹枝状構造、拡散ゾーンなどの間の空間はマ
トリックス材料M2で完全に満たされていることを特徴
とする鋳造または形材。(21) In a casting or profile manufactured according to the method according to any one of claims (1) to (13), a diffusion zone with a depth of 0.3 to 3 micrometers. Hard material particles H1 surrounded by D1 without any gaps,
H2, for example tungsten carbide, with a matrix material diffused into the particles over said 0.3-3 micrometer depth, and around said diffusion zone D1 a low layer of about 1 micrometer thick. There is a zone D2, D20 containing a volume concentration of hard metal dendritic structures, the depth of said zone D2, D20 being 100-300 micrometers, reaching a depth of about 50 micrometers outside this zone. Casting or profile, characterized in that there is a hard material diffusion zone D30 with a low concentration, and the spaces between said dendritic structures, diffusion zones etc. are completely filled with matrix material M2.
重量比で8〜25%であることを特徴とする特許請求の
範囲第(21)項に記載の鋳造物または形材。(22) The cast or shaped material according to claim (21), wherein the content of the hard material is 8 to 25% by weight relative to the matrix material.
おける硬質材料濃度が全体の平均濃度の数倍であること
を特徴とする特許請求の範囲第(22)項に記載の鋳造
物または形材。(23) Casting or profile according to claim 22, characterized in that the concentration of hard material on the outer surface, in particular in the zone close to the working surface or the cutting edge, is several times the average concentration of the whole. .
る用途では0.3〜0.8mmとし、切削または摩擦応
力を受ける用途には0.8〜4mmに設定したことを特
徴とする特許請求の範囲第(21)項に記載の鋳造物ま
たは形材。(24) A patent claim characterized in that the diameter of the hard material particles is set to 0.3 to 0.8 mm for applications subject to rolling and impact stress, and 0.8 to 4 mm for applications subject to cutting or friction stress. The cast or shaped material according to item (21).
低合金鋼または −マルテンサイト鋼または −例えば −Cr18%、Ni8%または −Cr19%、Ni及びMo9%または −Cr18%、Ni8%、Mn6% をも含有するオーステナイト鋼または −C1.2%、Mn12〜17%を含有するマンガン鋼
または −C1%、Si1.8%、Mn17%、Cr17%、W
3.5% を含有する鋼合金または −ニッケル含有率の高い合金 であることを特徴とする特許請求の範囲第(21)項に
記載の鋳造物または形材。(25) The matrix material is - a low alloy steel containing - 0.8-1.8% manganese and about 1% silicon or - a martensitic steel or - for example - 18% Cr, 8% Ni or - 19% Cr, 9% Ni and Mo Or an austenitic steel containing -Cr18%, Ni8%, Mn6% or -C1.2%, manganese steel containing Mn12-17% or -C1%, Si1.8%, Mn17%, Cr17%, W
3.5% of nickel or an alloy with a high nickel content.
Mg3、AC Mg5、AC Si5、AC Mg
Zn1であり、硬質材料粒子が金属炭化物または酸化物
、例えばコラングムであることを特徴とする特許請求の
範囲第(21)項に記載の鋳造物または形材。(26) The matrix material is a non-ferrous alloy, preferably AC
Mg3, AC Mg5, AC Si5, AC Mg
Casting or profile according to claim 21, characterized in that it is Zn1 and the hard material particles are metal carbides or oxides, such as colangum.
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