JPS61182863A - 耐摩耗複合鋳物の製造方法 - 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〕 本発明は、基地中に塊状晶出タングステン炭化物が緻密
に分散した複合組織を外層部に有する耐摩耗性にすぐれ
た鋳物の製造方法に関する。

〔従来技術〕

タングステン（Ｗ）を含存する鉄系合金溶湯を高温鋳型
内で緩慢な冷却速度で冷却させると、溶湯中に初晶とし
て塊状タングステン炭化物（ＷＣ）が晶出する。この塊
状ＷＣ炭化物は溶湯より比重が大きく　（約１５．７７
）、かつ硬度はＨｖ２４００と、極めて硬質である。

このＷ含有鉄系合金溶湯を、高温鋳型からなる遠心力鋳
造用鋳型内に鋳込み、晶出する塊状ＷＣ炭化物を、溶湯
との比重差により溶湯中を遠心移行させれば、第２図に
示すように、鉄系合金基地（Ｍ）中に塊状ＷＣ炭化物（
Ｐ）が緻密に分散している複合組織からなる外層（ａ）
と、その内側の実質的に塊状ＷＣ炭化物が遠心分離され
た鉄系合金からなる内層（ｂ）との二層構造を有する中
空筒状鋳物（Ｃ）が得られる。

この鋳物は、表面の摩耗抵抗が極めて高く、かつ強度・
靭性をも兼備しているので、圧延用ロール等、表面の摩
耗と、高荷重、衝撃が作用する構造材料として有用であ
る。

〔解決しようとする問題点〕

しかるに、上記鋳物は、塊状ＷＣ炭化物が緻密に分散し
ている外層（ａ）と、塊状ＷＣ炭化物が遠心分離された
内層（ｂ）とからなる二層構造を有しているが故に、冷
却過程で大きな熱応力（その外的要因としては、内・外
層の冷却速度の相違、内的要因としては、内・外層の熱
膨張率の相違が挙げられる）により、内層にしばしば割
れが発生する。

この割れ発生を防ぐ方法としては、鋳物の凝固後、ある
一定温度（好ましくは、凝固完了点より１００℃を下ら
ない温度）を有している間に、鋳型から取り出し、炉中
に装入して徐冷する方法が有効であるが、それ専用の炉
の設置を必要とし、また炉中徐冷に長時間を要するので
生産性が著しく阻害されることになり好ましくない。

本発明は、かかる徐冷処理を施すことなく、熱応力割れ
を防止しようとするものである。

〔技術的手段および作用〕

本発明に係る耐摩耗複合鋳物の製造方法は、タングステ
ン（Ｗ）を含有する鉄系合金溶湯を、遠心力鋳造に付し
、塊状晶出ＷＣ炭化物を遠心移行させて該炭化物が緻密
に分散した外層と、該炭化物が遠心分離された内層との
二層構造を有する中空筒状鋳物の製造方法において、 鋳型内の製品となるべき中空筒形状をなしている、Ｗ含
有鉄系合金溶湯がその内側面まで凝固して形成された二
層構造を有する鋳造体の中空孔内に、その内側面が（凝
固完了点−１００℃）以上の温度を保持している間に二
次溶湯を鋳込んで上記製品となるべき鋳造体の内側面に
溶着した芯材を形成し、該芯材はその後の機械加工によ
り除去するようにした点に特徴を有する。

本発明方法によれば、鋳型内に形成された製品となるべ
き二層構造を有する鋳造体の内側面が、内・外層の熱膨
張係数や冷却速度の相違に起因して、降温に伴い円周方
向に引張応力化し始め、または引張応力化が進む過程で
、鋳造体の中空孔内に供給される二次湯により鋳造体の
内面に溶着した芯材が形成される。製品となるべき鋳造
体は、この凝固した芯材の降温に伴う収縮によって、内
側面の引張応力が緩和・相殺され、または圧縮応力化す
ることにより割れの発生が防止される。

本発明において、二次湯の給湯を、鋳型内の溶湯が内側
面まで凝固したのち、その内側面の温度が溶湯の凝固完
了点より１００℃を下らない間に行うこととしているの
は、内側面がそれより低温度に降下すると、二次湯の芯
材と鋳造体内側面との溶着が不完全で、鋳造体内側面の
引張応力の緩和・相殺または圧縮応力化が不十分となり
、また二次湯供給前にすでに鋳造体内側面に割れが発生
し、結局割れ防止効果を確保することができないからで
ある。

二次湯により芯材を形成するに際して、鋳造体の内側面
が酸化されていたり、金属酸化物が存在すると、芯材と
鋳造体内側面との溶着が阻害される。ことに、遠心力鋳
造においては、遠心分離効果により比重の小さい金属酸
化物が鋳造体の内側面に移行濃化する。このような場合
には、二次湯の供給に先立って適当な時期（例えば、鋳
型の回転速度が所定の最高速度に到達した時点）で、溶
湯の内側面にフラックスを投与し、溶融したフラックス
層にて内側層を被覆しておくとよい。これにより、鋳造
体の内面の酸化が防止されると共に、金属酸化物はフラ
ックスに滓化・吸収さるので、その後に供給される二次
湯の芯材との溶着の完全を期すことができる。フラック
スとしては、よく知られている各種の成分系のものを適
宜使用することができる。好適なフラックスの例として
、硼砂、ソーダ灰を主成分とするものが挙げられる。

上記のように製品となるべき鋳造体の中空孔内に二次溝
芯材を形成して凝固を完了したのち、鋳型から鋳造体を
取り出し、その鋳造体から芯材を機械加工により除去す
ることにより、目的とする二層構造を有する鋳物を割れ
のない状態で得ることができる。

本発明に使用される溶湯は、Ｃ，ＳｉおよびＷを必須成
分元素として含有する鉄系合金溶湯として溶製される。

その好ましい成分組成は次のとおりである。

Ｃ：　１．５〜５．０％ ＣはＷＣ炭化物の晶出に不可欠である。含有量が１．５
％に満たないと、塊状のＷＣ炭化物は晶出し難く、Ｍ、
Ｃ炭化物の連続体が晶出し、一方５．０％をこえると、
黒鉛が晶出する。

Ｓｉ：３．５％以下 Ｓｉは溶湯の脱酸および鋳造性の改善、並びに凝固過程
における針状タングステン炭化物（このものは鋳物を脆
化させる）の晶出を防止する効果を有する。しかし、含
有量が多くなると、基地が脆化するので、３．５％以下
とする。

Ｗ　：　２５．０〜８０．０％ ＷはＷＣ炭化物の晶出に不可欠の元素である。

基地中にＷＣ炭化物が十分に晶出したｍ織を形成するに
は、少なくとも２５．０％を必要とする。しかし、８０
．０％をこえると、合金の融□点が高く、溶製・鋳造が
困難となるので、８０．０％を上限とする。

上記各元素のほかに、目的とする鋳物の用途・要求性能
に応じて材料特性を向上させるための種々の元素、例え
ばＭｎｓ　Ｎｉｓ　Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ。

Ｖ　ＳＴ　Ｉ　ＳＢ　、Ｃｏ、Ａ１等の１種または２種
以上の元素をそれぞれ適量含有する鉄系合金を使用し得
ることは言うまでもない。

なお、二次溝として使用される溶湯は普通鋳鉄等であれ
ばよい。

〔実施例〕

第１図に示す遠心力鋳造装置を用い、下記の条件により
二層構造を有する中空円筒状鋳物を得た。

（１）鋳型 セラミックモールド（１）をバックサンド（クロマイト
）（２）にて枠体（３）内にセットした高温鋳型を加熱
炉にて予熱し、遠心回転台（４）に設置。

モールド（１）は、遠心回転中、モールド内溶湯の壁面
上昇と外部飛散を防止するために、モールド内周面を一
巡する鍔状突起（１１）を有するものを使用。溶湯鋳込
み直前のモールド内壁面温度：８５０℃。モールド形状
：内径２８７ｍｘ高さ６０皿×突起高さ７０ｍ。

（２）　　溶湯 成分組成（ｗｔ％）　　：　Ｃ４，１、Ｓ　ｉｏ、５　
、ＭｎＯ，７、Ｎ　ｉｌ、５　、Ｃｒｏ、８　、Ｍｏ０
．５　、Ｗ４２．０、残部Ｆｅ。

鋳造量：４０ｋｇ 鋳込温度：　１６５０℃ 凝固完了点：　１０８０℃ （３）鋳造および鋳造体の機械加工 回転軸（４１）まわりの回転下に上記溶湯（Ｍ’）を鋳
込み、遠心力の作用下に、モールド（１）の内壁面に沿
う中空円筒体を形成せしめ、その内側面にフラックス（
硼砂：ソーダ灰−７：３）を投与し、または投与するこ
となく、内側面まで凝固させたのち、遠心回転を停止し
、鋳造体の中空孔内に二次溝（Ｍ２）として普通鋳鉄（
ＦＣ相当）溶湯（温度１３５０〜１３７０℃）を２０ｋ
ｇ鋳込んで中空孔内を満たし、そのまま凝固させた。

遠心回転時の最高回転速度は２５０ｒｐｍ（モールド内
面上の重力倍数：１０Ｇ）であり、フラックスを投与し
た場合の投与時期は、最大回転速度到達直後である。

鋳造体の冷却をまって鋳型から取り出し、中央部の芯材
を機械加工により削り取って中空筒状鋳物を得た。鋳型
サイズは、外径２７４ｆｉｘ肉厚６５鶴×高さ５０ｍで
ある。

第１表に、二次湯給湯時の鋳造体内面温度、フラックス
使用の有無および得られた鋳物の割れの有無を示す０割
れの有無はカラーチェックにより検査した。表中、１ｌ
ｋＬ１〜３は本発明例、磁１０〜１４は比較例である。

比較例のうち、嵐１０は、二次溝を鋳造体内側面の凝固
前に給湯した例、阻１１〜１４は、鋳造体内側面温度が
凝固完了点−１００℃の温度（９８０℃）より低温度に
降下した時点で二次溝を給湯した例である。Ｎ欄は各側
の供試材数である。

第１表 第１表に示されるように、比較例においてはすべての鋳
物に割れが発生しているのに対し、本発明例隘１　（二
次湯給湯時の鋳造体内面温度：　１０８０℃）では、割
れの発生はなく、Ｎｌ１２（同温度：１０００℃）にお
いても発生率は２９％と低く、また、二次湯給湯時の鋳
造体内面温度が患２と同じ１０００℃であっても、フラ
ックスを用いると、患３に示されるにように発生率は０
となっている。比較例嵐１０ですべての供試材に割れが
発生しているのは、二次湯給湯時の鋳造体内面が未凝固
状態にあり、鋳造体の内層と芯材との区別がなくなった
ために、芯材の効果（鋳造体内側面の引張応力の緩和・
圧縮応力化）が不十分であったためであり、また比較例
Ｍａｉｌ〜１４のすべての供試材に割れが発生したのは
、二次溝給湯時期が遅過ぎ、芯材と鋳造体内側面の溶着
が不完全であったために、芯材の効果が十分に得られな
かったことによる。

なお、本発明例の鋳物は、断面マクロ調査の結果、明瞭
な二層構造を有し、外層（層厚：約４５ｍｍ）に晶出Ｗ
Ｃ炭化物が緻密に分散（面積率：約４５％）した複合組
織が認められた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、鋳造過程における二次溝給湯の簡単な
操作により、割れのない健全な二層構造を有する鋳物を
得ることができ、従来のように長時間をかけて鋳造体を
徐冷する必要がなく、著しく生産性が高められる。

本発明により得られる鋳物は、表面の耐摩耗性にすぐれ
、強度・靭性等も良好であるので、圧延用ロール、その
他各種機械構造材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法による遠心力鋳造状況の模式的縦断
面図、第２図は鋳物の二層構造および組織の模式的軸方
向断面図である。 １：セラミックモールド、４：遠心回転台、Ｃ：鋳造体
、Ｍ’：Ｗ含有鉄系合金、Ｍｚ＝二次溶湯。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．１５〜５．０％、Ｓｉ：３．５％以下およ
   びＷ２５．０〜８０．０％を含む鉄系合金溶湯を、遠心
   力鋳造用鋳型内に鋳込み、冷却過程で該溶湯中に晶出す
   塊状タングステン炭化物（ＷＣ）を、溶湯との比重差に
   より溶湯中を遠心移行させることにより、鉄系合金基地
   中に塊状タングステン炭化物が緻密に分散せる複合組織
   からなる外層と、該炭化物が遠心分離された内層との二
   層構造を有する中空筒状耐摩耗複合鋳物の製造方法にお
   いて、 鋳型内のＷ含有鉄系合金溶湯が遠心力の作用下に凝固し
   て形成された二層構造を有する中空鋳造体の中空孔内に
   、該鋳造体の凝固した内側面温度が（凝固完了点−１０
   ０℃）以上である間に二次溶湯を鋳込むことにより、鋳
   造体の内側面に溶着した芯材を形成し、該鋳造体を鋳型
   から取出した後、芯材を機械加工により除去することを
   特徴とする耐摩耗複合鋳物の製造方法。
2. （２）二次溶湯の鋳込みに先立って、鋳型内にフラック
   スを投与し、Ｗ含有鉄系合金溶湯の内側面を溶融フラッ
   クス層で被覆することを特徴とする上記第（１）項に記
   載の耐摩耗複合鋳物の製造方法。