JPS61245958A - 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
た遠心力鋳造鋳物の製造方法に関する。

〔従来技術〕

タングステン（Ｗ）を含有する鉄系合金溶湯は、その成
分組成および冷却速度の制御により、冷却過程に、塊状
タングステン炭化物（ＷＣ）を晶出する。このタングス
テン炭化物は、溶湯より比重が大きく　（約１５．７）
　、その硬度（Ｈｖ）は約２０００と、極めて硬質であ
る。

この鉄系合金溶湯を遠心力鋳造に付し、冷却過程で晶出
するタングステン炭化物を、溶湯との比重差により溶湯
中を遠心移行させて外層部に凝集させた状態で凝固させ
れば、第７図に示すように、鉄系合金基地（Ｍ）と該基
地中に分散せる塊状晶出タングステン炭化物ＣＰ）とか
らなる複合組織を外層部（Ｌ）に有する中空筒状鋳物が
得られる。

この鋳物は、外周面の摩耗抵抗が極めて高く、しかも強
度・靭性にすぐれているので、摩耗と高荷重・衝撃をう
ける部材、例えば圧延用ロール等として好適である。

かかる複合鋳物の鋳造にいて、塊状タングステン炭化物
を十分に晶出させるには、溶湯を後述のように一定の成
分組成に調製することが必要であるが、それとともに鋳
型内の溶湯を緩慢な冷却速度で冷却させることが必要で
ある。急速に冷却すると、たとえ成分組成が適正であっ
ても、タングステン炭化物（ＷＣ）の晶出量が不足した
り、Ｍ２Ｃの形態で晶出するので、タングステン炭化物
（ＷＣ）が緻密に分散した組織を形成することができな
い。Ｍ、Ｃ型炭化物が晶出すると、ＷＣ炭化物が晶出し
た組織に比し、耐摩耗性等の材料特性が低下する。

かかる不都合を回避するには、鋳型として、第７図に示
すような高温鋳型を用いることが必要である。この高温
鋳型は、セラミックモールド（１）をバックサンド（例
えば、クロマイトサンド、コニカル珪砂等）（２）にて
枠体（３）内に固定したものであり、これを電気炉等の
加熱炉で加熱した後、遠心鋳造回転台（５）に設置し、
高温度（好ましくは、約５００℃以上）を保有している
状態で、これに溶湯を鋳込めば、溶湯は緩慢に冷却され
るので、Ｍ、Ｃ炭化物の晶出をみることもなく、ＷＣ炭
化物を十分に晶出させることができる。

〔解決しようとする問題点〕

しかるに、高温鋳型を用いて鋳造を行うと、ＷＣ炭化物
を十分に晶出させ得る反面、得られる鋳物の内部（肉厚
方向の中間部付近）に、第７図に示すように引は巣（Ｄ
）が発生し易くなる。これは、鋳型内の溶湯の冷却が、
セラミックモールドに接する面（外側面）と、溶湯の内
側面との両方向から緩慢に進行し、その肉厚の中間部付
近が最終凝固部となるからであり、目的とする鋳物の肉
厚が大きい程、引は巣の発生は顕著になる。溶湯の冷却
速度を高めれば、ある程度その発生を緩和することも不
可能ではないが、それでは前述のようにＷＣ炭化物の晶
出不足やＭ、Ｃ炭化物の晶出を伴い、複合組織の品質が
悪くなってしまう。

複合鋳物の健全な品質を確保するには、ＷＣ炭化物を十
分に晶出させると同時に、鋳物の内部に引は巣を残存さ
せないことが必要である。

〔発明の目的〕

上記鋳造欠陥の発生を完全に防止することはできないと
しても、その欠陥が、第５図に示すように、鋳物（Ｃ）
の内側の表層部近傍に位置していれば、その後の製品加
工時に、取り代として除去することができる。

本発明は、溶湯の冷却過程でＷＣ炭化物を十分に晶出さ
せて外層部に緻密で均一な複合組織を形成せしめるとと
もに、溶湯の凝固に伴う引は巣が発生しても、その発生
位置が内側の表層部近傍に限られ、その後の機械加工で
除去することができる鋳物を遠心力鋳造により製造しよ
うとするものである。

〔技術的手段および作用〕

本発明の耐摩耗複合鋳物の製造方法は、タングステンを
含有する鉄系合金溶湯を、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る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を有する
中空筒状耐摩耗複合鋳物を製造する方法において、遠心
力鋳造用鋳型として、セラミックモールドがバックサン
ドにて枠体内に固定され、該バックサンドの肉厚（Ｔ、
）と、鋳造されるべき鋳物の肉厚（Ｔ、）との比（ＴＳ
　／　ＴＣ）が０．５〜１である高温鋳型を使用するこ
とにより、鋳型内の溶湯の最内層領域を最終凝固させる
ようにした点に特徴を有する。

本発明方法によれば、高温鋳型内に鋳込まれた溶湯は、
その冷却過程で、ＷＣ炭化物を十分に晶出し、しかも溶
湯の冷却凝固は、主として外側面から内側面に向かって
進行し、内側の表層部近傍が最終凝固部となるので、引
は巣が発生するとしても、その位置は内側の表層部付近
に限られる。

従って、その引は巣は、その後の機械加工により製品に
仕上げられる際の取り代として完全に除去することがで
きる。

本発明において、バックサンドの肉厚（ＴＳ）と鋳物の
肉厚（Ｔ、）の比（ＴＳ　／　７．）を１．０以下とす
るのは、それより大きいと、溶湯の冷却速度が低過ぎ、
ＷＣ炭化物の晶出促進に有利ではあるものの、溶湯の外
側面から内側面に向かう凝固の指向性が弱まる結果、最
終凝固部が肉厚の中間部領域に移行するからである。一
方、肉厚比（Ｔｓ　／　Ｔｃ　）の下限を０．５とする
のは、それより小さいと、溶湯の冷却速度が高くなり過
ぎて、タングステンが、ＷＣ炭化物ではな（、ＭｂＣ炭
化物として晶出してしまうからである。

本発明による鋳造において、溶湯の外側面から内側面に
向かう指向性凝固を強めるための補助的手段として、第
１図に示すような形状のセラミックモールドを使用する
ことが有効である。このセラミックモールド（１）は、
底面が、遠心回転中心部から周縁部に向かって登り勾配
を有する播鉢形状を成している。このモールドに鋳込ま
れた溶湯は回転中心に近い程、上下方向の肉厚が大きく
、従って、それだけ最終凝固部が溶湯の内面側に移行す
ることになる。このためにモールド（１）の底面に一定
の傾斜角度（θ）を与える。この傾斜角度（θ）は１０
″以上であることが好ましい。１０゜に満たないと、最
終凝固部の内面移行の効果が小さく、鋳物の製品部内に
引は巣が存在することになる。この傾斜角度（θ）が大
きい程、効果は増すが、あまり大きくすると、加工時′
の取り代が多くなり歩留りが低下する。通常は、２０°
を上限とするのが適当である。

また、第２図に示すように、冷却用金型（１０）をセラ
ミックモールド（１）の底部に設置してもよい。

この金型（１０）は、遠心回転中心から外周部に向かっ
て肉厚が漸増する円盤形状を有しており、モールド（１
）内に鋳込まれた溶湯に対するチラーとして作用する。

その冷却効果は、金型の肉厚に比例し、中心側において
最も弱く、外周部において最も強いので、溶湯の外側面
から内側面に向かう指向性凝固を助長し、最終凝固部を
溶湯の内側面に移行させる作用を果たす。この冷却用金
型のテーバは、５″以上が好ましい。

更に、別法として、第４図に示すように、高温鋳型のバ
ックサンド（２）の背面に空気吹出ノズル（６）を臨ま
せ、なお、必要に応じて枠体（３）のまわりを外枠（４
）で囲包しておき、空気を吹送してモールド（１）内の
溶湯を外側面から冷やすようにしてもよい。この場合、
溶湯が鋳込まれた直後から、空気吹付による強い冷却を
付与すると、ＷはＭ、Ｃ炭化物として晶出するので、Ｗ
Ｃ炭化物が十分に晶出し、遠心力により外層領域に移行
するのを待ち、外層が凝固を開始した時点で、空気の吹
付けを行うべきである。空気吹付置は、０．１ｄ／分程
度としてよい。

上記の各補助的手段は、いずれか１つまたは２つ以上の
組合わせにより実施してよい。

本発明の鋳造に使用される鉄系合金溶湯はＣ１Ｓｉおよ
びＷを必須成分元素とする。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％を越えると、
黒鉛が晶出する。

Ｓｉ：３．５％以下 Ｓｔ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組織を形成するに
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Ｍｎ５ＮｔＳＣｒ、ＭＯＳＮｂ５Ｖｓ　Ｔ　１ＳＢＳ
Ｃｏ、Ａβ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
。

〔実施例〕

叉隻桝土 第３図に示す鋳造法案により、下記条件で鋳造を行い、
中空円筒状の鋳物を得た。

〔Ａ〕鋳造条件 （１）　　セラミックモールド 遠心回転時、遠心力による溶湯のモールド内壁面に沿う
上昇逸出を防ぐために、モールド内周面を一巡する鍔状
突起（１・１）を有するモールドを使用。

内径（ｄ）：２８０ｉｎ、高さくｈ）：５０ｍ、突起高
さくｐ）ニア０Ｑ。

（２）　　バックサンド 材質：クロマイト 肉厚（Ｔｓ　）：４５ｍ （３）　　鉄系合金溶湯 Ｃ：４−１、Ｓｌ　：０．５、Ｍｎ：０．７、Ｎｉ：１
．５　、Ｃｒ　：０．８　、Ｍｏ　：０．５　、Ｗ　：
４２．Ｏ１残部Ｆｅ、（ｗｔ％）。

鋳造量：４０ｋｇ、 鋳込温度：　１６５０℃、 （４）　　鋳型温度 セラミックモールド（１・１）をバックサンド（２）と
共に電気炉内で加熱。鋳込開始直前のモールド内面温度
二８５０℃ （５）鋳型の回転 遠心回転台（５）上、回転軸（５・１）まわりに２５゜
ｒｐｍで回転。モールド（１）内面上の重力倍数：モー
ルド（１）内での溶湯肉厚ニア０１ｍ（６）肉厚比（’
ｒｓ　／’ｒｃ　）　　：０．６４（Ｂ）鋳物性状 上記鋳造により得られた中空円筒状鋳物の断面を第５図
に模式的に示す。鋳放し時の鋳物サイズは、外径２７４
ｍｘ肉厚６５ｎ×高さ５０ｍである。引は巣（Ｄ）の発
生位置は、内側面から約７ｔｌの部位であり、製品加工
時の取り代として完全に除去することができる。なお、
晶出したＷＣ炭化物は、外側面から約３５ｍまでの外層
領域に凝集しており、その層内に占める比率は４０％（
面積率）であり、緻密な複合組織が形成されている。

比較例として、バックサンド（２）の肉厚（Ｔ、）が９
５ｍの高温鋳型を使用し、バンクサンドと溶湯の肉厚比
（’ｒｓ　／’ｒｃ　）が１．３５である点を除いて上
記実施例と同一の条件で中空円筒状鋳物を鋳造した。得
られた鋳物の断面を第６図に模式的に示す。引は巣（Ｄ
）は晶出ＷＣ炭化物の凝集した外層（層厚約３５鶴）か
ら約５ｆｉの位置（肉厚方向のほぼ中間部）に発生して
おり、製品加工によって除去することはできない。

１施■１ 第４図に示す鋳造法案により、下記条件で鋳造を行い、
中空円筒状鋳物を得た。

（Ａ）鋳造条件 （１）　　セラミックモールド 形状は実施例１で使用したものとほぼ同じ。但し、内径
（ｄ）　　：２Ｂ５　ｍ、高さくｈ）：６０Ｂ、突起高
さくｐ）ニア０ｍ。

（２）　　バックサンド 材質および肉厚は実施例１のそれと同じ。

（３）　　鉄系合金溶湯 成分組成は実施例１のそれと同じ。

鋳造量７４０ｋｇ、鋳込温度：　１６５０℃。

（４）鋳型温度：実施例１のそれと同じ。

（５）　　鋳型の回転：実施例１のそれと同じ。

鋳型内溶湯の肉厚は７０ｍｍ。

（６）　　肉厚比（Ｔｓ　／　Ｔｃ　）　　：　０．６
（７）鋳型の冷却 溶湯鋳込み終了後７分経過時点から、凝固完了まで約４
０分間、ノズル（６）にて鋳型のバックサンド（２）の
背面に冷却用空気を吹付けた。吹付量０゜１　ｒｒｒ／
分。

（Ｂ）鋳物の性状 得られた中空円筒状鋳物の鋳放し時の鋳物サイズは、外
径２８２ｍｘ肉厚６８ｍｍ×高さ６０鶴である。

引は巣（Ｄ）の発生位置は、内側面から約５ｆｌであり
、製品加工時の取り代として完全に除去することができ
る。なお、晶出したＷＣ炭化物は、外層領域（外側面か
らの層厚は約３５ｎ）に凝集しており、その層内に占め
る面積率は約４０％であり、緻密な複合組織が形成され
ている。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、比較的肉厚の厚い鋳物であっても
、引は巣の発生位置は、内側の表層部近傍に限られるの
でその後の機械加工の際に取り代として容易に除去する
ことができ、健全な鋳物製品として使用することができ
る。

また、本発明により得られる鋳物は、その外層部は、硬
質の塊状晶出ＷＣ炭化物が緻密に分散している複合組織
を有し、摩耗抵抗にすぐれているので、圧延用ロール等
、耐摩耗性や強度・靭性の必要な各種構造材料として有
用である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は高温鋳型の例を示す縦断面図、第３図
、第４図は遠心力鋳造鋳型の例を示す縦断面説明図、第
５図、第６図は鋳物の軸方向一部所面図、第７図は従来
法における遠心力鋳造鋳型内の鋳物の断面性状を示す縦
断面図である。 １：セラミックモールド、２：バックサンド、５：遠心
回転台、Ｃ：鋳物、Ｌ：外層、Ｐ：晶出ＷＣ炭化物、Ｍ
：基地金属、Ｄ：引は巣。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ１．５〜５．０％、Ｓｉ３．５％以下およびＷ
   ２５．０〜８０．０％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る塊
   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
   らなる外層を有する中空筒状耐摩耗複合鋳物を製造する
   方法において、遠心力鋳造用鋳型として、セラミックモ
   ールドが、バックサンドにて枠体内に固定され、該バッ
   クサンドの肉厚（Ｔｓ）と、鋳造されるべき鋳物の肉厚
   （Ｔｃ）との比（Ｔｓ／Ｔｃ）が０．５〜１である高温
   鋳型を使用することにより、鋳型内の溶湯の最内層領域
   を最終凝固させることを特徴とする耐摩耗複合鋳物の製
   造方法。
2. （２）セラミックモールドは、その底部が遠心回転中心
   から周縁部に向かう登り勾配を有するほぼ擂鉢状底を有
   するものであ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。
3. （３）セラミックモールドは、その底部に遠心回転中心
   から周縁部に向かって漸増する肉厚を有する円盤状冷却
   用金型が付設されていることを特徴とする上記第（１）
   項または第（２）項に記載の耐摩耗複合鋳物の製造方法
   。
4. （４）鋳型内の溶湯の冷却過程において、バックサンド
   を囲繞する枠体の外周面に冷却用空気を吹き付けること
   を特徴とする上記第（１）項ないしは第（３）項のいず
   れか１つに記載の耐摩耗複合鋳物の製造方法。