JPS6127165A - 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、鋳鉄基地にタングステン炭化物の微細粒子が
分散して成る複合組織を有し、圧延用ロール等として好
適な耐摩耗性にすぐれた鋳物の製造方法に関する。

〔従来技術の問題点〕

圧延用ロールは、被圧延鋼材と接触するロール表面の摩
耗抵抗が高く、しかも被圧延材の荷重・衝撃に耐え得る
強度・靭性を有していることが必要である。かかる圧延
ロール等に好適な鋳造体として、本発明者等は、先の出
願において、鋳鉄等の金属基地に、硬質のタングステン
炭化物の粒子が緻密・均一に分布せる組１ａ（複合組織
）を有する鋳物の製造方法を提供した（例えば、特開昭
５８−１１．６９７０号、特、開開５８−１１９４５５
号等）。その製造法の基本原理は、基地となる金属溶湯
にタングステン炭化物粒子を混合し、溶湯中のタングス
テン炭化物粒子を溶湯との比重差により沈降・凝集させ
て溶湯を凝固させる、というものである。こうして得ら
れる金属−タングステン炭化物粒子複合鋳物は、硬質の
タングステン炭化物粒子による高耐摩耗性と、その粒子
同士を結合する基地金属による強度・靭性を兼ね備えて
おり、圧延ロール等として好適である。

しかしながら、上記複合鋳物からなる圧延ロールの使用
において、圧延スタンドや圧延条件の影響により、表面
に細かい凹凸が生じ、ロールの肌荒れとして問題になる
ことがある。これは金属基地部と、その基地中に分布す
るタングステン炭化物粒子の摩耗抵抗の差異によるもの
であり、金属基地部の損耗がタングステン炭化物粒子の
それより速く進むと、損耗した基地部分と、基地の表面
に露出するタングステン炭化物粒子との凹凸が肌荒れと
なって出現するわけである。ロールに肌荒れが生じると
、被圧延材の表面にその凹凸が転写され、被圧延材の表
面品質が損なわれる。

上記肌荒れの防止策として、複合組織を構成する金属基
地中のタングステン炭化物の粒子をより微細化するこ４
とが考えられる。微細なタングステン炭化物粒子を金属
溶湯に投与して、その粒子が緻密・均一に分布する複合
組織を形成することができれば、その組織における粒子
相互間の基地部がより細分化されるとともに、たとえ使
用時における基地部の損耗がタングステン炭化物粒子よ
り速く進んでも、損耗した基地部と基地表面に突出する
タングステン炭化物粒子の成す凹凸の差が減少する。従
って、十分に微細なタングステン炭化物粒子を使用でき
れば肌荒れの問題を実質的に解消することが可能となる
。

しかるに、微細なタングステン炭化物粒子を使用すると
、却って複合組織の緻密さや均一性が損なわれる。とい
うのは、粒子が微細であると、金属溶湯に投与しても、
直ちに溶湯内に取込まれず、溶湯の表面張力によって溶
湯面上に浮遊して溶湯中への沈降が遅延するうえ、溶湯
中に取込まれた後の沈降速度も極めて緩慢なために、沈
降・凝集に長時間を要し、その間に溶湯が降温・粘稠化
してしまう結果、完全な凝集が妨げられ、不均一な分散
状態のまま凝固してしまうからである。鋳鉄等の鉄系金
属溶湯中にタングステン炭化物粒子を迅速に沈降・凝集
させるには、その粒径が約４４μｍ以上の比較的粗大な
粒子でなければならず、従って、耐肌荒れ性の改善を目
的とした微細粒子による複合鋳物の製造は不可能であっ
た。

〔発明の課題〕

本発明は、微細なタングステン炭化物粒子を使用し、こ
れを比較的粗大なタングステン炭化物粒子と同様に迅速
に溶湯中に沈降・凝集させることにより、微細なタング
ステン炭化物粒子が緻密かつ均一に分布した組織を有す
る耐肌荒れ性にすぐれた複合鋳物を製造しようとするも
のである。

〔技術的手段および作用〕

本発明の複合鋳物の製造方法は、微細なタングステン炭
化物粒子を、結合金属粉末と共に混練し、造粒して仮焼
結せる造粒粉となして鋳鉄等の鉄系金属溶湯に投与し、
溶湯中で該造粒粉を崩壊、分散させてもとの微細な粒子
として沈降・凝集させるようにしたものである。

本発明によれば、微細なタングステン炭化物粒子は、第
１図のように、造粒・仮焼結された比較的粗大な造粒粉
（Ｐ′）として金属溶湯（Ｍ′）に投与されるので、溶
湯面上に浮遊することなく直ちに溶湯中に取込まれ、沈
降していく。また、その造粒粉（Ｐ′）は、溶湯の熱に
より微細粒子（Ｐ）を結合する結合金属が溶融して粒子
同士の結合が解かれ、崩壊してもとの微細な粒子とじて
分散する。これを、粗大なタングステン炭化物粒子が使
用される場合と比較すると、塊粒粉（Ｐ’）の溶湯中へ
の取込み、および沈降状況は、粗大粒子のそれとほとん
ど異ならないが、粗大粒子は、第２図に示すように、そ
れ自身の粗大な形態のまま凝集・沈積するのに対し、本
発明に使用される造粒粉は、沈降過程で、もとの微細な
粒子となって凝集・沈積する。

こうして得られる複合鋳物は、微細なタングステン炭化
物粒子が緻密に凝集せる組織を有するので、実使用にお
いて表面の基地とタングステン炭化物粒子との損耗が生
じても、その凹凸は極めて微細で、きめ細かい表面状態
を呈する。

タングステン炭化物粒子は、耐肌荒れ性の点から微細な
程、有利であり、好ましくは１５μｍ以下のものが使用
される。

微細タングステン炭化物粒子を造粒、仮焼結して得られ
る造粒粉のサイズは、溶湯中に迅速に沈降・凝集するよ
うに、少くとも４４μｍであることを要し、好ましくは
５３μｍ以上である。

タングステン炭化物の微細粒子の造粒・仮焼結は、超硬
合金（Ｗ、Ｃ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｎｉ）等のサーメットの製
法に準じて行うことができる。すなわち、タングステン
炭化物粒子を、焼結時のノ＼インダ（結合金属）となる
適当な金属、例えば、ＣＯやＮｆ等の微粉末とともに混
練し、必要ならば造粒のためのバインダ（例えばメチル
セルロースの希釈液）を混和し、ついで湿式噴霧乾燥機
（スプレードライヤ）等により所要の粒サイズに造粒し
たのち、その造粒粉を焼結処理に付す。焼結された造粒
粉は、溶湯中でその微細粒子同士の結合関係が解かれ、
もとの微細粒子に分散し得る程度のものであることを要
し、そのような分散を妨げるごとき強い結合関係を与え
てはならない。従って、その焼結処理は、造粒粉の体積
変化（収縮）を伴なわない軽度の焼結（仮焼結）にとど
めるべきである。超硬合金の製造では、タングステン炭
化物粒子と結合金属（ＣＯｌＮｉ等）との完全な融着を
形成する本焼結処理に先立って、比較的低温域（約７０
０〜１０００°Ｃ）での仮焼結が行なわれる。本発明の
造粒粉の焼結は、かかる仮焼結の焼結条件に従って達成
することができる。なお、結合金属としては、上記例示
のＣ０１Ｎｉ等のほか、Ｆｅ１その他の金属または合金
を適宜使用することもできる。

本発明に使用されるタングステン炭化物粒子は、ＷＣ，
Ｗ２Ｃ，あるいはタングステンチタン炭化物等の複炭化
物等の粒子である。

基地金属は、鉄系金属、代表的には鋳鉄、例えばダクタ
イル鋳鉄、ニッケルグレン鋳鉄などである。一般に鉄系
金属は、タングステン炭化物粒子との濡れ性がよいので
、基地−粒子の強固な結合関係を形成するのに有利であ
る。しかも、−鋳鉄系は、凝固温度が比較的低いので、
タングステン炭化物粒子が溶湯に投与されたときの粒子
の吸熱による溶湯の降温を補償するための過熱度を大き
くとることができ、従って粒子の沈降・凝集に必要な溶
湯の流動性を保持し易い点においても有利である。また
、鋳鉄系は、圧延ロール材料として十分な実績と（を照
性を有する材料でもある。

基地金属とタングステン炭化物粒子とで構成される複合
組織におけるタングステン炭化物粒子の充填率（組織中
に占める粒子の容積率）は、耐摩耗性および耐肌荒れ性
の点から高い程よいが、あまり高くなると、靭性の低下
をみる。圧延ロール等を目的とする場合には、タングス
テン炭化物粒子の充填率は５０〜７５％であるのが適当
である。

本発明方法による複合鋳物は、例えば中実もしくは中空
円柱体として得られる。ロール類を目的とする場合、耐
摩耗性や耐肌荒れ性はロール表面の問題であるから、中
実体である必要はなく、中空円柱体として鋳造すれば、
高価なタングステン炭化物粒子の使用量を節減すること
ができる。もし、強度・剛性等の点で必要ならば、その
中空孔内に、他の安価な金属（合金）をコアーとして鋳
造等により充填すればよい。

本発明による中空円柱状鋳物の鋳造方案の具体例につい
て説明すると、第３図において、（１）は鋳型、（２）
は金属溶湯鋳込みホッパ、（４）はタングステン炭化物
粒子造粒粉供給装置である。

（５）は水平回転台であり、図示しない回転駆動機構に
より垂直支軸（５１）を中心に回転する。

鋳型（１）は、同心円状の外側殻壁（１１）と内側殻壁
（１２）とで画成される円筒状空間（Ｓ）を有し、バン
クサンド（６）にて枠体（７）内に固定され、その中心
が回転台（５）の回転軸心と一致するように該回転台上
に設置されている。

溶湯鋳込みホッパ（２）は、鋳型（１）の上方に位置し
て、下部のスリーブ（２１）が鋳型の上端開口部に指向
するように設置されている。金属溶湯（Ｍ′）は取鍋（
３）から鋳込みホッパ（２）を介して所定の鋳込速度で
鋳型（１）内に鋳込まれる。

タングステン炭化物粒子造粒粉供給装置（４）は、その
供給口（４２）が鋳型（１）の上端開口部にのぞむよう
に設置されている。該供給装置内には予め造粒・仮焼結
された造粒粉（Ｐ′）が装入されており、造粒粉（Ｐ′
）は流量調節器（４１）にて所定の流量に調節されなが
ら鋳型（１）内に供給される。

上記鋳造装置において、回転台（５）の回転駆動により
鋳型（１）を比較的緩かな回転速度で回転させながら、
金属溶湯（Ｍ′）を取鍋（３）から鋳込みホッパ（２）
を介して鋳型（１）内に鋳込むとともに、タングステン
炭化物粒子造粒粉（Ｐ’）を鋳型（１）内の溶湯に投与
する。鋳型（１）を回転させなから溶湯（Ｍ′）および
造粒粉（Ｐ′）の鋳込みを行うのは、溶湯および造粒粉
を、鋳型（１）の円筒状空間（Ｓ）の円周方向の各部分
に均等に供給することによって、鋳型内の溶湯温度およ
び炭化物粒子の分布を均一化するためである。こうして
所定量の溶湯および造粒粉の鋳込みを終え、造粒粉とし
て投与された炭化物粒子の分散と沈降・凝集、および溶
湯の凝固完了を待てば、第５図に示すように、下方にタ
ングステン炭化物の微細粒子（Ｐ）が緻密に凝集し、そ
の微細粒子の間隙が基地金属（Ｍ）で満たされた複合組
織を有する部分（Ａ）と炭化物の微細粒子は比重分離さ
れた金属相部分（Ｂ）とからなる鋳造体（Ｃ）が得られ
る。この鋳造体の上部の金属相部分（Ｂ）を切断除去す
れば、下部の複合組織部分（Ａ）が目的とする中空円筒
状の複合鋳物として採取される。

第４図は中空円柱状鋳物の鋳造方案の他の例を示す。鋳
型（１）は、円筒殻壁（１３）の中心部に、半球状頂部
を有する円柱状中子（１４）が立設された形状を有し、
円筒殻壁（１３）と円柱状中子（１４）とにより円筒状
空間（Ｓ）が画成されている。

鋳込みホッパ（２）は鋳型（１）の垂直上方に位置し、
スリーブ（２１）が円柱状中子（１４）の半球状頂部（
５）の中心に指向するように設置さており、造粒粉供給
装置（４）は下部の供給口（４３）が、鋳込みホッパ（
２）にのぞむように配設されている。

上記鋳造装置において、取鍋（３）からの溶湯（Ｍ′）
と造粒粉供給装置（４）から供給される造粒粉（Ｐ′）
とを鋳込みホッパ（２）内に入れ、溶湯と造粒粉との混
合流体として、鋳型（１）内の円柱状中子（１４）の頂
部中心に向って流下させれば、混合流体は該頂部に衝突
して中子を中心に放射状に均等に分散するので、溶湯お
よび造粒粉は鋳型内円筒状空間（Ｓ）の円周方向の各部
分にまんべんなく供給される。また、この鋳造法では、
前記第３図のそれとことなり、溶湯（Ｍ′）および造粒
粉（Ｐ′）が、円筒状空間（Ｓ）の円周方向の各部分に
対し間断なく供給されるので、円周方向における溶湯温
度の偏りも解消される。なお、この鋳造法では、鋳型（
１）の回転は特に必要はないが、水平回転台（５）によ
る比較的緩かな回転駆動下に鋳造を行えば、円柱状中子
（１４）の頂部に衝突した溶湯と造粒粉の放射状の分散
に若干の偏りがあっても、その偏りが円周方向に均一化
されるので、溶湯および造粒粉を均等に分散させること
ができる。

鋳型（１）内に鋳込まれた溶湯（Ｍ’）中の造粒粉は、
前記のようにもとの炭化物粒子として分散・凝集し、第
６図のように円筒形状をなす複合組織部分（Ａ）と金属
相部分（Ｂ）からなる鋳造体が得られ、その複合組織部
分（Ａ、）が中空円柱状鋳物として採取される。

本発明の複合鋳物の製造には遠心力鋳造法を適用するこ
とができる。前記の鋳造方案において、鋳型（１）を水
平回転台（５）にて比較的高速度で回転させて遠心力の
作用下に、鋳型的溶湯中の炭化物粒−子を鋳型の壁面に
向って移行させれば、表層部に微細炭化物粒子が濃化・
凝集せる複合組織を有する中空円柱状鋳物が得られる。

なお、本発明による鋳造において、鋳型内に鋳込まれた
溶湯が、鋳型への熱伝導や投与された炭化物粒子の吸熱
等により、短時間内に降温・粘稠化して炭化物粒子の十
分な沈降・凝集が妨げられるような場合には、溶湯の熱
補償のために、セラミックモールド等の高温鋳型を使用
し、また炭化物粒子造粒粉を予熱して投与することは、
溶湯の粘稠化を遅延させ、粒子の沈降・凝集を促進する
のに有効である。

〔実施例〕

（１）タングステン炭化物粒子の造粒・仮焼結ｗｃ粉末
（平均粒径６　、ｃ＋ｍ）１２．８ｋｇ　（８５重量％
）と結合金属としてのＣＯ粉末（平均粒径６μｍン２．
２　ｋｇ　（１５ｆＥｉｔ％）の混合粉末にアルコール
で希釈された溶剤系バインダを添加し、ボールミル（ボ
ールミルボール：起硬ポール）で２４時間を要して混練
する。

混線後、スプレードライヤにて７５〜１００μｍのサイ
ズに造粒する。

造粒粉を、真空焼結炉にて、７５０℃に１時間保持する
ことにより仮焼結を施す。

〔ｎ）複合鋳物の鋳造 第３図の鋳造装置を使用し、鋳型を６Ｏｒｐｍで回転さ
せながら、金属溶湯としてニッケルグレン鋳鉄（Ｃ：３
．２３％、Ｓｉ：０．７５％、Ｍ　ｎ　：　０．６８％
、Ｎｉ：４．３８％、Ｃｒ：１．６４％、Ｍｏ：Ｑ、３
５％、残部Ｆｅンを鋳込みホンパ（２）から鋳型（１）
内に鋳込むととも、造粒粉供給装置（４）にて上記の焼
結された造粒粉を鋳型的溶湯に投与した。

ｆｌ）鋳型：セラミソクモールド。予熱温度５００　”
ｃ。

（２）溶湯：鋳込温度１６００℃。鋳込量４０ｋｇ。

（３）造粒粉：予熱温度３００℃。投与量１５ｋｇ。

上記鋳造により第５図に示すような中空円柱状鋳物を得
、その下部の複合組織部分（Ａ）を製品として採取した
（外径１６０ｍｘ内径８０ｆｉ×長さ６０顛）。

（Ｉ［［）複合鋳物の組織 上記で得られた複合鋳物の組織におけるタングステン炭
化物粒子は平均粒径約５μｍであり、粒子充填率は６５
％と、極めて緻密で、しかも均一である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微細なタングステン炭化物粒子と基地
金属から成る複合組織を有する鋳物が得られる。タング
ステン炭化物粒子は微細で、しかも緻密・均一に分布し
ているので、圧延ロール等としての使用において、粒子
間隙の基地金属の損耗が生じても、平滑な表面状態を失
なわない。このように、本発明により得られる鋳物は耐
肌荒れ性にすぐれ、また耐摩耗性や強度・靭性等にもす
ぐれているので、圧延ロール等、耐肌荒れ性の必要な摩
耗用途に好適であり、従来材を凌ぐ耐久性を保証する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におげろ造粒粉の溶湯中での分散・凝集
の模式的説明図、第２図は粗大粒子の溶湯中での凝集の
模式的説明図、第３図および第４図は本発明の詳細な説
明図（各図とも、（１）は立面断面図、（ｎ）は鋳型部
分の平面図）、第５図、第６図は本発明による鋳造体の
模式的断面説明図である。 Ｐ：タングステン炭化物粒子、Ｐ′：造粒粉、Ｍ：金属
基地、１：鋳型、２：溶湯鋳込みホ・ツバ、４：造粒粉
供給装置、５：水平回転台。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳鉄溶湯にタングステン炭化物粒子を混合して該
   溶湯を凝固させて鋳鉄基地中に粒径１５μｍ以下のタン
   グステン炭化物粒子が分散する組織を有する耐摩耗複合
   鋳物を製造する方法において、粒径１５μｍ以下の微細
   タングステン炭化物粒子を結合金属粉末と混練し、造粒
   して仮焼結せる粒径４４μｍ以上の造粒粉を、鋳鉄溶湯
   に投与し、該溶湯中で崩壊させてもとの微細粒子として
   分散させることを特徴とする耐摩耗複合鋳物の製造方法
   。