JPS62286661A - 高硬度粒子の鋳包み方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は高硬度粒子層鋳包み方法に係り、特にセラミッ
クスなどの耐摩耗性高硬度粒子の金属基材の摩耗側表面
への鋳包み方法に関する。

［従来の技術］ セラミックスは耐摩耗性などにおいて優れた機械的機能
を有するとともに、−面において低靭性を呈するためそ
の低靭性を金属によって補なあうとする複合材の製造方
法はすでに検討されている（例えば、特開昭６０−９２
０６１号公報参照）。

従来、この種の高硬度粒子の鋳包み方法は、鋳型のキャ
ビテイ面にセラミックス粒子などの耐摩耗性高硬度粒子
を層状にセラ１〜して吸引圧により吸引ざぜたのち金属
溶湯を注湯して高硬度粒子相互間に浸透させて金属基材
の表面に耐摩耗性高硬度粒子と金属とよりなる耐摩耗性
表層が一体化された複合材として製造されている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上記従来の高硬度粒子の鋳包み方法では
、セラミックス粒子などの耐摩耗性高硬度粒子に金属溶
湯を直接に注腸するざいに、該高硬度粒子は著しい熱衝
撃を受けるために細片状に破壊を生じて本来の機能を損
うことになるのみならず、注湯時において金属溶湯の流
動に伴って層状にセットされた高硬度粒子の規則的配列
が乱されて不規則に移動してしまい層状空隙率を不確定
にさせてしまう。ざらに、金属溶湯よりも比重が少い高
硬度粒子を使用する場合には、金属注湯内を浮上するに
いたり、耐摩耗性高硬度粒子が金属の一定面上に均一に
分散された耐摩耗表層を形成して鋳包まれることが困難
であるという問題があった。

本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、
耐摩耗性高硬度粒子が著しい熱衝撃を受けることなく、
本来の機能を発揮できて、高硬度粒子が金属溶湯をもっ
て均一にかつ充分に分散されて鋳包みが行われ金属基材
の表面に高硬度粒子層が形成される優れた高硬度粒子の
鋳包み方法を提供することを目的とするものでおる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、セラミックスから
なる鋳型の底面に高硬度粒子を平面状に充填配列し、該
高硬度粒子の上層には高硬度粒子の移動を抑制するセラ
ミックスフィルタを重ね、前記鋳型を加熱してセラミッ
クスフィルタおよび高硬度粒子を予熱した後、前記鋳型
を通気性を有する支持材に積載し、鋳型内に金属溶湯を
注湯して、吸引圧の作用のもとで高硬度粒子をセラミッ
クスフィルタとともに金属溶湯をもって鋳包み、金属基
材の表面に高硬度粒子層が形成されるようにしたもので
ある。

［作　用］ 本発明は上記のような構成により次のような作用を有す
る。すなわち、セラミックスからなる。鋳型の表面に平
面状に充填配列された高硬度粒子はセラミックスフィル
タとともに予熱された後、注湯されるため著しい熱衝撃
を受けることなく、本来の機械的機能が発揮できるよう
になる。また、高硬度粒子の上層にセラミックスフィル
タを歪ねたため金属溶湯を注湯するざい金属溶湯が流動
しても金属溶湯より比重が小ざい高硬度粒子の移動や浮
上が抑制されるので平面状に充填配列された状態が保持
されることによって、高硬度粒子が金属溶湯をもって均
一にかつ充分に分散される。このざい高硬度粒子層内の
空隙に介在するガスなどは鋳型内および支持材内におい
て吸引圧をもって吸引された状態におり、これらとの圧
力差をもって移動して系外に排出されるため、高硬度粒
子層にはカスなどの介在がなく、均一にしてかつ充分に
金属）８湯をもって分散されて鋳包みが行われ、金属基
材の表面に耐摩耗性に優れた高硬度粒子層か形成されろ
ようにすることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面について詳細に説明する。

第１図にｄ５いて、１４は高硬度粒子をしめし、アルミ
ナ（７％５ｉ０２．９１％眞２０３）や高強度ジルコニ
ア（５％Ｙ２Ｏ３□９５％Ｚｒ０２）などの粒状セラミ
ックスが用いられ、いずれも粒径は２〜１０ｍｍでおり
、ビッカース硬さくにｇｆＩ馴２）は７００．１１００
〜１２００程度であって、耐摩耗性などにおいて優れた
機械的機能を有している。高硬度粒子１４は鋳型１２の
底面に平面状に単円もしくは多層に均一に充填配列され
、高硬度粒子１４間相互には空隙１８が形成されている
ａ鋳型１２は底面を有する円筒状の形状からなり、熱伝
導性の良好なマグネシア質、アルミナ質の耐熱性セラミ
ックスであって、金属溶湯２２に対して充分な耐火度を
有している。２０はセラミックスフィルタであって、円
板状をなし内部には金属溶湯２２の透過を許すとともに
高硬度粒子１４の通過を阻止しうるがこと開口径を有し
ており、熱伝導性の良好なアルミナ質などの耐熱性セラ
ミックスなどをもって形成されている。

また、セラミックスフィルタ２０ｔ、を高硬度粒子１４
の上層に重ねて密着して設けられ、鋳型１２と確実に締
結される。支持材１０は容器２８内において造型されて
おり、円筒状の鋳型１２を支持材１０内に積載されるよ
うにしている。支持材１０は砂粒などをもちいて充填さ
れており、ガスの流れに対して充分な通気性を有してい
る。

金属としては普通鋳鉄（Ｃ３，２１％、　　Ｓｉ　１．
４３％。

Ｈｎｏ、７９％）や高Ｃｒ鋳鉄（Ｃ３，０７％、　Ｓｉ
　０．２７％。

Ｈｎｏ、７３％、　Ｃｒ　２４．４３％、　Ｎｉ　Ｏ，
２４％）などがちらいられ、金属基材の硬度は普通鋳鉄
においてＨｖ２５１．９　、高Ｃｒ鋳鉄においてＨｖ　
６０７．２であった。

高硬度粒子１４を配列し、セラミックスフィルタ２０が
締結されている鋳型１２は予じめ公知の手段をもって加
熱速度１０００℃／Ｈ，加熱温度８００〜１１００℃の
もとで加熱されて、充分な予熱が行われる。このざい、
過度の加熱は金属溶湯との間に境界面酸化を促進させる
ことになるので、前記温度領域において加熱される。

支持材１０は容器２８内において造型されたのち、支持
材１０内の鋳型１２にを積載する側の表面にはエチレン
酢酸ビニン共重合体（ＥＶＡ）などからなる熱可塑性プ
ラスチックフィルムが被覆されて、支持材１０内に設け
られた任意の開口から真空ポンプなどをもちいて、支持
材１０の空隙に介在している空気を吸引圧をもって吸引
するとともに、支持材１０の充填層内を流れて排気口２
６から系外に排出される。このさいにおける吸引圧は３
６０．Ｈ（ｌ程度であって、かかる吸引圧をもって吸引
すれば、後工程における操作を円滑にすることができる
。

次工程では、加熱された鋳型１２が支持材１０内に積載
されて、両者間による間隙は気密材によって封鎖される
。なお、引続き空気は吸引圧をもって吸引されている。

支持材１０の表面に被覆されていた熱可塑性プラスチッ
クフィルムは加熱によって軟化するとともに燃焼が行わ
れて消滅するに至り燃焼ガスは支持材１０の充填層内を
流れて系外に排出される。

続く工程では、なお、引続き空気は吸引圧をもって吸引
されている。金属溶湯２２が鋳型１２内に注湯されると
、セラミックスフィルタ２０を透過して高硬度粒子１４
間相互の空隙１８に浸透される。

このさい、鋳型１２内、セラミックスフィルタ２０内お
よび空隙内の空気ならびに前記の燃焼ガスはそれぞれｒ
Ｊ型１２および支持材１０の充填層内を圧力差をもって
流れて系外に排出されるため、高硬度粒子１４と金属溶
湯２２との界面には空気などが残留して介在することが
防止される。また、金属溶湯２２はセラミックスフィル
タ２０の開口を透過するにざいし、高硬度粒子１４の相
互移動がセラミックスフィルタ２０の押付は力の作用の
もとで抑制されるので、平面状に充填配列された状態が
保持されることによって、高硬度粒子１４が金属溶湯２
２をもって均一かつ充分に分散されて鋳包みが行われる
ようになる。ついで、空気の吸引は停止されて、凝固工
程にいたり、高硬度粒子１４間相互の空隙１８から始ま
り、セラミックスフィルタ２０の開口部、鋳型１２内の
金属へと凝固が進行し、ざらに、鋳型１２は支持材１０
から取出され、凝固体と鋳型との崩壊分離が行われると
ともに熱処理工程が加えられて、金属基材の表面に耐摩
耗性の優れた高硬度粒子層が鋳包みによって形成される
。

前述のごとく得られた高硬度粒子層について摩耗試験を
行ったところ第２図にしめすご゛とき結果が得られた。

金属としては高Ｃｒ鋳鉄をもちい、高硬度粒子層 包みが行われた。試料表面に（シリカｉｏｏ＞の粉体を
投射角４５°をもって吹付けた。そのさいの噴射圧力は
１．５に０７ｃｍ２、投射距離は７５ｒｔｍであった。

なお、比較のために高Ｃｒ鋳鉄のみの試料が用いられた
。第２図にしめした摩耗試験結果からも明らかなように
、高硬度粒子層は従来の耐摩耗材料に比して優れた耐摩
耗性をしめずことが明らかである。

第３図は第２図にしめした摩耗試験結果について高硬度
粒子層の表面状況をしめす断面図であって、ｐは高硬度
粒子、ｍは金属基材がそれぞれしめされている。

すなわら、摩耗試験が行われて金属基材ｍは摩耗されて
も高硬度粒子の摩耗は僅少であり、かつ、高硬度粒子は
金Ｂ％材に均一に分散されて鋳包みが行われていること
が明らかである。

［発明の効果］ 本発明は上記実施例より明らかなように、金属溶湯を注
湯するざいに高硬度粒子は著しい熱衝撃を受けることが
ないため本来の耐摩耗性の機能を発揮することができて
、高硬度粒子が金属注湯をもって規則的に均一かつ充分
に分散されて鋳包みが行われ、金属基材の表面に耐摩耗
性に優れた高硬度粒子層が形成されるようにすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る高硬度粒子の鋳包み方
法の概略説明図、第２図、第３図は同方法の摩耗試験結
果の説明図である。 １０・・・支持材、１２・・・鋳型。 １４・・・高硬度粒子、　　　２０・・・フィルタ。 ２２・・・金属溶湯 特許出願人　川崎重工業株式会社 第２図 試験時ＩｖＨｒ　　□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックスからなる鋳型の底面に高硬度粒子を平面状
   に充填配列し、該高硬度粒子の上層には高硬度粒子の移
   動を抑制するセラミックスフィルタを重ね、前記鋳型を
   加熱してセラミックスフィルタおよび高硬度粒子を予熱
   した後、前記鋳型を通気性を有する支持材に積載し、鋳
   型内に金属溶湯を注湯して、吸引圧の作用のもとで高硬
   度粒子をセラミックスフィルタとともに金属溶湯をもっ
   て鋳包み、金属基材の表面に高硬度粒子層が形成される
   ことを特徴とする高硬度粒子の鋳包み方法。