JPS62294106A - 高強度複合シリンダの製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、ゴム、プラスチック等の射出成形機および押
出機の加熱シリンダに関する。

（従来の技術） エンジニアリングプラスチック、セラミックス、プラス
チックマグネット、ゴム、強化繊維を含有したプラスチ
ック等の射出成形機や押出機の加熱シリンダとして、シ
リンダ内周面に耐食、耐摩耗性に優れた高硬度材料をラ
イニングした複合シリンダが使用されている。

従来、複合シリンダの製造方法として、ＷＣ粉末をＮｉ
基あるいはＣｏ基の母材合金中に分散し、これをシリン
ダ本体の内周面に遠心鋳造する方法が採られていた。し
かし、この方法では、シリンダの内面にＷＣ粉末粒子が
集積せず、ライニング層の内面を切削により除去しなけ
ればならないこと、また、シリンダ本体とライニング層
との境界に−Ｃ粉末粒子が集積するため、両者の接合強
度が劣化することなどの問題があった。

そこで、近年、高温・高圧技術の進歩に伴い、前記遠心
力鋳造方法の問題点を解決したライニング層の形成方法
が捉案されている。この方法は、ライニング層の形成に
熱間静水圧加圧（以下、ＨＩＰという。）を適用したも
のであり、Ｎｌ基あるいはＣｏ基合金粉末、また、この
粉末と種々の硬質材粉末とを混合した複合粉末をシリン
ダ内周面に充填してライニング粉末層を形成し、該ライ
ニング粉末層を脱気密封してＨＩＰ処理を施し、前記ラ
イニング粉末層を焼結して耐摩耗性を有しかつ耐食性の
あるライニング層を形成すると共に該ライニング層をシ
リンダ本体の内周面に拡散接合させるということを内容
とするものである。

尚、従来の場合、シリンダ本体の材質としては、通常、
炭素鋼、Ｃｒ　−Ｍｏ鋼、Ｎｉ　−Ｃｒ−Ｍｏｌあるい
は５ｔｌＳ　３１６等のステンレス鋼が使用されており
、引張強さは８５　ｋｇ　／　ｍｍ　２未満である。

（発明が解決しようとする問題点） 近年、精密成形に対応した射出圧力の増加あるいは高温
射出成形品の増加に伴って、低温あるいは高温度域での
高強度シリンダに対する要求が高まっており、加熱シリ
ンダとして、内面の耐摩耗性および耐食性と共に、シリ
ンダ本体の高強度化が望まれている。

既述したＨＩＰによるライニング層の形成により、高品
質の複合シリンダが提供されるに至ったが、シリンダ本
体の引張強度は８５ｋｇ／１ｍ２未満であるので、高い
強度のシリンダを製造するには、シリンダ本体に高強度
化のための焼入れ焼戻し等の熱処理を行う必要がある。

ところが、かかる高強度化熱処理を施すと、高硬度のラ
イニング層とシリンダ本体との熱膨張率および熱処理変
態特性の差が大きいため、熱処理中にライニング層に割
れが入ったり、境界面よりｆｆ１ｌＪ離する場合が生じ
る。また、成形機等に装着した場合においても、境界部
での残留応力が高いために、射出圧が２０００　ｋｇ　
／　ｍｍ　２あるいはそれ以上となる高圧使用環境では
、使用中にライニング層の割れや剥離が発生する事があ
る。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、ＨＩＰ処理
によってシリンダ本体の内周面に高硬度かつ耐食性およ
び耐摩耗性を有するライニング層を形成する複合シリン
ダの製造方法において、ライニング層の割損や剥離が生
じ難く、かつシリンダ本体が高強度化された複合シリン
ダの製造方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 叙上の目的を達成するための講じられた本発明の高強度
複合シリンダの製造方法の特徴とするところは、シリン
ダ本体を熱処理により高強度化することができる金属材
料で形成し、ライニング層の基材となる合金粉末を耐食
性を有しかつ熱処理変態特性および熱膨張特性において
、シリンダ本体と同質の金属材料で形成し、この合金粉
末にセラミックス等の高硬度粉末を混合した複合粉末を
シリンダ内面に充填し、脱気密封してＨＩＰを施し、前
記粉末が焼結されたライニング層をシリンダ本体内面に
拡散接合させ、得られた複合シリンダ素材に高強度化熱
処理を施した後、所期の形状に加工する点にある。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

本発明に使用するシリンダ本体は、熱処理によって高強
度が得られる金属材料で形成される。前記金属材料の素
材を圧延あるいは鍛造した後、ライニング層の厚さを考
慮して機械加工を行い、所定の内孔径を有する円筒形状
のシリンダ本体を得る。

まず、前記シリンダ本体の内周面に高硬度粉末とライニ
ング層の基材となる合金粉末との混合粉末を充填してラ
イニング粉末層を形成する。

高硬度粉末としては、ＷＣ，ＶＣ等の炭化物、Ｔｉｅ。

ＶＮ等の窒化物、Ｔｉ８２　、Ｍｏ８等のホウ化物、Ａ
ｌ２Ｏ２゜Ｚｒ０ｚ等の酸化物などの高硬度セラミック
ス粉末を使用する。

混合粉末中の高硬度粉末の添加割合は、混合粉末をＨＩ
Ｐ処理した後の複合材の熱膨張率がシリンダ本体と大き
な差違を生じない範囲（望ましくは熱膨張率の差で３Ｘ
１０−６／℃以下）、あるいは靭性が著しく低下しない
範囲で所要の耐摩耗性を考慮して任意に決定することが
できる。

ライニング層の基材となる合金粉末としては、耐食性を
有しかつ熱処理変態特性および熱膨張特性において前記
シリンダ本体と同一あるいは同系成分で形成した合金粉
末を製造することにより容易に得ることができる。

前記合金材質は、シリンダ強度およびライニング層に要
求される耐食性により適宜の合金を選択し使用すること
ができる。

例えば、３００〜５５０℃といった高温度で使用され、
しかも高温強度が要求される高温高圧用シリンダあるい
はプラスチックマグネット射出成形用に要求される非磁
性シリンダの場合、析出硬化型オーステナイト鋼をシリ
ンダ本体およびライニング層の基材となる合金粉末の材
質として適用することで要求性能を満足することができ
る。

尚、通常、強度および耐食性は、選択した合金により付
与することができるが、他方、要求される耐摩耗性は、
この合金粉末に前記高硬度粉末を混合し複合化すること
で十分付与することができる。

ライニング粉末層は、シリンダ本体の内孔にこれと同心
状に金属カプセルを装着し、両者の間に混合粉末を充填
し、シリンダ本体の内周面に形成される。

ライニング粉末層を脱気密封した後、ＨＩＰ処理を施す
。

ＨＩＰ処理によって、前記ライニング粉末層が焼結され
て、高硬度かつ耐食性を有するライニング層が形成され
ると共に該ライニング層がシリンダ本体の内周面に拡散
接合される。

次に、以上のようにしてライニング層がシリンダ本体の
内周面に形成された複合シリンダ素材は、製品に近似し
た形状に粗加工した後、高強度熱処理を行う。高強度熱
処理としては、焼入れ・焼戻し処理あるいは溶体化・時
効処理等があるが、合金材質に対応した適宜の熱処理を
選択することにより、シリンダ本体を８５　ｋｇ　／　
ｘｍ　２以上に高強度化すると同時にライニング層中の
基材金属をも高硬度化することができる。この際、基材
金属はシリンダ本体と熱処理変態特性および熱処理特性
において同質の材質を用いているから、シリンダ本体と
ライニング層との境界部に剥離や過大な残留応力が生じ
ることがない。

次に本発明の具体的実施例として、プラスチックマグネ
ット射出成形機用シリンダの製造実施例を掲げて説明す
る。

このシリンダは、引張強度８５　ｋｇ　／　ｍｎ　２以
上で非磁性、耐摩耗性が要求されるので、シリンダ本体
およびライニング層の基材となる合金粉末として、裔マ
ンガン系析出硬化型オーステナイト鋼を用いた。また、
高硬度粉末としてＶＣ粉末を用いた。

まず、シリンダ本体が下記のようにして製作された。前
記高マンガン鋼にて大気溶解により１塊を溶製し、つづ
いて鍛造により　１２５ｍｍφの鍛造素材を製造し、こ
の鍛造素材を機械加工して、外径１２０　ｗφ×内径４
４曹襲φ×長さ１１０（ｈ膳ｌのシリンダ本体を得た。

ライニング粉末は、まずシリンダ本体と同一の高マンガ
ン系析出硬化型オーステナイト鋼を大気溶解した後、高
圧アルゴンガスにてアトマイズし、得られたアトマイズ
粉末を一６０メツシュにて分級して、本実施例で使用す
る粉末とした。次いで、この粉末に粒径１〜３μｍのＶ
Ｃ粉末を容積比で６：４として添加し、両者を均一に混
合して、複合粉末を得た。

前記シリンダ本体の内孔内面に厚さ３龍のライニング粉
末層を形成するべく内面側からカプセルを装着し、この
空隙にライニング粉末を充填した後、脱気密封してＨＩ
Ｐ処理を施した。ＨＩＰ条件は、温度１１５０℃、圧力
１０００ｋｇ　ｆ　／　ｃ＋＋Ｉとした。

ＨＩＰ処理後、カプセルおよびライニング層内面一部を
除去し、複合シリンダ素材を削り出した。

その後、複合シリンダ素材を１１５０℃Ｘ１ｌｌｒの溶
体化処理および６５０℃×３Ｈｒの時効処理を行って、
最終的に外径１１５ｍｍφ×内径４０１１φ×長さ１０
８０＋ｕｌのシリンダに仕上げた。

このようにして製造された複合シリンダの特性を第１表
に示す。また、ライニング層接合部の金属ミクロ組織を
第１図（５０倍）に示す。また、境界部近傍におけるラ
イニング層の金属ミクロ組織（１０００倍）を第２図に
示す。また、ライニング層の耐摩耗性の評価試験結果を
第３図に示す。尚、第３図には、比較のため５ＫＤＩＩ
材の試験結果を併せて示した。

第　　１　表 第１表より、実施例に係る複合シリンダは、高強度であ
り、かつ全体が非磁性であることが確認された。また、
第１図および第２図より、ライニング層とシリンダ本体
とは良好に接合されており、かつＶＣ粒子が碁打金属中
に良好に分散していることが確認された。更にまた、第
３図により、本実施例のライニング層は５ＫＤ１１より
も耐摩耗性に極めて優れていることが確認された。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の高強度複合シリンダの製造
方法によれば、シリンダ本体を熱処理により高強度化す
ることができる金属材料で形成し、該シリンダ本体の内
孔内面にＨＩＰにより形成されるライニング層の基材と
なる金属として、耐食性を有し、かつ熱処理変態特性、
熱膨張特性においてシリンダ本体材質と同質の金属材料
を用いるので、ＨＩＰ後の複合シリンダ素材に、シリン
ダ本体が８５ｋｇ／ｍ２以上の引張強度を帯有するよう
な高強度化熱処理を施しても、う・イニング層とシリン
ダ本体との境界部に剥離や過大な残留応力が生じること
がない。また、製品となった状態においても、境界部で
異常な残留応力が発生せず、接合強度もシリンダ本体と
同レベルで十分高いので、射出圧力が２０００　ｋｇ　
／　ｃｒＡあるいはそれ以上となる様な高圧条件で使用
されても、ライニング層に割れや剥離を生ずることがな
く、十分な耐用性を具備するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はライニング層接合部の金属組織写真、第２図は
ライニング層の金属組織写真、第３図はライニング層の
耐摩耗性評価試験結果を示すグラフ図である。 第１図 第２図 第３図 ｙ′を主Ｅ″Ｌ　Ｌ　（吻）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内孔を有するシリンダ本体の内周面にライニング
   層の基材となる耐食性合金粉末とこれにセラミッスクス
   等の高硬度粉末を混合した複合粉末を充填してライニン
   グ粉末層を形成し、該ライニング粉末層を脱気密封して
   熱間静水圧加圧を施し、前記ライニング粉末層を焼結し
   て高硬度かつ耐食性を有するライニング層を形成すると
   共に該ライニング層をシリンダ本体の内周面に拡散接合
   させ、得られた複合シリンダ素材を所期の形状に加工す
   ることを特徴とする複合シリンダの製造方法において、 シリンダ本体を熱処理により高強度化することができる
   金属材料で形成し、ライニング粉末の基材となる合金粉
   末を耐食性を有しかつ熱処理変態特性、熱膨張特性にお
   いてシリンダ本体材質と同質の金属材料で形成し、さら
   に所期の形状に加工する前に、複合シリンダ素材に高強
   度化熱処理を施すことを特徴とする高強度複合シリンダ
   の製造方法。