JPS6310058A - 鋳造方法 - 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］ 本願発明は金属を溶融し鋳型の空隙に注入充填して凝固
後所望の形状をなす鋳造品を得る鋳造方法、とくに所望
の部位にのみ特定の物性を付与する鋳造方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 鋳造品のうちその使用態様によって全体でなく所望の１
部分についてのみ特定の物性を付与したい場合がある。

たとえば弁箱の弁座、渦巻ポンプについてケーシングの
喉口部、インペラの羽根付根付近などは）３動による摩
耗やキャビテーションによって損耗著しく他の部位は新
品同様ながら取替えを余義なくされる。

鋳造品の一部特定の箇所に耐摩耗性、耐食性。

耐熱性など特定の物性を付与する方法としては、鋳造品
自体に溶射や、部分焼入（たとえば高周波焼入）、浸炭
、窒化など鋳造後に表面処理を加える方法もあるが、設
備装置を必要とすることと、作業工数が確実に増える問
題点がある。

そのため鋳造前の鋳型の空隙表面の所望の部位に、特定
の異物質を含む硬化材層などを設けておいて、溶融金属
を注湯しその熱で該硬化材層などを溶着させて凝固後に
所望の部位に硬化層を形成しようとする鋳造方法が種々
提案されてきた。

これらの従来技術はかなり数が多いが、たとえば（１）
「鋳鉄の塗型による表面硬化法」（特公昭５３−１８１
６６号公報） （２）耐摩耗鋳造品の製造方法 （特開昭５４−１１０２６号公報） （３）鋳込硬化用硬化材 （特開昭５７−１７７８５０＠） などを挙げることができる。

従来の技術第１引例はＴｅ十Ｃｕを主体とする粉末を黒
鉛粉末とともにアルコール液に混合して鋳型に塗布し、
Ｖ、Ｎｉ含有の鋳鉄溶湯を注入して鋳造品の表面を硬化
する方法で、従来のＴｅ単独の塗布を改善したものであ
る。

第２引例は鋳型の所望の箇所に８４Ｇを含有露出させ、
または塗布することによりＢ含有硬化層を形成させる方
法である。

第３引例はボロンカーバイト粉末、セリウム粉末、フェ
ノール樹脂を配合した鋳込硬化用硬化材を対象とするも
ので、ボロンカーバイトが溶融し鋳物内部へ拡散して硬
化層を形成するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の技術は鋳型の表面に塗膜を作り注入する溶融金属
の熱によって金属または合金粉末を溶湯中へ溶解、拡散
さぼることが共通する基本である。

ここに掲げたのは溶融金属が鋳鉄に限られ、含有炭素を
セメンタイト化して部分的に白銑組織とするものである
から、目的は硬化による耐摩耗性の向上であり、添加す
る硬化材は白銑化傾向のめる特定の物質に限られている
。

しかし現実の要求としては鋳造品は鋳鉄に限らず鋳鋼も
あれば非鉄金属もあり、部分的に付与したい物性も硬化
による耐摩耗性向上だけに限らず、その伯の種類の耐摩
耗性の向上、各種の耐食性、耐キャビテーション、耐コ
ロージヨンなどの向上もある。

しかし従来の鋳造技術が塗膜材の溶解拡散を基本とする
以上、溶融点の高い合金粉末や、金属と非金属との結合
体くたとえば炭化物、酸化物、窒化物、硼化物）の適用
は大きな制約があり、また溶融金属と反応性の乏しい合
金粉末を使用して所望の厚さの合金層を形成することは
困難である。

ざらに結合材として樹脂などに依存するだけでは注湯後
、ガス発生によるピンホールや巣の発生が多く、作業性
がよくない欠点があった。

結合材としては有機系と無機系のものがあるが、無機系
のものはく例えば水ガラスやエチルシリケート等）バイ
ンダー効果が大きいのと、燃えにくいため溶湯に粉末金
属が拡散しにくく、又溶けにくいため表面に求める反応
層ができにくい欠点があった。　　　　　　″ また硬化をもたらす物質粉末が溶湯の通過に遭って洗い
流されて了い、予定外の部位にその物性変化をもたらし
たり、効果が失われたりする。

一般に塗膜だけでは大きな効果を期待できず硬化層の厚
さをコントロールすることが困難である欠点もあった。

本願発明は以上の問題点を解決するために、鋳造品の所
望の部位に所望の物性を付与したいと言う多様な要望に
応えＬその層厚も自由に制御できる汎用性の高い新規な
鋳造方法の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本願発明に係る鋳造方法は、鋳造しようとする金属に特
定の物性（耐摩耗性、耐食性、耐熱性など）を付与する
特定の金属２合金、金属と非金属との結合体など特定の
物質（Ａ）と、この（Ａ）物質を所望の位置に拘束する
低温溶融金属（Ｂ）と、適量の有機系結合材（Ｃ）の３
者を混合してなる添着層を鋳型の鋳肌面所望の部位にあ
らかじめ設けてあき、この鋳型へ溶融金属を注入充填し
て凝固俊、該所望の部位に特定の物性を発現する反応層
を形成されることにより前記の問題点を解決した。

またざらに本件方法を具体的に実施する態様として、前
記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）　３者をスラリー状に混和し
て鋳型表面に塗着する方法や、３者を混練したのち薄板
状に成形して鋳肌面に添着する態様も示して前記問題点
の解決をより容易にした。

［作用］ 内部に添着層を設けた鋳型に目的の溶融金属を注入する
と、この溶湯の熱のため、添着層を構成する（Ｂ）金属
がその溶融点に達して溶けはじめる。

このとき（Ａ）金属（結合体）は配合された材質によっ
て、溶解する場合と、一部表面近くのみ溶解する場合と
、全く溶解しない場合の三悪様が生じる。

これは（Ａ）成分の内容（材質と配合割合）と注入する
溶解金属の湯温とのかね合いて幾通りにも条件が異なる
が、これらはすべて事前に計算し策定することができる
要素である。

最も重要な作用の特徴は、添着層のすべてがそのまま溶
湯に溶解拡散して反応層をストレートに形成するのでは
なく、低溶融点の（Ｂ）金属がまず溶湯の熱をうけて溶
解し、（Ａ）成分を強固に抱き込んで溶解金属と強力に
溶着する、いわゆる液相焼結を起す点である。

したがって後の実施例で示されるように、反応層は物性
を支配する（Ａ）成分を抱き込んで（Ｂ）金属と溶解金
属母材と結合し、（Ａ）成分はあらかじめ計画した鋳造
方案通り、所定の深度に亘って母材に強く拡散接合して
いる。

なお構成要件中（Ｃ）成分は、添着層を形成している時
点の鋳型面との結合を保持し、注湯時には、その流勢に
押されて層が離脱しないで凝固が表面からはじまるまで
把持する役割を果すものである。

ざらに有機系はバインダーが瞬間的に燃え、粉末金属が
溶湯に拡散しやすく、又溶けやすく表面に求める反応層
ができやすい。

有機系のバインダーでも実施例で述べるように特にセラ
ミックの製造に使用されるバインダーが適当である。

［実施例］ 第１図は本願出願の効果を確認するために作成した試験
片の鋳型の断面を示し、鋳型１，２は珪砂の、ＣＯ２ガ
ス型でおる。（なお鋳型には湯口４、堰５を設ける） 添着層３は（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）　３種類の混合体を
混練して、鋳型の表面に成形添着したもので、厚さは約
２Ｍである。

第１表は本実施例の（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）各配合
材の成分と配合比を示したものである。

（注）（Ｃ）は（Ａ）＋（Ｂ）の約１７４０量を溶剤ト
ルーエンにて希釈混合して添着層を形成する。

次に第２表に示すのは比較のために第１図と同一構成の
鋳型で添着層の構成を（Ａ）＋（Ｃ）のみとした従来技
術である。

第３表は第１表、第２表にそれぞれ示す添＠層を設けた
２ケの鋳型に注湯した母材金属（普通鋳鉄〉の成分であ
る。

鋳込温度は１４５０’Ｃでおる。

第２図は、本実施例の組織を示す顕微鏡写真（ｘｌｏｏ
）であり、第３図は比較のため同一条件で実施した従来
技術の組織を示す顕微鏡写真（Ｘｉｏｏ）である。

第４図はこの実施例と比較例（従来技術）の表面より内
部へ向けての深度ごとのごッカース硬度の変化を示した
もので、実線が本願、点線が比較例である。

なお、有機系の結合材としては次に挙げる材質のものの
内から選択すれば好い結果が得られる。

結合材 セルロースアセテートブチレー１−．ニトロセルロース
、石油レジン、ポリエチレン、ポリアクリル酸エステル
、ポリメタルメタクリレート、ポリビニルアルコール、
ポリビニルブチラール、塩化ビニル、ポリメタクリル酸
エステル、エチルセルロース、アビエチン酸レジン 第５図は実際の鋳造品としての適用例を示し、第５図Ａ
はポンプのインペラの正面図で特に羽根の付根（ハツチ
ング箇所）附近は激しい摩耗に浜されるので従来は全体
を高耐摩耗性材質（たとえば２７％クローム鋳鉄）で製
造していた。

第５図Ｂは本願実施例で主型１に中子型２をはめこみ、
中子型の羽根付根に相当する空隙部分に厚ざ４！ｒｙｉ
の薄板状に成形した本願添＠層３を貼り出した。

６はＳ道である。

第６図はポンプのケーシング鋳型の例で主型１にはめこ
む中子型２のうち、ケーシングの喉口部に相当する表面
にスラリー状に混和した本願（Ａ）。

（Ｂ）、（Ｃ）　３成分を塗型して本願添＠層３を厚さ
２ｍに亘って形成した。

［発明の効果］ 本願発明の効果の一例を第２図と第３図の顕微鏡写真に
よる組織から見比べると、表面からある深度に亘って形
成される炭化クロームを主とする反応Ｂ（本例では硬化
層）をみれば、本願（第２図）の方が明らかに従来の技
術（第３図）に比べて深く発現しており、同じ硬化材（
Ｆｅ−Ｃｒ）を使用しても硬化目的をより有効に果して
いる。

結局硬化材の把握がより有効であると言うことができる
。

この差は硬度変化を示す第４図からもうかがえる。

また第５図Ａに示すインペラの場合、はげしい摩耗に漂
される部分をざらに耐摩耗性を増強する効果もめるが、
一般に耐摩耗材料は反面典型的な難削材料でもあるから
、インペラボスの加工などに著しい加工費の高騰をもた
らす。

したがって第５図Ｂの空隙部へ注入充填する溶解金属を
いままでのような高耐摩耗性（超難切削性）の材質より
、大幅にレベルダウンした低耐摩耗材でも十分に従来と
同様の耐用期間を得ることができるという別の効果もあ
る。

また第６図の実施例でも同じ効果が期待できる上、手順
が簡単で実施が容易という本実施例特有の効果がある。

また結合材として特に有機系のものに限定したので、表
面に求める反応層の形成を確実に実現する効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願実施例を示す鋳型の正面断面図、第２図は
本願実施例の組織を示す顕微鏡写真、第３図は従来技術
例の組織を示す顕微鏡写真、第４図は、第２図、第３図
に示す例の硬化層と硬度と表面からの深度を示すグラフ
、第５図Ａ、Ｂは実際の鋳造品（正面図）と本願実施例
を示す鋳型（平面断面図）、第６図、は別の実施例を示
す平面断面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型空隙部に溶融金属を注入充填し、凝固後所望の
   形状をなす鋳造品を得る鋳造方法において、（Ａ）前記
   金属に特定の物性を付与する特定の金属および／又は複
   数種類の金属による合金材および／又は金属と非金属と
   の結合体と、 （Ｂ）前記（Ａ）を所望の位置に拘束する低温溶融金属
   と、 （Ｃ）適量の有機系結合材との ３者を混合した添着層を前記鋳型の鋳肌表面の所望の部
   位にあらかじめ設けてあき、該空隙へ溶融金属を注入充
   填し凝固後、該所望の部位に特定の物性を発現する反応
   層を形成させることを特徴とする鋳造方法。 ２、添着層が前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）３者をスラリ
   ー状に混和して、鋳型表面の所望の部位に所望の厚さだ
   け塗着する特許請求の範囲第１項記載の鋳造方法。 ３、添着層が前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）３者を混練し
   たのち薄板状に成形し、鋳型鋳肌表面の所望の部位に倣
   つて所望の厚さの薄板として添着する特許請求の範囲第
   １項記載の鋳造方法。