KR20190133752A

KR20190133752A - 원통 부재

Info

Publication number: KR20190133752A
Application number: KR1020197032182A
Authority: KR
Inventors: 아키라 사토; 다카시 사토; 마코 아베
Original assignee: 티피알 가부시키가이샤; 티피알 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-12-03
Also published as: EP3779162A4; JP2020079593A; CN109915273B; EP3805545B1; BR112020018852B1; PL3779162T3; EP3779162B1; EP3805545A1; CN109915273A; KR102231513B1; CN109944710B; WO2019225038A1; BR112019019322B1; EP3805545A4; CN210483897U; US20200392921A1; KR102067371B1; EP3779162A1; JP6705045B2; JP6655757B1

Abstract

외주측의 금속과 주철제 원통 부재가 일체화되었을 때의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 주철제 원통 부재를 제공하는 것을 과제로 한다. 그 때문에, 외주면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 갖는 주철제의 원통 부재 로서, {(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2로 표현하는 앵커부 지수(I)를 특정의 범위로 한다.

Description

원통 부재

본 발명은, 실린더 라이너 등의 주철제 원통 부재에 관한 것이다.

주철제 원통 부재는, 내연기관의 실린더 라이너나, 내접식 드럼 브레이크의 브레이크 드럼, 베어링 부재 또는 지지 부재 등에 이용된다.

주철제 원통 부재는 외주면이 금속재료에 의해 인서트 주조되어서, 외주측의 금속과 주철제 원통 부재가 일체화된다. 그리고, 일체화되었을 때의 접합 강도를 유지하기 위해, 주철제 원통 부재의 외주면에는 복수의 돌기가 마련될 수 있다(예를 들면 특허문헌 1 및 2 참조).

특개 2005-194983호 공보 특개 2009-264347호 공보

상기 특허문헌 1 및 2에는, 주철제 원통 부재의 외주면에 존재하는 복수의 돌기에 대해서, 돌기의 수, 돌기의 높이, 돌기의 외주 저면으로부터 특정의 높이에 있어서의 면적율 등을 최적인 값으로 하는 것이 검토되고 있다. 한편으로, 돌기 중 몇 개는 잘록한 형상, 즉, 선단부가 굵고, 중간부가 가는 형상이 존재하는 것이 개시되어 있지만, 상세는 아직도 불명했다.

본 발명은, 특허문헌 1 및 2와는 다른 방법으로, 외주측의 금속과 주철제 원통 부재가 일체화되었을 때의 접합 강도를 올리는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 검토했는바, 접합 강도에는 돌기의 잘록한 형상이 매우 중요한 것을 찾아냈다. 그리고, 돌기를 형성할 때의 조건을 여러가지 검토해, 특정 형상의 돌기를 주철제 원통 부재 외주면에 갖는 것으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 외주면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 갖는 주철제의 원통 부재로서, 이하의 (i)을 만족하는, 원통 부재.

(i) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률(constriction rate)을 Pr, 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,

0.03≤(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100을 만족한다.

덧붙여, 돌기의 협착률(Pr)은 (100mm² 당의 잘록한 돌기 수/Pn)으로 한다.

본 발명자들은 돌기의 형상에 대해서 추가로 검토를 실시해, 돌기의 높이 방향에 있어서의 특정의 장소가, 접합 강도의 향상에는 특히 중요한 것에도 상도했다.

본 발명의 다른 형태는, 외주면에 잘록한 돌기를 포함한 복수의 돌기를 갖는 주철제의 원통 부재로서, 상기 형성된 돌기의 평균 높이(H)가 0.3mm 이상 1.0mm 이하, 100mm² 당의 돌기의 수(Pn)가 20 이상 110 이하이며, 또한 이하의 (I)을 만족하는, 원통 부재.

(I) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 돌기의 평균 높이를 H(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,

0.0025≤{(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2를 만족한다.

덧붙여, 돌기의 협착률(Pr)은 (100mm² 당의 잘록한 돌기 수/Pn)로 한다.

또한, 상기 (i) 및 (I)에 있어서, 돌기의 협착률(Pr)은 0.7 이상인 것이 바람직하고, 상기 돌기는, 더욱 이하의 (ii)을 만족하는 것이 바람직하다.

(ii)　1.1≤(A_av/B_av)≤2.5

또한, 본 발명의 다른 측면은, 상기 기재의 주철제의 원통 부재와, 상기 주철제의 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체이다.

또한, 본 발명의 더욱 다른 측면은, 주철제의 원통 부재와, 상기 주철제의 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체의 제조 방법으로서,

주철제의 원통 부재의 외주면에, 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 형성하는 공정과, 상기 돌기가 형성된 원통 부재를 외주 부재에 의해 인서트 주조하는 공정을 포함하고,

상기 형성된 돌기는 이하의 (i) 및/또는 (I)을 만족하는, 복합 구조체의 제조방법.

(i) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,

0.03≤(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100을 만족한다.

0.0025≤{(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2를 만족한다.

또한, 본 발명의 더욱 다른 측면은, 주철제의 원통 부재와, 상기 주철제의 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체의 접합 강도를 향상시키는 방법으로서,

상기 형성된 돌기는 이하의 (i) 및/또는 (I)을 만족하는, 방법.

0.03≤(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100을 만족한다.

덧붙여, 돌기의 협착률(Pr)은, (100mm² 당의 잘록한 돌기 수/Pn)로 한다.

0.0025≤{(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2를 만족한다.

본 발명에 의해, 외주측의 금속과 주철제 원통 부재가 일체화되었을 때의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 주철제 원통 부재를 제공할 수 있다.

도 1은 앵커부 지수(i)를 설명하기 위한, 잘록한 돌기의 단면 모식도이다.
도 2는 잘록함 없는, 그 외의 돌기의 단면 모식도이다.
도 3은 앵커부 지수(I)를 설명하기 위한, 잘록한 돌기의 단면 모식도이다.
도 4는 현미경에 의한 돌기의 관찰의 개요를 나타낸 모식도이다.
도 5는 앵커부 지수(i)와 접합 강도와의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 앵커부 지수(I)와 접합 강도와의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 일실시 형태는, 외주면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 갖는 주철제의 원통 부재로서, 이하의 (i)을 만족하는, 원통 부재이다.

(i) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 상기 잘록한 돌기 가운데 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,

0.03≤(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100을 만족한다.

본 실시 형태에 있어서, 주철제의 원통 부재가 그 외주면에 갖는 복수의 돌기는, 잘록한 형상의 돌기를 포함한다. 잘록한 형상의 돌기에 대해서, 도 1을 이용해 설명한다.

도 1은, 잘록한 형상의 돌기의 일례를 나타낸 확대 단면 모식도이다. 또한, 도 2는, 잘록함 없는, 그 외 형상의 돌기의 일례를 나타낸 확대 단면 모식도이다.

잘록한 돌기는 외주면의 기저면으로부터의 높이(H)를 갖고, 전형적으로는 규정면으로부터 높이 방향을 향해 굵기가 점감하고, 최소 굵기(B)를 갖는다. 그 후 높이 방향을 향해 굵기가 점증하고, 최대 굵기(A)를 갖는다. 이와 같이, 돌기의 기저면으로부터 높이 방향을 향하여, 최소 굵기(B), 최대 굵기(A)의 순서대로 갖는 돌기를, 본 명세서에서는 잘록한 돌기로 한다.

본 발명자들은, 외주측의 금속과 주철제 원통 부재가 일체화되었을 때의 접합 강도의 향상 위해서, 이 잘록한 돌기의 형상에 주목했다. 그리고, 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 잘록한 돌기 가운데 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av, 최소 굵기의 평균을 B_av로 했을 때에, (A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100을 앵커부 지수(i)라고 정의하고, 이 앵커부 지수(i)를 특정의 범위로 함으로써, 외주 부재와 주철제 원통 부재가 일체화되었을 때의 접합 강도를 향상시키는 것이 가능해지는 것을 찾아냈다. 앵커부(i)의 면적은, 도 1에 있어서 해칭에 의해 나타난다.

앵커부 지수(i)는 0.03 이상이며, 0.04 이상이어도 되고, 0.05이상이어도 되고, 0.06이상이어도 되고, 또한 상한은 특별히 한정되지 않지만, 0.25 이하이어도 되고, 0.22 이하이어도 되고, 0.20 이하이어도 되고, 0.18 이하이어도 되고, 0.16 이하이어도 되고, 0.15 이하이어도 되고, 0.14 이하이어도 되고, 0.13 이하이어도 되고, 0.12 이하이어도 된다. 탕회(湯回)를 향상시키는 관점에서는, 앵커부 지수(i)는 0.25 이하인 것이 바람직하다.

한편으로 본 발명자들은, 추가로 돌기의 형상에 대해서 검토를 실시해, 돌기의 높이 방향에 있어서의 특정의 장소가, 접합 강도에 특별히 중요한 것으로 상도했다. 이것에 대해 도 3으로 설명한다.

도 1로 나타낸 앵커부(i) 면적은, 최대 굵기(A)를 직경으로 하는 원과 최소 굵기(B)를 직경으로 하는 원과의 면적의 차이를 나타낸 것이다. 그리고 앵커부 지수(i)는, 상기 면적의 차이를 이용해 산출된 값이다.

한편으로 돌기의 높이 방향으로 더욱 주목하면, 접합 강도를 향상시키는 것에 크게 기여하는 부분은, 도 3에 있어서 해칭으로 나타내고, 돌기 중 최대 굵기(A)와 최소 굵기(B)와의 사이의 부분, 즉 앵커부(I) 면적이었다. 그리고, 돌기의 높이(H)(mm) 중, 접합 강도에 기여하는 최대 굵기(A)와 최소 굵기(B)와의 사이의 거리는, 평균해 0.35H인 것을 도출해내고, 상기 파라미터를 앵커부 지수(i)로 편입하는 것으로써, 앵커부(I) 면적을 이용한, 이하에 나타낸 새로운 앵커부 지수(I)를 찾아냈다.

즉 앵커부 지수(I)는, 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 돌기의 평균 높이를 H(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에, {(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2로 나타내고, 상기 앵커부 지수(I)는, 본 실시 형태에서는 0.0025이상이다.

앵커부 지수(I)는 0.003 이상이어도 되고, 0.004 이상이어도 되고, 0.006 이상이어도 되고, 0.008 이상이어도 되고, 0.01 이상이어도 되고, 또한 상한은 특별히 한정되지 않지만, 0.04 이하이어도 되고, 0.035 이하이어도 되고, 0.03 이하이어도 되고, 0.025 이하이어도 된다.

또한, A_av/B_av를 앵커부의 잘록한 형상으로 정의하고, 상기 앵커부의 잘록한 형상이 일정 범위인 것으로써, 외주 부재와 주철제 원통 부재가 일체화되었을 때의 접합 강도를 보다 향상시키는 것이 가능해지게도 상도했다. 앵커부의 잘록한 형상은, 통상 1.1이상이며, 1.2이상이어도 되고, 1.3 이상이어도 되고, 1.4 이상이어도 되고, 1.5 이상이어도 된다. 또한, 2.5 이하이어도 되고, 2.4 이하이어도 되고, 2.3 이하이어도 되고, 2.2 이하이어도 되고, 2.0 이하이어도 된다.

잘록한 형상의 돌기의 최대 굵기의 평균(A_av)는, 통상 0.3 mm이상, 0.4 mm 이상이어도 되고, 0.5 mm 이상이어도 되고, 0.6 mm 이상이어도 된다. 또한, 통상 1.5 mm 이하, 1.4 mm 이하이어도 되고, 1.3 mm 이하이어도 되고, 1.2 mm 이하이어도 되고, 1.0 mm 이하이어도 된다.

최소 굵기의 평균(B_av)는, 통상 0.1 mm 이상, 0.2 mm 이상이어도 되고, 0.3 mm이상이어도 되고, 0.4 mm 이상이어도 된다. 또한, 통상 1.2 mm이하, 1.1 mm 이하이어도 되고, 1.0 mm 이하이어도 되고, 0.9 mm 이하이어도 되고, 0.8 mm 이하이어도 된다.

돌기의 협착률(Pr)은, 통상 50% 이상이며, 60% 이상이어도 되고, 70% 이상이어도 되고, 80% 이상이어도 되고, 90% 이상이어도 되고, 92% 이상이어도 되고, 94% 이상이어도 되고, 95% 이상이어도 되고, 96% 이상이어도 되고, 97% 이상이어도 되고, 98% 이상이어도 되고, 99% 이상이어도 된다. 덧붙여, 여기서의 돌기의 협착률은 퍼센트 표기(Pr×100)이다. 일반적으로 돌기의 높이가 낮은 경우에는 협착률이 낮아지는 경향이 있지만, 본 실시 형태에서는, 돌기의 높이가 낮은 경우로서도 협착률을 높임으로써, 앵커부 지수를 높이는 것이 가능해져, 높은 접합 강도를 달성할 수 있다.

주철제의 원통 부재가 갖는 돌기의 평균 높이(H)(mm)는 특별히 한정되지 않고, 통상 0.3 mm 이상이어도 되고, 0.4 mm 이상이어도 되고, 1.0 mm 이하이어도 되고, 0.9 mm 이하이어도 된다. 일례에서는, 0.3 mm 이상 0.6 mm 미만이어도 되고, 0.3 mm 이상 0.55 mm 이하이어도 되고, 0.3 mm 이상 0.5 미만이어도 되고, 0.3 mm 이상 0.5 mm이하이어도 되고, 또한, 0.6 mm 이상 1.0 이하이어도 된다.

돌기의 수는, 통상 100 mm² 당, 통상 5개 이상이며, 10개 이상이어도 되고, 20개 이상이어도 되고, 또한 통상 200개 이하이며, 180개 이하이어도 되고, 110개 이하이어도 된다. 일례에서는, 5개 이상 60개 이하이어도 되고, 20개 이상 11개 이하이어도 되고, 70개 이상 150개 이하이어도 되고, 61개 이상 180개 이하이어도 된다.

잘록한 형상의 돌기는, 현미경에 의한 관찰에 의해 판단할 수 있다. 보다 구체적으로는, 원통 부재의 외주면을, 원통 부재의 중심점과 외주면의 측정점을 통과해 연신하는 선에 대해 약 45°의 각도로부터 돌기를 관찰한다. 돌기의 관찰에 의해, 돌기의 최대 굵기(A), 최소 굵기(B) 등을 측정할 수 있다. 덧붙여, 여기서 말하는 돌기의 굵기는, 관찰되는 돌기의 폭이라고도 바꾸어 말할 수 있다. 도 4에 따른 관찰 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

블록대(1)상에 평가용 원통 부재(2)를 배치했다. 평가용 원통 부재(2)의 경사 상방에는, 텔레비전 모니터(도시하지 않음)에 접속된 현미경(3)을, 현미경(3)의 광축(M)이 연직 방향과 평행이 되도록, 배치했다. 현미경(3)의 광축(M)과 측정하는 원통 부재(2)의 외주면과의 교점은, 원통 부재(2)의 중심점과 외주면의 측정점을 통과해 연신하는 선(O)과의 사이에 약 45°의 각도를 형성하도록 하고, 원통 부재(2)의 표면에 형성된 돌기가 관찰된다.

본 실시 형태의 주철제의 원통 부재의 용도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전형적으로는 실린더 라이너나 브레이크 드럼으로서 이용된다. 주철제 원통 부재의 외주면의 적어도 일부가 외주 부재에 의해 덮이는 것으로써, 주철제 원통 부재와 외주 부재와의 복합 구조체가 되어, 복합 구조체로서 여러가지 용도로 이용된다. 복합 구조체는, 주철제의 원통 부재가 외측 부재로 인서트 주조된 복합 구조체인 것이 바람직하다.

외측 부재로서는 특별히 한정되지 않지만, 고온 상태로부터 냉각하는 것에 의해 고체화하는 재료 혹은 중합 반응에 의해 경화하는 액상 재료, 혹은, 가열에 의해 융착 또는 소결하는 분말상 원료 등을 이용할 수 있다. 전형적으로는, 알루미늄 합금 등을 이용한 용탕을 들 수 있다.

본 실시 형태의 주철제의 원통 부재의 제조방법의 일례를 이하에 설명한다.

주철제의 원통 부재의 소재가 되는 주철의 조성은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 원통 부재의 사용 용도에 따라 적의 선택할 수 있다. 전형적으로는, 내마모성, 내인화성 및 가공성을 고려한 JIS FC250 상당의 편상 흑연 주철의 조성으로서, 이하에 나타낸 조성을 예시할 수 있다.

C: 3.0~3.7 질량%

Si: 2.0~2.8 질량%

Mn: 0.5~1.0 질량%

P: 0.25 질량% 이하

S: 0.15 질량% 이하

Cr: 0.5 질량% 이하

잔부: Fe 및 불가피적 불순물

주철제의 원통 부재 제조방법은 특별히 한정되지 않지만, 원심 주조법에 의한 것이 바람직하고, 전형적으로는 이하의 공정 A~E를 포함한다.

<공정 A: 현탁액 조제 공정>

공정 A는, 내화 기재, 점결제, 및 물을 소정의 비율로 배합해 현탁액을 작성하는 공정이다.

내화 기재로서는, 전형적으로는 규조토가 이용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 현탁액 중의 규조토의 함유량은, 통상 20 질량% 이상, 35 질량% 이하이며, 규조토의 평균 입경은 통상 2μm이상, 35μm이하이다.

점결제로서는, 전형적으로 벤토나이트가 이용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 현탁액 중의 벤토나이트의 함유량은, 통상 3질량% 이상, 9질량% 이하이다.

또한, 현탁액 중의 물의 함유량은, 통상 62질량% 이상, 78질량% 이하이다.

<공정 B: 도형제 조제 공정>

공정 B는, 공정 A로 조제한 현탁액에 소정량의 계면활성제를 첨가하고, 도형제를 작성하는 공정이다.

계면활성제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 기지의 계면활성제가 이용된다. 계면활성제의 배합량은 현탁액 100질량부에 대해, 통상 0.005질량부 이상, 0.04질량부 이하이다.

<공정 C: 도형제 도포 공정>

공정 C는, 주형이 되는 원통상 금형의 내주면에 도형제를 도포하는 공정이다. 도포 방법은 특별히 한정되지 않지만, 전형적으로는 분무 도포가 이용된다. 도형제의 도포시에는, 도형제의 층이 내주면 전주(全周)에 걸쳐서 약 균일의 두께에 형성되도록 도형제가 도포되는 것이 바람직하다. 또한, 도형제를 도포해, 도형제층을 형성할 때에, 원통상 금형을 회전시키는 것으로써, 적당한 원심력을 부여하는 것이 바람직하다.

여기서 원통 부재 표면에 존재하는 돌기의 제조는, 다음의 프로세스를 거쳐 형성되는 것으로, 본 발명자들은 추측한다.

즉, 소정 온도로 가열된 주형의 내주면에 형성된 도형제층은, 도형제 중의 수분이 급속히 증발해 기포가 발생한다. 그리고 상대적으로 사이즈가 큰 기포에 대해서 계면활성제가 작용하거나, 상대적으로 사이즈가 작은 기포끼리가 결합하거나 함으로써, 도형제층의 내주측에 요혈(凹穴)이 형성된다. 도형제층은 주형의 내주면으로부터 서서히 건조하고, 요혈을 형성하는 도형제층이 서서히 고형화하는 과정으로, 도형제층에 잘록한 형상을 가지는 요혈이 형성된다.

도형제층의 두께는, 돌기의 높이의 1.1~2.0배의 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 도형제층을 이 두께로 하는 경우에는, 주형의 온도를 300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

<공정 D: 주철 주입(鑄入) 공정>

공정 D는, 건조한 도형제층을 갖는 회전 상태에 있는 주형 내에, 주철을 거푸집에 주입하는 공정이다. 이 때에, 전 공정으로 설명한 도형제층의 잘록한 형상을 가지는 요혈에 용탕이 충전되는 것으로써, 원통 부재의 표면에 잘록한 돌기가 형성된다. 덧붙여, 이 때에도 적당한 원심력을 부여하는 것이 바람직하다.

<공정 E: 취출, 마무리 공정>

공정 E는, 제조한 원통 부재를 주형으로부터 취출하고, 원통 부재 표면의 도형제층을 블러스트 처리에 의해 원통 부재로부터 제거함으로써, 원통 부재를 완성한다.

상기 공정을 거쳐 주철제 원통 부재가 완성하지만, 원통 부재의 표면의 돌기의, 앵커부 지수를 특정의 범위로 하기 위해서는, 잘록한 돌기를 많이 제조하는 것이 필요하다. 이를 위해서는, 공정 A에 있어서의 물의 양, 공정 B에 있어서의 계면활성제의 양, 도형제층의 두께, 도형제층 형성의 때의 Gno, 주철 주입의 때의 Gno 등을 적의 조정할 필요가 있다. 구체적으로는,

ㆍ공정 A에 있어서의 물의 배합량: 65질량%~75질량%

ㆍ공정 B에 있어서의 계면활성제의 첨가량: 0.005질량%~0.04질량%

ㆍ도형제층의 두께: 0.5mm~1.1mm

ㆍGno(라이닝): 20G~80G

ㆍGno(주입): 80G~160G

등으로 함으로써, 원통 부재의 표면의 돌기의, 앵커부 지수를 특정의 범위로 하기 쉬워진다.

덧붙여, Gno(라이닝)는, 상기 공정 C에 있어서 도형제층을 형성할 때에 원통상 금형을 회전시켰을 때의 G(원심력)를 나타내고, Gno(주입)는, 상기 공정 D에 있어서 주형을 회전시켰을 때의 G(원심력)를 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 이와 같이 앵커부 지수를 특정의 범위가 되도록, 원통 부재 표면의 돌기를 조정함으로써, 원통 부재와, 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

[실시예]

이하 실시예에 의해 본 발명을 추가로 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서 이용한 측정 방법은 이하와 같다.

<돌기의 평균 높이>

돌기의 평균 높이(이하 간단하게 「돌기의 높이」라고도 말한다)는, 다이얼 뎁스 게이지(최소 단위가 0.01mm)로 측정했다. 측정은, 원통 부재의 축방향의 양단 부분에서, 직경 방향에 대향하는 2개소씩 실시하고, 이것들 4개소의 평균을 돌기의 높이(H)(mm)로 했다.

<돌기수>

돌기수는, 비접촉식 3차원 레이저 측정기를 이용하고, 원통 부재의 외주면을 측정해 1cm×1cm의 등고선도를 얻은 후, 이 등고선도 중의 높이 300μm의 등고선으로 둘러싸인 영역의 수를 카운트해 구했다. 돌기의 높이의 측정과 같이, 측정은, 원통 부재의 축방향의 양단 부분에서, 직경 방향에 대향하는 2개소씩 실시하고, 이것들 4개소의 평균을 100mm² 당의 돌기수(Pn)로 했다.

<협착률, 돌기의 최대 굵기, 최소 굵기>

협착률은, 현미경(주식회사 하이록스제 디지털 현미경 KH-1300)을 이용해 돌기를 관찰 함으로써, 상기 돌기가 잘록한 돌기인지 아닌지를 관찰하고, 100mm² 당의 잘록한 돌기 수를 Pn으로 나눈 것으로, 협착률(Pr)로 했다.

또한, 똑같이 돌기를 관찰함으로써, 임의의 돌기 20개의 최대 굵기(A)와 최소 굵기(B)를 구하고, 각각 평균을 A_av, B_av로 했다.

<앵커부 지수(i), 앵커부 지수(I), 앵커부 잘록한 형상>

상기 측정한 A_av, B_av, Pn, Pr의 값을 이용하고, (A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100을 앵커부 지수(i), 추가로 돌기의 높이(H)를 가하여서, {(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}0.35H/2를 앵커부 지수(I), (A_av/B_av)를 앵커부 잘록한 형상으로 했다.

<접합 강도>

인장 시험기(시마즈 제작소제, 만능 시험기: AG-5000E)를 이용하고, 원통 부재와 외주 부재와의 한쪽을 클램프에 의해 고정하고, 다른 쪽을 양 부재의 접합면과 직교하는 방향으로 인장 강도를 가했다. 양 부재가 박리했을 때의 인장 강도를 접합 강도로 했다.

실험 1:

ㆍ도형제의 조제

이하의 표 1에 나타낸 원료를 이용해 도형제 1~6을 조제했다.

ㆍ주철제의 원통 부재의 제작

동일 조성의 용탕을 이용해 원심 주조에 의해 각 실시예 및 비교 예의 주철제 원통 부재를 제작했다. 주조된 주철제 원통 부재의 조성은,

C: 3.4 질량%,

Si: 2.4 질량%,

Mn: 0.7 질량%,

P: 0.12 질량%,

S: 0.035 질량%,

Cr: 0.25 질량%,

잔부 Fe 및 불가피적 불순물 Z(JIS FC250 상당)로 했다.

표 1에 나타낸 도형제를 이용해 실시예 1~5 및 비교예 1에서 제작되는 원통 부재를 제작했다. 덧붙여, 어느 실시예에 있어서도, 공정 C에 있어서의 원통상 금형의 온도는 180℃~300℃의 범위 내로 설정하고, 또한 표 2에 나타낸 Gno(라이닝)로 도형제층을 형성했다. 단, 도형제층의 두께에 대해서는, 각 실시예에서 적의 변경함으로써 적의 돌기의 높이를 변경시켰다. 또한, 공정 D 이후에 대해서는, 표 2에 나타낸 Gno(주입)로 주철의 주입을 실시한 것 이외는, 어느 실시예에 대해서도 동일 조건으로 실시했다. 그 후 얻어진 주철제 원통 부재의 내주면을 절삭 가공하고, 두께를 5.5mm로 조정했다.

이와 같이 해 얻어진 주철제 원통 부재의 치수는, 외경(돌기의 높이를 포함한 외경) 85mm, 내경 74mm(두께 5.5mm)이고, 축방향의 길이는 130mm였다. 제작한 원통 부재의 돌기의 형상을 표 3에 나타내다.

실시예 1~5 및 비교예 1에 관한 원통 부재는, 외주 부재(알루미늄 재질)와 접합시켜 복합체로 했다. 복합체의 접합 강도를 측정하고, 원통 부재의 앵커부 지수(i)를 횡축에, 원통 부재와 외주 부재와의 접합 강도를 종축에, 각각 플롯(마름모형, 단 비교예는 백색이다.)한 그래프를 도 5에 나타내다. 또한, 원통 부재의 앵커부 지수(I)를 횡축에, 원통 부재와 외주 부재와의 접합 강도를 종축에, 각각 플롯한 그래프를 도 6에 나타내다(실시예는 ◇, 비교예는 △로 나타내다). 도 5의 도 중의 쇄선, 및 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 원통 부재의 앵커부 지수(i) 및 (I)와 접합 강도는 상관되어 있었다.

실험 2:

ㆍ도형제의 조제

이하의 표 4에 나타낸 원료를 이용해 도형제 7~13을 조제했다.

주철제의 원통 부재는, 상기 실험 1과 마찬가지의 것을 이용했다.

표 4에 나타낸 도형제를 이용해 실시예 6~10 및 비교예 2 및 3에 관한 원통 부재를 제작했다. 덧붙여 어느 실시예에 대해서도, 공정 C에 있어서의 원통상 금형의 온도는 180℃~300℃의 범위 내로 설정하고, 또한 표 5에 나타낸 Gno(라이닝)로 도형제층을 형성했다. 단, 도형제층의 두께에 대해서는, 각 실시예에서 적의 변경함으로써, 적의 돌기의 높이를 변경시켰다. 또한, 공정 D 이후에 대해서는, 표 5에 나타낸 Gno(주입)로 주철의 주입을 실시한 것 이외는, 어느 실시예에 대해서도 동일 조건으로 실시했다. 그 후 얻어진 주철제 원통 부재의 내주면을 절삭 가공하고, 두께를 5.5mm로 조정했다.

이와 같이 해 얻어진 주철제 원통 부재의 치수는, 외경(돌기의 높이를 포함한 외경) 85mm, 내경 74mm(두께 5.5 mm)이고, 축방향의 길이는 130mm였다. 제작한 원통 부재의 돌기의 형상을 표 6에 나타내다.

실험 3:

ㆍ도형제의 조제

이하의 표 7에 나타낸 원료를 이용해 도형제 14~20을 조제했다.

표 7에 나타낸 도형제를 이용해 실시예 11~15 및 비교예 4 및 5에 대한 원통 부재를 제작했다. 덧붙여, 어느 실시예에 대해서도, 공정 C에 있어서의 원통상 금형의 온도는 180℃~300℃의 범위 내로 설정하고, 또한 표 8에 나타낸 Gno(라이닝)로 도형제층을 형성했다. 단, 도형제층의 두께에 대해서는, 각 실시예에서 적의 변경 함으로써, 적당 돌기의 높이를 변경시켰다. 또한, 공정 D 이후에 대해서는, 표 5에 나타낸 Gno(주입)로 주철의 주입을 실시한 것 이외는, 어느 실시예에 대해서도 동일 조건으로 실시했다. 그 후 얻어진 주철제 원통 부재의 내주면을 절삭 가공하고, 두께를 5.5mm로 조정했다.

이와 같이 해 얻어진 주철제 원통 부재의 치수는, 외경(돌기의 높이를 포함한 외경) 85mm, 내경 74mm(두께 5.5mm)이고, 축방향의 길이는 130mm였다. 제작한 원통 부재의 돌기의 형상을 표 9에 나타내다.

실시예 6~15 및 비교예 2~5에 대한 원통 부재의 앵커부 지수(i)를 횡축에, 원통 부재와 외주 부재와의 접합 강도를 종축에, 각각 플롯(정방형, 단 비교예는 백색이다.)한 그래프를 도 5에 나타내다. 또한, 원통 부재의 앵커부 지수(I)를 횡축에, 원통 부재와 외주 부재와의 접합 강도를 종축에, 각각 플롯한 그래프를 도 6에 나타내다(실시예는 ◇, 비교예는 △로 나타내다). 도 5의 도 중의 일점 쇄선, 및 도 6으로부터 분명한 바와 같게, 원통 부재의 앵커부 지수(i) 및 (I)와 접합 강도는 상관되어 있었다.

1 블록대
2 원통 부재
3 현미경

Claims

외주면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 가지는 주철제의 원통 부재로서,
상기 돌기의 평균 높이(H)가 0.3mm 이상 1.0mm 이하, 100mm² 당의 돌기의 수(Pn)가 20 이상 110 이하이며, 또한 이하의 (I)을 만족하는, 원통 부재.
(I) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 돌기의 평균 높이를 H(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,
0.0025≤{(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2를 만족한다.
추가로 돌기의 협착률(Pr)은, (100mm² 당의 잘록한 돌기 수/Pn)으로 한다.
청구항 1에 있어서,
상기 (I)에 있어서, 돌기의 협착률(Pr)은 0.7 이상인, 원통 부재.
청구항 1에 있어서,
상기 돌기의 평균 높이(H)가 0.3mm 이상 0.6mm 미만인, 원통 부재.
청구항 1에 있어서,
상기 돌기의 평균 높이(H)가 0.6mm 이상 1.0mm 이하인, 원통 부재.
청구항 1에 있어서,
상기 돌기는, 추가로 이하의 (ii)을 만족하는, 원통 부재.
(ii) 1.1≤(A_av/B_av)≤2.5
청구항 1의 주철제의 원통 부재와, 상기 주철제의 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체.
주철제의 원통 부재와, 상기 주철제의 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체의 제조방법으로서,
주철제의 원통 부재의 외주면에, 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 형성하는 공정과, 상기 돌기가 형성된 원통 부재를 외주 부재에 의해 인서트 주조하는 공정을 포함하고,
상기 형성된 돌기의 평균 높이(H)가 0.3mm 이상 1.0mm 이하, 100mm² 당의 돌기의 수(Pn)가 20 이상 110 이하이며, 또한 이하의 (I)을 만족하는, 복합 구조체의 제조방법.
(I) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 돌기의 평균 높이를 H(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,
0.0025≤{(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2를 만족한다.
추가로 돌기의 협착률(Pr)은, (100mm² 당의 잘록한 돌기 수/Pn)으로 한다.
청구항 7에 있어서,
상기 (I)에 있어서, 돌기의 협착률(Pr)은 0.7 이상인, 복합 구조체의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 형성된 돌기는, 추가로 이하의 (ii)을 만족하는, 복합 구조체의 제조방법.
(ii) 1.1≤(A_av/B_av)≤2.5
주철제의 원통 부재와, 상기 주철제의 원통 부재를 인서트 주조하는 외주 부재를 포함하는 복합 구조체의 접합 강도를 향상시키는 방법으로서,
주철제의 원통 부재의 외주면에, 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 형성하는 공정과, 상기 돌기가 형성된 원통 부재를 외주 부재에 의해 인서트 주조하는 공정을 포함하고,
상기 형성된 돌기의 평균 높이(H)가 0.3mm 이상 1.0mm 이하, 100mm² 당의 돌기의 수(Pn)가 20 이상 110 이하이며, 또한 이하의 (I)을 만족하는, 방법.
(I) 100mm² 당의 돌기의 수를 Pn, 돌기의 협착률을 Pr, 돌기의 평균 높이를 H(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 A_av(mm), 최소 굵기의 평균을 B_av(mm)로 했을 때에,
0.0025≤{(A_av ²-B_av ²)×π/4×Pn×Pr/100}×0.35H/2를 만족한다.
추가로 돌기의 협착률(Pr)은, (100mm² 당의 잘록한 돌기 수/Pn)으로 한다.
청구항 10에 있어서,
상기 (I)에 있어서, 돌기의 협착률(Pr)은 0.7 이상인, 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 형성된 돌기는, 추가로 이하의 (ii)를 만족하는, 방법.
(ii) 1.1≤(A_av/B_av)≤2.5