(57)【要約】【課題】塗型に比して長期間にわたってクラックが生じ難く、かつ摩耗し難い皮膜で被覆された鋳造用金型を提供する。【解決手段】鋳造用金型１０の表面は、Ｍｏ粉末とＺｒＯ２粉末とが溶射されることによって設けられたサーメット溶射層１２で被覆されている。すなわち、このサーメット溶射層１２は、ＭｏとＺｒＯ２とを含有する。Ｍｏの組成比は５〜９５重量％に設定され、その一方で、ＺｒＯ２の組成比は９５〜５重量％に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を冷却固化して鋳造成形品を得るための鋳造用金型において、
当該鋳造用金型は鋼材からなり、
かつ５〜９５重量％のＭｏと９５〜５重量％のセラミックスとを含有するサーメットから構成されるとともに、溶射されることによって設けられた皮膜で被覆されていることを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】
請求項１記載の金型において、前記皮膜中のＭｏの組成比が前記鋳造用金型から離間するにつれて減少するとともに、セラミックスの組成比が前記鋳造用金型から離間するにつれて増加することを特徴とする鋳造用金型。
【請求項３】
請求項１記載の金型において、前記鋳造用金型と前記皮膜との間に金属からなる介在層が設けられていることを特徴とする鋳造用金型。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型において、セラミックスとしてＺｒＯ２を含有することを特徴とする鋳造用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造用金型に関し、一層詳細には、ワークを容易に離型させることが可能であるとともにクラックが発生し難い皮膜を有する鋳造用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ合金等の鋳造成形品を得るために使用される鋳造用金型の表面には、溶湯をキャビティ全体に空隙が生じることなく行き渡らせるため、すなわち、湯廻り性を確保するためや、鋳造用金型が溶湯に接触した際の熱衝撃を緩和するために塗型がコーティングされる。
【０００３】
ところで、鋳造加工が繰り返されると、塗型にはクラックが発生し、かつ大きく成長する。この場合、溶湯がクラックに進入して冷却固化するので、鋳造成形品を所定の形状で得られなくなるという不具合が生じる。
【０００４】
または、塗型が剥離することもある。この場合、鋳造用金型を保護することができなくなる。
【０００５】
すなわち、鋳造回数がある程度進行した場合、塗型は、その役割を営むことが困難となる。このため、塗型を再塗布する必要がある。再塗布が必要となるまでの鋳造回数は、一般的には４００〜１０００ショットである。
【０００６】
近年、このような塗型に代替して、鋳造用金型の表面に形成されて金属からなる下層と、該下層を被覆してセラミックスからなる上層とを有する皮膜を溶射によって形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような上層は、塗型に比して硬質であるので耐摩耗性に優れるとともに、溶湯であるＡｌ合金との反応性が非常に小さいからである。
【０００７】
しかしながら、セラミックスからなる上層は、靱性に乏しいためにクラックが発生し易い。また、下層（金属層）と上層（セラミックス層）との熱膨張率差が大きいので、鋳造加工が繰り返されると、上層が下層から剥離することが懸念される。
【０００８】
しかも、上層は、塗型に比して摩擦抵抗が大きい。このため、鋳造用金型からワークを離型させるときには、溶射皮膜に大きな摩擦力が作用する。この摩擦力によって、上層にクラックが生じることも懸念される。
【０００９】
そこで、特許文献２のように、金属とセラミックスとを含有するサーメットで上層を構成することが想起される。
【００１０】
しかしながら、特許文献２においては、鋳造用金型の表面に下層とサーメット上層とが形成されることが開示されているのみである。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−８７２０７号公報（段落［００２０］（表２））
【特許文献２】
特開昭６３−４２３２４号公報（第３頁左上欄第１表）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、クラックが発生し難く、しかも、摩擦抵抗力が低いのでワークを容易に離型させることが可能な皮膜を有する鋳造用金型を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、溶湯を冷却固化して鋳造成形品を得るための鋳造用金型において、
当該鋳造用金型は鋼材からなり、
かつ５〜９５重量％のＭｏと９５〜５重量％のセラミックスとを含有するサーメットから構成されるとともに、溶射されることによって設けられた皮膜で被覆されていることを特徴とする。
【００１４】
Ｍｏを含有する皮膜は、鋼材からなる鋳造用金型への密着力が大きい。このため、該皮膜は鋳造用金型に良好に密着するので、剥離し難くなる。
【００１５】
また、Ｍｏは潤滑性に優れる。このため、皮膜に優れた潤滑能が発現する。換言すれば、摩擦抵抗が小さい皮膜を形成することができる。したがって、鋳造成形品を容易に離型させることができるので、鋳造用金型に過度の摩擦力が作用することがない。このため、皮膜にクラックが生じることが著しく抑制される。
【００１６】
さらに、ＭｏはＡｌやＡｌ合金等と反応し難いので、皮膜が化学的に変質して劣化することを回避することもできる。
【００１７】
一方、皮膜にはセラミックスも含有されており、このために皮膜が硬質なものとなる。これにより、該皮膜の耐摩耗性が向上する。換言すれば、摩耗し難い皮膜を構成することができる。
【００１８】
そして、サーメット、すなわち、金属とセラミックスとの複合材料とすることで、セラミックスのみからなる皮膜に比して鋼材（鋳造用金型）との熱膨張率差を小さくすることができる。このため、鋳造加工を繰り返しても、鋳造用金型から剥離し難い皮膜となる。
【００１９】
このように、クラックが生じ難く、かつ剥離し難く、しかも、摩耗し難い皮膜を形成するので、皮膜を再形成するという煩雑な作業を行う頻度を低減することができる。必然的に、皮膜を再形成するために鋳造加工装置を停止させる頻度が低減するので、加工効率を向上させることもできる。
【００２０】
ここで、Ｍｏが５重量％未満であると、潤滑性に乏しい皮膜となる。また、鋳造用金型との密着力が小さくなる。一方、Ｍｏが９５重量％を超えると、耐摩耗性が不十分となる。
【００２１】
なお、皮膜中のＭｏの組成比が鋳造用金型から離間するにつれて減少するとともに、セラミックスの組成比が鋳造用金型から離間するにつれて増加するようにしてもよい。すなわち、皮膜を傾斜複合材としてもよい。この場合、Ｍｏと鋼材である鋳造用金型とが強靱に密着するので、皮膜が一層剥離し難くなる。
【００２２】
また、鋳造用金型と皮膜との間に金属からなる介在層を設けるようにしてもよい。この場合においては、鋳造用金型と介在層、および該介在層と皮膜とが強靱に密着するので、皮膜が一層剥離し難くなる。
【００２３】
いずれの場合においても、セラミックスとしては、ＺｒＯ２が好適である。この場合、鋳造加工を繰り返して行ってもクラックが発生または成長し難い、すなわち、耐熱疲労性が良好な皮膜とすることができるからである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋳造用金型につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
本実施の形態に係る鋳造用金型の断面要部拡大図を図１に示す。この鋳造用金型１０は鋼材からなり、その表面には、皮膜としてのサーメット溶射層１２が形成されている。換言すれば、鋳造用金型１０は、サーメット溶射層１２によって被覆されている。
【００２６】
このサーメット溶射層１２は、Ｍｏと、セラミックスとしての安定化ＺｒＯ２とが５０重量％ずつ、換言すれば、重量比で１：１の割合で含有されてなる。なお、この場合、Ｍｏは、安定化ＺｒＯ２中に分散して存在している。
【００２７】
Ｍｏは、サーメット溶射層１２の鋳造用金型１０への密着力を向上させる成分である。すなわち、Ｍｏが存在することにより、サーメット溶射層１２が鋳造用金型１０に良好に密着し、剥離し難くなる。
【００２８】
また、Ｍｏは、潤滑性に優れる。このため、鋳造成形品を離型させる際の摩擦抵抗が小さいサーメット溶射層１２を形成することができる。
【００２９】
しかも、Ｍｏは、ＡｌやＡｌ合金等と反応し難い。このため、サーメット溶射層１２が溶湯と化学反応を起こして変質することを回避することもできる。
【００３０】
一方のＺｒＯ２は、サーメット溶射層１２に硬質性を付与する成分である。すなわち、ＺｒＯ２が存在することによってサーメット溶射層１２が硬質となり、耐摩耗性が向上する。
【００３１】
ここで、ＺｒＯ２は、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２等の安定化成分が６〜３０重量％程度添加されることによって構造が安定化された安定化ＺｒＯ２が好適である。この場合、サーメット溶射層１２の耐熱疲労性が良好となるからである。特に、Ｙ２Ｏ３が８重量％添加された部分安定化ＺｒＯ２であることが好ましい。
【００３２】
本実施の形態に係る鋳造用金型１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００３３】
まず、鋳造用金型１０の表面に、上記のようにしてサーメット溶射層１２を形成する。
【００３４】
サーメット溶射層１２は、例えば、図２に示すように、２つの供給通路Ｓ１、Ｓ２と、１つの排出通路Ｅとを有するＹ字状治具Ｊを使用して形成することができる。すなわち、チューブＴ１を介して一方の供給通路Ｓ１からＭｏの粉末を供給すると同時に、チューブＴ２を介して残余の供給通路Ｓ２からＺｒＯ２の粉末を供給する。両粉末を前記Ｙ字状治具Ｊ内で混合させ、この混合粉末を、排出通路Ｅ、チューブＴ３、および該チューブＴ３に連結された図示しない溶射ガンを介して鋳造用金型１０の表面に溶射することによって形成すればよい。
【００３５】
Ｍｏの粉末とＺｒＯ２の粉末とを予め混合して供給した場合には、ＭｏとＺｒＯ２との比重差によって両粉末が偏在することがある。これに対し、上記のように、Ｍｏの粉末とＺｒＯ２の粉末とを個別に供給してＹ字状治具Ｊ内で混合した場合、両粉末が略均一に混合するので、均質なサーメット溶射層１２を得ることができる。
【００３６】
Ｍｏを含有するサーメット溶射層１２は、鋳造用金型１０に良好に密着する。このため、サーメット溶射層１２が鋳造用金型１０から剥離することが抑制される。したがって、鋳造用金型１０とサーメット溶射層１２との間に、これら鋳造用金型１０とサーメット溶射層１２とを良好に密着させるための介在層を設ける必要は特にない。このため、鋳造用金型１０に対する表面処理コストを低廉化することもできる。
【００３７】
次に、この鋳造用金型１０を組み込んで構成された鋳造加工装置のキャビティに、Ａｌ等の溶湯を導入する。この際、鋳造用金型１０には高温の溶湯が接触する。しかしながら、鋳造用金型１０の表面にはサーメット溶射層１２が形成されているので、鋳造用金型１０に作用する熱衝撃が緩和される。換言すれば、鋳造用金型１０に過大な熱衝撃が加わることが回避される。
【００３８】
また、サーメット溶射層１２には、ＭｏとＺｒＯ２とが含有されているので、ＺｒＯ２のみからなる皮膜を形成した場合に比して、鋳造用金型１０（鋼材）との熱膨張率差が小さくなる。このため、熱膨張率差に起因してサーメット溶射層１２が剥離することを抑制することができる。
【００３９】
さらに、Ｙ２Ｏ３等の安定化成分によって安定化された安定化ＺｒＯ２がサーメット溶射層１２に含有されている場合、該サーメット溶射層１２は耐熱疲労性が良好である。このため、熱衝撃が繰り返し加わってもサーメット溶射層１２にクラックが発生することはなく、万一発生したとしてもそれが成長することはほとんどない。
【００４０】
溶湯が冷却固化した後、型開きを行って鋳造成形品を取り出す。この際、鋳造用金型１０には、鋳造成形品が摺接する。
【００４１】
ここで、上記したように、鋳造用金型１０の表面に形成されたサーメット溶射層１２には、潤滑性に優れたＭｏが含有されている。このため、サーメット溶射層１２に優れた潤滑性が発現する。したがって、サーメット溶射層１２の摩擦抵抗が小さくなるので、鋳造成形品を容易に離型させることができる。
【００４２】
しかも、サーメット溶射層１２は、ＺｒＯ２を含有するので硬質であり、耐摩耗性に優れる。このため、鋳造成形品を離型させることに伴ってサーメット溶射層１２が摩耗することも抑制される。
【００４３】
このように、ＭｏとＺｒＯ２とを含有するようにしてサーメット溶射層１２を形成したことにより、鋼材である鋳造用金型１０と良好に密着して剥離し難く、摩擦抵抗が小さくかつ耐摩耗性に優れる皮膜とすることができる。このため、サーメット溶射層１２を再形成するという煩雑な作業を行う頻度が、塗型を塗布する場合に比して著しく低減する。必然的に、サーメット溶射層１２を再形成するために鋳造加工装置を停止する頻度も低減する。換言すれば、鋳造加工を長時間連続して遂行することができるので、加工効率が向上する。
【００４４】
そして、サーメット溶射層１２を鋳造用金型１０の表面に設けることにより、該鋳造用金型１０を熱衝撃から長期間にわたって保護することができる。
【００４５】
ここで、皮膜は、図３に示すように、Ｍｏの組成比が順次変化するサーメット溶射層１４であってもよい。この場合、サーメット溶射層１４中のＭｏの組成比は、鋳造用金型１０に接近するほど増加するように設定され、かつ離間するほど減少するように設定される。一方、ＺｒＯ２の組成比は、鋳造用金型１０に接近するほど減少するように設定され、かつ離間するほど増加する。
【００４６】
具体的には、この場合、Ｍｏの組成比は、鋳造用金型１０の直上で１００重量％、中央部で５０重量％、表層部で２０重量％である。一方、ＺｒＯ２は、鋳造用金型１０の直上で０、中央部で５０重量％、表層部で８０重量％である。このようなサーメット溶射層１４は、例えば、図２中のＹ字状治具Ｊにおける供給通路を介してのＭｏの供給量を徐々に低減するとともに、供給通路を介してのＺｒＯ２の供給量を徐々に増加することによって形成することができる。
【００４７】
この場合、Ｍｏが鋳造用金型１０に強靱に密着する。このため、一層剥離し難いサーメット溶射層１４を設けることができるという利点がある。
【００４８】
ここで、図３においては、便宜上、Ｍｏの組成比が１００重量％、５０重量％または２０重量％である部位を境界線によって区別しているが、実際には、Ｍｏの組成比は鋳造用金型１０から離間するにつれて漸減しており、各部位の間に明確な界面は存在しない。
【００４９】
なお、上記した各実施の形態においては、鋳造用金型１０の表面にサーメット溶射層１２、１４のみを設けるようにしているが、図４に示すように、鋳造用金型１０とサーメット溶射層１２との間に介在層１６を溶射、メッキ等によって設けるようにしてもよい。介在層１６を構成する素材の好適な例としては、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金またはＭｏを挙げることができる。なお、これらの２種以上が混合された混合合金であってもよい。
【００５０】
このような金属からなる介在層１６は、鋳造用金型１０およびサーメット溶射層１２の双方と強靱に密着する。このため、サーメット溶射層１２のみを設ける場合に比して、該サーメット溶射層１２が鋳造用金型１０の表面から剥離し難くなる。
【００５１】
また、上記した実施の形態においては、サーメット溶射層１２におけるＭｏとＺｒＯ２との組成比を１：１、すなわち、ともに５０重量％としているが、Ｍｏは５〜９５重量％であればよく、ＺｒＯ２は９５〜５重量％であればよい。
【００５２】
さらに、サーメット溶射層１２を構成するセラミックスは、ＺｒＯ２に限定されるものではなく、Ａｌ２Ｏ３等の他のセラミックスであってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る鋳造用金型によれば、Ｍｏおよびセラミックスを含有する皮膜によって表面が被覆されている。このような皮膜は、鋼材である鋳造用金型から剥離し難く、しかも、潤滑性に優れるのでクラックが発生し難く、かつ耐摩耗性に優れるので摩耗量も著しく少ない。このため、鋳造用金型を長期間にわたって保護することができる。また、皮膜を再形成するという煩雑な作業を行う頻度を低減することができるとともに、皮膜を再形成するために鋳造加工装置を停止させる頻度が低減するので、加工効率が向上するという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る鋳造用金型の断面要部拡大図である。
【図２】図１のサーメット溶射層を形成する際に使用されるＹ字状治具の全体概略平面図である。
【図３】別の実施の形態に係る鋳造用金型の断面要部拡大図である。
【図４】また別の実施の形態に係る鋳造用金型の断面要部拡大図である。
【符号の説明】
１０…鋳造用金型              １２、１４…サーメット溶射層
１６…介在層                  Ｊ…Ｙ字状治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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