(57)【要約】【課題】母材表面に一体化されている耐摩耗材が剥離しにくく、かつ安価で製造が容易な複合材料を提供する。【解決手段】母材１の材質として高クロム鋳鉄を採用し、母材１表面に一体化される耐摩耗材２の材質として高速度鋼を採用することにより、従来の超硬合金等を採用したものに比べて、耐摩耗材２の材料コストを抑えるとともに、耐摩耗材２に手間のかかるメッキ等の表面処理を施さなくても、耐摩耗材２が母材１と強固に結合されるようにして、耐摩耗材２が剥離しにくく、かつ従来よりも安価で容易に製造できるものとしたのである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材が高クロム鋳鉄で形成されており、母材表面の所定の部位に一体化されている耐摩耗材が高速度鋼で形成されている複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材表面の所定の部位に耐摩耗材が一体化されている複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造によって製造される部材では、その所定部位の耐摩耗性が要求される場合、鋳ぐるみによって母材の表面の所定の部位に耐摩耗材が一体化されている複合材料が用いられることがある。鋳ぐるみは、鋳物表面の改質方法の一つとして知られ、予め改質材をセットした鋳型の内側に母材の溶湯を流し込んで鋳込むことにより、改質材を母材に一体化するもので、鋳物の所定部位の耐摩耗性改善等のために従来からよく行われている。
【０００３】
上記のように鋳ぐるみによって母材表面に耐摩耗材を一体化した複合材料では、その母材として比較的耐摩耗性が高くて靱性も有する高クロム鋳鉄を用い、耐摩耗材としては炭化タングステン（以下、「ＷＣ」とも記す。）を主成分とする超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質の材料を粒状や柱状に形成したものを用いることが多い（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８６２２５号公報
【特許文献２】特開２０１４−８３５７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７４３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、耐摩耗材としてＷＣを主成分とする超硬合金を用いた複合材料は、ＷＣが高価であるため、全体のコストが高くなってしまい、低価格化が難しい。また、鋳ぐるみの際に炭化物どうし（ＷＣと高クロム鋳鉄中の炭化物）は融着しにくいため、耐摩耗材と母材との結合強度が低くなりやすいという問題がある。特に、母材の耐摩耗性を高めるために高クロム鋳鉄として炭素量を高めたものを用いた場合は、耐摩耗材と母材との結合強度がさらに低くなる。そして、耐摩耗材と母材との結合強度が低いと、使用中に外部応力によって耐摩耗材が剥離・脱落し、複合材料全体としての耐摩耗性が低下してしまうおそれがある。
【０００６】
この耐摩耗材と母材の結合強度低下の問題に対して、上記特許文献１では、超硬合金で形成された耐摩耗材の表面に銅メッキを施し、その上に液体フラックスを塗布するか、マンガンメッキや無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施すことにより、耐摩耗材と母材とが強固に結合されるようにしている。しかし、このような特殊なメッキや液体フラックスの塗布を耐摩耗材に対して行うようにすると、複合材料全体のコストはさらに上昇し、製造時の作業も手間がかかるようになってしまう。
【０００７】
一方、ＷＣ以外の炭化物や窒化物を主成分とするサーメットは切削工具等に使用された後に産業廃棄物として廃棄されることが多いので、廃棄されるサーメットチップを耐摩耗材として利用すれば、超硬合金を用いる場合よりも材料のコストを低く抑えることができる。しかし、サーメットチップは鋳ぐるみの際のヒートショックで割損しやすいという問題がある。これに対し、上記特許文献２では、ヒートショックを軽減してサーメットチップの割損を防止するために、サーメットチップに複数のメッキ層を形成し、そのメッキ層の上に液体フラックスを塗布しているが、これらの工程に非常にコストと手間がかかる。
【０００８】
また、セラミックスは高クロム鋳鉄と融着しないため、耐摩耗材として用いる場合は、テーパ形状等にして機械的に固定する方法をとることが多いが、高クロム鋳鉄と強固に結合させることは難しい。このため、超硬合金やサーメットを用いる場合と同様、結合強度を高めるためにセラミックスの表面に金属メッキ等の表面処理を施す必要があり、この表面処理工程にコストと手間がかかる。
【０００９】
そこで、本発明は、母材表面に一体化されている耐摩耗材が剥離しにくく、かつ安価で製造が容易な複合材料を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の複合材料は、母材が高クロム鋳鉄で形成されており、母材表面の所定の部位に一体化されている耐摩耗材が高速度鋼で形成されている構成のものとした。
【００１１】
すなわち、母材の材質として高クロム鋳鉄を採用し、母材表面に一体化される耐摩耗材の材質として高速度鋼を採用することにより、耐摩耗材の材料コストを抑えるとともに、耐摩耗材に手間のかかるメッキ等の表面処理を施さなくても、耐摩耗材が母材と強固に結合されるようにして、耐摩耗材が剥離しにくく、かつ安価で容易に製造できるものとしたのである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の複合材料は、上述したように、高クロム鋳鉄で形成されている母材の表面の所定の部位に、高速度鋼で形成されている耐摩耗材が一体化されているものであるから、耐摩耗材の材料コストを抑えられるうえ、耐摩耗材にメッキ等の表面処理が施されていなくても、耐摩耗材が母材と強固に結合されて剥離しにくいものとなっている。したがって、長期間安定して使用できるし、安価で容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ａは実施形態の複合材料で形成されたライナの平面図、ｂはａの縦断面図
【図２】図１（ｂ）のII−II線に沿った拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、実施形態の複合材料で形成され、原料装入用シュートに取り付けられるライナを示す。このライナは、高クロム鋳鉄で形成されている厚板状の母材１の一面に、高速度鋼で形成されている耐摩耗材２が一体化されているものである。母材１を形成する高クロム鋳鉄および耐摩耗材２を形成する高速度鋼の化学成分を表１に示す。なお、高クロム鋳鉄および高速度鋼の各添加元素の含有量は、表１に示したものに限らず、一般に高クロム鋳鉄あるいは高速度鋼として認められる範囲であればよい。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
前記耐摩耗材２は、母材１の一面を覆うように並べられている多数の粒状体３と、母材１の一面の中央部で粒状体３の層を貫通して母材１の表層に一部が埋め込まれている多数の柱状体４とからなる。
【００１７】
ここで、前記各粒状体３は直径８ｍｍ、各柱状体４は直径１０ｍｍにそれぞれ形成されている。そして、各柱状体４は、ライナの長手方向に沿って並ぶとともに、ライナの長手方向と６０°をなす直線に沿って並び、かつ柱状体４どうしの間隔ｄがすべて７ｍｍとなるように配されている。これにより、図２に示すように、各柱状体４の周囲に粒状体３が密に並ぶようになっている。
【００１８】
なお、前記柱状体４の配列は、図１および図２に示したものに限らず、種々のパターンを採用できる。また、粒状体３および柱状体４の直径は、粒状体３の層が薄くなりすぎることなく、柱状体４の配置に応じて各柱状体４の周囲に粒状体３を密に並べられる大きさに設定すればよい。
【００１９】
このライナを鋳ぐるみ法により鋳造する際には、まず、前記柱状体４の図１の状態よりも長いものを用意し、この柱状体４の一部を図示省略した鋳型内の所定面に埋め込む。そして、その所定面の柱状体４埋込位置以外の部分に前記粒状体３を並べることにより、柱状体４が粒状体３の層から鋳型内の空間に突出する状態にセットして、所定面の外周側の数箇所から高クロム鋳鉄の溶湯を注ぐ。
【００２０】
このとき、鋳型内に注がれた溶湯はライナ中央部分に近づくほど温度低下するため、ライナ中央部分で粒状体３の母材１との結合強度が低くなりやすい。しかし、ライナ中央部分では柱状体４の一部が母材１へ埋め込まれるようにしているので、粒状体３のみで母材１の一面を覆う場合よりも柱状体４の埋込部の分だけ耐摩耗材２と母材１の接触面積が大きくなり、耐摩耗材２と母材１の結合強度が高くなっている。その後、鋳型を取り外すとともに、柱状体４の鋳型に埋め込まれた部分を切断除去することにより、図１に示した製品状態が得られる。
【００２１】
このライナは、上述したように、高クロム鋳鉄で形成されている母材１の一面に、高速度鋼で形成されている多数の粒状体３と柱状体４からなる耐摩耗材２が一体化されているものであるから、従来の超硬合金、サーメットまたはセラミックスを耐摩耗材の材質として採用したものに比べて、耐摩耗材の材料コストが抑えられるうえ、耐摩耗材２にメッキ等の表面処理が施されていなくても、耐摩耗材２が母材１と強固に結合されて剥離しにくくなっている。
【００２２】
したがって、耐摩耗材２自体の耐摩耗性は従来の超硬合金等を用いたものよりも若干低下するものの、耐摩耗材２の剥離・脱落がないため、ライナ全体としての耐摩耗性は従来とあまり変わらず、長期間安定して使用できるし、従来よりも安価で容易に製造することができる。
【００２３】
なお、本発明は、実施形態のような原料装入用シュートのライナに限らず、母材の表面に耐摩耗材が一体化されている種々の複合材料に対して、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  母材
２  耐摩耗材
３  粒状体
４  柱状体
【図１】
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【図２】
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