JP2000045011A - 球状黒鉛鋳鉄および球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法 - Google Patents
球状黒鉛鋳鉄および球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法Info
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Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】超微細黒鉛組織を有するとともに、チル組織の
発生が防止されるようにした球状黒鉛鋳鉄鋳物を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】Cを3.10〜3.90%、Siを2.5
0〜4.00%、Mnを0.45%以下、Pを0.05
%以下、Sを0.008%以下、Cuを0.5%以下、
Moを0.3%以下、Mgを0.05%以下、Bi+S
b+Tiを0.1%以下含有し、金型鋳造法によって鋳
造して鋳造物中に超微細黒鉛組織を有するようにした球
状黒鉛鋳鉄の鋳造方法である。
発生が防止されるようにした球状黒鉛鋳鉄鋳物を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】Cを3.10〜3.90%、Siを2.5
0〜4.00%、Mnを0.45%以下、Pを0.05
%以下、Sを0.008%以下、Cuを0.5%以下、
Moを0.3%以下、Mgを0.05%以下、Bi+S
b+Tiを0.1%以下含有し、金型鋳造法によって鋳
造して鋳造物中に超微細黒鉛組織を有するようにした球
状黒鉛鋳鉄の鋳造方法である。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は球状黒鉛鋳鉄および
その鋳造方法に係り、とくに鋳造物に微細黒鉛組織を生
ぜしめるようにした球状黒鉛鋳鉄およびその鋳造方法に
関する。
その鋳造方法に係り、とくに鋳造物に微細黒鉛組織を生
ぜしめるようにした球状黒鉛鋳鉄およびその鋳造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】金型鋳造法で球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造し
た場合に、従来の技術では冷却速度が速いために、金型
に接する鋳物の鋳肌から約10mm位の深さまでの領域
にチル組織が発生する。すなわち球状黒鉛鋳鉄は、溶湯
から晶出する球状黒鉛の晶出メカニズムによって、本質
的に過冷し易く、しかも鋳型での冷却速度の速い金型鋳
造法によると、さらに過冷を助長し、これによってチル
化が促進されることになる。
た場合に、従来の技術では冷却速度が速いために、金型
に接する鋳物の鋳肌から約10mm位の深さまでの領域
にチル組織が発生する。すなわち球状黒鉛鋳鉄は、溶湯
から晶出する球状黒鉛の晶出メカニズムによって、本質
的に過冷し易く、しかも鋳型での冷却速度の速い金型鋳
造法によると、さらに過冷を助長し、これによってチル
化が促進されることになる。
【0003】このために900℃前後の温度で数時間鋳
物を加熱し、チル組織を分解しなければ使用に耐え得る
鋳物が得られない。従って金型鋳造法によって鋳造され
た鋳物においては、このような熱処理が従来より不可欠
になっており、鋳造工程の後に熱処理工程を行なうこと
によって鋳物が製造されている。
物を加熱し、チル組織を分解しなければ使用に耐え得る
鋳物が得られない。従って金型鋳造法によって鋳造され
た鋳物においては、このような熱処理が従来より不可欠
になっており、鋳造工程の後に熱処理工程を行なうこと
によって鋳物が製造されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】球状黒鉛鋳鉄が本質的
に過冷し易いのは、球状黒鉛の生成過程の必然的結果で
ある。すなわち共晶反応開始点から黒鉛はオーステナイ
トで包囲されるために、オーステナイト相を介して炭素
原子が供給されなければ黒鉛が成長できない。そしてこ
のような成長のためには大きなエネルギを必要とする。
このことは成長の際に周囲から熱を吸収することにな
り、これによって過冷現象が生ずる。このような現象
は、黒鉛の先端が常に溶湯に接している片状黒鉛とは大
きく異なる点である。
に過冷し易いのは、球状黒鉛の生成過程の必然的結果で
ある。すなわち共晶反応開始点から黒鉛はオーステナイ
トで包囲されるために、オーステナイト相を介して炭素
原子が供給されなければ黒鉛が成長できない。そしてこ
のような成長のためには大きなエネルギを必要とする。
このことは成長の際に周囲から熱を吸収することにな
り、これによって過冷現象が生ずる。このような現象
は、黒鉛の先端が常に溶湯に接している片状黒鉛とは大
きく異なる点である。
【0005】球状化処理された球状黒鉛鋳鉄の溶湯が、
過冷現象を発生させるのに十分な黒鉛の核を有している
とすれば、このことからこの黒鉛の核を消滅させること
なく、また球状の組織を成長させることにあまりこだわ
らず、むしろさらに積極的に黒鉛の核を生成させる手段
を採ることによって、金型鋳造法によって、十分な微細
黒鉛組織を得ることが可能になるとともに、このときに
チルの発生の防止を図ることが可能になることを本願発
明者等は見出した。
過冷現象を発生させるのに十分な黒鉛の核を有している
とすれば、このことからこの黒鉛の核を消滅させること
なく、また球状の組織を成長させることにあまりこだわ
らず、むしろさらに積極的に黒鉛の核を生成させる手段
を採ることによって、金型鋳造法によって、十分な微細
黒鉛組織を得ることが可能になるとともに、このときに
チルの発生の防止を図ることが可能になることを本願発
明者等は見出した。
【0006】本発明はこのような知見に基いてなされた
ものであって、とくに金型鋳造法によってしかも鋳放し
で球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能な球状黒鉛鋳
鉄および球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法を提供することを目的
とする。
ものであって、とくに金型鋳造法によってしかも鋳放し
で球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能な球状黒鉛鋳
鉄および球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、Cを3.10
〜3.90%、Siを2.50〜4.00%、Mnを
0.45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.008
%以下、Cuを0.5%以下、Moを0.3%以下、M
gを0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1%以下
含有し、金型鋳造法に用いられる球状黒鉛鋳鉄に関する
ものである。
〜3.90%、Siを2.50〜4.00%、Mnを
0.45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.008
%以下、Cuを0.5%以下、Moを0.3%以下、M
gを0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1%以下
含有し、金型鋳造法に用いられる球状黒鉛鋳鉄に関する
ものである。
【0008】ここで希土類元素を0.1%以下含有する
ものであってよい。また鋳造物が微細黒鉛組織を有する
ものであってよい。さらに必要に応じて微量のSnが添
加されてよい。
ものであってよい。また鋳造物が微細黒鉛組織を有する
ものであってよい。さらに必要に応じて微量のSnが添
加されてよい。
【0009】鋳造方法に関する発明は、Cを3.10〜
3.90%、Siを2.50〜4.00%、Mnを0.
45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.008%以
下、Cuを0.5%以下、Moを0.3%以下、Mgを
0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1%以下含有
し、金型鋳造法によって鋳造して鋳造物中に微細黒鉛組
織を有するようにした球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法に関する
ものである。
3.90%、Siを2.50〜4.00%、Mnを0.
45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.008%以
下、Cuを0.5%以下、Moを0.3%以下、Mgを
0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1%以下含有
し、金型鋳造法によって鋳造して鋳造物中に微細黒鉛組
織を有するようにした球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法に関する
ものである。
【0010】金型内への流入速度を1.5kg/秒以下
とし、冷却速度を15℃/秒以上で鋳造し、球状黒鉛粒
数を1900個/mm2 以上晶出させてよい。また金型
を用いて最小肉厚が2mm以上で10mm以下の値を有
する肉厚不同の鋳造を行なうものであってよい。また球
状黒鉛粒から成る微細黒鉛組織によってチル組織の発生
を防止するものであってよい。
とし、冷却速度を15℃/秒以上で鋳造し、球状黒鉛粒
数を1900個/mm2 以上晶出させてよい。また金型
を用いて最小肉厚が2mm以上で10mm以下の値を有
する肉厚不同の鋳造を行なうものであってよい。また球
状黒鉛粒から成る微細黒鉛組織によってチル組織の発生
を防止するものであってよい。
【0011】とくに上記の鋳造方法に関する発明におい
て、溶湯を球状化処理剤で球状化処理し、金型に注湯す
るまでに1回以上の接種を兼ねて加珪を行なうことによ
り、Siの合計が2.50〜4.00%になるようにし
てよい。また加珪が0.2%以上であってよい。またこ
の鋳造方法によって鋳造される鋳造物が内燃機関用ピス
トンであってよい。
て、溶湯を球状化処理剤で球状化処理し、金型に注湯す
るまでに1回以上の接種を兼ねて加珪を行なうことによ
り、Siの合計が2.50〜4.00%になるようにし
てよい。また加珪が0.2%以上であってよい。またこ
の鋳造方法によって鋳造される鋳造物が内燃機関用ピス
トンであってよい。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態は表
1に示されるように、Cを3.10〜3.90%、Si
を1.0〜2.0%、Mnを0.45%以下、Pを0.
05%以下、Sを0.008%以下、Cuを0.5%以
下、Moを0.3%以下、Mgを0.05%以下、Bi
+Sb+Tiを0.1%以下含有する球状黒鉛鋳鉄の元
湯を約1500℃に昇温し、所定の溶湯量の計量を行な
った後に溶湯を2%以下の球状化処理剤で球状化処理を
行ない、さらに金型に注湯する直前までの間に1回以上
の接種を兼ねて0.2%以上の加珪をする。このような
加珪によって、Siの含有量が2.50〜4.00%の
範囲内になるようにする。
1に示されるように、Cを3.10〜3.90%、Si
を1.0〜2.0%、Mnを0.45%以下、Pを0.
05%以下、Sを0.008%以下、Cuを0.5%以
下、Moを0.3%以下、Mgを0.05%以下、Bi
+Sb+Tiを0.1%以下含有する球状黒鉛鋳鉄の元
湯を約1500℃に昇温し、所定の溶湯量の計量を行な
った後に溶湯を2%以下の球状化処理剤で球状化処理を
行ない、さらに金型に注湯する直前までの間に1回以上
の接種を兼ねて0.2%以上の加珪をする。このような
加珪によって、Siの含有量が2.50〜4.00%の
範囲内になるようにする。
【表1】 最終的な組成は、例えば表1の下欄に示す最適値として
例示される。ここではCを3.8%、Siを3.0%、
Mnを0.45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.
008%以下、Moを0.3%以下、Cuを0.5%以
下、Mgを0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1
%以下含有し、さらに必要に応じて微量のSnと0.1
%以下の希土類元素を含有する組成の球状黒鉛鋳鉄であ
る。
例示される。ここではCを3.8%、Siを3.0%、
Mnを0.45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.
008%以下、Moを0.3%以下、Cuを0.5%以
下、Mgを0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1
%以下含有し、さらに必要に応じて微量のSnと0.1
%以下の希土類元素を含有する組成の球状黒鉛鋳鉄であ
る。
【0013】このときに金型の鋳造条件、すなわち溶湯
の冷却条件は15℃/秒以上、流入速度は1.5kg/
秒以下となるように調整する。金型からの鋳物の取出し
は、鋳造された鋳物が凝固を完了して十分に取扱いでき
る強度に達する900℃前後で行なうようにし、この後
に大気放冷する。これによって鋳放しでチル組織のない
超微細黒鉛組織をもつミクロ組織の鋳造物が得られる。
の冷却条件は15℃/秒以上、流入速度は1.5kg/
秒以下となるように調整する。金型からの鋳物の取出し
は、鋳造された鋳物が凝固を完了して十分に取扱いでき
る強度に達する900℃前後で行なうようにし、この後
に大気放冷する。これによって鋳放しでチル組織のない
超微細黒鉛組織をもつミクロ組織の鋳造物が得られる。
【0014】図1はこのような超微細黒鉛組織のミクロ
組織を写真によって示したものである。対比のために示
した図2は、従来のチル組織を示している。
組織を写真によって示したものである。対比のために示
した図2は、従来のチル組織を示している。
【0015】鋳物の最小肉厚が2〜10mmの肉厚不同
の鋳物において、球状化処理前の溶湯中のSiの含有
量、および球状化処理剤の添加量を変えずに、接種を兼
ねたSi添加量を変化させて全体としてのSiの含有量
を増加させると、黒鉛の粒数は図3に示すようになり、
全体としてのSiの含有量が増加するのに伴って粒数が
大幅に増加する。最小肉厚が2〜10mmの肉厚不同の
鋳物でSiの含有量を2.5%とすることによって、黒
鉛の数が約1900個/mm2 になる。この値はチル発
生の限界にほぼ相当する。一方Siの含有量をほぼ4.
0%以上にすると、鋳造性が劣化する。従って上限を
3.90%以下とすることが好ましい。
の鋳物において、球状化処理前の溶湯中のSiの含有
量、および球状化処理剤の添加量を変えずに、接種を兼
ねたSi添加量を変化させて全体としてのSiの含有量
を増加させると、黒鉛の粒数は図3に示すようになり、
全体としてのSiの含有量が増加するのに伴って粒数が
大幅に増加する。最小肉厚が2〜10mmの肉厚不同の
鋳物でSiの含有量を2.5%とすることによって、黒
鉛の数が約1900個/mm2 になる。この値はチル発
生の限界にほぼ相当する。一方Siの含有量をほぼ4.
0%以上にすると、鋳造性が劣化する。従って上限を
3.90%以下とすることが好ましい。
【0016】
【実施例】次に本発明を超微細球状黒鉛組織を有する高
性能のピストンの鋳造に適用した一実施例を以下に説明
する。
性能のピストンの鋳造に適用した一実施例を以下に説明
する。
【0017】最小肉厚が2〜10mmの範囲内にある肉
厚不同な直径が150mmの球状黒鉛鋳鉄ピストンを金
型鋳造法によって、流入速度が1.5kg/秒以下で、
冷却速度を15℃/秒以上で鋳造した。
厚不同な直径が150mmの球状黒鉛鋳鉄ピストンを金
型鋳造法によって、流入速度が1.5kg/秒以下で、
冷却速度を15℃/秒以上で鋳造した。
【表2】 このときの鋳物の組成を表2に示す。ここで示される5
水準の鋳物についてそれぞれ鋳造し、その鋳造順にサン
プル記号をA、B、C、D、およびEとした。なお表2
のサンプルAは、従来の組成の成分値である。すなわち
サンプルAは元湯中のSiが1.24%であり、球状化
処理で1.0%Siが添加され、球状化処理と同時に行
なう接種によって0.2%Siが加珪され、最終的に鋳
物のSi含有量が2.44%になっている。
水準の鋳物についてそれぞれ鋳造し、その鋳造順にサン
プル記号をA、B、C、D、およびEとした。なお表2
のサンプルAは、従来の組成の成分値である。すなわち
サンプルAは元湯中のSiが1.24%であり、球状化
処理で1.0%Siが添加され、球状化処理と同時に行
なう接種によって0.2%Siが加珪され、最終的に鋳
物のSi含有量が2.44%になっている。
【0018】これに対してサンプルB、C、D、および
Eは、サンプルAの元湯のSiの含有量、球状化処理
量、および接種量を変えず、サンプルAの2.44%の
Siに鋳造直前の接種を兼ねた加珪によって、Si含有
量を変化させたものである。
Eは、サンプルAの元湯のSiの含有量、球状化処理
量、および接種量を変えず、サンプルAの2.44%の
Siに鋳造直前の接種を兼ねた加珪によって、Si含有
量を変化させたものである。
【0019】鋳造後にピストンの最小肉厚部を切断し、
ミクロ組織を調べた結果が図1において写真によって示
される。これに対してサンプルAの組織が図2に示され
ている。図2の写真から明らかなように、Siが2.5
%未満の場合には、黒鉛粒数が多いけれどもチルが発生
し、これに対してSiが2.5%以上の場合には鋳放し
でチルが発生していない。また黒鉛粒数がほぼ1900
個/mm2 であることがわかる。黒鉛粒数が1900個
/mm2 以上のチル発生防止領域であれば、調質のため
に必要であった熱処理が不要であるばかりでなく、機械
的性質としては疲労強度が向上し、物理的性質としては
熱伝導率の向上と、耐摩耗性の向上と、そして切削性の
向上とが期待できる。
ミクロ組織を調べた結果が図1において写真によって示
される。これに対してサンプルAの組織が図2に示され
ている。図2の写真から明らかなように、Siが2.5
%未満の場合には、黒鉛粒数が多いけれどもチルが発生
し、これに対してSiが2.5%以上の場合には鋳放し
でチルが発生していない。また黒鉛粒数がほぼ1900
個/mm2 であることがわかる。黒鉛粒数が1900個
/mm2 以上のチル発生防止領域であれば、調質のため
に必要であった熱処理が不要であるばかりでなく、機械
的性質としては疲労強度が向上し、物理的性質としては
熱伝導率の向上と、耐摩耗性の向上と、そして切削性の
向上とが期待できる。
【0020】これらの特性の改善によって、本実施例の
金型鋳造法による球状黒鉛鋳鉄製のピストンは、高負荷
高回転の内燃機関に期待されている高出力化、低騒音
化、低燃費化および排気ガス対策に寄与することが可能
で、この意味において高性能ピストンになる。すなわち
本実施例の方法を用いることによって、高性能ピストン
の提供が可能になる。
金型鋳造法による球状黒鉛鋳鉄製のピストンは、高負荷
高回転の内燃機関に期待されている高出力化、低騒音
化、低燃費化および排気ガス対策に寄与することが可能
で、この意味において高性能ピストンになる。すなわち
本実施例の方法を用いることによって、高性能ピストン
の提供が可能になる。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明は、Cを3.10〜
3.90%、Siを2.50〜4.00%、Mnを0.
45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.008%以
下、Cuを0.5%以下、Moを0.3%以下、Mgを
0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1%以下含有
し、金型鋳造法によって鋳造して鋳造物中に超微細黒鉛
組織を有するようにした球状黒鉛鋳鉄およびその鋳造方
法に関するものである。
3.90%、Siを2.50〜4.00%、Mnを0.
45%以下、Pを0.05%以下、Sを0.008%以
下、Cuを0.5%以下、Moを0.3%以下、Mgを
0.05%以下、Bi+Sb+Tiを0.1%以下含有
し、金型鋳造法によって鋳造して鋳造物中に超微細黒鉛
組織を有するようにした球状黒鉛鋳鉄およびその鋳造方
法に関するものである。
【0022】従ってこのような鋳鉄および鋳造方法によ
れば、チル組織の発生が防止され、微細組織を有する鋳
物を提供することが可能になる。
れば、チル組織の発生が防止され、微細組織を有する鋳
物を提供することが可能になる。
【図1】本発明の一実施の態様に係る鋳鉄による鋳物の
ミクロ組織を示す写真である。
ミクロ組織を示す写真である。
【図2】従来の球状黒鉛鋳鉄鋳物のミクロ組織を示す写
真である。
真である。
【図3】Siの含有量に対する黒鉛粒数の変化を示すグ
ラフである。
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千田 昭夫 宮城県仙台市青葉区大手町9丁目10番501 号 Fターム(参考) 4K014 BA01 BA13 BA16 BC12 BC13 BD08
Claims (10)
- 【請求項1】Cを3.10〜3.90%、Siを2.5
0〜4.00%、Mnを0.45%以下、Pを0.05
%以下、Sを0.008%以下、Cuを0.5%以下、
Moを0.3%以下、Mgを0.05%以下、Bi+S
b+Tiを0.1%以下含有し、金型鋳造法に用いられ
る球状黒鉛鋳鉄。 - 【請求項2】希土類元素を0.1%以下含有することを
特徴とする請求項1に記載の球状黒鉛鋳鉄。 - 【請求項3】鋳造物が微細黒鉛組織を有することを特徴
とする請求項1に記載の球状黒鉛鋳鉄。 - 【請求項4】Cを3.10〜3.90%、Siを2.5
0〜4.00%、Mnを0.45%以下、Pを0.05
%以下、Sを0.008%以下、Cuを0.5%以下、
Moを0.3%以下、Mgを0.05%以下、Bi+S
b+Tiを0.1%以下含有し、金型鋳造法によって鋳
造して鋳造物中に微細黒鉛組織を有するようにした球状
黒鉛鋳鉄の鋳造方法。 - 【請求項5】金型内への流入速度を1.5kg/秒以下
とし、冷却速度を15℃/秒以上で鋳造し、球状黒鉛粒
数を1900個/mm2 以上晶出させることを特徴とす
る請求項4に記載の球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法。 - 【請求項6】金型を用いて最小肉厚が2mm以上で10
mm以下の値を有する肉厚不同の鋳造を行なうことを特
徴とする請求項4に記載の球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法。 - 【請求項7】球状黒鉛粒から成る微細黒鉛組織によって
チル組織の発生を防止することを特徴とする請求項4に
記載の球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法。 - 【請求項8】溶湯を球状化処理剤で球状化処理し、金型
に注湯するまでに1回以上の接種を兼ねて加珪を行なう
ことにより、Siの合計が2.50〜4.00%になる
ようにすることを特徴とする請求項7に記載の球状黒鉛
鋳鉄の鋳造方法。 - 【請求項9】加珪が0.2%以上であることを特徴とす
る請求項8に記載の球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法。 - 【請求項10】金型鋳造法によって鋳造される鋳造物が
内燃機関用ピストンであることを特徴とする請求項4に
記載の球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法。
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JP10226524A JP2000045011A (ja) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | 球状黒鉛鋳鉄および球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法 |
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JP10226524A JP2000045011A (ja) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | 球状黒鉛鋳鉄および球状黒鉛鋳鉄の鋳造方法 |
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