JP2000234124A

JP2000234124A - 球状黒鉛鋳鉄のオーステンパー処理方法

Info

Publication number: JP2000234124A
Application number: JP11032906A
Authority: JP
Inventors: Nariaki Yamanaka; 成昭山中; Kunihisa Sada; 邦寿佐田; Shuichi Eto; 修一江藤
Original assignee: Kubota Iron and Machinery Works Ltd; Kubota Tekkosho KK
Current assignee: Kubota Iron and Machinery Works Ltd; Kubota Tekkosho KK
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】球状黒鉛鋳鉄を迅速で、環境に優しく、また
高い生産性でオーステンパー処理する。【解決手段】被処理材を大気中にて０．１〜３分間８
５０℃〜９２０℃に加熱し、ついでこの被処理材の恒温
変態温度より５０℃〜２００℃低い温度まで急冷し、そ
の後上記恒温変態温度で相変態を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、球状黒鉛鋳鉄の強
化熱処理方法の１つである、オーステンパー処理方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の球状黒鉛鋳鉄のオーステンパー処
理方法は、毒性を有するソルト（塩浴）と呼ばれる塩化
物中で図１に示す一般的な処理条件で加熱と恒温変態と
空冷が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の上記オーステン
パー処理方法では下記のような種々の問題がある。

【０００４】加熱方法図１に示した処理条件での８５０℃〜９２０℃に加熱す
るとき、長時間にわたる高温ゆえの酸化が激しく、その
ため自動車部品等の高精度を要求される機械部品にあっ
ては、炉内無酸化雰囲気が必要であり、かつ加熱が長時
間（０．５Ｈｒ〜２．０Ｈｒ）であることにより、これ
が生産性を阻害する要因の１つであった。

【０００５】恒温変態方法ソルト炉中にて、３７０℃〜４００℃でやはり長時間
（０．５Ｈｒ〜２．５Ｈｒ）の恒温保持が必要であり、
生産性に問題があった。

【０００６】公害対策ソルト炉から取り出し、放冷するとき、製品表面に多量
のソルトが付着しているので、このソルトを洗浄除去す
る必要があり、ソルトの消耗量の増大・洗浄後の廃液処
理費が過大となっている。

【０００７】また、このように上記従来の処理方法では
上記した問題点のほかに、ソルトに頼った処理であるた
め、結果的に処理費用が高くなり、また環境問題から新
規工場の設立は公害処理設備に膨大な費用がかかり、技
術の普及も期待された程進んでいない。

【０００８】本発明は上記のことになされたもので、従
来法のソルトを用いたオーステンパー処理に代わって、
迅速で、環境に優しく、また高い生産性が得られるよう
にした球状黒鉛鋳鉄のオーステンパー処理方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、加熱方法、恒温変態方法を種々実験
して本発明をなしとげた。

【００１０】すなわち、加熱方法として、無酸化雰囲気
加熱炉に代えて、高周波加熱方法を用いる。８５０℃〜
９２０℃に昇温後の保持期間は、０．１〜３分間でよ
い。ごく短時間の加熱であるため、大気中でも製品の酸
化は発生しない。

【００１１】恒温変態方法として、図１に示したように
球状黒鉛鋳鉄のオーステンパー処理時の恒温変態温度
（Ｔ１）が３７０℃〜４００℃とすれば、これより１０
０℃〜２００℃低い温度（Ｔ２）の冷却液に一旦浸漬し
て冷却する。このときの冷却時間は、必要部位が所定の
温度に達するまでとし、通常０．１〜３分でよい。その
後直ちに大気炉中へ移動し、３７０℃〜４００℃の恒温
変態温度（Ｔ１）に０．５〜１．５Ｈｒにわたって恒温
移動加熱炉等にて加熱して恒温変態を行う。この方法を
とれば恒温変態時間が短くてすむ。

【００１２】そして公害対策として冷却液に鉱物油等を
使用してソルトを使用しない。これにより特別な公害対
策は不要となった。

【００１３】上記した熱処理の実施の形態を図示すると
図２に示すようになる。そしてこのときの限定条件をあ
げると次のようになる。大気炉における恒温変態温度を
Ｔ１、恒温変態直前の急冷時冷却温度をＴ２としたとき
に、Ｔ１＝３００℃〜４５０℃（０．５〜１．５Ｈｒ）Ｔ２＝１５０℃〜３００℃（０．１〜３分）Ｔ１−Ｔ２＝５０℃〜２００℃

【００１４】ここで、８５０℃〜９５０℃に加熱した球
状黒鉛鋳鉄をこれの恒温変態温度（３００℃〜４５０
℃）より低い１５０℃〜３００℃の冷却液に浸漬する理
由は、（１）冷却液に用いられる鉱物油の引火点が３０
０℃〜４００℃であり、従って３００℃を越えた冷却温
度では発火の恐れがあること。（２）一方、オーステン
パー処理は、マルテンサイト開始点（ＭＳ点）直上で行
う必要があり、高炭素球状黒鉛鋳鉄のＭＳ点は約１００
℃であり、従って１５０℃より低い冷却温度では目的と
するベイナイト相が得られないこと。（３）恒温変態が
短時間で完了することなどにある。

【００１５】本発明方法に供する球状黒鉛鋳鉄は一般の
ＪＩＳ規格の１〜４種のＦＣＤ材でも十分用いられる
が、より高品質の製品を得る場合には、表１に示した化
学成分の材料を用いるものがよい。なお表中の残りはＦ
ｅである。

【００１６】

【表１】

【００１７】高Ｃ低Ｓｉをベースとする球状黒鉛鋳鉄
は、ＭＳ点が低下し、急冷時の冷却温度を比較的低く設
定できる。これにより冷却液に用いられる鉱物油の引火
点、あるいは次工程の恒温変態温度との兼ね合いも温度
差が大きくとれて好都合となる。

【００１８】被処理材中へのＮｉ，Ｍｏの添加も望まし
い。Ｎｉ，Ｍｏは、熱処理性改善、すなわちベイナイト
相変態促進元素であり、０．１ｗｔ％以下では効果が認
められないが、Ｎｉ２．０ｗｔ％以上、Ｍｏ１．０ｗｔ
％以上で効果が飽和する。それ以上の添加は材料のコス
ト上昇を招く。

【００１９】

【発明の実施の形態】この実施の形態は新熱処理法とし
て、ソルト（塩浴）を用いないオーステンパー処理を興
行的に確立するものである。

【００２０】高周波加熱オーステンパー処理の基本原理オーステンパー処理とは、鉄鋼製品の焼き入れによる変
形の発生や、焼き割れを防ぐと共に、強靱性を与えるた
めに適切なオーステナイト化温度へと加熱して安定した
オーステナイト組織にしたものをそのまま、フェライト
及びパーライト生成温度以下、マルテンサイト生成温度
以上の適切な温度範囲に保持した冷却剤中で急冷し、そ
の温度でベイナイトに変態させた後、室温まで冷却する
処理のことをいう。

【００２１】これらの熱処理を行うことにより、焼き入
れ歪みが少なく、強靱なベイナイト組成を得ることがで
きる。そして今回の開発では、被処理材（ワーク）の加
熱には高周波加熱機を用い、急冷却にソルトではなく特
殊焼き入れ油（鉱物油）を用いて行うものである。以下
にその開発工程を示す。

【００２２】（１）加熱工程図３（ａ）に示すようにワーク（歯車）１を高周波加熱
コイル２にて大気中高周波加熱を行い、８５０℃〜９５
０℃のオーステナイト化温度まで加熱する。

【００２３】（２）冷却工程図３（ｂ）に示すように、上記工程でオーステナイト化
温度まで加熱したワーク１を１５０℃〜３００℃の特殊
焼き入れ液３に浸漬してこれを１５０℃〜３００℃に急
冷する。

【００２４】（３）恒温変態工程上記工程で１５０℃〜３００℃まで冷却した後、図３
（Ｃ）に示すように、このワーク１を電気炉（大気炉）
４内に入れて０．５〜１．５Ｈｒほど３００℃〜４５０
℃で保持してベイナイト化させる。

【００２５】（４）冷却工程電気炉４からワーク１を取り出した後、空冷または急冷
（水冷）する。

【００２６】（実施例）この実施例に供されるワーク１
は図４に示すようになっていて、内径：１２２ｍｍ、外
径：１４５．８ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの球状黒鉛鋳鉄か
らなる歯車である。そしてこれの化学成分は表２に示す
通りである。なお表中の残りはＦｅである。

【００２７】

【表２】

【００２８】ワークの組織素地（マトリックス）：オールフェライトグラファイトの大きさ：３５〜８０ミクロン素材硬度：ＨＲＢ７４（Ｈｖ１３７）歯先１ａの顕微鏡写真（１２５倍）による組織を図５
（ａ）に示す。歯底１ｂの顕微鏡写真（１２５倍）によ
る組織を図５（ｂ）に示す。

【００２９】次に処理条件を変えた第１、第２、第３の
実施を以下に示す。（第１実施例）処理条件加熱温度９５０℃（１分間保持）→冷却温度１５０℃→
恒温変態温度３００℃（０．５Ｈｒ保持）→水冷。図６はこのときの歯先部のミクロ組織を示す顕微鏡写真
であり、（ａ）は１２５倍、（ｂ）は２５０倍である。
また図７は歯底部のミクロ組織を示す顕微鏡写真であ
り、（ａ）は１２５倍、（ｂ）は２５０倍である。この
ときの歯先部の硬度はＨＲＣ４０．５〜４１．８、歯底
部の硬度はＨＲＣ３１．３であった。

【００３０】（第２実施例）処理条件加熱温度９５０℃（２分間保持）→冷却温度２００℃→
恒温変態温度３００℃（１Ｈｒ保持）→水冷。図８はこのときの歯先部のミクロ組織を示す顕微鏡写真
であり、（ａ）は１２５倍、（ｂ）は２５０倍である。
また図９は歯底部のミクロ組織を示す顕微鏡写真であ
り、（ａ）は１２５倍、（ｂ）は２５０倍である。この
ときの歯先部の硬度はＨＲＣ３３．５〜３６．５、歯底
部の硬度はＨＲＣ３２．５〜３６．５であった。

【００３１】（第３実施例）処理条件加熱温度９５０℃（３分間保持）→冷却温度１５０℃→
恒温変態温度３００℃（０．５Ｈｒ保持）→水冷。図１０はこのときの歯先部のミクロ組織を示す顕微鏡写
真であり、（ａ）は１２５倍、（ｂ）は２５０倍であ
る。また図１１は歯底部のミクロ組織を示す顕微鏡写真
であり、（ａ）は１２５倍、（ｂ）は２５０倍である。
このときの歯先部の硬度はＨＲＣ３６．０〜３９．０、
歯底部の硬度はＨＲＣ２８．０〜３４．５であった。

【００３２】上記した各実施例にて見たように、各処理
条件下における各部のミクロ組織は一部マルテンサイト
を含むものの、素地がベイナイト組織となり、硬度も目
標硬度を得ることができた。なお、処理条件を変えるこ
とにより、それぞれ部品が必要とする組織の堅さを得る
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、従来法のソルト（塩
浴）を用いたオーステンパー処理に代わって、ソルトを
用いないこと、及び加熱時間が短いことにより迅速で、
かつ環境に優しい生産性の高い処理方法を得ることがで
きる。そして結果的にコストパフォーマンスの向上を図
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法の処理条件を示す線図である。

【図２】本発明方法の処理条件を示す線図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の熱処理工程
を示す説明図である。

【図４】（ａ）はワークの平面図、（ｂ）は図（ａ）の
Ｐで示すワークの要部の拡大図である。

【図５】処理前のワークのミクロ組織を示す顕微鏡写真
で、（ａ）は歯先部、（ｂ）は歯底部を示す。

【図６】第１の実施例の処理条件で処理したワークの歯
先部のミクロ組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は１２５
倍、（ｂ）歯２５０倍である。

【図７】第１の実施例の処理条件で処理したワークの歯
底部のミクロ組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は１２５
倍、（ｂ）は２５０倍である。

【図８】第２の実施例の処理条件で処理したワークの歯
先部のミクロ組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は１２５
倍、（ｂ）は２５０倍である。

【図９】第２の実施例の処理条件で処理したワークの歯
底部のミクロ組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は１２５
倍、（ｂ）は２５０倍である。

【図１０】第３の実施例の処理条件で処理したワークの
歯先部のミクロ組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は１２
５倍、（ｂ）は２５０倍である。

【図１１】第３の実施例の処理条件で処理したワークの
歯底部のミクロ組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は１２
５倍、（ｂ）は２５０倍である。

【符号の説明】

１…ワーク、１ａ…歯先、１ｂ…歯底、２…高周波加熱
コイル、３…特殊焼き入れ液、４…電気炉。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理材を大気中にて０．１〜３分間８
５０℃〜９２０℃に加熱し、ついでこの被処理材の恒温
変態温度より５０℃〜２００℃低い温度まで急冷し、そ
の後上記恒温変態温度で相変態を行うことを特徴とする
球状黒鉛鋳鉄のオーステンパー処理方法。
【請求項２】被処理材としての球状黒鉛鋳鉄の化学成
分が、重量％でＣ：３．５〜４．０、Ｓｉ：１．２〜
２．４、Ｍｎ：０．１〜１．０、Ｐ：≦０．０５、Ｓ：
≦０．０５、Ｎｉ：０．１〜２．０、Ｍｏ：０．１〜
１．０、Ｍｇ：０．０２〜０．０５、残りＦｅであるこ
とを特徴とする請求項１記載の球状黒鉛鋳鉄のオーステ
ンパー処理方法。