JP2001059127A

JP2001059127A - 球状黒鉛鋳鉄

Info

Publication number: JP2001059127A
Application number: JP2000171251A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Suzuki; 克美鈴木; Noriyuki Nakajima; 範之中島; Yoshio Oba; 義夫大場; Takahiro Ono; 高広小野
Original assignee: Asahi Tec Corp
Current assignee: Asahi Tec Corp
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】従来必要とした熱処理をしなくても鋳放し状
態で、また、Ｍｏを積極的に添加しなくても、引張強さ
および伸びが所定以上の機械的性質が得られるととも
に、後に溶融メッキ等の加熱処理をしても機械的性質が
劣化しない球状黒鉛鋳鉄を提供する。【解決手段】肉厚が７５ｍｍ以下である低合金球状黒
鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．０〜４．０質量％、Ｍｎを
０．０５〜０．５０質量％含む。Ｖノッチ切欠き材の疲
労限度が２９０ＭＰａ以上で、切削距離１．７ｋｍにお
いて逃げ面磨耗量が０．１３ｍｍ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、肉厚が７５ｍ
ｍ以下である球状黒鉛鋳鉄に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、球状黒鉛鋳鉄では、機械的性
質において、引張強さが高ければ、伸びが低く、逆に伸
びを高く得ようとすれば、引張強さが低くなってしまう
ものである。

【０００３】近年、軽量化が強く叫ばれている自動車
用部品等の分野では、安価で、肉厚を薄く設計できる材
料、例えば、引張強さが７５０ＭＰａ以上および伸びが
８％以上というように、前記両方の機械的性質を同時に
兼ね備えた球状黒鉛鋳鉄が要求されていた。この条件を
満足できるものとして、次の２つのベイナイト球状黒鉛
鋳鉄があった。その一つは、鋳造したものを、オーステ
ナイト化温度（約８００〜９５０℃）に加熱後、約３０
０〜４００℃の塩浴炉中に急冷し、そのまま同炉中に恒
温保持した後取り出して得るものであり、他のものは、
例えばＮｉを１〜４重量％、Ｍｏを０．５〜１．０重量
％を加えて、熱処理をしないで、所謂鋳放しの状態で得
るものであった。一方、引張強さが６５０〜６８０ＭＰ
ａ程度であっても、伸びが１２％程度に向上するもの
は、建設機械部品等の分野においても有効に利用できる
ものである。

【０００４】しかし、前者のベイナイト球状黒鉛鋳鉄
は、肉厚の厚い製品では内部まで十分なベイナイト組織
が得られないために、薄肉製品に使用されることはあっ
たが、熱処理による歪みが発生したり、塩浴を用いた熱
処理によりコストが高いという欠点があった。また、後
者のベイナイト球状黒鉛鋳鉄は、高価なＭｏを添加する
ことによりコストアップになる欠点があった。

【０００５】また、上記のベイナイト球状黒鉛鋳鉄
は、例えば、耐蝕性を得る為に溶融亜鉛メッキを施す
（例えば、４６０℃で１２０秒間保持）と、表１に示す
ように、その加熱処理によって引張強さと伸びが低下す
るという欠点もあった。

【０００６】

【表１】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、本発
明は、肉厚が７５ｍｍ以下の球状黒鉛鋳鉄製品におい
て、引張強さが７５０ＭＰａ以上および伸びが８％以上
の機械的性質を同時に満足するか、引張強さが６５０〜
６８０ＭＰａ程度であっても、伸びが１２％程度に向上
し、しかも溶融メッキ等の加熱処理をしても機械的性質
が低下せず、又、高価なＭｏを添加しなくても済む球状
黒鉛鋳鉄を得ることを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を達成するた
めに、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄においては、肉厚が７
５ｍｍ以下である球状黒鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．０
〜４．０質量％、Ｍｎを０．０５〜０．５０質量％含む
ようにしたため、従来必要とした熱処理をしなくても鋳
放し状態で、また、Ｍｏを積極的に添加しなくても、表
２に示すように、引張強さが７５０ＭＰａ以上および伸
びが８％以上、又は引張強さが６８０ＭＰａ程度でも伸
びが１２％である機械的性質が得られるとともに、後に
溶融メッキ等の加熱処理をしても機械的性質は劣化しな
いものである。なお、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄におい
ては、Ｖノッチ切欠き材について、その疲労限度が２９
０ＭＰａ以上の特性を有することが好ましい。また、本
発明の球状黒鉛鋳鉄では、切削距離１．７ｋｍにおいて
逃げ面磨耗量が０．１３ｍｍ以下であることが好まし
い。

【０００９】また、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄におい
ては、肉厚が７５ｍｍ以下であり溶融メッキした球状黒
鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．０〜４．０質量％、Ｍｎを
０．０５〜０．５０質量％含むようにしたため、溶融メ
ッキ等の加熱処理をされているにもかかわらず、表２に
示すように、従来必要とした熱処理をしなくても鋳放し
状態で、また、Ｍｏを積極的に添加しなくても、溶融メ
ッキ等の加熱処理をしないものとほぼ同等の機械的性質
が得られるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】Ｎｉを２．０〜４．０質量％、
Ｍｎを０．０５〜０．５０質量％に成分調整した球状黒
鉛鋳鉄溶湯を砂型に注湯し鋳型内で自然放冷（鋳放し）
させ、肉厚７５ｍｍ以下の部材を得た。Ｎｉが２．０質
量％未満では引張強さ、伸び共に表２に示すように目標
を達成できない（比較例１）。Ｎｉが４．０質量％を超
えると表２に示すように引張強さは確保できるが、伸び
が確保できないものである（比較例２）。Ｍｎが０．５
０質量％を超えると表２に示すように伸びが確保できな
いものである（比較例３）。なお、Ｍｎは原料組成に鑑
みると０．０５質量％未満まで調整することは工業的に
極めて困難である。更に、肉厚が７５ｍｍを超えて１５
０ｍｍとなった比較例４の場合には、伸びは向上する
が、引張強さの低下が著しい。

【００１１】上記のように、Ｎｉを２．０〜４．０質
量％、Ｍｎを０．０５〜０．５０質量％に成分調整した
ときのみ、表２に示すように引張強さが７５０ＭＰａ以
上および伸びが８％以上の機械的性質の優れた状態が確
保され（実施例１〜７）、肉厚が７５ｍｍである場合で
も、引張強さは６８０ＭＰａ程度にとどまるものの伸び
が１２％と向上した機械的性質が得られる（実施例
８）。また、このとき従来のようなＭｏの積極的な添加
は必要でない。

【００１２】また、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、図５に
示すように、Ｖノッチ切欠き材の疲労限度が２９０ＭＰ
ａ以上という特性を有する。本発明の球状黒鉛鋳鉄は、
上記のように特に伸び特性に優れるため、Ｖノッチ切欠
き材であっても疲労限度が所定以上に高くなると考えら
れる。

【００１３】さらに、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、加工
性に優れている。加工性を示す指標として、切削試験を
行った場合の逃げ面磨耗量を用いると、本発明の球状黒
鉛鋳鉄は、切削距離１．７ｋｍにおいて逃げ面磨耗量が
０．１３ｍｍ以下である。なお、切削試験の切削条件と
しては、図６に示す形状の切削試験片６０に対して、切
削速度が１００ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．２ｍｍ／回
転、切込みが１．５ｍｍとし、刃物として三菱マテリア
ル製ＵＣ６０１０を用いて乾式切削を行った。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて
更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものでない。（実施例１〜８、比較例１〜４）高周波溶解炉にてＮｉ
２．０〜４．０質量％、Ｍｎ０．０５〜０．５０質
量％、Ｃ３．１〜４．０質量％、Ｓｉ１．８〜３．
０質量％、Ｐ０．０５質量％以下、Ｓ０．０２質量
％以下、Ｍｇ０．０２〜０．０６質量％に調整し、溶
製した。

【００１５】なお、実施例では、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、
およびＭｇの成分範囲を上記のように定めたが、その理
由は下記のとおりである。（１）Ｃが３．１質量％未満では、炭化物が現れて伸び
が著しく減少する。Ｃが４．０質量％を越えると、初晶
黒鉛が浮上して介在し、引張強さの低下の原因となる。（２）Ｓｉが１．８質量％未満では、炭化物が現れて伸
びが著しく減少する。Ｓｉが３．０質量％を越えると、
初晶黒鉛が浮上して介在し、引張強さの低下の原因とな
る。（３）Ｐが０．０５質量％を越えると、ステダイト相が
現れて脆化する。（４）Ｓが０．０２質量％を越えると、Ｍｇ処理時にＭ
ｇＳを生成し、溶存Ｍｇ量が低下して黒鉛球状化が阻害
され、ノロも増えて好ましくない。（５）Ｍｇが０．０２質量％未満では、黒鉛を球状化す
ることができず、引張強さは、確保できない。Ｍｇが
０．０６質量％を越えると、炭化物が現れやすくなり、
処理時のＭｇ合金が高価で好ましくない。

【００１６】その後、図１に示すＹ形供試材用砂型に
約１４００℃で注湯し、砂型内で常温まで自然放冷（鋳
放し）した。

【００１７】その後、Ｙ形供試材（ＪＩＳＧ５５
０２）の最下部からテスト・ピースを採取し、引張強さ
および伸びをＪＩＳＺ２２０１の４号試験片で測定
した。

【００１８】表２は、Ｎｉ２．０〜４．０質量％お
よびＭｎ０．０５〜０．５０質量％の含有量の球状黒
鉛鋳鉄とその球状黒鉛鋳鉄の引張強さおよび伸びの関係
を説明したものであり、各質量％における上段は鋳放し
材を、下段は鋳放し材を溶融亜鉛メッキ処理した結果を
示す。但し、比較例は鋳放し材の結果のみを示した。

【００１９】なお、Ｙブロック肉厚は、図１に示すＹ
形供試材の種類であるＢ号、Ｃ号、Ｄ号の寸法ａをそれ
ぞれ示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】図２および図３は、肉厚が７５ｍｍ以下
であり溶融亜鉛メッキした球状黒鉛鋳鉄の実施例を示し
たものである。図２において、１０は架線金具であり、
肉厚が７５ｍｍ以下であり溶融亜鉛メッキした球状黒鉛
鋳鉄から製造されている。この架線金具１０は、図３に
示すように、送電線用鉄塔２０に碍子連３０の一端を取
り付けるときおよびこの碍子連３０の他端に送電線５０
を固定するときに使用される。その使用目的上、引張強
さおよび伸びが必要とされる部材である。

【００２２】（実施例９）実施例２で得られたＹ形供試
材（Ｂ号）から図４に示すＶノッチ切り欠き材３２を採
取し、回転曲げ疲労試験を行い、疲労限度を求めた。こ
こで、回転曲げ疲労試験は、ＪＩＳＺ２２７４に基
づいて、小野式回転曲げ疲労試験機を用い、室温、大気
中において、Ｖノッチ切り欠き材４０を２５００ｒｐｍ
で回転させながら応力を掛け、破壊する時の応力と繰り
返し数の関係から疲労限度を測定した。結果を図５に示
す。

【００２３】（実施例１０）実施例３と同じ組成で実施
例１〜８と同様にして、図６に示す形状の球状黒鉛鋳鉄
からなる切削試験片６０を採取した。この切削試験片６
０について、切削試験を行い、逃げ面磨耗量を測定した
ところ、切削距離１．７ｋｍにおいて逃げ面磨耗量が
０．１２ｍｍであった。一方、従来の球状黒鉛鋳鉄（Ｆ
ＣＤ７００相当）（組成：Ｃ３．６質量％、Ｓｉ
２．５質量％、Ｍｎ０．４質量％、Ｐ０．０３質量
％、Ｓ０．００３質量％、Ｍｇ０．０３質量％、Ｃ
ｕ０．８質量％、残部がＦｅ）の場合には、逃げ面磨
耗量が０．１６ｍｍであり、本発明の球状黒鉛鋳鉄が加
工性に優れていることがわかった。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る球状黒鉛鋳鉄は、肉厚が
７５ｍｍ以下である球状黒鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．
０〜４．０質量％、Ｍｎを０．０５〜０．５０質量％含
むようにしたため、従来必要とした熱処理をしなくても
鋳放し状態で、また、Ｍｏを積極的に添加しなくても、
表２に示すように、引張強さが７５０ＭＰａ以上および
伸びが８％以上の機械的性質が得られるか、又は引張強
さが６８０ＭＰａ程度でも伸びが１２％である機械的性
質が得られるとともに、後に溶融メッキ等の加熱処理を
しても機械的性質が劣化しないものである。

【００２５】よって、この球状黒鉛鋳鉄の使用範囲は
従来よりも拡大する。例えば、自動車用足廻り部品、建
設機械等に採用可能である。また、溶融亜鉛メッキをし
てもその機械的強度は劣化しないため、建設用金具、送
配電用金具等に採用可能である。

【００２６】また、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄におい
ては、肉厚が７５ｍｍ以下であり溶融メッキした球状黒
鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．０〜４．０質量％、Ｍｎを
０．０５〜０．５０質量％含むようにしたため、溶融メ
ッキ等の加熱処理がされているにもかかわらず、表２に
示すように、従来必要とした熱処理をしなくても鋳放し
状態で、また、Ｍｏを積極的に添加しなくても、溶融メ
ッキ等の加熱処理をしないものとほぼ同等の機械的性質
が得られるものである。

【００２７】従って、本発明の球状黒鉛鋳鉄を使用す
れば、架線金具の薄肉化ひいては軽量化を達成すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｙ形供試材の形状および寸法を示した説明図
である。

【図２】この発明に係る溶融メッキした低合金球状黒
鉛鋳鉄の実施例の斜視図である。

【図３】架線金具の使用状態図である。

【図４】回転曲げ疲労試験に用いたＶノッチ切欠き材
の形状及び寸法を示す説明図である。

【図５】実施例９における疲労限度を示すグラフであ
る。

【図６】切削試験片形状を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…架線金具、２０…送電線用鉄塔、３０…碍子連、
４０…Ｖノッチ切欠き材、５０…送電線、６０…切削試
験片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大場義夫静岡県小笠郡菊川町堀之内547番地の１旭テック株式会社内 (72)発明者小野高広静岡県小笠郡菊川町堀之内547番地の１旭テック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】肉厚が７５ｍｍ以下である低合金球状黒
鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．０〜４．０質量％、Ｍｎを
０．０５〜０．５０質量％含むことを特徴とする球状黒
鉛鋳鉄。
【請求項２】Ｖノッチ切欠き材の疲労限度が２９０Ｍ
Ｐａ以上である請求項１記載の球状黒鉛鋳鉄。
【請求項３】切削距離１．７ｋｍにおいて逃げ面磨耗
量が０．１３ｍｍ以下である請求項１記載の球状黒鉛鋳
鉄。
【請求項４】肉厚が７５ｍｍ以下であり、溶融メッキ
した低合金球状黒鉛鋳鉄において、Ｎｉを２．０〜４．
０質量％、Ｍｎを０．０５〜０．５０質量％含むことを
特徴とする球状黒鉛鋳鉄。