JP2002346730A - 高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - Google Patents
高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方法Info
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- JP2002346730A JP2002346730A JP2001197474A JP2001197474A JP2002346730A JP 2002346730 A JP2002346730 A JP 2002346730A JP 2001197474 A JP2001197474 A JP 2001197474A JP 2001197474 A JP2001197474 A JP 2001197474A JP 2002346730 A JP2002346730 A JP 2002346730A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 肉厚が増えても、鋳造欠陥がなくて寸法精度
がよく、内部まで結晶粒が微細で硬度が高い高強度球状
黒鉛鋳鉄の製造方法を提供する。 【解決手段】 鋳型内キャビティー表面に、耐熱性のあ
るジルコン又はクロマイト砂を２０〜５０ｍｍ厚さ充填
硬化して肌砂層とし、その外側を鉄棒などで強化した鋳
物砂を充填して硬化させたバックサンド層からなる鋳型
に、重量比でＣ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．５〜
３．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．０３〜
０．１％、残部が鉄からなる組成に、更にＣｒ：０．１
〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｕ：０．１〜
１．０％、Ｂｉ：０．００１〜０．０１％又はＳｂ：
０．００１〜０．０１％又はＴｅ：０．００１〜０．０
１％なる成分の球状黒鉛鋳鉄溶湯を鋳造して、健全な鋳
物素材とすることを特徴とする
がよく、内部まで結晶粒が微細で硬度が高い高強度球状
黒鉛鋳鉄の製造方法を提供する。 【解決手段】 鋳型内キャビティー表面に、耐熱性のあ
るジルコン又はクロマイト砂を２０〜５０ｍｍ厚さ充填
硬化して肌砂層とし、その外側を鉄棒などで強化した鋳
物砂を充填して硬化させたバックサンド層からなる鋳型
に、重量比でＣ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．５〜
３．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．０３〜
０．１％、残部が鉄からなる組成に、更にＣｒ：０．１
〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．５％、Ｃｕ：０．１〜
１．０％、Ｂｉ：０．００１〜０．０１％又はＳｂ：
０．００１〜０．０１％又はＴｅ：０．００１〜０．０
１％なる成分の球状黒鉛鋳鉄溶湯を鋳造して、健全な鋳
物素材とすることを特徴とする
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のボディな
どに用いる鉄板をプレス成形にて得るために用いる金型
などの製造法に関し、特定組成の球状黒鉛鋳鉄を用い
て、特定の鋳型に鋳造することにより、寸法精度が良
く、引け巣など欠陥が無く、尚かつ結晶粒が微細で、内
部と外部の強度差の少ない高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方
法に関するものである。
どに用いる鉄板をプレス成形にて得るために用いる金型
などの製造法に関し、特定組成の球状黒鉛鋳鉄を用い
て、特定の鋳型に鋳造することにより、寸法精度が良
く、引け巣など欠陥が無く、尚かつ結晶粒が微細で、内
部と外部の強度差の少ない高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 従来、球状黒鉛鋳鉄の中で特に大物部
品（例えば１トン以上など）では、通常砂型、場合によ
っては冷やし金を用いた鋳型に鋳込み、冷却後機械加工
をして、金型などの素材として使われているが、自動車
のボディなどに用いられる鉄板成型用金型などでは、以
下の理由により、精度を要する部分では使用が限定され
ている。 １）鋳造法の特徴である自由局面を創製しても、製造中
の変形のため、仕上げまでの加工代が大きく、加工工数
が多大になる ２）内部に引け巣などの欠陥を含有している、あるいは
鋳物の質量効果により、表面部と内部で強度の差を生じ
るため、プレス成形などで過大な応力が作用すると、変
形抵抗にバラツキを生じ、プレス成型品の精度のバラツ
キの原因になる ３）プレスなど金型にて使用中に、摩耗が激しく成型品
の寸法精度を維持できない
品（例えば１トン以上など）では、通常砂型、場合によ
っては冷やし金を用いた鋳型に鋳込み、冷却後機械加工
をして、金型などの素材として使われているが、自動車
のボディなどに用いられる鉄板成型用金型などでは、以
下の理由により、精度を要する部分では使用が限定され
ている。 １）鋳造法の特徴である自由局面を創製しても、製造中
の変形のため、仕上げまでの加工代が大きく、加工工数
が多大になる ２）内部に引け巣などの欠陥を含有している、あるいは
鋳物の質量効果により、表面部と内部で強度の差を生じ
るため、プレス成形などで過大な応力が作用すると、変
形抵抗にバラツキを生じ、プレス成型品の精度のバラツ
キの原因になる ３）プレスなど金型にて使用中に、摩耗が激しく成型品
の寸法精度を維持できない
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 以上のように、プレ
ス成型時にはこの金型面には過大な応力が作用し、この
応力に抵抗できないと成型品の寸法が狂い、精度の高い
プレス成型品が得られない危険が高い。従って、プレス
成型用金型素材など寸法精度が高く、使用応力の大きな
部材では、鋳物の寸法精度が高く、内部に引け巣などの
欠陥が無く健全であり、尚かつ内外部の強度差がなく、
耐摩耗性に優れた鋳物を製造する必要がある。
ス成型時にはこの金型面には過大な応力が作用し、この
応力に抵抗できないと成型品の寸法が狂い、精度の高い
プレス成型品が得られない危険が高い。従って、プレス
成型用金型素材など寸法精度が高く、使用応力の大きな
部材では、鋳物の寸法精度が高く、内部に引け巣などの
欠陥が無く健全であり、尚かつ内外部の強度差がなく、
耐摩耗性に優れた鋳物を製造する必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 鋳造法では非常に高温
の現象であり、温度変化が大きいこと、また液体を鋳型
に注入して固体化し、冷却するため、液体−固体間の相
変態に基づく体積膨張・収縮は避け難く、鋳物の変形や
引け巣などの欠陥を伴いやすい。この現象に対する唯一
の解決策は、高温で強度が高く、鋳物の膨張・収縮に伴
う変形を抑止する、変形し難い鋳型が必要である。この
ため、本発明では鋳物に接する部分に高温強度に優れ、
熱伝導性の良いジルコン又はクロマイト砂を肌砂層とし
て、１０〜５０ｍｍ厚さで鋳物を取り囲み、同時にこの
周囲を通常の砂より遙かに強度のある鉄棒などで補強し
たバックサンド層で取り囲むことにより、耐熱性が高
く、冷却能が大きく、変形し難い鋳型構造とした。
の現象であり、温度変化が大きいこと、また液体を鋳型
に注入して固体化し、冷却するため、液体−固体間の相
変態に基づく体積膨張・収縮は避け難く、鋳物の変形や
引け巣などの欠陥を伴いやすい。この現象に対する唯一
の解決策は、高温で強度が高く、鋳物の膨張・収縮に伴
う変形を抑止する、変形し難い鋳型が必要である。この
ため、本発明では鋳物に接する部分に高温強度に優れ、
熱伝導性の良いジルコン又はクロマイト砂を肌砂層とし
て、１０〜５０ｍｍ厚さで鋳物を取り囲み、同時にこの
周囲を通常の砂より遙かに強度のある鉄棒などで補強し
たバックサンド層で取り囲むことにより、耐熱性が高
く、冷却能が大きく、変形し難い鋳型構造とした。
【０００５】 また、鋳物の表面と内部では冷却速度が
違うので、内部に入るほど凝固終了時間が長くなり、こ
のため組織が粗大化し、内部ほど強度低下が起こる。こ
の現象は一般に肉厚感受性といわれているが本発明で
は、Ｎｉの添加により、肉厚感受性が著しく低下し、適
切な量のＮｉを添加することにより、表面部に比べ、内
部の強度が低下するのを防止した。
違うので、内部に入るほど凝固終了時間が長くなり、こ
のため組織が粗大化し、内部ほど強度低下が起こる。こ
の現象は一般に肉厚感受性といわれているが本発明で
は、Ｎｉの添加により、肉厚感受性が著しく低下し、適
切な量のＮｉを添加することにより、表面部に比べ、内
部の強度が低下するのを防止した。
【０００６】 更に金型などでは使用中の精度維持の観
点から耐摩耗性を要求されることが多く、このためには
組織が微細で、硬度の高い性能を要求されるが、化学組
成上硬い炭化物を生成するＣｒの添加が有効であり、更
に結晶粒を微細化するＢｉ又はＳｂ又はＴｅの添加が有
効であり、これらのことより化学組成を総合的に選択す
ることにより解決できること見いだし、この発明に至っ
たものである。
点から耐摩耗性を要求されることが多く、このためには
組織が微細で、硬度の高い性能を要求されるが、化学組
成上硬い炭化物を生成するＣｒの添加が有効であり、更
に結晶粒を微細化するＢｉ又はＳｂ又はＴｅの添加が有
効であり、これらのことより化学組成を総合的に選択す
ることにより解決できること見いだし、この発明に至っ
たものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】 発明の実施の形態を実施例にも
とづき図面を参照して説明する。図１は鋳造方案の模式
図を示すが、１は鋳物本体、２は肌砂層、３はバックア
ップ砂層、４は鋼棒を示す。球状黒鉛鋳鉄が凝固すると
き、黒鉛の晶出に伴い体積膨張する現象は良く知られて
おり、この時の膨張量は片状黒鉛鋳鉄の数倍とも言われ
ている（鋳物便覧日本鋳物協会編）。この膨張に伴う変
形を防止するためには高温で強度が高い鋳型が必要であ
る。従来より通常使われる珪砂より高温強度の大きい砂
としてジルコン（ＺｒＯ２を主成分）砂やクロマイト
（Ｃｒ２Ｏ３を主成分とする）砂が使われているが、こ
れら砂は高価であり、尚かつ再生も難しいので、最低限
の使用に押さえる必要がある。本発明では図１に示すよ
うに、これら砂をフラン樹脂と昆練し、硬化剤を添加し
て硬化させ、鋳物と直接接触し高温に至る部分、即ち肌
砂として１０〜５０ｍｍに使用する。
とづき図面を参照して説明する。図１は鋳造方案の模式
図を示すが、１は鋳物本体、２は肌砂層、３はバックア
ップ砂層、４は鋼棒を示す。球状黒鉛鋳鉄が凝固すると
き、黒鉛の晶出に伴い体積膨張する現象は良く知られて
おり、この時の膨張量は片状黒鉛鋳鉄の数倍とも言われ
ている（鋳物便覧日本鋳物協会編）。この膨張に伴う変
形を防止するためには高温で強度が高い鋳型が必要であ
る。従来より通常使われる珪砂より高温強度の大きい砂
としてジルコン（ＺｒＯ２を主成分）砂やクロマイト
（Ｃｒ２Ｏ３を主成分とする）砂が使われているが、こ
れら砂は高価であり、尚かつ再生も難しいので、最低限
の使用に押さえる必要がある。本発明では図１に示すよ
うに、これら砂をフラン樹脂と昆練し、硬化剤を添加し
て硬化させ、鋳物と直接接触し高温に至る部分、即ち肌
砂として１０〜５０ｍｍに使用する。
【０００８】 次にこの肌砂を支えるバックアップが必
要である。本発明では鋳物凝固時の膨張が肌砂を通じて
外側に伝わるので、この膨張力を抑制するため、図１の
ように、通常使われる珪砂中に珪砂より遙かに強度が大
きい鋼製棒を配置し、強度を補強したバックアップ砂層
として、鋳物凝固時の膨張を抑制し、同時に鋼製棒によ
る冷却能が大きく、更にその後起こる体積収縮に対応す
る事により、鋳物の寸法精度の向上と内部引け巣の完全
防止を達成することができた。
要である。本発明では鋳物凝固時の膨張が肌砂を通じて
外側に伝わるので、この膨張力を抑制するため、図１の
ように、通常使われる珪砂中に珪砂より遙かに強度が大
きい鋼製棒を配置し、強度を補強したバックアップ砂層
として、鋳物凝固時の膨張を抑制し、同時に鋼製棒によ
る冷却能が大きく、更にその後起こる体積収縮に対応す
る事により、鋳物の寸法精度の向上と内部引け巣の完全
防止を達成することができた。
【０００９】 更にこの種鋳物の特性（厚肉、高強度、
高耐摩耗性）を発揮するため化学組成の検討を行い、最
適な成分範囲を見いだした。即ち、鋳物の表面と内部で
は冷却速度が異なり、例えば２００ｍｍの厚さの鋳物の
場合、表面部は瞬間的に凝固するのに対し、中心部では
凝固終了まで２〜３時間はかかるので、この間起こる黒
鉛の晶出や元素の拡散に関しては表面部と中心部で大き
な差を生じこの現象を鋳物では肉厚感受性と呼んでい
る。即ち肉厚感受性の少ない化学組成の選定が必要であ
り、このため肉厚の異なる鋳物を試作し、鋳物肉厚と硬
度の関係を試験した。この結果により、Ｎｉ含有量を適
正にし、尚かつＣｕ含有量の適正値を選定しこの成分を
制御することにより、高強度でしかも表面と内部で強度
差のない鋳物の成分範囲を決定した。図２にこの実験デ
ータを示す。
高耐摩耗性）を発揮するため化学組成の検討を行い、最
適な成分範囲を見いだした。即ち、鋳物の表面と内部で
は冷却速度が異なり、例えば２００ｍｍの厚さの鋳物の
場合、表面部は瞬間的に凝固するのに対し、中心部では
凝固終了まで２〜３時間はかかるので、この間起こる黒
鉛の晶出や元素の拡散に関しては表面部と中心部で大き
な差を生じこの現象を鋳物では肉厚感受性と呼んでい
る。即ち肉厚感受性の少ない化学組成の選定が必要であ
り、このため肉厚の異なる鋳物を試作し、鋳物肉厚と硬
度の関係を試験した。この結果により、Ｎｉ含有量を適
正にし、尚かつＣｕ含有量の適正値を選定しこの成分を
制御することにより、高強度でしかも表面と内部で強度
差のない鋳物の成分範囲を決定した。図２にこの実験デ
ータを示す。
【００１０】 更に前述の金型などに使用の場合、プレ
ス中に鋼板との接触摩耗などにより、摩耗が進めば、成
形した製品の寸法精度が悪くなるため、成分の検討を行
った。即ち平均成分（％）でＣ：３．３、Ｓｉ：２．
０，Ｍｎ：０．２５，Ｍｇ：０．０５，Ｎｉ：１．０，
Ｃｕ：０．３の溶湯に合金元素を添加し、Ｃｒ含有量の
異なる試験片及びＢｉ、Ｓｂ、Ｔｅ含有量の異なる試験
片を作成し、硬度試験と顕微鏡観察により、有効なＣｒ
含有量及びＢｉ，Ｓｂ，Ｔｅ量を決定した。
ス中に鋼板との接触摩耗などにより、摩耗が進めば、成
形した製品の寸法精度が悪くなるため、成分の検討を行
った。即ち平均成分（％）でＣ：３．３、Ｓｉ：２．
０，Ｍｎ：０．２５，Ｍｇ：０．０５，Ｎｉ：１．０，
Ｃｕ：０．３の溶湯に合金元素を添加し、Ｃｒ含有量の
異なる試験片及びＢｉ、Ｓｂ、Ｔｅ含有量の異なる試験
片を作成し、硬度試験と顕微鏡観察により、有効なＣｒ
含有量及びＢｉ，Ｓｂ，Ｔｅ量を決定した。
【００１１】
【発明の効果】 本発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を発する。 １）鋳物凝固時の膨張・収縮が拘束でき、鋳物の寸法精
度がよい ２）ジルコンサンドや鋼製棒による冷却効果が大きい ３）同様の効果により、内部に引け巣が発生しない ４）Ｎｉを１〜２％添加することにより、表面部と内部
の強度の差が少ない ５）Ｃｒを０．１〜１％添加すること並びにＢｉ，Ｓ
ｂ，Ｔｅの添加により、製品の摩耗が少なく、長時間に
わたり高精度が維持できる事を確認した。
れているので、以下に記載されるような効果を発する。 １）鋳物凝固時の膨張・収縮が拘束でき、鋳物の寸法精
度がよい ２）ジルコンサンドや鋼製棒による冷却効果が大きい ３）同様の効果により、内部に引け巣が発生しない ４）Ｎｉを１〜２％添加することにより、表面部と内部
の強度の差が少ない ５）Ｃｒを０．１〜１％添加すること並びにＢｉ，Ｓ
ｂ，Ｔｅの添加により、製品の摩耗が少なく、長時間に
わたり高精度が維持できる事を確認した。
【図１】本発明における鋳造方案模式図である。
【図２】本発明において、肉厚に対するＮｉの効果を示
した図である。
した図である。
１−−−鋳物本体 ２−−−肌砂層 ３−−−バックアップ砂層 ４−−−鋼棒
Claims (1)
- 【請求項１】鋳型内キャビティー表面に、フラン樹脂な
どを混練した耐熱性のあるジルコン又はクロマイト砂を
２０〜５０ｍｍ厚さ充填硬化して肌砂層とし、その外側
を鉄棒などで強化した鋳物砂を充填して硬化させたバッ
クサンド層からなる鋳型に、重量比でＣ：３．０〜４．
０％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０
％、Ｍｇ：０．０３〜０．１％、残部が鉄からなる組成
に、更にＣｒ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．
５％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｂｉ：０．００１〜
０．０１％又はＳｂ：０．００１〜０．０１％又はＴ
ｅ：０．００１〜０．０１％なる成分の球状黒鉛鋳鉄溶
湯を鋳造して、健全な鋳物素材とすることを特徴とする
高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197474A JP2002346730A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197474A JP2002346730A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002346730A true JP2002346730A (ja) | 2002-12-04 |
Family
ID=19035068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001197474A Pending JP2002346730A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 高強度球状黒鉛鋳鉄の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002346730A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103480797A (zh) * | 2013-08-05 | 2014-01-01 | 天津津浦轨道交通装备配件有限责任公司 | 高速铁路车辆缓冲器方箱体铸造工艺方法 |
| KR20150108129A (ko) | 2014-03-17 | 2015-09-25 | 두산인프라코어 주식회사 | 유압기기용 구상흑연 주철 및 이의 제조 방법 |
| CN105964910A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-09-28 | 广东省材料与加工研究所 | 一种杆状或柱状晶高铬铸铁的制备方法 |
| KR101834122B1 (ko) * | 2017-07-10 | 2018-03-02 | 장민호 | 구상흑연주철 복공판의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 구상흑연주철 복공판 |
| CN108251739A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-07-06 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法 |
| CN108642368A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-10-12 | 武汉理工大学 | 一种铸态高强韧合成球墨铸铁qt800-5及其制备方法 |
| CN110724870A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-01-24 | 如东县丰利机械厂有限公司 | 一种高强度不锈钢哑铃及其加工工艺 |
-
2001
- 2001-05-25 JP JP2001197474A patent/JP2002346730A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103480797A (zh) * | 2013-08-05 | 2014-01-01 | 天津津浦轨道交通装备配件有限责任公司 | 高速铁路车辆缓冲器方箱体铸造工艺方法 |
| KR20150108129A (ko) | 2014-03-17 | 2015-09-25 | 두산인프라코어 주식회사 | 유압기기용 구상흑연 주철 및 이의 제조 방법 |
| KR102264261B1 (ko) * | 2014-03-17 | 2021-06-14 | 두산인프라코어 주식회사 | 유압기기용 구상흑연 주철 및 이의 제조 방법 |
| CN105964910A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-09-28 | 广东省材料与加工研究所 | 一种杆状或柱状晶高铬铸铁的制备方法 |
| KR101834122B1 (ko) * | 2017-07-10 | 2018-03-02 | 장민호 | 구상흑연주철 복공판의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 구상흑연주철 복공판 |
| CN109226676A (zh) * | 2017-07-10 | 2019-01-18 | 张珉镐 | 球墨铸铁覆工板的制造方法及其球墨铸铁覆工板 |
| CN108251739A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-07-06 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种高强度高伸长率球墨铸铁及其制备方法 |
| CN108642368A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-10-12 | 武汉理工大学 | 一种铸态高强韧合成球墨铸铁qt800-5及其制备方法 |
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