JP2003253375A - Cast iron material - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
シリンダブロックの構成材料等として使用される鋳鉄材
に係る。特に、モリブデン等の元素を含有した鋳鉄材に
対し、質量効果を小さくするための対策に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cast iron material used as, for example, a constituent material of a cylinder block of an internal combustion engine. In particular, it relates to measures for reducing the mass effect for cast iron materials containing elements such as molybdenum.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、内燃機関、特に、ディーゼル
エンジンにおいては、シリンダブロック等に代表される
主要鋳造部品の構成材料として、切削性や製造コストを
考慮して片状黒鉛鋳鉄が一般に採用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in internal combustion engines, particularly diesel engines, flake graphite cast iron has been generally adopted as a constituent material of main casting parts represented by cylinder blocks and the like in consideration of machinability and manufacturing cost. ing.
【０００３】この種の片状黒鉛鋳鉄としては、炭素が約
２〜４重量％、ケイ素が約１〜３重量％、マンガンが約
０．２〜１．３重量％、リンが約０．０５〜０．５重量
％、イオウが約０．０２〜０．２重量％で、残部が鉄で
ある組成のものが一般に採用されている。また、この片
状黒鉛鋳鉄に、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、バ
ナジウム、チタン、すず等の材料を含有させることも行
われている。このことは、例えば「鋳鋼・鋳鉄」株式会
社朝倉書店発行の第５３頁に開示されている。As a flake graphite cast iron of this type, carbon is about 2 to 4% by weight, silicon is about 1 to 3% by weight, manganese is about 0.2 to 1.3% by weight, and phosphorus is about 0.05. .About.0.5% by weight, about 0.02 to 0.2% by weight of sulfur and the balance being iron are generally adopted. Further, it has been practiced to add materials such as chromium, nickel, copper, molybdenum, vanadium, titanium and tin to the flake graphite cast iron. This is disclosed, for example, on page 53 of "Cast Steel / Cast Iron" published by Asakura Shoten Co., Ltd.
【０００４】これら元素を含有させることにより、エン
ジンの高出力化及び高性能化に適した耐久性の高い主要
鋳造部品の実現を図っている。その結果、高出力、高性
能且つ長寿命のエンジンを搭載した車両の実用化を図
り、一般ユーザの要求に応える高い性能を有する車両が
得られるようにしている。By incorporating these elements, it is intended to realize a main casting part having high durability suitable for high output and high performance of the engine. As a result, a vehicle equipped with a high-output, high-performance and long-life engine is put into practical use, and a vehicle having high performance that meets the needs of general users is obtained.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記シリン
ダブロック等の鋳造部品においては、ボルトのボス部や
隔壁リブ部といった部分は、他の部分よりも肉厚が大き
いため冷却速度が比較的小さくなる。このため、質量効
果による強度低下が大きくなってしまう。以下、この質
量効果による強度低下について詳細に説明する。By the way, in the cast parts such as the cylinder block, the cooling speed is relatively small because the bosses and partition ribs of the bolts are thicker than the other parts. . For this reason, the strength reduction due to the mass effect becomes large. Hereinafter, the strength reduction due to the mass effect will be described in detail.
【０００６】図１は、一般的なディーゼルエンジンのシ
リンダブロックの側面図である。この図において、Ａ部
分の肉厚は２０mm程度に、Ｂ部分の肉厚は５０〜７０mm
程度に、Ｃ部分の肉厚は１００mm程度になっている。そ
して、このシリンダブロックを鋳造により作製する場
合、比較的薄肉の部分（図中のＡ部分）では、熱容量が
小さいため迅速に冷却される。これに対し、比較的厚肉
の部分（図中のＢ部分やＣ部分）では、熱容量が大きい
ため上記Ａ部分に比べて冷却速度は小さくなっている。FIG. 1 is a side view of a cylinder block of a general diesel engine. In this figure, the thickness of part A is about 20 mm, and the thickness of part B is 50 to 70 mm.
The thickness of the C part is about 100 mm. When this cylinder block is manufactured by casting, the relatively thin wall portion (A portion in the drawing) has a small heat capacity and is cooled quickly. On the other hand, in the relatively thick portion (B portion and C portion in the figure), the cooling rate is smaller than that in the above portion A because the heat capacity is large.
【０００７】今、シリンダブロックと同一組成の鋳鉄材
により作製された直径３０mmの円柱状テストピースを使
用し、このテストピースの強度を「１００」とした場合
の上記Ａ〜Ｃの各部における実体強度率を算出する。つ
まり、この実体強度率は以下の式により求められる。Now, using a cylindrical test piece having a diameter of 30 mm, which is made of a cast iron material having the same composition as the cylinder block, and the strength of the test piece is set to "100", the substantial strength in each of the above A to C parts. Calculate the rate. That is, this substance strength rate is calculated by the following formula.
【０００８】
実体強度率（％）＝（実体強度（Ｎ／mm2）／別体強度（Ｎ／mm2））×１００
…（１）
ここで、実体強度とは上記Ａ〜Ｃの各部における強度で
あり、別体強度とは上記テストピースの強度である。つ
まり、Ａ〜Ｃの各部の実体強度率は、テストピースの強
度に対する各部の強度の比率として求められる。以下、
算出された各部の実体強度率の例を列挙する。
（Ａ）Ａ部分（肉厚２０mm程度）の実体強度率：８０〜
９０％
（Ｂ）Ｂ部分（肉厚５０〜７０mm程度）の実体強度率：
７０〜８０％
（Ｃ）Ｃ部分（肉厚１００mm程度）の実体強度率：６０
〜７０％
このように、肉厚が大きい部分ほど冷却速度は小さくそ
れに伴って実体強度率も低下している。図２は、直径が
異なる複数種類のテストピースにおける「炭素飽和度」
と「引張り強度」との関係を示すグラフである（鋳物便
覧：丸善（株）発行 第５１４頁出典）。このグラフか
らも判るように、大径の（肉厚が大きい）テストピース
ほど引張り強度が低くなる、つまり質量効果の影響によ
って実体強度率が低下していることが判る。Substantial strength rate (%) = (Substantial strength (N / mm 2 ) / Separate strength (N / mm 2 )) × 100 (1) Here, the substantive strength is in each of the above A to C parts. The strength of the test piece is the strength of the test piece. That is, the substantial strength rate of each part of A to C is obtained as the ratio of the strength of each part to the strength of the test piece. Less than,
Listed are examples of the calculated entity strength rates of the respective parts. (A) Substantial strength ratio of part A (wall thickness of about 20 mm): 80-
90% (B) Substantial strength rate of B part (wall thickness of about 50 to 70 mm):
70-80% (C) Substantial strength ratio of C part (wall thickness of about 100 mm): 60
˜70% As described above, the cooling rate is smaller in the portion where the wall thickness is larger, and the substantial strength rate is also reduced accordingly. Figure 2 shows the "carbon saturation" of multiple types of test pieces with different diameters.
3 is a graph showing the relationship between the tensile strength and the "tensile strength" (Foundry Manual: Maruzen Co., Ltd., p. 514). As can be seen from this graph, it can be seen that the larger the diameter of the test piece (the larger the thickness), the lower the tensile strength, that is, the actual strength rate is lowered due to the influence of the mass effect.
【０００９】このように、従来の鋳鉄材にあっては、そ
の肉厚の大小に起因する冷却速度によって強度が左右さ
れる影響が大きく、つまり質量効果の大きいものであっ
た。As described above, in the conventional cast iron material, the strength is largely influenced by the cooling rate due to the thickness of the cast iron material, that is, the mass effect is large.
【００１０】近年、ディーゼルエンジンは、高出力化及
び高性能化の傾向が著しく、シリンダブロック等の主要
鋳造部材に作用する負荷は年々増加する傾向にある。従
って、上述した従来のような質量効果の大きな鋳鉄材で
は、ボルトのボス部等の厚肉部分の如く冷却速度が小さ
い部分における強度の信頼性が確保し難しくなってきて
いる。In recent years, a diesel engine has been remarkably increased in output and performance, and a load acting on a main casting member such as a cylinder block tends to increase year by year. Therefore, in the conventional cast iron material having a large mass effect as described above, it becomes difficult to secure the reliability of strength in a portion having a low cooling rate such as a thick wall portion such as a boss portion of a bolt.
【００１１】特に、エンジンの高出力化を図る場合、図
３に示すように、シリンダブロック１の上端に形成され
る棚部２に対するライナ鍔部３の締め付けトルク（図中
矢印参照）を高くせねばならいといった要求があるが、
従来の鋳鉄材において、この締め付けトルクを高くする
場合、上記質量効果の影響によって棚部に十分な強度が
得られていない可能性があり、経年劣化によりシリンダ
ブロック１の棚部２周辺にクラック４が発生してしまう
ことが懸念される。このため、この締め付けトルクを高
くするには限界があり、そのためエンジンの高出力化に
も限界があった。In particular, in order to increase the output of the engine, as shown in FIG. 3, the tightening torque (see the arrow in the figure) of the liner collar 3 with respect to the shelf 2 formed at the upper end of the cylinder block 1 is increased. There are demands such as being necessary,
In the conventional cast iron material, when the tightening torque is increased, there is a possibility that the shelf portion may not have sufficient strength due to the influence of the mass effect, and cracks 4 around the shelf portion 2 of the cylinder block 1 due to deterioration over time. Is likely to occur. For this reason, there is a limit in increasing the tightening torque, and thus there is a limit in increasing the output of the engine.
【００１２】一方、むやみに合金の添加量を増加させて
強度の向上を図ろうとすると、他の部位（比較的薄肉の
部分の如く冷却速度が高い部分）においては硬度が必要
以上に高くなってしまい、切削性が損なわれたり鋳造性
が悪化したりするといった不具合を招いてしまう。On the other hand, if an attempt is made to increase the strength by unnecessarily increasing the amount of alloy added, the hardness becomes unnecessarily high at other portions (portions having a high cooling rate such as relatively thin portions). As a result, the machinability is impaired and the castability is deteriorated.
【００１３】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、切削性や鋳造性の悪
化を招くことなしに質量効果を小さくすることができる
鋳鉄材、つまり冷却速度の大小が強度を左右する影響を
少なくすることができて製品全体に十分な強度を得るこ
とが可能な鋳鉄材を提供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a cast iron material capable of reducing the mass effect without deteriorating the machinability and castability, that is, cooling. An object of the present invention is to provide a cast iron material capable of reducing the influence of strength on the strength depending on the magnitude of speed, and capable of obtaining sufficient strength for the entire product.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】−発明の概要−
上記目的を達成するために、本発明は、クロムや銅やモ
リブデン等の元素を含有した鋳鉄材に対し、炭素及びケ
イ素の含有量やこれら元素の含有比率に対する銅及びモ
リブデンの含有量の適正化を図って、切削性や鋳造性の
悪化を招くことなしに質量効果を小さくすることができ
る鋳鉄材が得られるようにしている。Means for Solving the Problems-Outline of the Invention-In order to achieve the above object, the present invention relates to a cast iron material containing elements such as chromium, copper and molybdenum, and the contents of carbon and silicon and these. By optimizing the contents of copper and molybdenum with respect to the content ratio of elements, it is possible to obtain a cast iron material that can reduce the mass effect without deteriorating the machinability and castability.
【００１５】−解決手段−
具体的に、本発明が講じた第１の解決手段は、鋳鉄材に
対し、炭素を３．２〜３．６重量％、ケイ素を１．７〜
２．４重量％含有させ且つＣＥ値を３．８〜３．９５に
設定すると共に、マンガンを０．４５〜０．９重量％、
リンを０．２重量％以下、イオウを０．２重量％以下、
クロムを０．２〜０．５重量％、銅を０．３〜０．５重
量％、モリブデンを０．２〜０．４重量％含有させてい
る。また、残部は鉄及び不可避的に存在するアンチモン
やスズなどの不純物でなる。尚、上記ＣＥ値は、炭素当
量とも呼ばれ、以下の式により求められるものである。-Means for Solving-Specifically, the first means for solving by the present invention is 3.2 to 3.6% by weight of carbon and 1.7 to 1.7% of silicon with respect to the cast iron material.
2.4 wt% and set the CE value to 3.8 to 3.95, and manganese 0.45 to 0.9 wt%,
0.2% by weight or less of phosphorus, 0.2% by weight or less of sulfur,
Chromium is contained at 0.2 to 0.5% by weight, copper at 0.3 to 0.5% by weight, and molybdenum at 0.2 to 0.4% by weight. The balance consists of iron and inevitable impurities such as antimony and tin. The CE value is also called carbon equivalent and is calculated by the following formula.
【００１６】
ＣＥ値＝｛炭素含有量（重量％）｝＋｛ケイ素含有量（重量％）／３｝
…（２）
また、第２の解決手段は、炭素を３．２〜３．６重量
％、ケイ素を１．７〜２．４重量％含有させ且つＣＥ値
を３．９５〜４．１に設定すると共に、マンガンを０．
４５〜０．９重量％、リンを０．２重量％以下、イオウ
を０．２重量％以下、クロムを０．２〜０．５重量％、
銅を０．３〜０．７重量％、モリブデンを０．２〜０．
６重量％含有させている。CE value = {carbon content (wt%)} + {silicon content (wt%) / 3} (2) Further, the second solving means is carbon of 3.2 to 3.6 weight. %, Silicon in an amount of 1.7 to 2.4 wt% and a CE value of 3.95 to 4.1, and a manganese content of 0.
45-0.9 wt%, phosphorus 0.2 wt% or less, sulfur 0.2 wt% or less, chromium 0.2-0.5 wt%,
0.3 to 0.7% by weight of copper and 0.2 to 0.
6 wt% is contained.
【００１７】更に、第３の解決手段は、炭素を３．２〜
３．６重量％、ケイ素を１．７〜２．４重量％含有させ
且つＣＥ値を４．１〜４．２５に設定すると共に、マン
ガンを０．４５〜０．９重量％、リンを０．２重量％以
下、イオウを０．２重量％以下、クロムを０．２〜０．
５重量％、銅を０．５〜０．７重量％、モリブデンを
０．４〜０．６重量％含有させている。Further, the third solution is to add carbon to 3.2.
3.6% by weight, 1.7 to 2.4% by weight of silicon and CE value of 4.1 to 4.25, 0.45 to 0.9% by weight of manganese and 0 of phosphorus. 0.2% by weight or less, 0.2% by weight or less of sulfur, and 0.2 to 0.
5% by weight, 0.5 to 0.7% by weight of copper and 0.4 to 0.6% by weight of molybdenum are contained.
【００１８】これら特定事項により、上記厚肉部のよう
に冷却速度が比較的小さい部分においても、フェライト
の析出、パーライト組織の粗大化、黒鉛の晶出が共に抑
制される。つまり、従来の鋳鉄材にあっては冷却速度が
小さいためにフェライトや黒鉛が晶出しやすい状況にお
いても、本発明の鋳鉄材ではこれらの晶出を抑制するこ
とができる。これにより、質量効果による強度の劣化を
緩和することが可能な鋳鉄材を得ることができる。特
に、中型や大型の鋳造物であって各部の肉厚に大きな差
がありそれぞれの冷却速度に大きな差があるもの（例え
ばエンジンのシリンダブロック等）に適用した場合に
は、その鋳造物の全体に亘って略均一な高い強度を確保
することができる。更に、合金の添加量を増加させて強
度の向上を図るものではないので、比較的薄肉の部分
（冷却速度が比較的高い部分）において硬度が必要以上
に高くなってしまうことがなく、切削性や鋳造性が良好
に維持されている。Due to these specific matters, precipitation of ferrite, coarsening of the pearlite structure, and crystallization of graphite are suppressed even in a portion having a relatively low cooling rate such as the thick portion. That is, even in the situation where the conventional cast iron material has a low cooling rate and is likely to crystallize ferrite or graphite, the cast iron material of the present invention can suppress such crystallization. This makes it possible to obtain a cast iron material that can alleviate the deterioration of strength due to the mass effect. In particular, when applied to medium-sized or large-sized castings that have large differences in wall thickness of each part and large differences in cooling rates (for example, engine cylinder blocks), the entire casting It is possible to secure a substantially uniform high strength over the entire length. Furthermore, because the amount of alloy added is not increased to improve the strength, the hardness does not become unnecessarily high in the relatively thin part (the part where the cooling rate is relatively high) and the machinability is improved. And good castability are maintained.
【００１９】具体的には、炭素及びケイ素の含有量やこ
れら元素の比率（ＣＥ値）に対して、クロム、銅及びモ
リブデンの含有量の適正化を図ったことで、引張り強度
２５０Ｎ／mm2以上、ブリネル硬さ２４５ＨＢ以下の機
械的性質を満たした鋳鉄材を得ることができる。また、
銅を上記適正量だけ添加したことにより、パーライト組
織を安定化させ、厚肉部（冷却速度の小さい部分）にお
ける組織の粗大化を抑制することができる。よって、従
来の鋳鉄材に比べて、本発明の鋳鉄材にあっては、大型
鋳造品等の厚肉部分における強度低下を抑制し、各部に
おける強度のバラツキを回避することができる。Specifically, the tensile strength of 250 N / mm 2 was obtained by optimizing the contents of chromium, copper and molybdenum with respect to the contents of carbon and silicon and the ratio (CE value) of these elements. As described above, it is possible to obtain a cast iron material that satisfies the mechanical properties of Brinell hardness of 245 HB or less. Also,
By adding copper in an appropriate amount described above, it is possible to stabilize the pearlite structure and suppress the coarsening of the structure in the thick wall portion (portion having a low cooling rate). Therefore, compared with the conventional cast iron material, the cast iron material of the present invention can suppress the strength reduction in the thick-walled portion of a large-sized cast product or the like, and can avoid the variation in the strength of each portion.
【００２０】上記各元素の重量比率を上述のように限定
した理由を以下に説明する。The reason why the weight ratio of each element is limited as described above will be described below.
【００２１】（炭素）炭素量が３．２重量％未満では、
引け巣等の鋳造欠陥を生じ易くなると共に、被削性が劣
化してしまう。一方、３．６重量％を超える場合には、
黒鉛晶出量が過多となって材質が脆弱化してしまう。(Carbon) When the carbon content is less than 3.2% by weight,
Casting defects such as shrinkage cavities are likely to occur, and machinability deteriorates. On the other hand, when it exceeds 3.6% by weight,
The amount of crystallized graphite becomes excessive and the material becomes brittle.
【００２２】（ケイ素）ケイ素量が１．７重量％未満で
は、溶湯の流動性が劣化して鋳造性が損なわれる。一
方、２．４重量％を超える場合には、基地組織中のフェ
ライトの析出量が多くなり、強度が劣化する。(Silicon) When the amount of silicon is less than 1.7% by weight, the fluidity of the molten metal deteriorates and the castability is impaired. On the other hand, if it exceeds 2.4% by weight, the amount of ferrite precipitated in the matrix structure increases and the strength deteriorates.
【００２３】（マンガン）基地パーライトの高温安定化
と、不純物としてのイオウの有害性を取り除くためには
０．４５重量％以上のマンガン量が必要である。一方、
マンガン量が０．９重量％を超えるとチル化傾向が増大
して脆弱化してしまう。(Manganese) Base A manganese amount of 0.45% by weight or more is necessary to stabilize perlite at high temperature and to remove the harmful effect of sulfur as an impurity. on the other hand,
If the amount of manganese exceeds 0.9% by weight, the tendency of chilling increases and the material becomes brittle.
【００２４】（リン）リンは溶解原料から不可避的に存
在する（少なくとも０．０２重量％以上は存在する）
が、多量に存在すると脆弱化するため、その影響が無視
できる程度の０．２重量％以下とした。(Phosphorus) Phosphorus is inevitably present from the dissolved raw material (at least 0.02% by weight is present).
However, if it is present in a large amount, it becomes brittle, so the content was made 0.2% by weight or less so that its effect can be ignored.
【００２５】（イオウ）イオウも溶解原料から不可避的
に存在する（少なくとも０．０５重量％以上は存在す
る）が、多量に存在すると鋳造凝固過程で高温割れが生
じ易く、その影響が無視できる程度の０．２重量％以下
としている。(Sulfur) Sulfur is also unavoidably present from the molten raw material (at least 0.05 wt% or more), but if present in a large amount, hot cracking is likely to occur during the casting and solidification process, and its influence can be ignored. Of 0.2% by weight or less.
【００２６】（クロム）基地パーライトの高温安定化、
特に５００℃までのパーライトの分解を阻止してフェラ
イトや黒鉛を抑制するためには０．２重量％以上のクロ
ム量が必要である。一方、クロム量が０．５重量％を超
えると遊離炭化物が形成されて脆弱化すると共に被削性
が著しく劣化してしまう。High temperature stabilization of (chrome) based pearlite,
Particularly, in order to prevent the decomposition of pearlite up to 500 ° C. and suppress ferrite and graphite, a chromium content of 0.2% by weight or more is required. On the other hand, when the amount of chromium exceeds 0.5% by weight, free carbides are formed to weaken and the machinability is significantly deteriorated.
【００２７】（銅及びモリブデン）銅及びモリブデンの
含有量は上記ＣＥ値に応じて適切に設定する必要があ
る。つまり、上述した如く、炭素及びケイ素が上記範囲
にあって且つＣＥ値が３．８〜３．９５である場合に
は、銅を０．３〜０．５重量％、モリブデンを０．２〜
０．４重量％含有させる。また、炭素及びケイ素が上記
範囲にあって且つＣＥ値が３．９５〜４．１である場合
には、銅を０．３〜０．７重量％、モリブデンを０．２
〜０．６重量％含有させる。更に、炭素及びケイ素が上
記範囲にあって且つＣＥ値が４．１〜４．２５である場
合には、銅を０．５〜０．７重量％、モリブデンを０．
４〜０．６重量％含有させる。(Copper and molybdenum) The contents of copper and molybdenum must be set appropriately according to the CE value. That is, as described above, when carbon and silicon are in the above ranges and the CE value is 3.8 to 3.95, copper is 0.3 to 0.5 wt% and molybdenum is 0.2 to
0.4 wt% is contained. When carbon and silicon are in the above ranges and the CE value is 3.95 to 4.1, copper is 0.3 to 0.7% by weight and molybdenum is 0.2.
˜0.6% by weight. Further, when carbon and silicon are in the above ranges and the CE value is 4.1 to 4.25, 0.5 to 0.7% by weight of copper and 0.
4 to 0.6% by weight is contained.
【００２８】各場合における銅の含有量として、パーラ
イトの安定化、クロムやモリブデンによる炭化物の生成
を抑制するためには上記各下限値の以上の銅が必要であ
る。一方、銅の量が上記上限値を超えると含有量に見合
った効果が得られなくなってしまう。In each case, in order to stabilize pearlite and suppress the formation of carbides due to chromium and molybdenum, the content of copper in each case must be at least the above lower limit value. On the other hand, when the amount of copper exceeds the above upper limit, the effect commensurate with the content cannot be obtained.
【００２９】また、各場合のモリブデンの含有量とし
て、パーライトの微細化及びフェライトの抑制のために
は、上記各下限値以上のモリブデン量が必要である。一
方、モリブデン量が上記各上限値を超えると含有量に見
合った効果が得られない。また、モリブデン含有量が多
過ぎると、引け巣等の鋳造欠陥が生じ易くなると共に、
遊離炭化物が形成されて脆弱化し、更に被削性が著しく
劣化してしまう。Further, as the molybdenum content in each case, the molybdenum content above each of the above lower limit values is necessary in order to reduce the size of pearlite and suppress ferrite. On the other hand, if the amount of molybdenum exceeds each of the above upper limits, the effect commensurate with the content cannot be obtained. Also, if the molybdenum content is too high, casting defects such as shrinkage cavities are likely to occur, and
Free carbide is formed and becomes brittle, and the machinability is significantly deteriorated.
【００３０】また、上記組成の鋳鉄材によって得られる
特性として、ある規定厚さのテストピースの引張強度を
「１００」とした場合に、その規定厚さの約４倍の厚さ
のテストピースの引張強度率が７０％程度またはそれ以
上であることが掲げられる。これは、例えば、後述する
ように、直径３０mmの試験片の引張強度を「１００」と
した場合において、この試験片と同じ組成で成る直径１
２０mmの試験片の引張強度の比率を以下の式により算出
した値が７０％程度またはそれ以上であることを示して
いる。Further, as a characteristic obtained by the cast iron material having the above composition, when the tensile strength of a test piece having a certain specified thickness is set to "100", a test piece having a thickness about four times the specified thickness is obtained. It is stated that the tensile strength ratio is about 70% or more. For example, as will be described later, when the tensile strength of a test piece having a diameter of 30 mm is set to "100", the diameter of the test piece having the same composition as the
It is shown that the value of the tensile strength ratio of the 20 mm test piece calculated by the following formula is about 70% or more.
【００３１】 強度率（％）＝（直径１２０mmの試験片の引張強度（Ｎ／mm2）／直径３０mm の試験片の引張強度（Ｎ／mm2））×１００ …（３）The intensity ratio (%) = (tensile strength (N / mm 2) / diameter 30mm tensile strength of the test piece of diameter 120mm specimens (N / mm 2)) × 100 ... (3)
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態とし
て、本発明に係る鋳鉄材と従来の鋳鉄材とを比較するた
めに行った機械的性質試験について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A mechanical property test conducted for comparing a cast iron material according to the present invention with a conventional cast iron material will be described below as an embodiment of the present invention.
【００３３】この試験では、以下の各表に示す組成成分
からなる各試験片（実施例１〜４、比較例１〜４）に対
してアムスラー万能試験機による評価試験を行った。各
試験片の評価結果として引張り強度及びブリネル硬さの
測定結果を各表に合わせて示す。また、この試験例で使
用した試験片は、鋳造により作製された直径３０mmの抗
折試験片（ＪＩＳ Ｇ５５０１参照）及び直径１２０mm
の試験片を使用した。この試験片の作製時の型バラシ温
度は５００℃以下とした。また、各引張試験片は、鋳造
された試験片の中央部分のみを採取し、ＪＩＳ Ｚ２２
０１の８号試験片とし、硬さ試験片はその一部を用い
た。In this test, each test piece (Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4) consisting of the composition components shown in the following tables was evaluated by an Amsler universal testing machine. As the evaluation results of each test piece, the measurement results of tensile strength and Brinell hardness are shown in each table. The test piece used in this test example is a bending test piece with a diameter of 30 mm (see JIS G5501) produced by casting and a diameter of 120 mm.
The test piece of was used. The mold scatter temperature during the production of this test piece was set to 500 ° C. or lower. Further, for each tensile test piece, only the central portion of the cast test piece was sampled, and JIS Z22
No. 8 test piece of No. 01, and a part of the hardness test piece was used.
【００３４】また、各表に合わせて示す強度率とは、直
径３０mmの試験片の引張強度を「１００」とした場合に
おいて、この試験片と同じ組成で成る直径１２０mmの試
験片の引張強度の比率を以下の式により算出したもので
ある。The strength ratio shown in each table means the tensile strength of a test piece having a diameter of 120 mm and having the same composition as that of the test piece when the tensile strength of the test piece having a diameter of 30 mm is "100". The ratio is calculated by the following formula.
【００３５】
強度率（％）＝（直径１２０mmの試験片の引張強度（Ｎ／mm2）／直径３０mm
の試験片の引張強度（Ｎ／mm2））×１００ …（３）
以下の各表において、表１は本発明の請求項１に係る鋳
鉄材を実施例としている。また、表２は本発明の請求項
２に係る鋳鉄材を実施例としている。更に、表３は本発
明の請求項３に係る鋳鉄材を実施例としている。The intensity ratio (%) = (tensile strength (N / mm 2 tensile diameter 120mm specimens strength (N / mm 2) / 30mm diameter test pieces)) × 100 ... (3) the following tables In Table 1, the cast iron material according to claim 1 of the present invention is used as an example. Table 2 uses the cast iron material according to claim 2 of the present invention as an example. Furthermore, Table 3 uses the cast iron material according to claim 3 of the present invention as an example.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】[0037]
【表２】 [Table 2]
【００３８】[0038]
【表３】 [Table 3]
【００３９】これらの表から明らかなように、本発明に
係る試験片（各実施例）は、何れの試験片においても引
張り強度２５０Ｎ／mm2以上、ブリネル硬さ２４５ＨＢ
以下の機械的性質を満たし、被削性や強度が十分に高い
鋳鉄材が得られていることが確認できる。また、強度率
も７０％程度の高い値が得られている。As is apparent from these tables, the test pieces according to the present invention (each example) had a tensile strength of 250 N / mm 2 or more and a Brinell hardness of 245 HB in any of the test pieces.
It can be confirmed that a cast iron material satisfying the following mechanical properties and having sufficiently high machinability and strength is obtained. In addition, the strength ratio is as high as about 70%.
【００４０】これに対し、各比較例のものでは、一部の
ものにおいては引張強度及びブリネル硬さが上記範囲に
あるものの強度率としては何れも６０％以下の値しか得
られていない。これは、質量効果が大きいことを示して
いる。つまり、冷却速度の高い直径３０mmの試験片の引
張強度に対して、冷却速度の小さい直径１２０mmの試験
片の引張強度の低下率が大きくなっており、質量効果が
大きいことを示している。On the other hand, in each of the comparative examples, some of them have tensile strength and Brinell hardness in the above-mentioned ranges, but as a strength ratio, only 60% or less is obtained. This indicates that the mass effect is large. That is, the decrease rate of the tensile strength of the test piece having a small cooling rate of 120 mm and the diameter of the test piece having a small cooling rate of 30 mm was large, and the mass effect was large.
【００４１】以上の試験結果から、本形態に係る鋳鉄材
にあっては、切削性や鋳造性の悪化を招くことなしに質
量効果を小さくすることができ、ディーゼルエンジンの
シリンダブロックに適用した場合には、高出力、高性能
且つ長寿命のエンジンを実現することができる。From the above test results, in the cast iron material according to the present embodiment, the mass effect can be reduced without deteriorating the machinability and castability, and when applied to the cylinder block of the diesel engine. It is possible to realize a high-power, high-performance and long-life engine.
【００４２】また、他の機械的性質試験として、直径が
異なる複数種類の上記試験片を作製し、本発明品と従来
品とのそれぞれにおいて上記強度率を求めた。その一例
をグラフ化したものが図４である。Further, as another mechanical property test, a plurality of types of the above-mentioned test pieces having different diameters were produced, and the strength ratio was obtained for each of the present invention product and the conventional product. FIG. 4 is a graph of an example thereof.
【００４３】この図から判るように、同一形状の試験片
であっても本発明品の方が強度率は高く維持されてい
る。例えば、直径９０mmの試験片においては、従来品の
強度率（直径３０mmの試験片の引張強度を「１００」と
した場合の引張強度の比率）が６１％であるのに対し、
本発明品の強度率は７４％と高い値になっている。同様
に、直径１２０mmの試験片においては、従来品の強度率
が５８％であるのに対し、本発明品の強度率は７３％と
高い値になっている。As can be seen from this figure, the strength ratio of the product of the present invention is maintained higher than that of the test piece having the same shape. For example, in the case of a test piece having a diameter of 90 mm, the strength ratio of the conventional product (ratio of the tensile strength when the tensile strength of the test piece having a diameter of 30 mm is “100”) is 61%, whereas
The strength ratio of the product of the present invention is as high as 74%. Similarly, in the test piece having a diameter of 120 mm, the strength ratio of the conventional product is 58%, whereas the strength ratio of the product of the present invention is as high as 73%.
【００４４】−金属組織の比較−
次に、本発明に係る鋳鉄材と従来の鋳鉄材との金属組織
を比較するために、上記実施例及び比較例に使用した鋳
鉄材の金属組織の顕微鏡写真を図５に示す。この図５の
左上段は従来の鋳鉄材における黒鉛組織を、右上段は本
発明に係る鋳鉄材における黒鉛組織をそれぞれ示してい
る。また、この図５の左下段は従来の鋳鉄材における基
地組織を、右下段は本発明に係る鋳鉄材における基地組
織をそれぞれ示している。-Comparison of Metal Structures-Next, in order to compare the metal structures of the cast iron material according to the present invention and the conventional cast iron material, micrographs of the metal structures of the cast iron materials used in the above Examples and Comparative Examples. Is shown in FIG. The upper left part of FIG. 5 shows the graphite structure in the conventional cast iron material, and the upper right part shows the graphite structure in the cast iron material according to the present invention. Further, the lower left stage of FIG. 5 shows the matrix structure in the conventional cast iron material, and the lower right stage shows the matrix structure in the cast iron material according to the present invention.
【００４５】先ず、黒鉛組織を比較すると、本発明に係
る鋳鉄材は従来の鋳鉄材に比べて黒鉛の晶出量が抑制さ
れている。また、晶出している黒鉛も微細化されてい
る。この両画像に対して画像解析処理を行ってそれぞれ
の黒鉛面積率を求めた。それによれば、従来の鋳鉄材で
は、直径３０mmの試験片においては黒鉛面積率が１０％
であったのに対し直径１２０mmの試験片においては黒鉛
面積率が１４％に達していた。一方、本発明に係る鋳鉄
材では、直径３０mmの試験片及び直径１２０mmの試験片
の何れにおいても黒鉛面積率は１０％であった。つま
り、本発明に係る鋳鉄材では試験片の外径が大きくなっ
て（厚肉になって）冷却速度が小さくなっても黒鉛の晶
出量の抑制及びその微細化を図ることができ、質量効果
が小さくなっていることが判る。First, comparing the graphite structures, the cast iron material according to the present invention has a smaller amount of crystallized graphite than the conventional cast iron material. The crystallized graphite is also miniaturized. Image analysis processing was performed on both of these images to determine the respective graphite area ratios. According to it, in the conventional cast iron material, the graphite area ratio is 10% in the test piece with a diameter of 30 mm.
On the other hand, the graphite area ratio reached 14% in the test piece having a diameter of 120 mm. On the other hand, in the cast iron material according to the present invention, the graphite area ratio was 10% in both the test piece having a diameter of 30 mm and the test piece having a diameter of 120 mm. That is, in the cast iron material according to the present invention, even if the outer diameter of the test piece is large (becomes thick) and the cooling rate is small, it is possible to suppress the amount of crystallization of graphite and reduce its size, You can see that the effect is getting smaller.
【００４６】また、基地組織を比較すると、本発明に係
る鋳鉄材は従来の鋳鉄材に比べてフェライトの析出量が
抑制されていると共に、パーライト組織の微細化も図ら
れている。Further, comparing the matrix structures, the cast iron material according to the present invention has a smaller amount of ferrite precipitation than the conventional cast iron material, and the pearlite structure is also made finer.
【００４７】以上の結果から、切削性や鋳造性の悪化を
招くことなしに質量効果を小さくすることができて、製
品全体に十分な強度を得ることが可能な鋳鉄材が得られ
ていることが判る。From the above results, it is possible to obtain a cast iron material which can reduce the mass effect without deteriorating the machinability and castability and can obtain sufficient strength for the entire product. I understand.
【００４８】（その他の実施形態）上述した各実施形態
では、本発明に係る鋳鉄材をディーゼルエンジンのシリ
ンダブロックに適用した場合について説明した。本発明
はこれに限るものではない。例えば、ディーゼルエンジ
ンのシリンダヘッドやピストン等のその他のエンジン構
成部材の材料として採用したり、ガソリンエンジン等の
その他のエンジン構成部材の材料として採用することも
可能である。また、エンジン以外のものへの適用も可能
である。(Other Embodiments) In the above-described embodiments, the case where the cast iron material according to the present invention is applied to the cylinder block of the diesel engine has been described. The present invention is not limited to this. For example, it can be used as a material for other engine constituent members such as a cylinder head and a piston of a diesel engine, or as a material for other engine constituent members such as a gasoline engine. Further, it can be applied to other than the engine.
【００４９】また、本発明では、上記組成に加えてニッ
ケルを添加したり、上記銅に代えてニッケルを添加する
ようにしてもよい。先ず、上記組成に加えてニッケルを
添加する場合には、請求項１〜３の何れにおいてもニッ
ケルの含有量を０．１〜０．４重量％に設定する。In the present invention, nickel may be added in addition to the above composition, or nickel may be added in place of the above copper. First, when nickel is added in addition to the above composition, the content of nickel is set to 0.1 to 0.4% by weight in any of claims 1 to 3.
【００５０】一方、銅に代えてニッケルを添加する場合
には、請求項１の発明にあってはニッケルの含有量を
０．４〜０．６重量％に設定する。また、請求項２の発
明にあってはニッケルの含有量を０．４〜０．８重量％
に設定する。更に、請求項３の発明にあってはニッケル
の含有量を０．６〜０．８重量％に設定する。On the other hand, when nickel is added instead of copper, the nickel content is set to 0.4 to 0.6% by weight in the invention of claim 1. In the invention of claim 2, the nickel content is 0.4 to 0.8% by weight.
Set to. Furthermore, in the invention of claim 3, the nickel content is set to 0.6 to 0.8% by weight.
【００５１】以下、銅に代えてニッケルを添加した場合
の評価試験の結果を表４に示す。この表４において、実
施例１は請求項１の発明において銅に代えてニッケルを
添加したもの、実施例２は請求項２の発明において銅に
代えてニッケルを添加したもの、実施例３は請求項３の
発明において銅に代えてニッケルを添加したものであ
る。Table 4 shows the results of the evaluation test when nickel was added instead of copper. In Table 4, Example 1 is the one in which nickel is added instead of copper in the invention of claim 1, Example 2 is the one in which nickel is added instead of copper in the invention of claim 2, and Example 3 is In the invention of Item 3, nickel is added instead of copper.
【００５２】[0052]
【表４】 [Table 4]
【００５３】この表から明らかなように、本発明に係る
試験片（各実施例）は、何れの試験片においても引張り
強度２５０Ｎ／mm2以上、ブリネル硬さ２４５ＨＢ以下
の機械的性質を満たし、被削性や強度が十分に高い鋳鉄
材が得られていることが確認できる。また、強度率も７
０％以上の高い値が得られている。As is apparent from this table, the test pieces according to the present invention (each example) satisfy the mechanical properties such that the tensile strength is 250 N / mm 2 or more and the Brinell hardness is 245 HB or less. It can be confirmed that a cast iron material having sufficiently high machinability and strength is obtained. Also, the strength rate is 7
A high value of 0% or more is obtained.
【００５４】これに対し、各比較例のものでは、一部の
ものにおいては引張強度及びブリネル硬さが上記範囲に
あるものの強度率としては何れも６０％以下の値しか得
られていない。これは、質量効果が大きいことを示して
いる。On the other hand, in some of the comparative examples, the tensile strength and the Brinell hardness are in the above ranges, but the strength ratios of all of them are only 60% or less. This indicates that the mass effect is large.
【００５５】以上の試験結果から、銅に代えてニッケル
を添加した場合において、炭素及びケイ素の含有量やこ
れら元素の比率に対して、ニッケルの含有量の適正化を
図ることによっても、切削性や鋳造性の悪化を招くこと
なしに質量効果を小さくすることができ、ディーゼルエ
ンジンのシリンダブロックに適用した場合には、高出
力、高性能且つ長寿命のエンジンを実現することができ
る。From the above test results, when nickel was added in place of copper, the machinability was also improved by optimizing the nickel content with respect to the carbon and silicon contents and the ratio of these elements. The mass effect can be reduced without deteriorating the castability and the castability, and when applied to a cylinder block of a diesel engine, a high-power, high-performance and long-life engine can be realized.
【００５６】[0056]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、炭素及
びケイ素の含有量やこれら元素の比率に対して、銅及び
モリブデンの含有量の適正化を図ったことで、切削性や
鋳造性の悪化を招くことなしに質量効果を小さくするこ
とができる鋳鉄材が得られるようにしている。このた
め、鋳造物の全体に亘って略均一な高い強度を確保する
ことができ、特に、中型や大型の鋳造物であって各部の
肉厚に大きな差がありそれぞれの冷却速度に大きな差が
あるものに適用した場合には、その鋳造物の全体に亘っ
て略均一な高い強度を確保することができて有効であ
る。As described above, according to the present invention, by optimizing the contents of copper and molybdenum with respect to the contents of carbon and silicon and the ratio of these elements, machinability and casting can be improved. The cast iron material is capable of reducing the mass effect without deteriorating the property. For this reason, it is possible to secure a substantially uniform high strength over the entire casting, and in particular, there is a large difference in the wall thickness of each part in a medium-sized or large-sized casting and there is a large difference in each cooling rate. When applied to a certain product, it is effective because it is possible to secure a substantially uniform high strength over the entire casting.
【図１】ディーゼルエンジンのシリンダブロックの側面
図である。FIG. 1 is a side view of a cylinder block of a diesel engine.
【図２】直径が異なる複数種類のテストピースに対する
「炭素飽和度」と「引張り強度」との関係を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between “carbon saturation” and “tensile strength” for a plurality of types of test pieces having different diameters.
【図３】シリンダブロックの上端部周辺を示す断面図で
ある。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the vicinity of an upper end portion of a cylinder block.
【図４】本発明品と従来品とを比較するための試験片の
径と強度率との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a diameter of a test piece and a strength rate for comparing the product of the present invention with a conventional product.
【図５】本発明に係る鋳鉄材と従来の鋳鉄材との金属組
織を比較するための顕微鏡写真であって、左上段は従来
の鋳鉄材における黒鉛組織を、右上段は本発明に係る鋳
鉄材における黒鉛組織をそれぞれ示し、左下段は従来の
鋳鉄材における基地組織を、右下段は本発明に係る鋳鉄
材における基地組織をそれぞれ示している。FIG. 5 is a photomicrograph for comparing the metal structures of a cast iron material according to the present invention and a conventional cast iron material, in which the upper left is the graphite structure of the conventional cast iron and the upper right is the cast iron of the present invention. The graph shows the graphite structure in the material, the lower left shows the matrix structure in the conventional cast iron material, and the lower right shows the matrix structure in the cast iron material according to the present invention.
１ シリンダブロック 1 cylinder block
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 正徳 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 (72)発明者 伊藤 雅博 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masanori Oka 1-32 Yanma, Chayamachi, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka ー Diesel Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Ito 1-32 Yanma, Chayamachi, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka ー Diesel Co., Ltd.
Claims (4)
１．７〜２．４重量％含有され且つＣＥ値が３．８〜
３．９５に設定されていると共に、マンガンが０．４５
〜０．９重量％、リンが０．２重量％以下、イオウが
０．２重量％以下、クロムが０．２〜０．５重量％、銅
が０．３〜０．５重量％、モリブデンが０．２〜０．４
重量％含有されていることを特徴とする鋳鉄材。1. The carbon content is 3.2 to 3.6% by weight, the silicon content is 1.7 to 2.4% by weight, and the CE value is 3.8 to.
Set to 3.95 and 0.45 manganese
~ 0.9 wt%, phosphorus 0.2 wt% or less, sulfur 0.2 wt% or less, chromium 0.2-0.5 wt%, copper 0.3-0.5 wt%, molybdenum Is 0.2 to 0.4
A cast iron material characterized by being contained in a weight percentage.
１．７〜２．４重量％含有され且つＣＥ値が３．９５〜
４．１に設定されていると共に、マンガンが０．４５〜
０．９重量％、リンが０．２重量％以下、イオウが０．
２重量％以下、クロムが０．２〜０．５重量％、銅が
０．３〜０．７重量％、モリブデンが０．２〜０．６重
量％含有されていることを特徴とする鋳鉄材。2. Carbon is contained in an amount of 3.2 to 3.6% by weight, silicon is included in an amount of 1.7 to 2.4% by weight, and a CE value is 3.95 to.
It is set to 4.1, and manganese content is 0.45
0.9% by weight, phosphorus less than 0.2% by weight, sulfur at 0.
Cast iron containing 2% by weight or less, 0.2 to 0.5% by weight of chromium, 0.3 to 0.7% by weight of copper, and 0.2 to 0.6% by weight of molybdenum. Material.
１．７〜２．４重量％含有され且つＣＥ値が４．１〜
４．２５に設定されていると共に、マンガンが０．４５
〜０．９重量％、リンが０．２重量％以下、イオウが
０．２重量％以下、クロムが０．２〜０．５重量％、銅
が０．５〜０．７重量％、モリブデンが０．４〜０．６
重量％含有されていることを特徴とする鋳鉄材。3. Carbon in an amount of 3.2 to 3.6% by weight, silicon in an amount of 1.7 to 2.4% by weight, and a CE value of 4.1 to 1.
It is set to 4.25 and contains 0.45 manganese.
~ 0.9 wt%, phosphorus 0.2 wt% or less, sulfur 0.2 wt% or less, chromium 0.2-0.5 wt%, copper 0.5-0.7 wt%, molybdenum Is 0.4 to 0.6
A cast iron material characterized by being contained in a weight percentage.
いて、ある規定厚さのテストピースの引張強度を「１０
０」とした場合に、その規定厚さの約４倍の厚さのテス
トピースの引張強度率が７０％程度またはそれ以上に得
られることを特徴とする鋳鉄材。4. The cast iron material according to claim 1, 2, or 3, wherein a tensile strength of a test piece having a certain specified thickness is "10".
A cast iron material having a tensile strength ratio of about 70% or more when a test piece having a thickness of about 4 times the specified thickness is obtained when it is set to "0".
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006169635A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | General Electric Co <Ge> | Ductile cast iron alloy |
| CN105861920A (en) * | 2016-06-17 | 2016-08-17 | 沈阳铸造研究所 | High-dimensional-stability cast iron and preparing method thereof |
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- 2002-03-06 JP JP2002059993A patent/JP3762710B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN105861920B (en) * | 2016-06-17 | 2018-10-09 | 沈阳铸造研究所 | A kind of high-dimensional stability cast iron and preparation method thereof |
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