JP2007270195A - Method for producing spheroidal graphite cast-iron article, and spheroidal graphite cast-iron article - Google Patents

Method for producing spheroidal graphite cast-iron article, and spheroidal graphite cast-iron article Download PDF

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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a spheroidal graphite cast iron article with which a portion having high strength and a portion excellent in toughness can be formed without applying heat treatment after casting. <P>SOLUTION: A cast iron article 40 is formed by pouring molten iron into a mold and solidifying this molten iron, and before cooling the above cast iron article 40 to quenching temperature or lower, a part 20 of the mold is taken off and a part 42 of the above cast iron article 40 is exposed, and while rapidly cooling the exposed portion 42 by performing the air-blow to the exposed portion 42, the other portion is slowly cooled, and thus, the hardness of the above exposed portion 42 is higher than that of the other portion. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、球状黒鉛鋳鉄品の製造方法及び球状黒鉛鋳鉄品に関する。特に本発明は、鋳造後の熱処理を行わなくても高強度である部分と靭性に優れた部分とを形成することができる球状黒鉛鋳鉄品の製造方法及び球状黒鉛鋳鉄品に関する。   The present invention relates to a method for producing a spheroidal graphite cast iron product and a spheroidal graphite cast iron product. In particular, the present invention relates to a method for producing a spheroidal graphite cast iron product and a spheroidal graphite cast iron product that can form a portion having high strength and a portion excellent in toughness without performing heat treatment after casting.

従来の建設機車両用のホイールハブは、ホイールリムとは別に形成されている(例えば特許文献1参照)。ホイールハブのうちスプライン部には高強度が要求され、他の部分には靭性が要求される。   A conventional wheel hub for a construction machine vehicle is formed separately from a wheel rim (see, for example, Patent Document 1). Of the wheel hub, the spline portion is required to have high strength, and the other portions are required toughness.

ホイールハブを鋳造で形成する場合、ホイールハブ全体を再加熱して焼き入れ及び焼き戻しを行う方法がある。しかし、この方法では工程数が増加してしまう。また形状が複雑であるため、表面と内部に温度差が生じて大きな熱応力が発生することがあり、これにより亀裂が発生して不良品となる場合が出てくる。またホイールハブ全体が高硬度になるため、靭性が要求される部分において必要な靭性が得られず、不良品となる場合もある。   When the wheel hub is formed by casting, there is a method in which the entire wheel hub is reheated and quenched and tempered. However, this method increases the number of steps. In addition, since the shape is complicated, a temperature difference is generated between the surface and the inside, and a large thermal stress may be generated, which may cause a crack and become a defective product. In addition, since the entire wheel hub has a high hardness, the required toughness cannot be obtained in parts where toughness is required, which may result in a defective product.

また、鋳造後の鋳鉄品に部分的に熱処理を加えて焼き入れを行うことにより、場所によって異なる熱履歴を与える方法(例えば誘導加熱後強制冷却する方法)もある。しかし、この方法でも工程数が増加する。また部分的な急加熱急冷となるため、亀裂が発生して不良品となる場合が出てくる。また、形状によっては高温で安定させることが難しく、硬度にばらつきが生じることもある。   There is also a method of giving a different heat history depending on the location (for example, a method of forced cooling after induction heating) by partially applying a heat treatment to the cast iron product after casting and quenching. However, this method also increases the number of steps. In addition, partial rapid heating and rapid cooling may cause cracks and defective products. In addition, depending on the shape, it is difficult to stabilize at high temperature, and the hardness may vary.

以上の理由により、鋳造後に再加熱を行う場合はコスト高になってしまう。これに対し、鋳造後に再加熱を行うことなく高強度である部分と靭性に優れた部分とを形成する技術として、特許文献1に記載された技術がある。この技術は、凝固後に鋳型の一部を取り外して大気に晒すことにより、鋳型が取り外された部分を急冷させて高硬度にするものである。   For the above reasons, when reheating is performed after casting, the cost becomes high. On the other hand, there is a technique described in Patent Document 1 as a technique for forming a portion having high strength and a portion having excellent toughness without performing reheating after casting. In this technique, after solidification, a part of the mold is removed and exposed to the atmosphere, whereby the part from which the mold has been removed is rapidly cooled to a high hardness.

特開2000−245279号公報(図1、図2)JP 2000-245279 A (FIGS. 1 and 2)

上記した特許文献1に記載の技術において、高硬度にすべき部分が肉厚の場合、この部分の内部の冷却速度は必要な値より低くなってしまう。このため、高硬度にすべき部分が肉厚の場合、上記した従来技術では十分な硬度を得ることができない。   In the technique described in Patent Document 1 described above, when the portion to be hardened is thick, the cooling rate inside the portion is lower than a required value. For this reason, when the part which should be made high hardness is thick, the above-mentioned prior art cannot obtain sufficient hardness.

また、球状黒鉛鋳鉄品において靭性を上げるには凝固速度を上げる必要がある。しかし、靭性を上げるべき部分が肉厚の場合、従来の鋳型では十分な凝固速度を得ることができない。   In order to increase toughness in spheroidal graphite cast iron products, it is necessary to increase the solidification rate. However, when the portion where the toughness is to be increased is thick, the conventional mold cannot obtain a sufficient solidification rate.

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、肉厚品の場合でも、鋳造後の熱処理を行うことなく、高強度である部分を形成することができる球状黒鉛鋳鉄品の製造方法及び球状黒鉛鋳鉄品を提供することにある。また本発明は、肉厚品の場合でも、靭性に優れた部分を形成することができる球状黒鉛鋳鉄品の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and the purpose thereof is a spherical shape capable of forming a high-strength portion without performing heat treatment after casting even in the case of a thick product. The object is to provide a method for producing a graphite cast iron product and a spheroidal graphite cast iron product. Another object of the present invention is to provide a method for producing a spheroidal graphite cast iron product capable of forming a portion having excellent toughness even in the case of a thick product.

上記課題を解決するため、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄品の製造方法は、鋳型内で溶湯を凝固させ、焼入れ温度に冷却する前に前記鋳型の一部を取り外して鋳物の一部を露出させ、該露出した部分にエアーブローを行うことにより前記露出した部分を急冷するものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing a spheroidal graphite cast iron product according to the present invention solidifies the molten metal in the mold, and removes a part of the mold to expose a part of the casting before cooling to the quenching temperature. The exposed portion is rapidly cooled by air blowing to the exposed portion.

本発明に係る他の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法は、鋳型の内面の一部に、該鋳型より伝熱係数が高い材料より形成された冷し材を配置しておき、前記鋳型に溶湯を注入し、該溶湯を、前記冷し材と接する部分では急冷凝固させるものである。
この球状黒鉛鋳鉄品の製造方法において、前記急冷凝固させた後、焼入れ温度に冷却する前に前記鋳型の一部を取り外して鋳物の一部を露出させ、該露出した部分にエアーブローを行うことにより前記露出した部分を急冷してもよい。
In another method for producing a spheroidal graphite cast iron product according to the present invention, a cooling material formed of a material having a higher heat transfer coefficient than the mold is disposed on a part of the inner surface of the mold, and a molten metal is placed on the mold. The molten metal is poured and rapidly solidified at the portion in contact with the cooling material.
In this method for producing a spheroidal graphite cast iron product, after quenching and solidifying, before cooling to the quenching temperature, part of the mold is removed to expose part of the casting, and air blow is performed on the exposed part. The exposed portion may be cooled rapidly.

前記露出した部分の外形は略円柱形状である場合、前記露出した部分にエアーブローを行う工程は、前記露出した部分を囲むように、略90度間隔でエアーの噴出口を配置することにより行われるのが好ましい。   When the exposed portion has an approximately cylindrical shape, the step of blowing air to the exposed portion is performed by arranging air outlets at intervals of approximately 90 degrees so as to surround the exposed portion. Are preferred.

前記露出した部分の冷却速度は、900℃〜550℃の範囲で20℃/分以上であるのが好ましい。   The cooling rate of the exposed portion is preferably 20 ° C./min or more in the range of 900 ° C. to 550 ° C.

本発明に係る球状黒鉛鋳鉄品の製造方法は、ホイールリムとホイールハブとを一体で形成するための鋳型において、ホイールリムを形成する部分の内面の一部に、該鋳型より伝熱係数が高い材料より形成された冷し材を配置しておき、
前記鋳型に溶湯を注入し、該溶湯を、前記冷し材と接する部分では急冷凝固させるものである。
In the method for producing a spheroidal graphite cast iron product according to the present invention, in a mold for integrally forming a wheel rim and a wheel hub, a heat transfer coefficient is higher on a part of an inner surface of a part forming the wheel rim than the mold. Place the cooling material formed from the material,
The molten metal is poured into the mold, and the molten metal is rapidly solidified at a portion in contact with the cooling material.

本発明に係る球状黒鉛鋳鉄品は、高硬度部と、該高硬度部より硬度が低い部分を有し、
前記高硬度部において、ブリネル硬度が280HB以上であり、かつ黒鉛粒数が210個/mm以上である。
The spheroidal graphite cast iron product according to the present invention has a high hardness portion and a portion whose hardness is lower than the high hardness portion,
In the high hardness part, the Brinell hardness is 280 HB or more and the number of graphite grains is 210 pieces / mm 2 or more.

前記高硬度部は、例えば、鋳型内で溶湯を凝固させて鋳物を形成した後、焼入れ温度に冷却する前に前記鋳型の一部を取り外して前記鋳物の一部を露出させ、該露出した部分にエアーブローを行うことにより形成されている。   The high hardness portion is formed by, for example, solidifying a molten metal in a mold to form a casting, and then removing a part of the mold to expose a part of the casting before cooling to a quenching temperature. It is formed by carrying out air blow.

前記硬度が低い部分の一部は、引張り強さが600N/mm以上であり、かつシャルピー衝撃値が29.4J以上の強靭部であってもよい。この場合、前記強靭部は、例えば鋳型内に、該鋳型より伝熱係数が高い材料より形成された冷し材を配置しておき、前記溶湯を、前記冷し材と接する部分で急冷凝固させることにより形成されている。 A part of the low hardness portion may be a tough portion having a tensile strength of 600 N / mm 2 or more and a Charpy impact value of 29.4 J or more. In this case, the toughened portion, for example, a cooling material formed from a material having a higher heat transfer coefficient than that of the mold is disposed in the mold, and the molten metal is rapidly solidified at a portion in contact with the cooling material. It is formed by.

前記高硬度部において黒鉛粒数が740個/mm未満であってもよい。
前記球状黒鉛鋳鉄品は車両用のホイールハブであってもよい。この場合、前記高硬度部はスプライン部に位置している。
前記高硬度部は、前記球状黒鉛鋳鉄品の表面から深さ60mm以上の領域まで分布しているのが好ましい。
The number of graphite grains in the high hardness portion may be less than 740 pieces / mm 2 .
The spheroidal graphite cast iron product may be a vehicle wheel hub. In this case, the high hardness portion is located in the spline portion.
The high hardness portion is preferably distributed from the surface of the spheroidal graphite cast iron product to a region having a depth of 60 mm or more.

上記したように本発明によれば、肉厚品の場合でも、鋳造後の熱処理を行うことなく、高強度である部分を形成することができる。また、靭性に優れた部分を形成することができる。また、露出した部分の冷却効率が向上し、かつ冷却ばらつきを抑制することができる。   As described above, according to the present invention, even in the case of a thick product, a portion having high strength can be formed without performing heat treatment after casting. Moreover, the part excellent in toughness can be formed. Moreover, the cooling efficiency of the exposed part can be improved and cooling variation can be suppressed.

(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について、大型の建設機車両のホイールハブを球状黒鉛鋳鉄品で製造する方法を例にして説明する。このホイールハブはホイールリムと一体になっており、重量は150kg以上(多くは500kg以上)、かつ肉厚変動のある複雑な形状を有している。ホイールハブのうちスプライン部には高強度及び強靭性の双方が要求され、ホイールリム(特にR部分)には強靭性が要求される。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described by taking as an example a method of manufacturing a wheel hub of a large construction machine vehicle using a spheroidal graphite cast iron product. This wheel hub is integrated with the wheel rim, has a weight of 150 kg or more (many of which is 500 kg or more), and has a complicated shape with a thickness variation. Of the wheel hub, the spline portion requires both high strength and toughness, and the wheel rim (particularly the R portion) requires toughness.

まず、図1の縦断面図に示すように、鋳型の湯口13から、上型10、下型20、及び中子30が組み合わされたキャビティに溶湯を注入する。溶湯は、例えばC:3.0〜4.0重量%、Si:2.0〜3.0重量%、Mn:0.2〜0.8重量%、Cu:0.5〜2.0重量%、Sn:0.03〜0.1重量%、Mg:0.03〜0.06重量%を含有している。なお、後述するように本実施形態におけるホイールハブは肉厚であるためチルの心配が無く、溶湯にBiを含有させなくても良い。また湯口13には押湯43を設ける。   First, as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 1, molten metal is injected from a mold gate 13 into a cavity in which the upper mold 10, the lower mold 20, and the core 30 are combined. The molten metal is, for example, C: 3.0 to 4.0 wt%, Si: 2.0 to 3.0 wt%, Mn: 0.2 to 0.8 wt%, Cu: 0.5 to 2.0 wt% %, Sn: 0.03-0.1% by weight, Mg: 0.03-0.06% by weight. As will be described later, since the wheel hub in the present embodiment is thick, there is no fear of chill, and Bi need not be contained in the molten metal. Further, a feeder 43 is provided at the gate 13.

鋳型は上型10、下型20、及び中子30から構成される。下型20はホイールハブ40のうちスプライン部42を鋳込む為の空洞部を有しており、上型10はホイールハブ40のうちスプライン部42以外の部分を鋳込む為の空洞部を有している。上型10によって鋳込まれる部分には、ホイールリム41が含まれる。上型10、下型20、及び中子30は鋳物砂を所定の形状に固めることにより形成されている。なお、上型10は、さらに上部11及び下部12に分割されている。   The mold includes an upper mold 10, a lower mold 20, and a core 30. The lower die 20 has a hollow portion for casting the spline portion 42 in the wheel hub 40, and the upper die 10 has a hollow portion for casting a portion other than the spline portion 42 in the wheel hub 40. ing. A wheel rim 41 is included in a portion cast by the upper mold 10. The upper mold 10, the lower mold 20, and the core 30 are formed by solidifying foundry sand into a predetermined shape. The upper mold 10 is further divided into an upper part 11 and a lower part 12.

ホイールハブ40のうち上型10によって鋳込まれる部分の厚さには分布があるが、その範囲は、例えば50mm〜100mmの間である。また下型20によって鋳込まれるスプライン部42の厚さにも分布があるが、その範囲は、例えば40mm〜110mmの間である。上記したようにスプライン部42には強靭性も要求されるが、スプライン部42の厚さが50mm以上になると、鋳物砂で構成された鋳型では、内部における凝固時の冷却速度が必要な速さにはならないため、必要な靭性値が得られない。   The thickness of the portion cast by the upper mold 10 in the wheel hub 40 has a distribution, but the range is, for example, between 50 mm and 100 mm. Moreover, although the thickness of the spline part 42 cast by the lower mold | type 20 also has distribution, the range is between 40 mm-110 mm, for example. As described above, the spline portion 42 is also required toughness. However, when the thickness of the spline portion 42 is 50 mm or more, a mold made of foundry sand requires a cooling rate at the time of solidification inside. Therefore, the required toughness value cannot be obtained.

そこで、本実施形態において下型20は、空洞部の内側面に冷し材21を有している。冷し材21は下型20の本体より熱伝導率が高い材料(例えば黒鉛)により形成されている。このため、ホイールハブ40のうち冷し材21に接する部分すなわちスプライン部42は、ホイールハブ40のほかの部分と比較して急冷凝固される。これにより、スプライン部42における球状黒鉛の粒数が210個/mm以上になり、肉厚が厚くても(例えば50mm以上)靭性が確保される。このとき、球状黒鉛の粒数を740個/mm未満となるようにしてもよい。 Therefore, in the present embodiment, the lower mold 20 has a cooling material 21 on the inner surface of the cavity. The cooling material 21 is formed of a material (for example, graphite) having a higher thermal conductivity than the main body of the lower mold 20. Therefore, a portion of the wheel hub 40 that contacts the cooling material 21, that is, the spline portion 42 is rapidly solidified as compared with other portions of the wheel hub 40. As a result, the number of spheroidal graphite particles in the spline portion 42 is 210 pieces / mm 2 or more, and toughness is ensured even if the wall thickness is large (eg, 50 mm or more). At this time, the number of spherical graphite particles may be less than 740 pieces / mm 2 .

次いで、図2の縦断面図に示すように、スプライン部42の温度が焼入れ温度以下になる前、例えば900℃〜1000℃になったときに下型20を取り除き、スプライン部42を露出する。そしてスプライン部42にエアーブローを行い、空冷する。この空冷時間は、スプライン部42が他の部分からの伝熱により復温して焼きなましが生じることを抑制するために、90分以上とする。   Next, as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 2, before the temperature of the spline portion 42 becomes equal to or lower than the quenching temperature, for example, when the temperature becomes 900 ° C. to 1000 ° C., the lower mold 20 is removed to expose the spline portion 42. Then, air blow is performed on the spline portion 42 to cool it in air. This air cooling time is 90 minutes or more in order to prevent the spline portion 42 from being reheated due to heat transfer from other portions and causing annealing.

これにより、スプライン部42は、例えば厚さが50mm以上であっても20℃/分以上の速度で900℃から550℃まで冷却され、高強度(ブリネル硬度が280HB以上)を有するようになる。また、比較的高い靭性も有するようになる。   Thereby, even if the thickness is 50 mm or more, for example, the spline part 42 is cooled from 900 ° C. to 550 ° C. at a rate of 20 ° C./min or more, and has high strength (Brinell hardness of 280 HB or more). It also has a relatively high toughness.

図3(A)は、スプライン部42へのエアーブロー方法を説明する下面図であり、図3(B)は図3(A)の縦断面図である。エアーブローは、上型10の下部12の下面にエアー銃51を取り付けることにより行われる。エアー銃51は、90°間隔で計4箇所に設けるのが好ましい。このようにすると、スプライン部42の外形は略円柱形状であるため、図3(A)において点線で示すように、スプライン部42の側面に吹き付けられて高温になったエアーが側面に沿って回り込み、互いに衝突して効率よく外に向かって流れ出す。このため、スプライン部42の冷却効率が向上し、かつスプライン部42に冷却ばらつきが生じることを抑制できる。なお、エアー銃51の配置密度を更に高くしても良い。   FIG. 3A is a bottom view for explaining an air blowing method to the spline portion 42, and FIG. 3B is a longitudinal sectional view of FIG. 3A. Air blowing is performed by attaching an air gun 51 to the lower surface of the lower portion 12 of the upper mold 10. The air guns 51 are preferably provided at a total of four locations at 90 ° intervals. As a result, since the outer shape of the spline portion 42 is substantially cylindrical, as shown by the dotted line in FIG. 3 (A), the air that has been blown to the side surface of the spline portion 42 wraps around the side surface. , Collide with each other and flow outward efficiently. For this reason, the cooling efficiency of the spline part 42 can be improved and the occurrence of cooling variations in the spline part 42 can be suppressed. The arrangement density of the air guns 51 may be further increased.

また、図4の下面図に示すように、例えばエアージャケット52を用いることにより、スプライン部42の側面の全周にエアーを吹き付けても良い。   Moreover, as shown in the bottom view of FIG. 4, for example, an air jacket 52 may be used to blow air over the entire circumference of the side surface of the spline portion 42.

その後、上型10を、上部11及び下部12に分けることにより、ホイールハブ40を取り出す。   Thereafter, the wheel hub 40 is taken out by dividing the upper mold 10 into an upper part 11 and a lower part 12.

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係るホイールハブの製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態は、ホイールハブ40のホイールリム41のうち特に強靭性が要求される部分(例えば湾曲部)に必要な靭性を持たせることを目的として、上型10の空洞部内側面の必要部分に冷し材14を配置した点を除いて、第1の実施形態と同様である。冷し材14は上型10の本体より熱伝導率が高い材料(例えば金属)により形成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the wheel hub according to the second embodiment. In the present embodiment, for the purpose of imparting the required toughness to a portion (for example, a curved portion) that requires particularly toughness in the wheel rim 41 of the wheel hub 40, a necessary portion of the inner surface of the hollow portion of the upper mold 10 is provided. It is the same as that of 1st Embodiment except the point which has arrange | positioned the cooling material 14. FIG. The cooling material 14 is formed of a material (for example, metal) having a higher thermal conductivity than the main body of the upper mold 10.

本実施形態によれば、ホイールハブ40のホイールリム41の特定部分(例えば湾曲部)は、ホイールリム41の他の部分より急冷凝固されるため、特に高い靭性(例えばシャルピー試験による衝撃値が29.4J以上)を有するようになる。また、引張り強さが600N/mm以上になる。 According to the present embodiment, a specific portion (for example, a curved portion) of the wheel rim 41 of the wheel hub 40 is more rapidly cooled and solidified than the other portion of the wheel rim 41, and therefore, particularly high toughness (for example, an impact value of 29 by the Charpy test is 29). .4J or more). Further, the tensile strength is 600 N / mm 2 or more.

なお、本実施の形態では、大型車両のホイールハブを球状黒鉛鋳鉄品で製造する方法を例にしたが、他の物(例えば大型キャリアなど単重150kg/個以上の製品)を製造する場合にも本発明を適用することができる。   In the present embodiment, a method of manufacturing a wheel hub of a large vehicle using a spheroidal graphite cast iron product is taken as an example. However, when manufacturing another product (for example, a product having a single weight of 150 kg / piece or more such as a large carrier). The present invention can also be applied.

(実施例)
第1の実施形態において説明した方法により、ホイールハブ40を2つ作製した(実施例1及び2)。実施例1は、90°間隔で設けられたエアー銃51を用いてスプライン部42を冷却したものであり、実施例2は、エアージャケット52を用いてスプライン部42を冷却したものである。また、第2の実施形態で示した方法により、材質としてFCD700を用いてホイールハブ40を作製した(実施例3)。更に、比較例として、下型20を開放せずにホイールハブ40の全体を鋳型内で冷却したもの(比較例1)、及び下型20を開放した後スプライン部42にエアーを吹き付けずに空冷したもの(比較例2)を作製した。
(Example)
Two wheel hubs 40 were produced by the method described in the first embodiment (Examples 1 and 2). In the first embodiment, the spline portion 42 is cooled using the air guns 51 provided at intervals of 90 °, and in the second embodiment, the spline portion 42 is cooled using the air jacket 52. Moreover, the wheel hub 40 was produced by using the FCD700 as a material by the method shown in the second embodiment (Example 3). Further, as a comparative example, the whole wheel hub 40 is cooled in the mold without opening the lower mold 20 (Comparative Example 1), and after the lower mold 20 is opened, air cooling is performed without blowing air to the spline portion 42. (Comparative Example 2) was prepared.

図6は、実施例1及び2並びに比較例1及び2それぞれにおける、スプライン部42の表面温度の推移を示すグラフである。実施例1及び2並びに比較例2においては、スプライン部42の温度が1000℃になったとき(鋳込み開始後30分後)に下型20が取り外されている。本グラフから明らかなように、実施例1及び2は、比較例1及び2と比較してスプライン部42の冷却速度が速く、900℃から550℃までの冷却速度は、実施例1においては20℃/分以上となっている。   FIG. 6 is a graph showing changes in the surface temperature of the spline portion 42 in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. In Examples 1 and 2 and Comparative Example 2, the lower mold 20 is removed when the temperature of the spline portion 42 reaches 1000 ° C. (30 minutes after the start of casting). As is apparent from this graph, in Examples 1 and 2, the cooling rate of the spline portion 42 is faster than in Comparative Examples 1 and 2, and the cooling rate from 900 ° C. to 550 ° C. is 20 in Example 1. ℃ / min or more.

図7、8、9は、それぞれ実施例1、実施例2、及び比較例2におけるスプライン部42の深さ方向の硬度分布を示す図である。本実施例においてスプライン部42には、厚さが42mmの部分(肉薄部)と厚さが110mmの部分(肉厚部)がある。実施例1において、厚さが42mmの部分の略全体がブリネル硬度280HB以上となっている。また、厚さが110mmの部分では、ブリネル硬度280HB以上の部分は少なくとも深さ60mmに達している。これに対し、比較例2においてはいずれの部分においてもブリネル硬度は280HB未満である。また、実施例2ではブリネル硬度が280HB以上の高硬度部は厚さが110mmの部分の一部に形成されている。   7, 8, and 9 are diagrams showing the hardness distribution in the depth direction of the spline portion 42 in Example 1, Example 2, and Comparative Example 2, respectively. In the present embodiment, the spline portion 42 has a portion having a thickness of 42 mm (thin portion) and a portion having a thickness of 110 mm (thick portion). In Example 1, substantially the entire portion having a thickness of 42 mm has a Brinell hardness of 280 HB or more. Further, in a portion having a thickness of 110 mm, a portion having a Brinell hardness of 280 HB or more reaches at least a depth of 60 mm. On the other hand, in Comparative Example 2, the Brinell hardness is less than 280 HB in any part. In Example 2, the high hardness portion having a Brinell hardness of 280 HB or more is formed in a part of a portion having a thickness of 110 mm.

この結果から、空冷時にエアーブローを行うことにより、スプライン部42の冷却速度が速くなり、ブリネル硬度が高くなることが分かる。また、実施例1のように90°間隔で設けられたエアー銃51を用いてスプライン部42を冷却すると、スプライン部42の冷却速度が更に速くなって深い部分までブリネル硬度が高くなり、かつスプライン部42に冷却ばらつきが抑制されることが分かる。   From this result, it can be seen that air blowing during air cooling increases the cooling rate of the spline portion 42 and increases the Brinell hardness. Further, when the spline portion 42 is cooled using the air guns 51 provided at 90 ° intervals as in the first embodiment, the cooling rate of the spline portion 42 is further increased, and the Brinell hardness is increased to a deep portion. It can be seen that the cooling variation in the portion 42 is suppressed.

図10(A)は、実施例1におけるホイールハブ40の冷却速度を示すグラフである。図10(B)に示すように、プロットAはホイールリム41の表面の冷却速度を示しており、プロットBはスプライン部42の内部の冷却速度を示しており、プロットCはスプライン部42の表面の冷却速度を示している。本グラフから、強靭性が要求されるホイールリム41の冷却速度は、凝固後において非常に遅く、靭性及び硬度の双方が要求されるスプライン部42では、表面及び内部の冷却速度は凝固後においてホイールリム41と比較して速いことが分かる。   FIG. 10A is a graph showing the cooling rate of the wheel hub 40 in the first embodiment. As shown in FIG. 10B, plot A shows the cooling rate of the surface of the wheel rim 41, plot B shows the cooling rate inside the spline portion 42, and plot C shows the surface of the spline portion 42. Shows the cooling rate. From this graph, the cooling rate of the wheel rim 41 that requires toughness is very slow after solidification, and in the spline portion 42 that requires both toughness and hardness, the surface and internal cooling rates are It can be seen that it is faster than the rim 41.

次に、実施例1における円周方向の硬度分布について説明する。図11に示すように、エアー銃51からのエアーが直接吹き付けられる部分を基準にして、製品中心から18°間隔でサンプルを採取した(サンプル1〜サンプル6)。サンプル1及びサンプル6はエアー銃51から直接エアーが吹き付けられる部分である。   Next, the hardness distribution in the circumferential direction in Example 1 will be described. As shown in FIG. 11, samples were collected at intervals of 18 ° from the center of the product (sample 1 to sample 6) with reference to a portion where air from the air gun 51 is directly blown. Sample 1 and sample 6 are portions where air is directly blown from the air gun 51.

図12(A)はサンプル1のブリネル硬度分布を示す図(単位はHB)であり、図12(B)はサンプル6のブリネル硬度分布(単位はHB)を示す図である。これら2つの図を比較して分かるように、エアー銃51からエアーが吹き付けられた部分では、互いに略同じ硬度分布を有している。   12A is a diagram showing the Brinell hardness distribution of the sample 1 (unit is HB), and FIG. 12B is a diagram showing the Brinell hardness distribution of the sample 6 (unit is HB). As can be seen by comparing these two figures, the portions where air is blown from the air gun 51 have substantially the same hardness distribution.

図13(A)〜(C)及び図14(A)〜(C)は、それぞれサンプル1〜3及びサンプル4〜6におけるスプライン部42の硬度分布を示す図(単位はHB)である。本図に示すように、いずれのサンプルにおいても、スプライン部42は、少なくとも深さ60mmの部分までブリネル硬度が280HBとなっている。このように、スプライン部42は略全周にわたって、少なくとも深さ60mmの部分までブリネル硬度が280HBとなっており、ブリネル硬度分布にばらつきが少ないことが示されている。   FIGS. 13A to 13C and FIGS. 14A to 14C are diagrams (unit: HB) showing the hardness distribution of the spline portion 42 in Samples 1 to 3 and Samples 4 to 6, respectively. As shown in this figure, in any sample, the spline portion 42 has a Brinell hardness of 280 HB at least up to a depth of 60 mm. As described above, the spline portion 42 has a Brinell hardness of 280 HB up to a portion having a depth of at least 60 mm over substantially the entire circumference, indicating that there is little variation in the Brinell hardness distribution.

図15は、上記した実施例3において冷却速度及び靭性の測定を行った場所を説明する図である。本図に示すように、実施例3において、ホイールリム41のうち冷し材14と接している部分、及び接していない部分それぞれのうち深さ20mmの部分からサンプルA、Bとして、スプライン部42のうち肉厚部すなわち冷し材21と接している部分のうち深さ20mmの部分をサンプルCとした。   FIG. 15 is a diagram for explaining a place where the cooling rate and toughness were measured in Example 3 described above. As shown in the figure, in Example 3, the spline portion 42 is formed as samples A and B from a portion having a depth of 20 mm among a portion of the wheel rim 41 that is in contact with the cooling material 14 and a portion that is not in contact with each other. Among these, the thick portion, that is, the portion having a depth of 20 mm among the portions in contact with the cooling material 21 was designated as sample C.

図16(A)は、サンプルA〜Cにおける鋳込み直後の温度推移を示すグラフである。サンプルA及びCでは、鋳込み直後に冷し材14によって溶湯が急激に冷却されて急速に凝固しているが、サンプルBでは、冷し材14がないために、鋳込み直後の冷却速度はサンプルA及びCに対して遅く、凝固は相対的に緩やかに進行する。   FIG. 16A is a graph showing a temperature transition immediately after casting in samples A to C. FIG. In samples A and C, the molten metal is rapidly cooled and solidified rapidly by the cooling material 14 immediately after casting, but in sample B, since the cooling material 14 is not present, the cooling rate immediately after casting is sample A. And slow with respect to C, solidification proceeds relatively slowly.

図16(B)は、サンプルA〜Cの球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値を示す表である。サンプルA及びCの球状黒鉛粒数は400個/mm以上であるのに対し、サンプルBの球状黒鉛粒数は156個/mmである。また、サンプルA及びCはシャルピー衝撃値が60J前後であるのに対し、サンプルBはシャルピー衝撃値が24Jである。これから明らかなように、冷し材14,21を用いて凝固速度が上昇することにより球状黒鉛粒数が増加し、靭性が向上する。 FIG. 16B is a table showing the number of spheroidal graphite grains and Charpy impact values of Samples A to C. The number of spheroidal graphite particles in samples A and C is 400 / mm 2 or more, while the number of spheroidal graphite particles in sample B is 156 / mm 2 . Samples A and C have a Charpy impact value of around 60J, while Sample B has a Charpy impact value of 24J. As is clear from this, the number of spheroidal graphite particles is increased and the toughness is improved by increasing the solidification rate using the cooling materials 14 and 21.

図17(A)は、実施例1〜3及び比較例2それぞれにおける各部位(表面からの深さは30〜40mm)のブリネル硬度(単位はHB)をまとめた表である。なお、フランジ1,2の場所は、例えば図17(B)に示すように屈曲している部分である(以下同様)。本表から分かるように、スプライン部42のブリネル硬度はエアーブローにより、230〜250HBから280〜320HBに向上した。またホイールリム41のうちフランジ1,2の硬度は230〜250HBだった。   FIG. 17A is a table summarizing the Brinell hardness (unit: HB) of each part (depth from the surface is 30 to 40 mm) in each of Examples 1 to 3 and Comparative Example 2. The locations of the flanges 1 and 2 are bent portions as shown in FIG. 17B, for example (the same applies hereinafter). As can be seen from this table, the Brinell hardness of the spline portion 42 was improved from 230 to 250 HB to 280 to 320 HB by air blow. Further, the hardness of the flanges 1 and 2 of the wheel rim 41 was 230 to 250 HB.

図18は、実施例1〜3及び比較例2それぞれにおける各部位(表面からの深さは30〜40mm)のシャルピー衝撃値(単位はJ)をまとめた表である。本表から分かるように、スプライン部42の靭性はエアーブローにより上昇した。また、フランジ1,2の靭性は冷し材14を用いることにより、14〜23Jから36〜64Jへと大きく上昇した。   FIG. 18 is a table summarizing Charpy impact values (unit: J) of each part (depth from the surface is 30 to 40 mm) in each of Examples 1 to 3 and Comparative Example 2. As can be seen from this table, the toughness of the spline portion 42 increased by air blow. Further, the toughness of the flanges 1 and 2 greatly increased from 14 to 23 J to 36 to 64 J by using the cooling material 14.

図19は、実施例1及び3におけるホイールリム41のフランジ2及びスプライン部42の引張り強さ及び伸びを示す表である。本表から分かるように、冷し材の有無では引張り強さはそれほど変化しないが、エアーブローを用いることにより引張り強さ670N/mmから850N/mm以上へ大きく上昇する。なお、伸び量は5%前後でそれほど変わらない。 FIG. 19 is a table showing the tensile strength and elongation of the flange 2 and spline portion 42 of the wheel rim 41 in the first and third embodiments. As can be seen from this table, the tensile strength does not change so much with or without the cooling material, but by using the air blow, the tensile strength increases greatly from 670 N / mm 2 to 850 N / mm 2 or more. In addition, the amount of elongation does not change so much at around 5%.

図20(A)は、実施例1及び3における各部分の球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値を示す表である。実施例1及び3では、スプライン部42には冷し材21が用いられているため、球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値がそれぞれ200個/mm以上及び45J以上となる。 FIG. 20A is a table showing the number of spheroidal graphite particles and Charpy impact value of each part in Examples 1 and 3. In Examples 1 and 3, since the cooling material 21 is used for the spline portion 42, the number of spherical graphite particles and the Charpy impact value are 200 pieces / mm 2 or more and 45 J or more, respectively.

また実施例1には冷し材14が用いられていないため、ホイールリム41の球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値は、フランジ1においては63個/mm及び15Jであり、フランジ2においては181個/mm及び19Jであった。これに対し、実施例3には冷し材14が用いられたため、ホイールリム41のフランジ1,2それぞれの球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値は、380個/mm以上及び50J以上であった。 Further, since the cooling material 14 is not used in the first embodiment, the number of spherical graphite particles and the Charpy impact value of the wheel rim 41 are 63 pieces / mm 2 and 15 J in the flange 1 and 181 in the flange 2. Pieces / mm 2 and 19J. On the other hand, since the cooling material 14 was used in Example 3, the number of spherical graphite particles and the Charpy impact value of the flanges 1 and 2 of the wheel rim 41 were 380 pieces / mm 2 or more and 50 J or more, respectively. .

図20(B)は、球状黒鉛粒数とシャルピー衝撃値の関係を示すグラフである。球状黒鉛粒数が上昇するとシャルピー衝撃値も上昇するが、シャルピー衝撃値が29.4J以上になるのは冷し材を用いた場合である。
本グラフ及び図20(A)の表に示すように、冷し材を用いることにより球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値それぞれが上昇する。
FIG. 20B is a graph showing the relationship between the number of spherical graphite grains and the Charpy impact value. When the number of spheroidal graphite particles increases, the Charpy impact value also increases, but the Charpy impact value becomes 29.4 J or more when a cooling material is used.
As shown in the graph and the table of FIG. 20A, the number of spherical graphite particles and the Charpy impact value are increased by using a cooling material.

図21(A)は、実施例1におけるフランジ1の組織写真であり、図21(B)は実施例3におけるフランジ1の組織写真である。本写真から明らかなように、冷し材14を用いることにより黒鉛粒が微細になり、粒数が増加する。   FIG. 21A is a structure photograph of the flange 1 in the first embodiment, and FIG. 21B is a structure photograph of the flange 1 in the third embodiment. As is apparent from this photograph, the use of the cooling material 14 makes the graphite grains finer and increases the number of grains.

尚、本発明は上述した実施形態又は実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments or examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

第1の実施の形態に係るホイールハブを球状黒鉛鋳鉄品で製造する方法を説明する為の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view for demonstrating the method to manufacture the wheel hub which concerns on 1st Embodiment with a spheroidal graphite cast iron product. 図1の次の工程を説明する為の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining the next step of FIG. 1. 第1のエアーブロー方法を説明する図であり、(A)は下面図、(B)は縦断面図。It is a figure explaining the 1st air blowing method, (A) is a bottom view, (B) is a longitudinal cross-sectional view. 第2のエアーブロー方法を説明する下面図。The bottom view explaining the 2nd air blow method. 第2の実施形態に係るホイールハブの製造方法を説明する為の断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the wheel hub which concerns on 2nd Embodiment. 実施例1及び2並びに比較例1及び2それぞれにおけるスプライン部42の表面温度の推移を示すグラフ。The graph which shows transition of the surface temperature of the spline part 42 in Example 1 and 2 and Comparative Example 1 and 2, respectively. 実施例1におけるスプライン部42の深さ方向の硬度分布を示す図。The figure which shows the hardness distribution of the depth direction of the spline part 42 in Example 1. FIG. 実施例2におけるスプライン部42の深さ方向の硬度分布を示す図。The figure which shows the hardness distribution of the depth direction of the spline part 42 in Example 2. FIG. 比較例2におけるスプライン部42の深さ方向の硬度分布を示す図。The figure which shows the hardness distribution of the depth direction of the spline part 42 in the comparative example 2. FIG. (A)は実施例1におけるホイールハブ40の冷却速度を示すグラフ、(B)は冷却速度を測定した場所を示す図。(A) is a graph which shows the cooling rate of the wheel hub 40 in Example 1, (B) is a figure which shows the place which measured the cooling rate. サンプル1〜6の採取部分を説明する図。The figure explaining the collection part of the samples 1-6. (A)はサンプル1のブリネル硬度分布を示す図、(B)はサンプル6のブリネル硬度分布(単位はHB)を示す図。(A) is a figure which shows the Brinell hardness distribution of the sample 1, (B) is a figure which shows the Brinell hardness distribution (a unit is HB) of the sample 6. FIG. (A)〜(C)はサンプル1〜3におけるスプライン部42の硬度分布を示す図。(A)-(C) are figures which show the hardness distribution of the spline part 42 in the samples 1-3. (A)〜(C)はサンプル4〜6におけるスプライン部42の硬度分布を示す図。(A)-(C) are figures which show the hardness distribution of the spline part 42 in the samples 4-6. 実施例3において冷却速度及び靭性の測定を行った場所を説明する図。The figure explaining the place which measured the cooling rate and toughness in Example 3. FIG. (A)はサンプルA〜Cにおける鋳込み直後の温度推移を示すグラフ、(B)はサンプルA〜Cの球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値を示す表。(A) is a graph showing a temperature transition immediately after casting in samples A to C, and (B) is a table showing the number of spherical graphite particles and Charpy impact values of samples A to C. (A)は実施例1〜3及び比較例2それぞれにおける各部位のブリネル硬度をまとめた表、(B)はフランジ1,2の場所を説明する図。(A) is the table | surface which put together the Brinell hardness of each site | part in each of Examples 1-3 and Comparative Example 2, (B) is a figure explaining the place of the flanges 1 and 2. FIG. 実施例1〜3及び比較例2それぞれにおける各部位のシャルピー衝撃値をまとめた表。The table | surface which put together the Charpy impact value of each site | part in each of Examples 1-3 and Comparative Example 2. FIG. 実施例1及び3におけるホイールリム41のフランジ2及びスプライン部42の引張り強さ及び伸びを示す表。The table | surface which shows the tensile strength and elongation of the flange 2 of the wheel rim 41 in Example 1 and 3, and the spline part 42. FIG. (A)は実施例1及び3における各部分の球状黒鉛粒数及びシャルピー衝撃値を示す表、(B)は球状黒鉛粒数とシャルピー衝撃値の関係を示すグラフ。(A) is a table showing the number of spherical graphite particles and Charpy impact value of each part in Examples 1 and 3, and (B) is a graph showing the relationship between the number of spherical graphite particles and Charpy impact value. (A)は実施例1におけるフランジ1の組織写真、図21(B)は実施例3におけるフランジ1の組織写真。(A) is a structure photograph of the flange 1 in Example 1, FIG. 21 (B) is a structure photograph of the flange 1 in Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

10…上型、11…上部、12…下部、13…湯口、20…下型、30…中子、40…ホイールハブ、41…ホイールリム、42…スプライン部、43…押湯 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Upper mold | type, 11 ... Upper part, 12 ... Lower part, 13 ... Sprue, 20 ... Lower mold | type, 30 ... Core, 40 ... Wheel hub, 41 ... Wheel rim, 42 ... Spline part, 43 ... Hot water supply

Claims (13)

鋳型内で溶湯を凝固させた後、焼入れ温度に冷却する前に前記鋳型の一部を取り外して鋳物の一部を露出させ、該露出した部分にエアーブローを行うことにより前記露出した部分を急冷する、球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。   After solidifying the molten metal in the mold, before cooling to the quenching temperature, a part of the mold is removed to expose a part of the casting, and the exposed part is rapidly cooled by air blowing. To produce a spheroidal graphite cast iron product. 鋳型の内面の一部に、該鋳型より伝熱係数が高い材料より形成された冷し材を配置しておき、
前記鋳型に溶湯を注入し、該溶湯を、前記冷し材と接する部分では急冷凝固させる、球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。
A cooling material formed from a material having a higher heat transfer coefficient than the mold is disposed on a part of the inner surface of the mold,
A method for producing a spheroidal graphite cast iron product, in which a molten metal is injected into the mold, and the molten metal is rapidly solidified at a portion in contact with the cooling material.
前記急冷凝固させた後、焼入れ温度に冷却する前に前記鋳型の一部を取り外して鋳物の一部を露出させ、該露出した部分にエアーブローを行うことにより前記露出した部分を急冷する、請求項2に記載の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。   After the rapid solidification, before cooling to the quenching temperature, a part of the mold is removed to expose a part of the casting, and the exposed part is rapidly cooled by air blowing. Item 3. A method for producing a spheroidal graphite cast iron product according to Item 2. 前記露出した部分の外形は略円柱形状であり、
前記露出した部分にエアーブローを行う際に、前記露出した部分を囲むように、略90度間隔でエアーの噴出口を配置する請求項1又は3に記載の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。
The external shape of the exposed portion is a substantially cylindrical shape,
4. The method for producing a spheroidal graphite cast iron product according to claim 1, wherein when air blow is performed on the exposed portion, air outlets are arranged at intervals of approximately 90 degrees so as to surround the exposed portion. 5.
前記露出した部分の冷却速度は、900℃〜550℃の範囲で20℃/分以上である請求項1、3又は4に記載の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。   The method for producing a spheroidal graphite cast iron product according to claim 1, wherein a cooling rate of the exposed portion is 20 ° C./min or more in a range of 900 ° C. to 550 ° C. 6. ホイールリムとホイールハブとを一体で形成するための鋳型において、ホイールリムを形成する部分の内面の一部に、該鋳型より伝熱係数が高い材料より形成された冷し材を配置しておき、
前記鋳型に溶湯を注入し、該溶湯を、前記冷し材と接する部分では急冷凝固させる球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。
In a mold for integrally forming a wheel rim and a wheel hub, a cooling material made of a material having a higher heat transfer coefficient than that of the mold is arranged on a part of the inner surface of the part that forms the wheel rim. ,
A method for producing a spheroidal graphite cast iron product, in which a molten metal is poured into the mold, and the molten metal is rapidly solidified at a portion in contact with the cooling material.
高硬度部と、該高硬度部より硬度が低い部分を有し、
前記高硬度部において、ブリネル硬度が280HB以上であり、かつ黒鉛粒数が210個/mm以上である球状黒鉛鋳鉄品。
Having a high hardness part and a part having a lower hardness than the high hardness part,
A spheroidal graphite cast iron product having a Brinell hardness of 280 HB or more and a graphite particle number of 210 pieces / mm 2 or more in the high hardness portion.
前記高硬度部は、鋳型内で溶湯を凝固させて鋳物を形成した後、焼入れ温度に冷却する前に前記鋳型の一部を取り外して前記鋳物の一部を露出させ、該露出した部分にエアーブローを行うことにより形成されている請求項7に記載の球状黒鉛鋳鉄品。   After the molten metal is solidified in the mold to form a casting, the high hardness portion removes a part of the mold and exposes a part of the casting before cooling to the quenching temperature. The spheroidal graphite cast iron product according to claim 7, which is formed by blowing. 前記硬度が低い部分の一部は、引張り強さが600N/mm以上であり、かつシャルピー衝撃値が29.4J以上の強靭部である請求項7又は8に記載の球状黒鉛鋳鉄品。 9. The spheroidal graphite cast iron product according to claim 7, wherein a part of the low hardness portion is a tough portion having a tensile strength of 600 N / mm 2 or more and a Charpy impact value of 29.4 J or more. 鋳型内に、該鋳型より伝熱係数が高い材料より形成された冷し材を配置しておき、前記溶湯を、前記冷し材と接する部分で急冷凝固させることにより、前記強靭部が形成されている請求項9に記載の球状黒鉛鋳鉄品。   The toughened portion is formed by placing a cooling material made of a material having a higher heat transfer coefficient than that of the mold in the mold, and rapidly solidifying the molten metal at a portion in contact with the cooling material. The spheroidal graphite cast iron product according to claim 9. 前記高硬度部において黒鉛粒数が740個/mm未満である請求項7〜10のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄品。 Spheroidal graphite cast iron according to any one of claims 7 to 10 the number of graphite grains is less than 740 pieces / mm 2 in the high-hardness portion. 前記球状黒鉛鋳鉄品は車両用のホイールハブであり、
前記高硬度部はスプライン部に位置している請求項7〜11のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄品。
The spheroidal graphite cast iron product is a wheel hub for vehicles,
The spheroidal graphite cast iron product according to any one of claims 7 to 11, wherein the high hardness portion is located in a spline portion.
前記高硬度部は、前記球状黒鉛鋳鉄品の表面から深さ60mm以上の領域まで分布している請求項7〜12のいずれか一項に記載の球状黒鉛鋳鉄品。
The spheroidal graphite cast iron product according to any one of claims 7 to 12, wherein the high hardness portion is distributed from the surface of the spheroidal graphite cast iron product to a region having a depth of 60 mm or more.
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