JP2010280959A

JP2010280959A - フェライト系ｃｖ黒鉛鋳鉄

Info

Publication number: JP2010280959A
Application number: JP2009135756A
Authority: JP
Inventors: Noriji Yamamoto; 憲志山本; Shigeya Seto; 滋弥瀬戸; Kaoru Arai; 馨荒井
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: JP5366666B2

Abstract

【課題】既存の片状黒鉛鋳鉄と同程度の容切削性を確保しつつ強度を高めたフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄を提供する。
【解決手段】Ｃ：３．３８〜３．６２重量％、Ｍｎ：０．４１重量％未満、Ｐ：０．０２３重量％未満、Ｓ：０．０１６重量％未満、Ｃｒ：０．１５重量％未満、Ｍｏ：０．０４重量％未満、Ｃｕ：０．１７重量％未満、Ｓｉ：２．８〜３．３重量％、Ｍｇ：０．０１１〜０．０４重量％を含有し、残部がＦｅから成るフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄に関し、横軸をＳｉの含有率とし且つ縦軸をＭｇの含有率としたグラフ上でＳｉの含有率が下限値２．８重量％の時のＭｇの含有率の第一の上限値０．０４重量％と第一の下限値０．０２重量％、Ｓｉの含有率が上限値３．３重量％の時のＭｇの含有率の第二の上限値０．０３８重量％と第二の下限値０．０１１重量％の四点で囲まれた範囲α内でＳｉとＭｇの含有率を規定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄に関するものである。

これまでシリンダ・ブロックやヘッド等の自動車部品については、耐摩耗性に優れ、振動を吸収し易く、容切削性で生産性の高い片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄）が主として用いられてきており、一般的に、この種の片状黒鉛鋳鉄は、ほぼ全体がパーライトと称する硬くて強度の高い基地組織となっているものの、その黒鉛の形態が片状であるために亀裂が入り易いという性質があり、軽量化のために薄肉化を図ると強度不足を招き易くなるという不都合があった。

一方、高強度の鋳鉄としては、黒鉛の形態が球状を成す球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）が従来より知られているが、黒鉛の形態を球状化することによる強度アップは、同時に硬度アップも招いてしまうため、球状黒鉛鋳鉄では硬過ぎて難切削性となってしまい、シリンダ・ブロックやヘッド等の自動車部品に適用したとしても、多大なコストをかけて既存の加工設備を一新しない限り生産性を高めることができなかった。

更に、片状黒鉛鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄の中間的な物性を示す鋳鉄としてＣＶ黒鉛鋳鉄（コンパクテッドバーミキュラ黒鉛鋳鉄）が知られており、図２に示す如く、この種のＣＶ黒鉛鋳鉄では、黒鉛（図２中の黒塗り部分参照）の形態が片状と球状の中間の芋虫状を成すようになっていて、以前は片状黒鉛鋳鉄でも球状黒鉛鋳鉄でもない中途半端な材料と看做されてきたが、最近では片状黒鉛鋳鉄の強度を多量の合金元素を添加せずに手軽に増加できる新たな手段として注目を集めている。

即ち、晶出される黒鉛ａの形態を片状の黒鉛よりも先端形状が丸みを有する芋虫状の黒鉛とすれば、片状の黒鉛よりも耐亀裂性が向上することになり、既存の片状黒鉛鋳鉄よりも強度向上を図ることが可能となる。

尚、この種のＣＶ黒鉛鋳鉄に関連する先行技術文献情報としては、次にあげる特許文献１等が既に存在している。

特開２０００−３８６３９号公報

しかしながら、先の特許文献１等で提案されているような既存のＣＶ黒鉛鋳鉄では、従来の片状黒鉛鋳鉄と同じように、基地組織をパーライト地としたまま黒鉛の芋虫状化を促進して強度を高めるようにしていたため、片状黒鉛鋳鉄を材料として加工を施していた既存の加工設備をそのまま流用できるほどの容切削性を持つＣＶ黒鉛鋳鉄を得ることはできなかった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、既存の片状黒鉛鋳鉄と同程度の容切削性を確保しつつ強度を高めたフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄を提供することを目的としている。

本発明は、Ｃ：３．３８〜３．６２重量％、Ｍｎ：０．４１重量％未満、Ｐ：０．０２３重量％未満、Ｓ：０．０１６重量％未満、Ｃｒ：０．１５重量％未満、Ｍｏ：０．０４重量％未満、Ｃｕ：０．１７重量％未満、Ｓｉ：２．８〜３．３重量％、Ｍｇ：０．０１１〜０．０４重量％を含有し、残部がＦｅから成るフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄であって、横軸をＳｉの含有率とし且つ縦軸をＭｇの含有率としたグラフ上でＳｉの含有率が下限値２．８重量％の時にＭｇの含有率が第一の上限値０．０４重量％と第一の下限値０．０２重量％をとり且つＳｉの含有率が上限値３．３重量％の時にＭｇの含有率が第二の上限値０．０３８重量％と第二の下限値０．０１１重量％をとり、これらＭｇの第一の上限値及び下限値と第二の上限値及び下限値の四点で囲まれた範囲内でＳｉとＭｇの含有率を規定したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、基地組織をＳｉの成分調整により軟質のフェライト地としながらも黒鉛の晶出をＭｇの接種量により芋虫状化してＣＶ黒鉛鋳鉄とすることが可能となり、より具体的には、
・引張り強さ：σＢ＞４００ＭＰａ
・硬さ：１９５〜２５０ＨＶ
・黒鉛球状化率：３０〜７０％
を満たすＣＶ黒鉛鋳鉄が得られるので、既存の片状黒鉛鋳鉄と同程度の容切削性を確保しつつ既存の片状黒鉛鋳鉄より強度を高めることが可能となる。

即ち、Ｓｉは黒鉛化元素、Ｍｇは球状化促進元素として夫々含有されるものであるが、横軸をＳｉの含有率とし且つ縦軸をＭｇの含有率としたグラフ上でＭｇの第一の上限値及び下限値と第二の上限値及び下限値の四点で囲まれた範囲内でＳｉとＭｇの含有率を規定するようにすれば、前述の如き引張り強さ、硬さ、黒鉛球状化率の必要条件を満たすフェライト系（基地組織がフェライト地）のＣＶ黒鉛鋳鉄が安定して得られる。

ここで、Ｃは強度向上元素として含有されるもので、３．３８重量％より少ないと黒鉛形態が片状化して強度が弱くなり、３．６２重量％より多いと黒鉛形態が球状化して強度が高くなる一方、素材硬さも高まって切削性が悪化してしまうことになるので、鋳鉄中に占めるＣの含有率を３．３８〜３．６２重量％の範囲に規定している。

また、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕは、原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分で、フェライト化阻害元素（特にＣｕは強パーライト化元素）として知られているものであり、所定の含有率以上に鋳鉄中に含まれるとパーライト化傾向が強まってしまうため、基地組織をフェライト化したい本発明にあっては、これらを夫々の所定の含有率未満に抑えるようにしている。

尚、ＰとＳも原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分であって、有害元素であることから可能な限り除去したいものであるが、ここでは現状の技術で除去することが可能なレベルの含有率を規定しているにすぎない。

以上に説明したことから明らかなように、上記した本発明のフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄によれば、基地組織をＳｉの成分調整により軟質のフェライト地としながらも黒鉛の晶出をＭｇの接種量により芋虫状化してＣＶ黒鉛鋳鉄とすることができるので、既存の片状黒鉛鋳鉄と同程度の容切削性を確保しつつ強度を向上することができ、これによって、片状黒鉛鋳鉄を材料として加工を施していた既存の加工設備をそのまま流用して従来より強度の高い部品の製造を実現することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明におけるＳｉとＭｇの最適な含有率の範囲を示すグラフである。ＣＶ黒鉛鋳鉄の黒鉛の分布と形状を示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

本発明の概要は、Ｃ（炭素）：３．３８〜３．６２重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．４１重量％未満、Ｐ（リン）：０．０２３重量％未満、Ｓ（硫黄）：０．０１６重量％未満、Ｃｒ（クロム）：０．１５重量％未満、Ｍｏ（モリブデン）：０．０４重量％未満、Ｃｕ（銅）：０．１７重量％未満、Ｓｉ（珪素）：２．８〜３．３重量％、Ｍｇ（マグネシウム）：０．０１１〜０．０４重量％を含有し、残部がＦｅ（鉄）から成るフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄に関するものであるが、ＳｉとＭｇの含有率については、夫々が単独で固有の含有率の範囲を持つのではなく、これらＳｉとＭｇを除いた他の成分を前述の通りの含有率に規定した条件下で、以下に詳述する如き範囲内で相互に関連性を持って規定されるようになっている。

即ち、図１に横軸をＳｉの含有率とし且つ縦軸をＭｇの含有率としてグラフで示す如く、Ｓｉの含有率が下限値２．８重量％の時にＭｇの含有率が第一の上限値０．０４重量％から第一の下限値０．０２重量％までの範囲となり、Ｓｉの含有率が上限値３．３重量％の時にＭｇの含有率が第二の上限値０．０３８重量％から第二の下限値０．０１１重量％までの範囲となるようにしており、Ｍｇの第一の上限値及び下限値と第二の上限値及び下限値の四点で囲まれた範囲α内でＳｉとＭｇの含有率が規定されるようにしてある。

このグラフは、硬さ（基地組織のフェライト化）に影響する黒鉛化元素であるＳｉと、強度（球状化）に影響する球状化促進元素であるＭｇとをパラメータとして、「硬さ（切削性）〈１９５〜２５０ＨＶ〉」、「強度への感度調査〈σＢ＞４００ＭＰａ〉」、「黒鉛のＣＧＩ化〈球状化率３０〜７０％〉」の確認試験（他元素は固定）を行い、その結果を重回帰分析することで得られた下記の式（１）〜（３）を用いて最適成分系の範囲化を実施したものである。
［数１］
σＢ＝６５１６Ｍｇ−３．３ｔ＋１１４Ｓｉ＋１９（１）
σＢ＞４００ＭＰａ
［数２］
ＨＶ＝ｔ＋６９４Ｍｇ＋１９９（２）
ＨＶ：１９５〜２５０
［数３］
球状化率＝２２９９５Ｍｇ²−４．７√（ｔ）−１６Ｓｉ＋４．１（３）
球状化率：３０〜７０％

即ち、Ｓｉは黒鉛化元素、Ｍｇは球状化促進元素として夫々含有されるものであるが、図１のグラフ上でＭｇの第一の上限値及び下限値と第二の上限値及び下限値の四点で囲まれた範囲α内でＳｉとＭｇの含有率を規定するようにすれば、前述の如き引張り強さ、硬さ、黒鉛球状化率の必要条件を満たすフェライト系（基地組織がフェライト地）のＣＶ黒鉛鋳鉄が安定して得られる。

また、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕは、主として原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分で、フェライト化阻害元素（特にＣｕは強パーライト化元素）として知られているものであり、所定の含有率以上に鋳鉄中に含まれるとパーライト化傾向が強まってしまうため、基地組織をフェライト化したい本発明にあっては、これらを夫々の所定の含有率未満に抑えるようにしている。

従って、上記形態例によれば、基地組織をＳｉの成分調整により軟質のフェライト地としながらも黒鉛の晶出をＭｇの接種量により芋虫状化してＣＶ黒鉛鋳鉄とすることができるので、既存の片状黒鉛鋳鉄と同程度の容切削性を確保しつつ既存の片状黒鉛鋳鉄より強度を高めることができ、これによって、片状黒鉛鋳鉄を材料として加工を施していた既存の加工設備をそのまま流用して従来より強度の高い部品の製造を実現することができる。

尚、本発明のフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

α 範囲

Claims

Ｃ：３．３８〜３．６２重量％、Ｍｎ：０．４１重量％未満、Ｐ：０．０２３重量％未満、Ｓ：０．０１６重量％未満、Ｃｒ：０．１５重量％未満、Ｍｏ：０．０４重量％未満、Ｃｕ：０．１７重量％未満、Ｓｉ：２．８〜３．３重量％、Ｍｇ：０．０１１〜０．０４重量％を含有し、残部がＦｅから成るフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄であって、横軸をＳｉの含有率とし且つ縦軸をＭｇの含有率としたグラフ上でＳｉの含有率が下限値２．８重量％の時にＭｇの含有率が第一の上限値０．０４重量％と第一の下限値０．０２重量％をとり且つＳｉの含有率が上限値３．３重量％の時にＭｇの含有率が第二の上限値０．０３８重量％と第二の下限値０．０１１重量％をとり、これらＭｇの第一の上限値及び下限値と第二の上限値及び下限値の四点で囲まれた範囲内でＳｉとＭｇの含有率を規定したことを特徴とすることを特徴とするフェライト系ＣＶ黒鉛鋳鉄。