JP2597031B2 - 鋳造品の局部軟化方法 - Google Patents
鋳造品の局部軟化方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金型等を用いて鋳造した鋳造品の一部を鋳造
後に焼鈍して軟化せしめる方法に関する。
後に焼鈍して軟化せしめる方法に関する。
（従来の技術） 金型を用いて鋳鉄部材を鋳造する方法として特開昭63
−174775号が知られている。
−174775号が知られている。
この方法はカムシャフト等の鋳物を鋳造するにあた
り、金型のキャビティ内に溶湯を充填した後、溶湯の表
層を急冷して殻状の凝固層とし、この時点で離型するよ
うにしたものである。このようにすることで、金型に変
形や摩擦を生じることなく、表層が高硬度のチル組織と
なったカムシャフトが得られる。
り、金型のキャビティ内に溶湯を充填した後、溶湯の表
層を急冷して殻状の凝固層とし、この時点で離型するよ
うにしたものである。このようにすることで、金型に変
形や摩擦を生じることなく、表層が高硬度のチル組織と
なったカムシャフトが得られる。
上述したように金型を用いてカムシャフト等を鋳造す
れば、砂型を用いた場合に比べ、効率良く且つコスト的
にも有利に鋳物が得られる。
れば、砂型を用いた場合に比べ、効率良く且つコスト的
にも有利に鋳物が得られる。
しかしながら金型を使用する場合には、砂型に冷し金
をセットする場合と異なり、鋳物の表面全体がチル化
し、鋳造後にセンター穴やスプライン溝を加工すべき部
分の硬度が硬くなり過ぎ、刃具の寿命等の点で不利が生
じる。
をセットする場合と異なり、鋳物の表面全体がチル化
し、鋳造後にセンター穴やスプライン溝を加工すべき部
分の硬度が硬くなり過ぎ、刃具の寿命等の点で不利が生
じる。
そこで第５図に示すように一旦鋳造した鋳物の一部を
高周波等を利用して再加熱し、次いで一定時間高温状態
で保持した後に放冷することで当該一部を焼鈍軟化する
方法が考えられるが、この方法のように一定速度でチル
組織となっている鋳物を加熱すると以下の問題がある。
高周波等を利用して再加熱し、次いで一定時間高温状態
で保持した後に放冷することで当該一部を焼鈍軟化する
方法が考えられるが、この方法のように一定速度でチル
組織となっている鋳物を加熱すると以下の問題がある。
（発明が解決しようとする課題） 即ち、鋳鉄は鋳込んでから常温まで冷却せしめる間に
以下の３つの容積変化を行う。
以下の３つの容積変化を行う。
鋳込み温度から凝固点までの液体としての収縮。
凝固による容積変化。（白銑鉄は収縮、灰銑鉄は膨
張） 固体の冷却（変態）による膨張又は収縮。
張） 固体の冷却（変態）による膨張又は収縮。
そして、上記，が鋳造後の残留応力の原因とな
り、この残留応力は構造応力と組織応力に分けられる。
構造応力とは鋳造品の各部の冷却速度が異なることに起
因して発生する応力で、組織応力は組織や組成の分布及
び大きさなどの材質の差に起因して発生する応力があ
る。
り、この残留応力は構造応力と組織応力に分けられる。
構造応力とは鋳造品の各部の冷却速度が異なることに起
因して発生する応力で、組織応力は組織や組成の分布及
び大きさなどの材質の差に起因して発生する応力があ
る。
先ず、構造応力の面から述べると、残留応力の発生過
程は凝固、冷却時の始めは、表層は速く冷却するため収
縮して引張応力状態となり内部は圧縮応力状態となる。
ここで表層より温度の高い可塑的な内部がこの圧縮応力
によって塑性変形を行なうと、その部分の実質寸法は縮
小する。するとこれによりさらに冷却の進んだ段階では
その応力状態は逆転し、表層に圧縮、内部に引張りの残
留応力が発生し、その境界近くに引張りの極大が現われ
る。
程は凝固、冷却時の始めは、表層は速く冷却するため収
縮して引張応力状態となり内部は圧縮応力状態となる。
ここで表層より温度の高い可塑的な内部がこの圧縮応力
によって塑性変形を行なうと、その部分の実質寸法は縮
小する。するとこれによりさらに冷却の進んだ段階では
その応力状態は逆転し、表層に圧縮、内部に引張りの残
留応力が発生し、その境界近くに引張りの極大が現われ
る。
一方、組織応力の面から述べると、金型鋳造に於て
は、その金型に接する面は冷却速度が極めて早いため表
層は白銑組織（パーライト及びレーデブライト）とな
り、冷却速度の遅い内部は灰銑組織（黒鉛及びパーライ
ト）となり、そしてその境界部は斑銑（パーライト、黒
鉛及びレーデブライト）となる。この様に表層と内部と
が組織を異にし従がって比容積を異にする。この比容積
の差によって表層に圧縮、内部に引張りの応力を生じ、
この影響が集中的に現われる境界部では圧縮、引張りと
も大きくなる傾向にある。
は、その金型に接する面は冷却速度が極めて早いため表
層は白銑組織（パーライト及びレーデブライト）とな
り、冷却速度の遅い内部は灰銑組織（黒鉛及びパーライ
ト）となり、そしてその境界部は斑銑（パーライト、黒
鉛及びレーデブライト）となる。この様に表層と内部と
が組織を異にし従がって比容積を異にする。この比容積
の差によって表層に圧縮、内部に引張りの応力を生じ、
この影響が集中的に現われる境界部では圧縮、引張りと
も大きくなる傾向にある。
以上述べた様に金型鋳造に於ては熱応力による残留応
力と表層と内部の組織の相違による残留応力が重畳す
る。このような鋳造応力は加熱により除去でき鋳物を加
熱してゆくと300〜500℃の間で応力は急激に減少し、60
0℃ではほとんど消失する。
力と表層と内部の組織の相違による残留応力が重畳す
る。このような鋳造応力は加熱により除去でき鋳物を加
熱してゆくと300〜500℃の間で応力は急激に減少し、60
0℃ではほとんど消失する。
そこで、上述の残留応力分布状態、即ち表面が圧縮、
内部が引張り、境界部付近が引張り極大にある金型鋳造
品を高周波加熱により、急速加熱すると、表層のみが加
熱され表層部の体積膨張により熱応力が発生する。この
熱応力は加熱の初期に発生し、表層は圧縮、内部は引張
りとなる。この高周波による急速加熱により金型鋳造部
材の表層と内部の境界に存在する引張りの極大が急速に
加熱による熱応力の引張りを助長し、チル層直下を起点
とするクラックを発生させる。
内部が引張り、境界部付近が引張り極大にある金型鋳造
品を高周波加熱により、急速加熱すると、表層のみが加
熱され表層部の体積膨張により熱応力が発生する。この
熱応力は加熱の初期に発生し、表層は圧縮、内部は引張
りとなる。この高周波による急速加熱により金型鋳造部
材の表層と内部の境界に存在する引張りの極大が急速に
加熱による熱応力の引張りを助長し、チル層直下を起点
とするクラックを発生させる。
また、局部急速加熱により軸方向に於て、加熱部と非
加熱部との間において、苛酷な応力が発生する。即ち急
速加熱部が近傍の低温部に拘束されて生ずる熱応力によ
り加熱部に塑性変形が起こり、このため加熱部と非加熱
部との境界部付近に引張りの極大が生じ、境界部付近を
起点とするクラックを発生するか或いは境界部付近から
変形する。
加熱部との間において、苛酷な応力が発生する。即ち急
速加熱部が近傍の低温部に拘束されて生ずる熱応力によ
り加熱部に塑性変形が起こり、このため加熱部と非加熱
部との境界部付近に引張りの極大が生じ、境界部付近を
起点とするクラックを発生するか或いは境界部付近から
変形する。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明は、Ｃを3.2〜3.6wt
％、Siを1.7〜1.8wt％、Mnを0.5〜0.7wt％、Ｐを0.1wt
％以下、Ｓを0.1wt％以下含むFC20〜FC30相当の鋳鉄、
又はNiを0.4〜0.6wt％、Crを0.5〜1.0wt％、Moを0.5〜
1.0wt％含む鋳鉄の溶湯を金型内に注湯した後、金型と
接触する溶湯表層部が高硬度チル組織の殻状の凝固層と
なった時点で離型してカムシャフトを得る鋳造工程と、 離型したカムシャフトのジャーナル部に誘導コイルを
臨ませ、ジャーナル部がA1変態点以下で600℃以上の温
度範囲にあるときに、高周波誘導加熱を開始し、1000〜
1100℃に達したらその温度に保持する昇温・保持工程
と、 次に高周波誘導加熱を停止し、ジャーナル部の温度が
Ms（マルテンサイト開始）点以下とならないうちに炉内
にてカムシャフト全体を550〜600℃に加熱・保持して応
力を除去する焼鈍工程とを実施することで、ジャーナル
部をパーライト組織にすることとした。
％、Siを1.7〜1.8wt％、Mnを0.5〜0.7wt％、Ｐを0.1wt
％以下、Ｓを0.1wt％以下含むFC20〜FC30相当の鋳鉄、
又はNiを0.4〜0.6wt％、Crを0.5〜1.0wt％、Moを0.5〜
1.0wt％含む鋳鉄の溶湯を金型内に注湯した後、金型と
接触する溶湯表層部が高硬度チル組織の殻状の凝固層と
なった時点で離型してカムシャフトを得る鋳造工程と、 離型したカムシャフトのジャーナル部に誘導コイルを
臨ませ、ジャーナル部がA1変態点以下で600℃以上の温
度範囲にあるときに、高周波誘導加熱を開始し、1000〜
1100℃に達したらその温度に保持する昇温・保持工程
と、 次に高周波誘導加熱を停止し、ジャーナル部の温度が
Ms（マルテンサイト開始）点以下とならないうちに炉内
にてカムシャフト全体を550〜600℃に加熱・保持して応
力を除去する焼鈍工程とを実施することで、ジャーナル
部をパーライト組織にすることとした。
（作用） 離型後の昇温開始温度がA1変態点を超えると高周波誘
導加熱における加熱効率が極端に低下して消費電力が嵩
む。また、昇温開始温度が600℃未満になると、昇温時
に大きな熱応力が発生して割れる虞れがある。エネルギ
ー効率と品質維持の観点から、昇温開始温度をA1変態点
以下で600℃以上とした。
導加熱における加熱効率が極端に低下して消費電力が嵩
む。また、昇温開始温度が600℃未満になると、昇温時
に大きな熱応力が発生して割れる虞れがある。エネルギ
ー効率と品質維持の観点から、昇温開始温度をA1変態点
以下で600℃以上とした。
そして、1000〜1100℃の昇温・保持により、チル層に
存在するパーライト部分が短時間でオーステナイト化す
る。
存在するパーライト部分が短時間でオーステナイト化す
る。
次の冷却でジャーナル部の温度がMs点以下にならない
ように焼鈍を開始することで、マルテンサイトの析出を
防ぐことができる。
ように焼鈍を開始することで、マルテンサイトの析出を
防ぐことができる。
そこで、550〜600℃の焼鈍工程を実施することで、ジ
ャーナル部をHRC30前後のパーライト組織にすることが
できる。なお、HRCはロックウエルＣ硬さを意味する。
ャーナル部をHRC30前後のパーライト組織にすることが
できる。なお、HRCはロックウエルＣ硬さを意味する。
（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。
第１図は本発明方法に係る局部軟化方法を実施する前
のカムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施
した後のカムシャフトの断面図であり、カムシャフト１
は複数のカム部２…を対をなすように軸方向に離間して
一体的に形成し、これら対をなすカム2,2の間及びカム
シャフト１両端にジャーナル部３を設けている。
のカムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施
した後のカムシャフトの断面図であり、カムシャフト１
は複数のカム部２…を対をなすように軸方向に離間して
一体的に形成し、これら対をなすカム2,2の間及びカム
シャフト１両端にジャーナル部３を設けている。
また、カムシャフト１は［表］に示すJISFC20〜FC30
相当の鋳鉄成分からなる。
相当の鋳鉄成分からなる。
そして上記の成分からなる溶湯を金型に注入してカム
シャフト１を鋳造する。ここで鋳造に用いる金型は例え
ば0.8〜4.0wt％のCrを含有するCu−Cr合金から構成され
る熱伝導率の高いものとし、好ましくはカムシャフト１
の表面部を急冷するための冷却路を内部に形成したもの
とする。
シャフト１を鋳造する。ここで鋳造に用いる金型は例え
ば0.8〜4.0wt％のCrを含有するCu−Cr合金から構成され
る熱伝導率の高いものとし、好ましくはカムシャフト１
の表面部を急冷するための冷却路を内部に形成したもの
とする。
而して斬る構造の金型のキャビティ内に溶湯を注入す
ることで、表層部1aがHRC40〜50（特にカム部はHRC45以
上）のチル組織となり、芯部1bがHRC40以下の組織とな
る。
ることで、表層部1aがHRC40〜50（特にカム部はHRC45以
上）のチル組織となり、芯部1bがHRC40以下の組織とな
る。
以上のカムシャフトの一部、例えば両端のジャーナル
部３を軟化せしめるには第３図に示すように、まず金型
鋳造における離型後の赤熱状態（600〜900℃）にある、
カムシャフトの所要軟化部分であるジャーナル部を誘導
コイルなどの高周波加熱部材４により1000〜1100℃まで
急速加熱する。このように赤熱状態からの加熱により、
表層部と内部との温度差及びジャーナル部と他の部分
（カム部）との温度差を小さくできるので、加熱による
クラック及び変形の発生を防止できる。またジャーナル
部３以外への伝熱を抑制できる。
部３を軟化せしめるには第３図に示すように、まず金型
鋳造における離型後の赤熱状態（600〜900℃）にある、
カムシャフトの所要軟化部分であるジャーナル部を誘導
コイルなどの高周波加熱部材４により1000〜1100℃まで
急速加熱する。このように赤熱状態からの加熱により、
表層部と内部との温度差及びジャーナル部と他の部分
（カム部）との温度差を小さくできるので、加熱による
クラック及び変形の発生を防止できる。またジャーナル
部３以外への伝熱を抑制できる。
ここで、第３図に示す実施例にあっては高周波加熱を
スタートする温度を600℃以上でA1変態点（738℃）以下
としている。この場合にはチル層に存在するパーライト
組織がオーステナイト組織に変化する。
スタートする温度を600℃以上でA1変態点（738℃）以下
としている。この場合にはチル層に存在するパーライト
組織がオーステナイト組織に変化する。
次に上記状態にあるカムシャフトを550〜600℃×2Hの
条件により電気炉を用いて鋳造応力除去焼鈍を行なう。
ジャーナル部のオーステナイト状態にある部分は、電気
炉投入により焼鈍温度まで徐冷され、恒温、保持され
る。従って、軟化すべき部分の変形は極力押さえられ
る。また上記焼鈍条件により、ジャーナル部以外のセメ
ンタイトの黒鉛化は生じない。そして、応力除去焼鈍
後、カムシャフトは自然放冷される。
条件により電気炉を用いて鋳造応力除去焼鈍を行なう。
ジャーナル部のオーステナイト状態にある部分は、電気
炉投入により焼鈍温度まで徐冷され、恒温、保持され
る。従って、軟化すべき部分の変形は極力押さえられ
る。また上記焼鈍条件により、ジャーナル部以外のセメ
ンタイトの黒鉛化は生じない。そして、応力除去焼鈍
後、カムシャフトは自然放冷される。
第３図に示すように上記処理によりカムシャフト両端
ジャーナル部５は、チル組織が分解され、レーデブライ
ト共晶を構成するセメンタイトの一部の黒鉛化と上記オ
ーステナイト部分のパーライト化により、両端ジャーナ
ル部の硬さはHRC30前後となる。
ジャーナル部５は、チル組織が分解され、レーデブライ
ト共晶を構成するセメンタイトの一部の黒鉛化と上記オ
ーステナイト部分のパーライト化により、両端ジャーナ
ル部の硬さはHRC30前後となる。
（発明の効果） 第４図は以下の条件によって軟化処理した後のカムシ
ャフトの各部の残留応力を示すものである。
ャフトの各部の残留応力を示すものである。
条件： 高周波加熱前ワーク温度 650℃及び780℃ 高周波昇温加熱条件 （ａ）周波数…5KHz/sec （ｂ）出 力…26Kw （ｃ）加熱時間…15秒 （ｄ）加熱温度…1.050℃ 高周波保持加熱条件 （ａ）周波数…3KHz/sec （ｂ）出 力…18Kw （ｃ）保持時間…30秒 （ｄ）加熱温度…1.050℃ 電気炉焼鈍条件 （ａ）加熱温度…600℃ （ｂ）保持時間…2H 第４図及び以上の説明から明らかなように本発明によ
れば、離型直後の鋳造品の一部を赤熱状態（600〜900
℃）で高周波加熱することで表層部と内部との温度差を
小さくできる。従って加熱により、発生する熱応力も非
常に小さく、所要加熱温度まで急速加熱をしてもクラッ
クの発生を防止できる。また、加熱部分とその他の部分
との温度差が少ないため、高周波加熱による変形が少な
い。また急速加熱の為、不必要部分まで熱が伝わること
を抑制できるので不必要部分の軟化を防止できる。
れば、離型直後の鋳造品の一部を赤熱状態（600〜900
℃）で高周波加熱することで表層部と内部との温度差を
小さくできる。従って加熱により、発生する熱応力も非
常に小さく、所要加熱温度まで急速加熱をしてもクラッ
クの発生を防止できる。また、加熱部分とその他の部分
との温度差が少ないため、高周波加熱による変形が少な
い。また急速加熱の為、不必要部分まで熱が伝わること
を抑制できるので不必要部分の軟化を防止できる。
第１図は本発明方法に係る局部軟化方法を実施する前の
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図、第３図は本発明方法の加
熱パターンを示すグラフ、第４図は焼鈍後のカムシャフ
トの各部の残留応力を示す図、第５図は従来方法を示す
グラフである。 尚、図面中１はカムシャフト、1aは表層部、1bは芯部、
２はカム部、３はジャーナル部、４は加熱部材（誘導コ
イル）である。
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図、第３図は本発明方法の加
熱パターンを示すグラフ、第４図は焼鈍後のカムシャフ
トの各部の残留応力を示す図、第５図は従来方法を示す
グラフである。 尚、図面中１はカムシャフト、1aは表層部、1bは芯部、
２はカム部、３はジャーナル部、４は加熱部材（誘導コ
イル）である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 37/08 Ｃ２２Ｃ 37/08 Ｚ (72)発明者 原田 浩久 三重県鈴鹿市竹野２―５―７ (72)発明者 松本 勲 神奈川県秦野市南矢名小南前2044 秦野 マンションＡ312 (72)発明者 江原 誠二 三重県鈴鹿市南玉垣町玉垣5532 サテラ イト玉垣201 (56)参考文献 特開 平２−149640（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】Ｃを3.2〜3.6wt％、Siを1.7〜1.8wt％、Mn
を0.5〜0.7wt％、Ｐを0.1wt％以下、Ｓを0.1wt％以下含
むFC20〜FC30相当の鋳鉄、又はNiを0.4〜0.6wt％、Crを
0.5〜1.0wt％、Moを0.5〜1.0wt％含む鋳鉄の溶湯を金型
内に注湯した後、金型と接触する溶湯表層部が高硬度チ
ル組織の殻状の凝固層となった時点で離型してカムシャ
フトを得る鋳造工程と、 離型したカムシャフトのジャーナル部に誘導コイルを臨
ませ、ジャーナル部がA1変態点以下で600℃以上の温度
範囲にあるときに、高周波誘導加熱を開始し、1000〜11
00℃に達したらその温度に保持する昇温・保持工程と、 次に高周波誘導加熱を停止し、ジャーナル部の温度がMs
点以下とならないうちに炉内にてカムシャフト全体を55
0〜600℃に加熱・保持して応力を除去する焼鈍工程とを
実施することで、ジャーナル部をパーライト組織にする
ことを特徴とした鋳造品の局部軟化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101014A JP2597031B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 鋳造品の局部軟化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101014A JP2597031B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 鋳造品の局部軟化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04317A JPH04317A (ja) | 1992-01-06 |
| JP2597031B2 true JP2597031B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=14289364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2101014A Expired - Fee Related JP2597031B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 鋳造品の局部軟化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2597031B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3934721B2 (ja) * | 1997-01-23 | 2007-06-20 | 本田技研工業株式会社 | 高周波誘導加熱装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06104877B2 (ja) * | 1988-11-30 | 1994-12-21 | 本田技研工業株式会社 | 耐摩耗性部材の製造方法 |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2101014A patent/JP2597031B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04317A (ja) | 1992-01-06 |
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