JP2620695B2 - 高強度を有する鉄系鋳物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高強度、高剛性を有する鉄系鋳物に関する
ものであり、さらに詳細には、Fe−Ｃ−Si系の過共析組
成を有し、球状黒鉛とパーライト組織とからなる鉄系鋳
物に関するものである。

先行技術 近年、自動車用部品においては、軽量化のニーズか
ら、材料の高強度化が、また、振動、騒音対策の面か
ら、材料の高剛性化が、それぞれ求められている。

今日、自動車用部品として多く用いられている球状黒
鉛鋳鉄は、優れた鋳造性を有し、また、オーステンパー
処理などによって高強度化が図られているが、この球状
黒鉛鋳鉄は、通常、2.5重量％以上の炭素を含んでいる
ため、弾性係数が低く、剛性の面で劣るという問題があ
った。また、鋳鋼は、強度、剛性面で優れているが、製
造がしにくく、加工性に劣るという欠点があった。

このような状況下で、特開昭61−174358号公報は、Fe
−Ｃ−Si系の過共析組成を有し、マグネシウム、カルシ
ウム、セリウムなどの球状化元素を加えることにより球
状化した黒鉛と、ベイナイト組織からなる低炭素の球状
黒鉛鋳鉄を提案している。

発明の解決しようとする問題点 しかしながら、このようにマグネシウム、カルシウ
ム、セリウムなどの球状化元素を加えることにより黒鉛
の球状化を図るときは、球状化処理時に激しい反応や温
度低下が生じて、歩留まりが悪く、製造上の管理が困難
であるだけでなく、球状黒鉛が微細化しにくく、強度、
剛性に劣るなど、自動車のクランクシャフト、コンロッ
ド、カムシャフトなどの部品に使用するには、十分な性
能が得られないという問題があった。

発明の目的 本発明は、製造が容易で、高強度、高剛性を有する鉄
系鋳物を提供することを目的とするものである。

本発明の別の目的は、自動車のクランクシャフト、コ
ンロッド、カムシャフトなどの部品に適した、製造が容
易で、高強度、高剛性を有する鉄系鋳物を提供すること
にある。

発明の構成 本発明のかかる目的は、0.5〜2.5重量％の炭素、1.0
〜4.0重量％の珪素、0.6重量％以下のマンガン、0.05重
量％以下のイオウ、0.01〜0.1重量％の硼素を含み、基
地が球状黒鉛が分散したパーライト組織よりなる過共析
組成を有するように鉄系鋳物を構成することによって達
成される。

本発明において、炭素は、珪素とともに、黒鉛の生成
を促進する元素である。炭素の含有量が、0.5重量％未
満では、鋳造性、とくに、流動性および引け性が悪化す
るとともに黒鉛の生成が少なく、炭化物が多く析出し、
延性が低くなってしまう。他方、2.5重量％を越える
と、黒鉛の析出が多くなりすぎ、強度が低下するととも
に弾性係数が低下して、剛性を十分高めることができな
くなる。

本発明において、珪素は、黒鉛の生成を促進する元素
であり、この含有量が、1.0重量％未満では、黒鉛の生
成が少なく、炭化物が多く析出すにとともに、鋳造性が
著しく悪化し、他方、3.0重量％を越えると、黒鉛およ
びフエライトが多く析出し、強度および剛性が低下して
しまう。

本発明において、マンガンは、炭化物の生成を促進す
る元素であるが、この含有量が、0.6重量％を越える
と、黒鉛の生成が阻害され、また、不純物であるイオウ
と化合して、MnSを生成し、黒鉛の球状化が不十分とな
り、延性も悪化してしまう。

本発明において、イオウは不純物であり、マンガンと
化合して、MnSを作り、黒鉛の球状化を悪化させるの
で、0.05重量％以下に抑えることが必要である。

本発明において、硼素は、黒鉛の球状化を促進させる
元素である。硼素を添加することにより、基地中に適度
な黒鉛核が生成し、鋳造性が著しく改善されるとともに
微細な球状黒鉛が組織中に分散され、強度が大幅に向上
する。硼素は、その含有量が、0.01重量％未満では、か
かる効果が十分でなく、また、0.1重量％を越えて添加
しても、かかる効果が飽和してしまうので、意味がな
い。

本発明において、さらに、必要に応じて、ビスマス、
チタンおよびテルルのうち、少なくとも１種を、0.05重
量％以下、添加してもよい。硼素のみでは、黒鉛は比較
的粗大となるため、機械的性質が必ずしも十分でない場
合があるが、これらを添加すると、黒鉛のより一層の微
細化を図ることができ、好ましい。

また、本発明において、さらに、必要に応じて、バナ
ジウム、銅、スズなどのパーライト化元素を添加して、
基地のパーライト化を促進し、強度の一層の向上を図る
こともできる。バナジウムは、強力な炭化物生成元素で
あるが、本発明にかかる組成条件では、硼素との併用に
より、炭化物を過度に生成させることはなく、パーライ
ト量を増大させて、強度をより向上させることができ、
好ましい。パーライト化元素の添加量は、バナジウムは
0.05〜0.2重量％、銅は、0.3〜1.5重量％、スズは、0.0
2〜0.2重量％が、それぞれ好ましい。

本発明において、基地をパーライト化する方法は、と
くに限定されず、公知の方法が使用でき、鋳造後、熱処
理を施しても、また、熱処理を施さず、鋳放しによって
もよい。

実施例 以下、本発明の効果を、より一層明確にするため、実
施例を掲げる。

実施例 第１表に示す組成のJIS45,No.12に規定される試験片
サンプルを作り、機械的特性および鋳造性を調べた。サ
ンプル＃１〜６は、本発明の実施例にかかり、サンプル
＃７〜９は、比較例である。第１表の化学組成中、りん
（Ｐ）は、不純物である。鋳型としては、Ｙ型ブロック
形状の鋳型で、サンプル＃１は、背面金型シエル、サン
プル＃２は、金型を用い、その他のサンプルは、シエル
型を用いた。サンプル＃１、２および４については、0.
15重量％のFe−Si−Bi接種剤を取鍋添加した。また、溶
解炉としては、10kg高周波溶解炉を用いた。鋳造後、サ
ンプル＃２は、焼準処理、すなわち、930℃で２時間に
わたり、加熱した後、空冷し、また、サンプル＃８は、
調質処理（焼入れ後、焼戻し処理）を施したが、その他
のサンプルは、鋳放しによった。第１表中、硬度Hvは、
ビッカース硬度を示す。

こうして得られた本発明の実施例にかかるサンプル＃
１〜６は、いずれも球状黒鉛にパーライトおよび少量の
フエライトを含んだ組織を形成していた。第１図（ａ）
〜（ｄ）に、サンプル＃１、２、３および４の組織を示
す写真が示されている。第１図（ａ）〜（ｄ）の写真に
おいて、黒い円形の部分は球状黒鉛を、黒鉛のまわりの
白い部分はフエライトを、また、その他の部分はパーラ
イトを、それぞれ示している。また、第１表より明らか
なように、これらのサンプルは、いずれも所望以上の強
度、剛性を備えていることがわかった。第１図（ａ）〜
（ｄ）に示されるサンプルのうち、金型を用いて鋳造
し、焼準処理を施したサンプル＃２は、他のサンプルに
比べて、球状黒鉛のサイズが微細で、数多く分散してお
り、その結果、強度も剛性も、他のサンプルに比し、優
れていることがわかる。

また、比較例であるサンプル＃７は、硼素を添加して
いないため、黒鉛の生成がほとんどなく、セメンタイト
が多量に析出した組織となっており、そのため、硬度が
著しく高く、機械的性質および鋳造性が劣っている。同
じく比較例であるサンプル＃８は、鋳鋼であり、強度お
よび剛性は十分であるが、溶解温度が高いために鋳造性
が劣り、また、加工性も悪かった。さらに、もう１つの
比較例であるサンプル＃９は、通常の球状黒鉛鋳鉄であ
り、引張強度もヤング率も小さく、強度も剛性も不十分
であった。

第２表は、サンプル＃１、３、８、９につき、直径75
mmのシエル型ボール状試験片を用いて、引け巣の量を調
べた結果を示している。第２表より、サンプル＃１、２
および９における引け巣の量はほぼ同等であり、これら
は鋳造性に優れていることがわかったが、サンプル＃８
は、所定以上の強度および剛性を有するものの、引け巣
の量が、他のサンプルに比べて、著しく大きく、鋳造性
に劣っていることが明らかになった。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請
求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能
であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであ
ることはいうまでもない。

発明の効果 本発明によれば、製造が容易で、高強度、高剛性をす
る鉄系鋳物を得ることが可能となり、軽量で、かつ高い
強度、剛性が要求される自動車のクランクシャフト、コ
ンロッド、カムシャフトなどの部品に適した鉄系鋳物を
容易に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、実施例におけるサンプルの組
織を示す写真である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】0.5〜2.5重量％の炭素、1.0〜4.0重量％の
   珪素、0.6重量％以下のマンガン、0.05重量％以下のイ
   オウ、0.01〜0.1重量％の硼素を含み、基地が球状黒鉛
   が分散したパーライト組織よりなる過共析組成を有する
   ことを特徴とする高強度を有する鉄系鋳物。