JP2794881B2

JP2794881B2 - 高靱性球状黒鉛鋳鉄およびその製造方法

Info

Publication number: JP2794881B2
Application number: JP2062003A
Authority: JP
Inventors: 慎也水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JPH03264644A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、高い靭性を有する球状黒鉛鋳鉄およびその
製造方法に関する。本発明の球状黒鉛鋳鉄は、自動車の
足回り部品などに有用である。

［従来の技術］球状黒鉛鋳鉄においては、機械的性質の調整は熱処理
で基地組織を調整することにより行なわれている。例え
ばJISに規定されるFCD40のように軟質で伸びの大きいこ
とを望む場合は、黒鉛化焼鈍処理によってフェライト基
地とする。FCD55、FCD70のように強さを要求する場合
は、800〜900℃で焼鈍処理した後空冷してパーライト基
地とする（焼ならし）。

800〜900℃で行なわれる焼鈍および焼ならし処理は、
鋳造状態で発生したFe₃Cを黒鉛化することと、鋳造状態
でのSi、Mn、Ｐなどの偏析を均一化するという目的をも
っており、これにより高い粘り強さが得られる。また、
パーライト基地のものを共析温度付近に一定時間保持後
空冷することにより、フェライト・パーライトの微細混
合組織の基地とし、強さ、伸び、耐衝撃性、疲れ強さを
改善することも行なわれている。

［発明が解決しようとする課題］ところでフェライト基地の球状黒鉛鋳鉄は、上記した
ように軟質で伸びが大きいので高い衝撃性を有している
が、強度が低いという不具合がある（「球状黒鉛鋳鉄の
理論と実際」、P316−317、丸善）。そこで強度を高く
しようとすると、ぜい化により延性が急激に低下し衝撃
性が低下してしまう。

またベイナイト基地の球状黒鉛鋳鉄は、強度が高いこ
とで知られている。しかしながら靭性が不十分であり、
衝撃性が低いという欠点がある（「球状黒鉛鋳鉄」、ア
グネ、P268）。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、強度と靭性の両性能をあわせもつ球状黒鉛鋳鉄とす
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］すなわち本発明の球状黒鉛鋳鉄は、ベイナイト組織10
〜80体積％とフェライト組織20〜90体積％からなる基地
組織をもち、球状黒鉛の周囲に60〜95体積％のベイニテ
ィックフェライトと５〜40体積％の残留オーステナイト
からなり平均厚さ３μｍ以上のベイナイト組織が形成さ
れていることを特徴とする。

本発明の球状黒鉛鋳鉄を構成する元素は、従来の球状
黒鉛鋳鉄に含まれる公知の元素を使用できる。ただMo、
Ni、Mnなどを多く添加すると偏析により靭性が低下す
る。したがってC:3.3〜4.2重量％、Si:2〜３重量％、M
n:0.5重量％以下、P:0.1重量％以下、S:0.02重量％以
下、Mg:0.02〜0.07重量％、Mo:0.09重量％以下、残部実
質的にFeの組成が特に推奨される。

基地組織は、ベイナイト組織10〜80体積％と、フェラ
イト組織20〜90体積％とからなる。第６図に基地中のベ
イナイト量と衝撃値および引張り強さとの関係を示す。
第６図より明らかなように、ベイナイト量が増加するに
つれて引張り強度は向上しているが、ベイナイト量が10
〜80体積％の範囲以外では衝撃値が低下している。すな
わちベイナイト量が10体積％に満たずフェライト量が90
体積％より多くなると衝撃強度および引張り強度に不足
し、ベイナイト量が80体積％％より多くフェライト量が
20体積％より少なくなると衝撃強度が不足し靭性が低下
する。

本発明の球状黒鉛鋳鉄では、球状黒鉛の周囲にベイニ
ティックフェライトと残留オーステナイトからなるベイ
ナイト組織が平均厚さ３μｍ以上で形成されている。第
５図に球状黒鉛の周囲のベイナイト組織の厚さと衝撃値
との関係を示す。第５図より明らかなように、ベイナイ
ト組織の平均厚さが３μｍより少ないと衝撃値が低下
し、強度と靭性のバランスが悪化する。

球状黒鉛周囲のベイナイト組織は、ベイニティックフ
ェライト60〜95体積％と、残留オーステナイト５〜40体
積％とから構成されることが望ましい。ベイニティック
フェライトが60体積％より少ないか、または残留オース
テナイトが40体積％を超えると強度が不足するようにな
り、ベイニティックフェライトが95体積％より多いか、
または残留オーステナイトが５体積％より少ない場合は
靭性が低下するようになる。

この球状黒鉛鋳鉄を製造する本発明の製造方法は、パ
ーライト組織が25体積％以下のフェライト系球状黒鉛鋳
鉄を急速に加熱し800〜1100℃で４〜180秒間保持して球
状黒鉛の周囲を含めた基地組織の10〜80体積％をオース
テナイト化し、次いでパーライト変態が生じない冷却速
度で200〜400℃に冷却しその温度で10分〜４時間保持す
ることにより球状黒鉛の周囲のオーステナイト組織をベ
イナイト変態させ、ベイナイト組織10〜80体積％とフェ
ライト組織20〜90体積％からなる基地組織とするととも
に球状黒鉛の周囲に60〜95体積％のベイニティックフェ
ライトと５〜40体積％の残留オーステナイトからなり平
均厚さ３μｍ以上のベイナイト組織を形成することを特
徴とする。

本発明の球状黒鉛鋳鉄を製造するための出発原料は、
パーライト組織が25体積％以下のフェライト系球状黒鉛
鋳鉄である。パーライト量が25体積％を超えると、基地
中に必要なフェライト量が得られなくなる。パーライト
組織は無くともよい。

このフェライト系球状黒鉛鋳鉄は加熱され、800〜110
0℃で保持される。これにより球状黒鉛の周囲の基地組
織を含めた10〜80体積％をオーステナイト化する。加熱
はオーステナイト化の量を所定の量とするために急速に
行なうことが望ましい。保持温度が800℃より低い場合
には、オーステナイト化が充分生じない。また保持温度
が1100℃より高くなると、オーステナイト化が早すぎて
目的の組織が得られない。この温度範囲で処理すること
により、10〜80体積％のオーステナイト組織をもつ球状
黒鉛鋳鉄が得られる。すなわち、基地組織の10〜80体積
％をオーステナイト化することにより、次のベイナイト
変態で基地組織がベイナイト10〜80体積％とフェライト
20〜90体積％の組織となる。なお、加熱保持時間は４〜
180秒程度があり、加熱温度や組成によって最適時間が
選択される。

オーステナイト化後は、パーライト変態が生じない冷
却速度で200〜400℃に急速に冷却し、その温度で10分〜
４時間保持する。保持温度が200℃より低くなるとベイ
ナイト組織が得られず脆くなり、400℃より高くなると
パーライト変態が生じて脆くかつ強度が低下する。また
保持時間がこの範囲を外れると、必要のベイナイト組織
が得られない。

［作用］すなわち本発明の球状黒鉛鋳鉄では、基地組織が所定
の範囲とされ、かつ球状黒鉛の周囲に所定組成のベイナ
イト組織が平均厚さ３μｍ以上で形成されている。この
ベイナイト組織によってクラックの発生・伝播が防止さ
れるため強度と靭性のバランスがとれ、フェライト基地
の球状黒鉛鋳鉄と同等の衝撃性と、高い強度とを両立す
ることができる。

［実施例］以下、実施例により具体的に説明する。

（実施例１） C:3.8重量％、Si:2.4重量％、Mn:0.3重量％、残部実
質的にFeであり、鋳放し時の基地組織がフェライト95体
積％＋パーライト５体積％の球状黒鉛鋳鉄において、15
℃／秒の昇温速度で加熱し800〜1100℃の温度領域で40
秒間保持してオーステナイト化する。

次いで21℃／秒の降温速度で375℃まで急速に冷却
し、375℃で30分保持してベイナイト変態させた。

得られた球状黒鉛鋳鉄の組織の顕微鏡写真を第１図に
示す。第１図から明らかなように、球状黒鉛の周囲に平
均厚さ10μｍのベイナイト組織が形成されている。この
ベイナイト組織は、ベイニティックフェライト82体積％
＋残留オーステナイト18体積％から構成されている。ま
た、基地はベイナイト69体積％＋フェライト31体積％か
ら構成されている。

（実施例２） C:3.8重量％、Si:2.4重量％、Mn:0.3重量％、残部実
質的にFeの球状黒鉛鋳鉄において、まずフェライト化焼
鈍を行ないパーライト組織を無くして基地を全フェライ
トとする。次に15℃／秒の昇温速度で加熱し800〜1100
℃の温度領域で20秒間保持してオーステナイト化する。

次いで22℃／秒の降温速度で375℃まで急速に冷却
し、375℃で30分保持してベイナイト変態させた。

得られた球状黒鉛鋳鉄の組織の顕微鏡写真を第２図に
示す。第２図から明らかなように、球状黒鉛の周囲に平
均厚さ７μｍのベイナイト組織が形成されている。この
ベイナイト組織は、ベイニティックフェライト78体積％
＋残留オーステナイト22体積％から構成されている。ま
た、基地はベイナイト43体積％＋フェライト57体積％か
ら構成されている。

（比較例１） C:3.8重量％、Si:2.4重量％、Mn:0.3重量％、残部実
質的にFeの球状黒鉛鋳鉄において、900℃のオーステナ
イト領域で１時間加熱し、次いで375℃で１時間保持す
るオーステンパ処理を施した。得られた球状黒鉛鋳鉄の
組織の顕微鏡写真を第３図に示す。この組織はベイナイ
ト基地となっている。

（比較例２） C:3.8重量％、Si:2.4重量％、Mn:0.3重量％、残部実
質的にFeの球状黒鉛鋳鉄において、フェライト化焼鈍を
行ない基地を全フェライトとした。得られた球状黒鉛鋳
鉄の組織の顕微鏡写真を第４図に示す。この組織はフェ
ライト基地となっている。

（評価）上記した４種類の球状黒鉛鋳鉄について引張り強さと
衝撃値を測定し、結果を第１表に示す。引張り強さは引
張り試験機に供して室温での引張り強度を測定した。ま
た衝撃値は、JIS−３号試験片形状として5kgシャルピー
衝撃試験機に供し室温での衝撃値を測定した。

第１表より実施例の球状黒鉛鋳鉄は引張り強さが62kg
f/mm²以上であり、かつ衝撃値が3.2kgfm/cm²以上と、両
性能に優れている。一方ベイナイト基地の比較例１の球
状黒鉛鋳鉄では、引張り強さには極めて優れるものの衝
撃値が劣っている。また比較例２のフェライト基地の球
状黒鉛鋳鉄では、衝撃値は高い反面引張り強さに劣って
いることがわかる。

すなわち本実施例の球状黒鉛鋳鉄は、強度と靭性の両
性能を両立しているので、自動車の足回り部品用素材と
して極めて有用である。

［発明の効果］したがって本発明の球状黒鉛鋳鉄は自動車の足回り部
品など靭性が特に必要な部位に使用することができ、従
来FCD40などから形成されていた同部品の軽量化を図る
ことができる。

そして本発明の製造方法によれば、このような優れた
性能の球状黒鉛鋳鉄を安定して確実に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明の実施例で得ら
れた球状黒鉛鋳鉄の金属組織を示す顕微鏡写真である。
第３図および第４図は、それぞれ本発明の比較例で得ら
れた球状黒鉛鋳鉄の金属組織を示す顕微鏡写真である。
第５図は球状黒鉛回りのベイナイト厚さと衝撃値との関
係を示すグラフ、第６図は基地中のベイナイト量と衝撃
値および引張り強さとの関係を示すグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ベイナイト組織10〜80体積％とフェライト
組織20〜90体積％からなる基地組織をもち、かつ球状黒
鉛の周囲に60〜95体積％のベイニティックフェライトと
５〜40体積％の残留オーステナイトからなり平均厚さ３
μｍ以上のベイナイト組織が形成されていることを特徴
とする高靭性球状黒鉛鋳鉄。
【請求項２】パーライト組織が25体積％以下のフェライ
ト系球状黒鉛鋳鉄を急速に加熱し800〜1100℃で４〜180
秒間保持して球状黒鉛の周囲を含めた基地組織の10〜80
体積％をオーステナイト化し、次いでパーライト変態が生じない冷却速度で200〜400℃
に冷却しその温度で10分〜４時間保持することにより該
球状黒鉛の周囲のオーステナイト組織をベイナイト変態
させ、ベイナイト組織10〜80体積％とフェライト組織20
〜90体積％からなる基地組織とするとともに該球状黒鉛
の周囲に60〜95体積％のベイニティックフェライトと５
〜40体積％の残留オーステナイトからなり平均厚さ３μ
ｍ以上のベイナイト組織を形成することを特徴とする高
靭性球状黒鉛鋳鉄の製造方法。