JP3160623B1 - 傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法 - Google Patents
傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法Info
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- JP3160623B1 JP3160623B1 JP2000090662A JP2000090662A JP3160623B1 JP 3160623 B1 JP3160623 B1 JP 3160623B1 JP 2000090662 A JP2000090662 A JP 2000090662A JP 2000090662 A JP2000090662 A JP 2000090662A JP 3160623 B1 JP3160623 B1 JP 3160623B1
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Abstract
【要約】
【課題】傾斜組織を有する鋳鉄材料を提供する。
【解決手段】鋳鉄溶湯の半凝固状態にて攪拌速度を制御
しつつ回転攪拌を行い、この回転攪拌にて、その際、晶
出する第二相粒子を機械的に粉砕するとともに該粒子と
鋳鉄溶湯との密度差に由来する遠心力の差にて該粒子の
分布形態に傾きをもたせ、目標とする固相率に到達した
時点で該回転攪拌を停止して制御された冷却速度のもと
で冷却する。
しつつ回転攪拌を行い、この回転攪拌にて、その際、晶
出する第二相粒子を機械的に粉砕するとともに該粒子と
鋳鉄溶湯との密度差に由来する遠心力の差にて該粒子の
分布形態に傾きをもたせ、目標とする固相率に到達した
時点で該回転攪拌を停止して制御された冷却速度のもと
で冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部から内部に向
けて異なる組織を分布させた傾斜組織を有する鋳鉄材料
の製造方法に関するものであって、とりわけ、鋳鉄や鋳
鋼あるいは鍛鋼を利用する分野として自動車製造分野の
構造部材に有利に適用される。
けて異なる組織を分布させた傾斜組織を有する鋳鉄材料
の製造方法に関するものであって、とりわけ、鋳鉄や鋳
鋼あるいは鍛鋼を利用する分野として自動車製造分野の
構造部材に有利に適用される。
【０００２】
【従来の技術】鋳鉄を鋳造する場合、得られた鋳片はそ
の内外を問わずどの領域においてもほぼ均一な特性を有
することが重要であって、鋳造において金属組織をその
内外で積極的に傾斜させ、例えば外部で高い硬度を有し
内部において靭性の強化を図る如き材料の製造に関する
提案は今のところ知られていない。
の内外を問わずどの領域においてもほぼ均一な特性を有
することが重要であって、鋳造において金属組織をその
内外で積極的に傾斜させ、例えば外部で高い硬度を有し
内部において靭性の強化を図る如き材料の製造に関する
提案は今のところ知られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、第二
相粒子（鋳鉄溶湯の凝固過程において晶出する初晶γ粒
子）の分布形態を適宜に変更させた傾斜組織を有する新
規な鋳鉄材料の製造方法を提案するところにある。
相粒子（鋳鉄溶湯の凝固過程において晶出する初晶γ粒
子）の分布形態を適宜に変更させた傾斜組織を有する新
規な鋳鉄材料の製造方法を提案するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、鋳鉄溶湯の半
凝固状態にて攪拌速度を制御しつつ回転攪拌を行い、こ
の回転攪拌にて、その際、晶出する第二相粒子を機械的
に粉砕するとともに該粒子と鋳鉄溶湯との密度差に由来
する遠心力の差にて該粒子の分布形態に傾きをもたせ、
目標とする固相率に到達した時点で該回転攪拌を停止
し、次いで、制御された冷却速度のもとで冷却すること
を特徴とする傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法であ
る。
凝固状態にて攪拌速度を制御しつつ回転攪拌を行い、こ
の回転攪拌にて、その際、晶出する第二相粒子を機械的
に粉砕するとともに該粒子と鋳鉄溶湯との密度差に由来
する遠心力の差にて該粒子の分布形態に傾きをもたせ、
目標とする固相率に到達した時点で該回転攪拌を停止
し、次いで、制御された冷却速度のもとで冷却すること
を特徴とする傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法であ
る。
【０００５】上記の構成において鋳鉄溶湯は亜共晶鋳鉄
の溶湯とするのが好ましい。また、回転攪拌は、液相線
温度の直上で開始するのが望ましく、目標とする固相率
ｆｓは０．２〜０．５程度、より好ましくは０．２５〜
０．４０とする。攪拌速度は１００〜６００rpmとする
のが望ましい。
の溶湯とするのが好ましい。また、回転攪拌は、液相線
温度の直上で開始するのが望ましく、目標とする固相率
ｆｓは０．２〜０．５程度、より好ましくは０．２５〜
０．４０とする。攪拌速度は１００〜６００rpmとする
のが望ましい。
【０００６】ここに、固相率ｆｓは固相／（固相＋液
相）で定義される。
相）で定義される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を具体
的に説明する。図１は本発明を実施するのに好適な装置
の構成を模式的に示したものである。図において１は鋳
鉄溶湯Ｍを収容する例えばマグネシア製のるつぼ、２は
このるつぼ１を取り囲むように配置される炉（電気抵抗
炉等）であり、３はるつぼ１内に収容された溶湯Ｍを攪
拌するための円筒状攪拌子（アルミナ製等）であって、
この攪拌子３は溶湯Ｍの冷却、凝固過程で継続して攪拌
することができる回転速度の制御可能なモータの如き駆
動源４を備える。
的に説明する。図１は本発明を実施するのに好適な装置
の構成を模式的に示したものである。図において１は鋳
鉄溶湯Ｍを収容する例えばマグネシア製のるつぼ、２は
このるつぼ１を取り囲むように配置される炉（電気抵抗
炉等）であり、３はるつぼ１内に収容された溶湯Ｍを攪
拌するための円筒状攪拌子（アルミナ製等）であって、
この攪拌子３は溶湯Ｍの冷却、凝固過程で継続して攪拌
することができる回転速度の制御可能なモータの如き駆
動源４を備える。
【０００８】また、５はるつぼ１の開孔部を密閉して溶
湯の脱炭を抑制する黒鉛製の蓋、６は温度制御装置、７
は温度記録計、そして８は炉の内部を不活性ガス雰囲気
に保持するための不活性ガス（アルゴンガス等）供給通
路である。
湯の脱炭を抑制する黒鉛製の蓋、６は温度制御装置、７
は温度記録計、そして８は炉の内部を不活性ガス雰囲気
に保持するための不活性ガス（アルゴンガス等）供給通
路である。
【０００９】図２（ａ）（ｂ）に、るつぼ１の側面の拡
大断面図と円筒状攪拌子３の平面形状をそれぞれ示す。
大断面図と円筒状攪拌子３の平面形状をそれぞれ示す。
【００１０】鋳鉄材料の製造に際して、亜共晶鋳鉄の溶
湯を用いて鋳造を行う場合、まず、るつぼ１内でかかる
鋳鉄を溶解したのち、冷却を開始し、その凝固過程の液
相線温度直上で円筒状攪拌子３による回転攪拌を開始す
る。
湯を用いて鋳造を行う場合、まず、るつぼ１内でかかる
鋳鉄を溶解したのち、冷却を開始し、その凝固過程の液
相線温度直上で円筒状攪拌子３による回転攪拌を開始す
る。
【００１１】ここに、かかる温度で攪拌を開始する理由
は、液相線温度直上は初晶γ粒子が晶出する温度だから
である。
は、液相線温度直上は初晶γ粒子が晶出する温度だから
である。
【００１２】この冷却、凝固過程では、初晶のオーステ
ナイト粒子は、機械的に粉砕、微細化され、この時、該
粒子と溶湯との密度差（粒子の密度は溶湯（液体）の密
度よりも大きい）に起因した遠心力の差でもって該粒子
は外周部（鋳型の内壁面）に向けて移動することにな
り、目標とする固相率に到達した時点で攪拌を停止して
制御された冷却速度のもとで冷却するこにより、内外に
おいて傾斜化された組織が得られる。
ナイト粒子は、機械的に粉砕、微細化され、この時、該
粒子と溶湯との密度差（粒子の密度は溶湯（液体）の密
度よりも大きい）に起因した遠心力の差でもって該粒子
は外周部（鋳型の内壁面）に向けて移動することにな
り、目標とする固相率に到達した時点で攪拌を停止して
制御された冷却速度のもとで冷却するこにより、内外に
おいて傾斜化された組織が得られる。
【００１３】上記のような要領によって冷却、凝固させ
た鋳片は、半凝固状態での遠心力の大きさやその際の冷
却速度あるいは攪拌停止後の冷却速度（水冷や空冷等）
の大きさによって、分散粒子の分布形態を種々に変更す
ることができる。
た鋳片は、半凝固状態での遠心力の大きさやその際の冷
却速度あるいは攪拌停止後の冷却速度（水冷や空冷等）
の大きさによって、分散粒子の分布形態を種々に変更す
ることができる。
【００１４】亜共晶鋳鉄（成分組成：Ｃ 2.46mass％、
Si 2.01mass％、Mn 0.07mass％、Ｐ 0.008mass％、
Ｓ 0.006mass％）の溶湯の冷却、凝固過程で、攪拌速
度５．０r.p.s（攪拌中における冷却速度0.034Ｋ／ｓ）
で攪拌し、目標固相率（fs＝0.35）に到達した時点で水
冷した場合の鋳造鋳片の内外（厚さ方向）における初晶
粒子の分布状況をそれぞれ図３、図４に示す。
Si 2.01mass％、Mn 0.07mass％、Ｐ 0.008mass％、
Ｓ 0.006mass％）の溶湯の冷却、凝固過程で、攪拌速
度５．０r.p.s（攪拌中における冷却速度0.034Ｋ／ｓ）
で攪拌し、目標固相率（fs＝0.35）に到達した時点で水
冷した場合の鋳造鋳片の内外（厚さ方向）における初晶
粒子の分布状況をそれぞれ図３、図４に示す。
【００１５】図３、図４は上記の条件で鋳造した鋳片の
図５に示す如き組織をもとに画像解析にて求めた分布で
あり、図４は同じ鋳片につき、数値解析により求めた分
布である。初晶粒子の分布状況は図３、図４の比較にお
いてもほぼ一致するのが明らかである。
図５に示す如き組織をもとに画像解析にて求めた分布で
あり、図４は同じ鋳片につき、数値解析により求めた分
布である。初晶粒子の分布状況は図３、図４の比較にお
いてもほぼ一致するのが明らかである。
【００１６】溶湯の半凝固状態における攪拌速度が速い
ほうが初晶粒子の分布の勾配は大きく、鋳片の内部では
初晶粒子は少ないが外部にいくにしたがい多くなり、攪
拌後の冷却において冷却速度を大きくすると初晶粒子の
分布の傾きが緩やかになる傾向にある。
ほうが初晶粒子の分布の勾配は大きく、鋳片の内部では
初晶粒子は少ないが外部にいくにしたがい多くなり、攪
拌後の冷却において冷却速度を大きくすると初晶粒子の
分布の傾きが緩やかになる傾向にある。
【００１７】本発明において溶湯の攪拌中における冷却
速度は、晶出した初晶γ粒子を分散、移動させるため
２．０〜６．０Ｋ／minの範囲で調整するのが好まし
い。
速度は、晶出した初晶γ粒子を分散、移動させるため
２．０〜６．０Ｋ／minの範囲で調整するのが好まし
い。
【００１８】また、攪拌速度は晶出した初晶γ粒子を分
散、移動させる力を確保するため２〜５r.p.sとするの
が好ましい。
散、移動させる力を確保するため２〜５r.p.sとするの
が好ましい。
【００１９】本発明における鋳鉄材料として、亜共晶鋳
鉄を対象とする場合、かかる鋳鉄の成分組成およびその
範囲は以下のようなものがとくに好適である。 Ｃ：２〜３mass％ Si：１〜２mass％ Mn：０．１〜０．５mass％ Ｐ：０．１mass％以下 Ｓ：０．０５mass％以下 を含み、残部がFeからなるもの。
鉄を対象とする場合、かかる鋳鉄の成分組成およびその
範囲は以下のようなものがとくに好適である。 Ｃ：２〜３mass％ Si：１〜２mass％ Mn：０．１〜０．５mass％ Ｐ：０．１mass％以下 Ｓ：０．０５mass％以下 を含み、残部がFeからなるもの。
【００２０】基本成分につき、上記の範囲が好ましい理
由は以下の通りである。 Ｃ：Ｃは鋳造性の改善のためと、ある程度幅をもった未
凝固域を形成するために添加される元素であってそのた
めには、２〜３mass％（以下、単に％で記す）の範囲と
するのが好ましい。 Si：Siは黒鉛化を促進させるために添加される元素であ
ってそのためには、１〜２％の範囲とするのが好まし
い。 Mn：Mnはパーライトの安定化とMnＳをつくるとによって
Ｓによる脆化を抑制するために添加される元素であって
そのためには、０．１〜０．５％の範囲とするのが好ま
しい。 Ｐ：Ｐは不純物として取り扱われる元素であり材料の伸
びや靭性を低下させるため本発明では０．１％以下とす
るのが望ましい。 Ｓ：ＳはＰと同様、材料の伸びや靭性を低下させるため
本発明では、０．０５％以下とするのが望ましい。
由は以下の通りである。 Ｃ：Ｃは鋳造性の改善のためと、ある程度幅をもった未
凝固域を形成するために添加される元素であってそのた
めには、２〜３mass％（以下、単に％で記す）の範囲と
するのが好ましい。 Si：Siは黒鉛化を促進させるために添加される元素であ
ってそのためには、１〜２％の範囲とするのが好まし
い。 Mn：Mnはパーライトの安定化とMnＳをつくるとによって
Ｓによる脆化を抑制するために添加される元素であって
そのためには、０．１〜０．５％の範囲とするのが好ま
しい。 Ｐ：Ｐは不純物として取り扱われる元素であり材料の伸
びや靭性を低下させるため本発明では０．１％以下とす
るのが望ましい。 Ｓ：ＳはＰと同様、材料の伸びや靭性を低下させるため
本発明では、０．０５％以下とするのが望ましい。
【００２１】本発明では、上記の基本成分に加え、傾斜
組織の特性を変化させるため、Cr、Niの少なくとも一種
を添加することができる。
組織の特性を変化させるため、Cr、Niの少なくとも一種
を添加することができる。
【００２２】本発明では、溶湯の冷却、凝固過程で、溶
湯を所定の成分組成に保持するため炉内の雰囲気を不活
性ガス雰囲気に保持し、るつぼ１の開孔部を黒鉛製の蓋
５で密閉する。
湯を所定の成分組成に保持するため炉内の雰囲気を不活
性ガス雰囲気に保持し、るつぼ１の開孔部を黒鉛製の蓋
５で密閉する。
【００２３】上記のような成分組成になる亜共晶鋳鉄に
おいて液相線温度は、約１５７０Ｋ程度になる。
おいて液相線温度は、約１５７０Ｋ程度になる。
【００２４】なお、本発明においては、得られた材料に
つき、さらに、強制的な空冷あるいは炉冷等の熱処理を
付加することもできる。
つき、さらに、強制的な空冷あるいは炉冷等の熱処理を
付加することもできる。
【００２５】
【実施例】内径４０mm、高さ１５０mmになるマグネシア
製のるつぼを、外径２１mm、長さ１００mmになるアルミ
ナ製円筒状攪拌子とともに電気抵抗炉内に配置した上掲
図１に示したような構成になる装置を用い、Ｃ：２．４
６％、Si：２．０１％、Mn：０．０７％、Ｐ：０．００
８％、Ｓ：０．００６％、ＣＥ＝３．１３％（＝Ｃ＋1/
3(Si＋Ｐ)）の組成になる亜共晶鋳鉄の溶湯を、冷却、
凝固させ、得られた試料（サイズ：内径２１mm、外径４
０mm、厚さ９．５mm）についての厚さ方向における組織
及び特性（ビッカース硬さ）について調査した。
製のるつぼを、外径２１mm、長さ１００mmになるアルミ
ナ製円筒状攪拌子とともに電気抵抗炉内に配置した上掲
図１に示したような構成になる装置を用い、Ｃ：２．４
６％、Si：２．０１％、Mn：０．０７％、Ｐ：０．００
８％、Ｓ：０．００６％、ＣＥ＝３．１３％（＝Ｃ＋1/
3(Si＋Ｐ)）の組成になる亜共晶鋳鉄の溶湯を、冷却、
凝固させ、得られた試料（サイズ：内径２１mm、外径４
０mm、厚さ９．５mm）についての厚さ方向における組織
及び特性（ビッカース硬さ）について調査した。
【００２６】その結果を図６、図７にそれぞれ示す。図
６は、攪拌速度２r.p.s（攪拌中の冷却速度０．０３４
Ｋ／ｓ）として固相率ｆｓ：0.35および固相率ｆｓ ：
0.47からそれぞれ水冷した場合である。
６は、攪拌速度２r.p.s（攪拌中の冷却速度０．０３４
Ｋ／ｓ）として固相率ｆｓ：0.35および固相率ｆｓ ：
0.47からそれぞれ水冷した場合である。
【００２７】図６の試料No１、２はともに試料の内側で
硬度が高く、大きな耐摩耗性が得られることが明らかで
ある。
硬度が高く、大きな耐摩耗性が得られることが明らかで
ある。
【００２８】図７は、攪拌速度２r.p.s（攪拌中の冷却
速度０．０３４Ｋ／ｓ）として固相率ｆｓ：0.35から空
冷した場合である。
速度０．０３４Ｋ／ｓ）として固相率ｆｓ：0.35から空
冷した場合である。
【００２９】図７の試料No３は内側はフェライト量が多
く硬さの低い組織であり、外側はパーライト組織であっ
て高い硬度を有する。
く硬さの低い組織であり、外側はパーライト組織であっ
て高い硬度を有する。
【００３０】図８（ａ）〜（ｃ）に試料No１〜３の金属
組織写真を示し、図９、図１０に試料No１、２の厚さ方
向における初晶粒子の分布状況をそれぞれ示す。
組織写真を示し、図９、図１０に試料No１、２の厚さ方
向における初晶粒子の分布状況をそれぞれ示す。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、内外において組織が傾
斜した、傾斜組織を有する材料を比較的簡略化された工
程のもので製造することができ、これにさらに各種の熱
処理を付加することにより種々の傾斜機能を有る材料を
得ることが可能となり、素材の用途を著しく拡大するこ
とができる。
斜した、傾斜組織を有する材料を比較的簡略化された工
程のもので製造することができ、これにさらに各種の熱
処理を付加することにより種々の傾斜機能を有る材料を
得ることが可能となり、素材の用途を著しく拡大するこ
とができる。
【図１】本発明の実施に用いて好適な装置の構成を模式
的に示した図である。
的に示した図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は図１の要部を拡大して示した図
である。
である。
【図３】初晶粒子の厚さ方向における分布状況（画像解
析）を示した図である。
析）を示した図である。
【図４】初晶粒子の厚さ方向における分布状況（数値解
析）を示した図である。
析）を示した図である。
【図５】亜共晶鋳鉄の内側、外側における金属組織写真
である。
である。
【図６】実施例で製造した鋳片の厚さ方向における硬さ
の変動状況を示した図である。
の変動状況を示した図である。
【図７】実施例で製造した鋳片の厚さ方向における硬さ
の変動状況を示した図である。
の変動状況を示した図である。
【図８】（ａ）は試料No１の金属組織写真であり、
（ｂ）は試料No２の金属組織写真であり、（ｃ）は試料
No３の金属組織写真である。
（ｂ）は試料No２の金属組織写真であり、（ｃ）は試料
No３の金属組織写真である。
【図９】試料No１の初晶粒子の厚さ方向における分布状
況を示した図である。
況を示した図である。
【図１０】試料No２の初晶粒子の厚さ方向における分布
状況を示した図である。
状況を示した図である。
１ るつぼ ２ 炉 ３ 攪拌子 ４ 駆動源 ５ 蓋 ６ 温度制御装置 ７ 温度記録計 ８ 不活性ガス供給通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−17914（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195259（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−166857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−114455（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−276036（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−134551（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−263783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 27/20 C22C 33/08 C22C 37/00 C22C 37/10
Claims (3)
- 【請求項１】鋳鉄溶湯の半凝固状態にて攪拌速度を制御
しつつ回転攪拌を行い、この回転攪拌にて、その際、晶
出する第二相粒子を機械的に粉砕するとともに該粒子と
鋳鉄溶湯との密度差に由来する遠心力の差にて該粒子の
分布形態に傾きをもたせ、目標とする固相率に到達した
時点で該回転攪拌を停止し、次いで、制御された冷却速
度のもとで冷却することを特徴とする傾斜組織を有する
鋳鉄材料の製造方法。 - 【請求項２】鋳鉄溶湯が亜共晶鋳鉄の溶湯である、請求
項１記載の製造方法。 - 【請求項３】回転攪拌は、液相線温度の直上で開始する
ものである、請求項１または２に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000090662A JP3160623B1 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000090662A JP3160623B1 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3160623B1 true JP3160623B1 (ja) | 2001-04-25 |
| JP2001276963A JP2001276963A (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=18606240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000090662A Expired - Lifetime JP3160623B1 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 傾斜組織を有する鋳鉄材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160623B1 (ja) |
-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000090662A patent/JP3160623B1/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001276963A (ja) | 2001-10-09 |
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