JP4494616B2 - 高い振動減衰能を有する鋳鉄およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
振動減衰能の高い鋳鉄およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ねずみ鋳鉄は減衰能が高い材料として知られているが半導体製造装置等（ワイヤボンディングマシンなど）のように高速で駆動する加工機のベッド類にはねずみ鋳鉄の減衰能では不充分であり、ＦＣ２００などのねずみ鋳鉄で製作されたベッドの上に減衰能の大きい材料、例えばオーステナイト系片状黒鉛鋳鉄（ニレジスト鋳鉄）のベースを組み付け、その上に駆動部分を載せるなどの方法がとられている。しかし、この方法は、ニレジスト鋳鉄が高価であること、ならびにベッドにベースを組み付けるための加工および組み付け作業が必要でありコストが高いものであった。
また、ねずみ鋳鉄の減衰能は一般に引張り強さが低いほど大きいが、引張り強さが低い鋳鉄を使用する場合にはベッドの剛性を確保するために重量が大きくなる。
【０００３】
このようにＦＣ２００と同等もしくはそれ以上の強度があって、ＦＣ２００よりも減衰能の大きい、安価な材料の出現が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ねずみ鋳鉄の減衰能は黒鉛が片状であることに起因するとされている。そのために、減衰能を大きくするには片状の黒鉛を多く析出させることで実現できるのではないかと言う発想に基づき、研究を進めたものであって、さらに、ＦＣ２００クラスの黒鉛を増やした場合には引張り強さが低下するので、黒鉛を微細にすることを目標のひとつとした。この微細な黒鉛を析出させるためには、金型鋳造あるいは溶湯にＴｉを添加する事により共晶黒鉛を生じさせる方法が知られている。しかし、金型鋳造は単重が１０ｋｇまでの鋳物に適しており、加工機械のベッドのような大型の鋳物への適用は困難である。溶湯にＴｉを添加する方法は砂型でも製造できる点で優れているが、ピンホール、ドロスかみなどの鋳造欠陥が発生し易いという問題がある。
本発明は金型の使用あるいはＴｉの添加をしないで微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
化学組成Ｃ：２．８〜３．８重量％、Ｓｉ：１．０〜２．７重量％、Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｃｕ：２重量％以下、Ｓｎ：０．２重量％以下、Ｓｂ：０．１重量％以下、希土類０．００４〜０．０２０重量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、パーライト地に微細な黒鉛を有する高い振動減衰能を有する鋳鉄であり、Ｃ：２．８〜３．８重量％、Ｓｉ：０．８〜２．５重量％、Ｍｎ：０．３から２．０重量％、Ｃｕ：２重量％以下、Ｓｎ：０．２重量％以下、Ｓｂ：０．１重量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％ならびに接種材を０．１〜０．５重量％添加した後注湯するパーライト地に微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄の製造方法である。ここで希土類−Ｓｉ−鉄合金は希土類金属を２５％から３２％含むものが望ましい。
【０００７】
Ｃ：１．５〜２．７５重量％、Ｓｉ：２．５〜５．５重量％、かつＣ重量％≧−Ｓｉ重量％／２＋４、Ｍｎ：０．５重量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％ならびに接種材を０．１〜０．５重量％添加した後注湯し、凝固後８００〜１０００℃で１〜５時間の軟化焼鈍を施す高い振動減衰能を有する鋳鉄の製造方法およびこのようにして製造した高い振動減衰能を有する鋳鉄である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
パーライト地に微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄のＣ、Ｓｉ、Ｍｎの含有量は、通常製造されているねずみ鋳鉄と同様であり、Ｃｕ、Ｓｎ、あるいはＳｂは基地をパーライト化して鋳鉄の強度を上げるために必要に応じて添加する。希土類−Ｓｉ−鉄合金を添加する事によって黒鉛を微細化したものであり、希土類−Ｓｉ−鉄合金添加量は０．０３重量％以下では黒鉛を微細化することができず、０．０７５重量％以上では黒鉛が擬球状（いわゆる芋虫状）化する。
【０００９】
フェライト地に微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄は、基地をフェライト化して被削性を向上させ、かつフェライトにＳｉを固溶させて鋳鉄の強度を上げることを狙ったものである。Ｃが１．５重量％以下の場合には溶湯の流動性が悪く鋳込みに支障をきたし、２．７５重量％以上の場合は黒鉛が長い片状になる。Ｓｉが２．５重量％以下の場合は５％を超える量のパーライトが析出し、５％以上の場合は硬すぎて切削に支障をきたすことになる。Ｃ重量％≦−Ｓｉ重量％／２＋４の場合はパーライトが析出する。Ｍｎが０．５重量％を超えると５％を超える量のパーライトが析出する。希土類−Ｓｉ−鉄合金添加量が０．０３重量％以下では黒鉛を微細化することができず、０．０７５重量％以上では黒鉛が擬球状（いわゆる芋虫状）化する。
【００１０】
Ｃ：１．５〜２．７５重量％、Ｓｉ：２．５〜５．５重量％、かつＣ重量％≧−Ｓｉ重量％／２＋４、Ｍｎ：０．５重量％以下を含有する溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％添加した後注湯し、凝固後８００〜１０００℃で１〜５時間の軟化焼鈍を施した鋳物の黒鉛は、凝固時に析出した微細黒鉛から２次黒鉛が析出してあたかも微細黒鉛にひげが生じたようになっている。この結果、黒鉛の数が増えたのと同様の効果があり減衰能が軟化焼鈍をしないものよりも大きくなったものと考えられる。
【００１１】
【実施例１】
希土類−Ｓｉ−鉄合金（商品名：ＭＭＬ）０．０４重量％およびフェロシリコン系接種材（商品名：カルバロイ）０．３重量％を取鍋の底に置き、それをカバー材で覆い、所定の化学組成であるＣ：３．２５重量％、Ｓｉ：２．００重量％，Ｍｎ：０．７０重量％，Ｐ：０．０３０重量％以下，Ｓ：０．０５０重量％以下，Ｃｕ：０．４０重量％に調整した溶湯を取鍋に注いだ。この溶湯をφ３０×５００のフラン砂で作製した供試材鋳型に注湯した。鋳物の化学組成はＣ：３．２１重量％、Ｓｉ：２．２３重量％，Ｍｎ：０．７２重量％，Ｐ：０．０２７重量％，Ｓ：０．０４１重量％，Ｃｕ：０．３８重量％、Ｃｅ：０．００８％および不可避的不純物と残余鉄であった。組織の顕微鏡写真を図１、図２に示す。図１は研磨したままの１００倍写真であり、図２は同じく５００倍写真である。パーライト地に片状黒鉛が析出していることが解る。また、供試材を加工してテストピースを作製し、Ｆｏｐｐｌｅ−Ｐｅｒｔｚ型減衰能測定装置を用いて減衰能を測定した。最大表面せん断歪が３×１０−３のときの減衰能は１２％であり、ＦＣ２００の減衰能である１０％よりも２０％大きい値を示した。
尚、各３例の実施例におけるテストピースと従来のＦＣ２００の最大せん断歪に対する減衰能を図３に表す。
【００１２】
【実施例２】
実施例１と同様に、希土類−Ｓｉ−鉄合金（商品名：ＭＭＬ）０．０４重量％およびフェロシリコン系接種材（商品名：カルバロイ）０．３重量％を取鍋の底に置き、それをカバー材で覆い、所定の化学組成であるＣ：２．５５重量％、Ｓｉ：４．００重量％，Ｍｎ：０．４０重量％以下，Ｐ：０．０４０重量％以下，Ｓ：０．０２０重量％以下に調整した溶湯を取鍋に注いだ。この溶湯をφ３０×５００のフラン砂で作製した供試材鋳型に注湯した。鋳物の化学組成はＣ：２．５３重量％、Ｓｉ：４．１８重量％，Ｍｎ：０．２６重量％，Ｐ：０．０１６重量％，Ｓ：０．００７重量％、Ｃｅ：０．００７％および不可避的不純物と残余鉄であった。図４、図５にナイタールで腐食した１００倍および５００倍の顕微鏡写真を示す。片状黒鉛が多く析出していることが解る。また、実施例１と同様に減衰能を測定した。最大表面せん断歪が３×１０−３のときの減衰能は１２％であり、ＦＣ２００の減衰能である１０％よりも２０％大きかった。（図３参照）
【００１３】
【実施例３】
実施例２の供試材を９００℃×１．５時間焼鈍し炉冷した。図６、図７にナイタールで腐食した１００倍および５００倍の顕微鏡写真を示す。片状黒鉛から２次的に黒鉛が析出していることが解る。また、実施例１と同様に減衰能を測定すると、最大表面せん断歪が３×１０−３のときの減衰能は１４％であり、焼鈍により減衰能は１７％大きくなっている。これはＦＣ２００の減衰能である１０％よりも４０％大きくなっている（図３参照）。
【００１４】
【発明の効果】
金型の使用あるいはＴｉの添加をしないで微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄を得ることができた。これによって、高い減衰能を備える大型鋳物が可能となり、また、生産性の向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の１００倍の顕微鏡写真。
【図２】実施例１の５００倍の顕微鏡写真。
【図３】実施例のテストピースおよび従来品のＦＣ２００との最大表面せん断歪に対する減衰能の図。
【図４】実施例２の１００倍の顕微鏡写真。
【図５】実施例２の５００倍の顕微鏡写真。
【図６】実施例３の１００倍の顕微鏡写真。
【図７】実施例３の５００倍の顕微鏡写真。
【符号の説明】
なし
【発明の属する技術分野】
振動減衰能の高い鋳鉄およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ねずみ鋳鉄は減衰能が高い材料として知られているが半導体製造装置等（ワイヤボンディングマシンなど）のように高速で駆動する加工機のベッド類にはねずみ鋳鉄の減衰能では不充分であり、ＦＣ２００などのねずみ鋳鉄で製作されたベッドの上に減衰能の大きい材料、例えばオーステナイト系片状黒鉛鋳鉄（ニレジスト鋳鉄）のベースを組み付け、その上に駆動部分を載せるなどの方法がとられている。しかし、この方法は、ニレジスト鋳鉄が高価であること、ならびにベッドにベースを組み付けるための加工および組み付け作業が必要でありコストが高いものであった。
また、ねずみ鋳鉄の減衰能は一般に引張り強さが低いほど大きいが、引張り強さが低い鋳鉄を使用する場合にはベッドの剛性を確保するために重量が大きくなる。
【０００３】
このようにＦＣ２００と同等もしくはそれ以上の強度があって、ＦＣ２００よりも減衰能の大きい、安価な材料の出現が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ねずみ鋳鉄の減衰能は黒鉛が片状であることに起因するとされている。そのために、減衰能を大きくするには片状の黒鉛を多く析出させることで実現できるのではないかと言う発想に基づき、研究を進めたものであって、さらに、ＦＣ２００クラスの黒鉛を増やした場合には引張り強さが低下するので、黒鉛を微細にすることを目標のひとつとした。この微細な黒鉛を析出させるためには、金型鋳造あるいは溶湯にＴｉを添加する事により共晶黒鉛を生じさせる方法が知られている。しかし、金型鋳造は単重が１０ｋｇまでの鋳物に適しており、加工機械のベッドのような大型の鋳物への適用は困難である。溶湯にＴｉを添加する方法は砂型でも製造できる点で優れているが、ピンホール、ドロスかみなどの鋳造欠陥が発生し易いという問題がある。
本発明は金型の使用あるいはＴｉの添加をしないで微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
化学組成Ｃ：２．８〜３．８重量％、Ｓｉ：１．０〜２．７重量％、Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｃｕ：２重量％以下、Ｓｎ：０．２重量％以下、Ｓｂ：０．１重量％以下、希土類０．００４〜０．０２０重量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、パーライト地に微細な黒鉛を有する高い振動減衰能を有する鋳鉄であり、Ｃ：２．８〜３．８重量％、Ｓｉ：０．８〜２．５重量％、Ｍｎ：０．３から２．０重量％、Ｃｕ：２重量％以下、Ｓｎ：０．２重量％以下、Ｓｂ：０．１重量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％ならびに接種材を０．１〜０．５重量％添加した後注湯するパーライト地に微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄の製造方法である。ここで希土類−Ｓｉ−鉄合金は希土類金属を２５％から３２％含むものが望ましい。
【０００７】
Ｃ：１．５〜２．７５重量％、Ｓｉ：２．５〜５．５重量％、かつＣ重量％≧−Ｓｉ重量％／２＋４、Ｍｎ：０．５重量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％ならびに接種材を０．１〜０．５重量％添加した後注湯し、凝固後８００〜１０００℃で１〜５時間の軟化焼鈍を施す高い振動減衰能を有する鋳鉄の製造方法およびこのようにして製造した高い振動減衰能を有する鋳鉄である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
パーライト地に微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄のＣ、Ｓｉ、Ｍｎの含有量は、通常製造されているねずみ鋳鉄と同様であり、Ｃｕ、Ｓｎ、あるいはＳｂは基地をパーライト化して鋳鉄の強度を上げるために必要に応じて添加する。希土類−Ｓｉ−鉄合金を添加する事によって黒鉛を微細化したものであり、希土類−Ｓｉ−鉄合金添加量は０．０３重量％以下では黒鉛を微細化することができず、０．０７５重量％以上では黒鉛が擬球状（いわゆる芋虫状）化する。
【０００９】
フェライト地に微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄は、基地をフェライト化して被削性を向上させ、かつフェライトにＳｉを固溶させて鋳鉄の強度を上げることを狙ったものである。Ｃが１．５重量％以下の場合には溶湯の流動性が悪く鋳込みに支障をきたし、２．７５重量％以上の場合は黒鉛が長い片状になる。Ｓｉが２．５重量％以下の場合は５％を超える量のパーライトが析出し、５％以上の場合は硬すぎて切削に支障をきたすことになる。Ｃ重量％≦−Ｓｉ重量％／２＋４の場合はパーライトが析出する。Ｍｎが０．５重量％を超えると５％を超える量のパーライトが析出する。希土類−Ｓｉ−鉄合金添加量が０．０３重量％以下では黒鉛を微細化することができず、０．０７５重量％以上では黒鉛が擬球状（いわゆる芋虫状）化する。
【００１０】
Ｃ：１．５〜２．７５重量％、Ｓｉ：２．５〜５．５重量％、かつＣ重量％≧−Ｓｉ重量％／２＋４、Ｍｎ：０．５重量％以下を含有する溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％添加した後注湯し、凝固後８００〜１０００℃で１〜５時間の軟化焼鈍を施した鋳物の黒鉛は、凝固時に析出した微細黒鉛から２次黒鉛が析出してあたかも微細黒鉛にひげが生じたようになっている。この結果、黒鉛の数が増えたのと同様の効果があり減衰能が軟化焼鈍をしないものよりも大きくなったものと考えられる。
【００１１】
【実施例１】
希土類−Ｓｉ−鉄合金（商品名：ＭＭＬ）０．０４重量％およびフェロシリコン系接種材（商品名：カルバロイ）０．３重量％を取鍋の底に置き、それをカバー材で覆い、所定の化学組成であるＣ：３．２５重量％、Ｓｉ：２．００重量％，Ｍｎ：０．７０重量％，Ｐ：０．０３０重量％以下，Ｓ：０．０５０重量％以下，Ｃｕ：０．４０重量％に調整した溶湯を取鍋に注いだ。この溶湯をφ３０×５００のフラン砂で作製した供試材鋳型に注湯した。鋳物の化学組成はＣ：３．２１重量％、Ｓｉ：２．２３重量％，Ｍｎ：０．７２重量％，Ｐ：０．０２７重量％，Ｓ：０．０４１重量％，Ｃｕ：０．３８重量％、Ｃｅ：０．００８％および不可避的不純物と残余鉄であった。組織の顕微鏡写真を図１、図２に示す。図１は研磨したままの１００倍写真であり、図２は同じく５００倍写真である。パーライト地に片状黒鉛が析出していることが解る。また、供試材を加工してテストピースを作製し、Ｆｏｐｐｌｅ−Ｐｅｒｔｚ型減衰能測定装置を用いて減衰能を測定した。最大表面せん断歪が３×１０−３のときの減衰能は１２％であり、ＦＣ２００の減衰能である１０％よりも２０％大きい値を示した。
尚、各３例の実施例におけるテストピースと従来のＦＣ２００の最大せん断歪に対する減衰能を図３に表す。
【００１２】
【実施例２】
実施例１と同様に、希土類−Ｓｉ−鉄合金（商品名：ＭＭＬ）０．０４重量％およびフェロシリコン系接種材（商品名：カルバロイ）０．３重量％を取鍋の底に置き、それをカバー材で覆い、所定の化学組成であるＣ：２．５５重量％、Ｓｉ：４．００重量％，Ｍｎ：０．４０重量％以下，Ｐ：０．０４０重量％以下，Ｓ：０．０２０重量％以下に調整した溶湯を取鍋に注いだ。この溶湯をφ３０×５００のフラン砂で作製した供試材鋳型に注湯した。鋳物の化学組成はＣ：２．５３重量％、Ｓｉ：４．１８重量％，Ｍｎ：０．２６重量％，Ｐ：０．０１６重量％，Ｓ：０．００７重量％、Ｃｅ：０．００７％および不可避的不純物と残余鉄であった。図４、図５にナイタールで腐食した１００倍および５００倍の顕微鏡写真を示す。片状黒鉛が多く析出していることが解る。また、実施例１と同様に減衰能を測定した。最大表面せん断歪が３×１０−３のときの減衰能は１２％であり、ＦＣ２００の減衰能である１０％よりも２０％大きかった。（図３参照）
【００１３】
【実施例３】
実施例２の供試材を９００℃×１．５時間焼鈍し炉冷した。図６、図７にナイタールで腐食した１００倍および５００倍の顕微鏡写真を示す。片状黒鉛から２次的に黒鉛が析出していることが解る。また、実施例１と同様に減衰能を測定すると、最大表面せん断歪が３×１０−３のときの減衰能は１４％であり、焼鈍により減衰能は１７％大きくなっている。これはＦＣ２００の減衰能である１０％よりも４０％大きくなっている（図３参照）。
【００１４】
【発明の効果】
金型の使用あるいはＴｉの添加をしないで微細な黒鉛を有し、高い減衰能を有する鋳鉄を得ることができた。これによって、高い減衰能を備える大型鋳物が可能となり、また、生産性の向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の１００倍の顕微鏡写真。
【図２】実施例１の５００倍の顕微鏡写真。
【図３】実施例のテストピースおよび従来品のＦＣ２００との最大表面せん断歪に対する減衰能の図。
【図４】実施例２の１００倍の顕微鏡写真。
【図５】実施例２の５００倍の顕微鏡写真。
【図６】実施例３の１００倍の顕微鏡写真。
【図７】実施例３の５００倍の顕微鏡写真。
【符号の説明】
なし
Claims (5)
- Ｃ：２．８〜３．８重量％、Ｓｉ：１．０〜２．７重量％、Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｃｕ：２重量％以下、Ｓｎ：０．２重量％以下、Ｓｂ：０．１重量％以下、希土類０．００４〜０．０２０重量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、パーライト地に微細な黒鉛を有することを特徴とする高い振動減衰能を有する鋳鉄。
- Ｃ：２．８〜３．８重量％、Ｓｉ：０．８〜２．５重量％、Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｃｕ：２重量％以下、Ｓｎ：０．２重量％以下、Ｓｂ：０．１重量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％ならびに接種材を０．１〜０．５重量％添加した後注湯するパーライト地に微細な黒鉛を有することを特徴とする高い振動減衰能を有する鋳鉄の製造方法。
- 前記希土類−Ｓｉ−鉄合金が希土類金属を２５％から３２％含有することを特徴とする請求項２記載の高い振動減衰能を有する鋳鉄の製造方法。
- Ｃ：１．５〜２．７５重量％、Ｓｉ：２．５〜５．５重量％、かつＣ重量％≧−Ｓｉ重量％／２＋４、Ｍｎ：０．５重量％、希土類０．００４〜０．０２０重量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、フェライト地に微細な黒鉛を有する鋳鉄に、凝固後８００〜１０００℃で１〜５時間の軟化焼鈍を施すことを特徴とする高い振動減衰能を有する鋳鉄。
- Ｃ：１．５〜２．７５重量％、Ｓｉ：２．５〜５．５重量％、かつＣ重量％≧−Ｓｉ重量％／２＋４、Ｍｎ：０．５重量％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯へ、注湯前に希土類−Ｓｉ−鉄合金を０．０３０〜０．０７５重量％ならびに接種材を０．１〜０．５重量％添加した後注湯し、凝固後８００〜１０００℃で１〜５時間の軟化焼鈍を施すことを特徴とする高い振動減衰能を有する鋳鉄の製造方法。
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2000
- 2000-11-02 JP JP2000336452A patent/JP4494616B2/ja not_active Expired - Fee Related
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