JP4801799B2 - Method for producing spheroidal graphite cast iron with excellent strength, elongation and machinability - Google Patents

Method for producing spheroidal graphite cast iron with excellent strength, elongation and machinability Download PDF

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法に関する。本発明は、例えば、車両のサスペンションアーム、ステアリングナックル等といった強度、伸び(延性)及び被削性が要請される部品に適用できる。
【0002】
【従来の技術】
産業界では球状黒鉛鋳鉄が提供されている。球状黒鉛鋳鉄は片状黒鉛鋳鉄に比較して、黒鉛に起因する切欠効果が少なく、しかも強度、伸び及び衝撃値といった機械的性質に優れている。しかしながら近年、車両部品、産業機器部品等に要求される機械的性質は、ますます厳しいものとなっている。このため、機械的性質に優れている球状黒鉛鋳鉄といえども、強度と伸びとは互いに相反する特性であるため、強度及び伸びの双方において近年の厳しい要求特性を充分に満足させることは、容易ではなかった。
【0003】
即ち、FCD700等のように、パーライトが多い球状黒鉛鋳鉄は、高い引張強度を示すが、伸びが低い。これに対してFCD400、FCD450等のように、フェライトが多い球状黒鉛鋳鉄は、引張強度は低いが、高い伸びを示す。しかしながら上記した球状黒鉛鋳鉄は、強度及び伸びの双方において近年の厳しい要求特性を必ずしも満足させ得るものではなかった。
【0004】
殊に、車両の足回り部品等に代表される鋳鉄部品では、高剛性・高強度化を図るモードで設計されるばかりか、高強度化を図ると共に衝突時における衝撃を吸収し易いように、衝撃吸収促進モードで設計されることがある。このような衝撃吸収促進モードで設計し、同時に軽量化を図る場合には、上記したFCD700、FCD450、FCD400といった球状黒鉛鋳鉄では、厳しい要求には必ずしも良好に対応できない。
【0005】
また、強度及び伸びを改善した球状黒鉛鋳鉄として、特開平6−17186号公報には、フェライト化率を70%以上とした表層と、パーライト及びフェライトからなりフェライト化率を表層よりも15%低くした内部とを有する球状黒鉛鋳鉄が開示されている。この公報技術によれば、溶湯の凝固完了後に、鋳造品がA1変態点以上のときに鋳型から型ばらしを行ない、次に、鋳造品の表層と内部との温度差が40〜60℃となったときに、鋳造品を750〜900℃に保持された熱処理炉に装入し、次に鋳造品を15〜100℃/分の冷却速度で冷却することにしている。
【0006】
また、曲げ性及び耐衝撃性を改善した球状黒鉛鋳鉄として、特開平9−296215号公報には、フェライト化率が60%以上の表層と、基地の大部分がパーライトからなる内部とを有する球状黒鉛鋳鉄が開示されている。この公報技術によれば、球状黒鉛鋳鉄の基地全体がオーステナイト化する温度で鋳造品を加熱保持し、次に表層部のフェライト化が内部のパーライト化よりも先に起きる冷却速度(5〜20℃/分)で鋳造品を冷却し、次に表層の基地がフェライトのままで内部基地のパーライト化が起きる温度(730〜750℃)に加熱保持し、内部のパーライト化が完了した直後に常温域に冷却することにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報技術に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、フェライトが多く、高い伸びが得られる表層を形成することで、曲げ時の最大応力部の亀裂の生成が抑制される。しかしながらこのような効果を有する公報技術に係る球状黒鉛鋳鉄においても、強度及び伸びの双方における厳しい要求特性を満足させることは、必ずしも充分ではなかった。
【0008】
即ち、上記した公報技術に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、フェライトリッチの表層の強度不足を補うために、球状黒鉛鋳鉄の内部をより高強度(即ち、より低い伸び)にする必要があり、このため伸びが低い内部の高強度部から亀裂が発生し易いと推察される。殊に、両端が種々の形態で取付部に結合される製品に球状黒鉛鋳鉄を適用した場合には、製品の両端はなんらかの拘束を受けているため、負荷荷重が製品に作用したとき、軸方向の引張荷重が分力として、製品の内部を形成する高強度部にかかり、軸長方向の伸びが低いと、その変位で内部の高強度部が破断する可能性があると推察される。更に上記した公報技術に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、フェライトリッチの表層は被削性が良好であるものの、球状黒鉛鋳鉄の大部分を占める内部が高強度部のラメラパーライトで占められているため、球状黒鉛鋳鉄の被削性は必ずしも良好ではない。
【0009】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、強度及び伸びを改善すると共に、良好な被削性が得られる強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法について長年にわたり鋭意開発を進めている。そして本発明者は、球状黒鉛と、球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相とを有する球状黒鉛鋳鉄において、パーライト相を、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在した相とすれば、強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄が得られることを知見し、試験で確認し、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法を開発した。ここで、ラメラパーライトは層状パーライトを意味する。
【0011】
更に本発明者は、上記した球状黒鉛鋳鉄を得るためには、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を、砂型で形成された鋳型に注湯する工程と、
溶湯の凝固後に、凝固後の球状黒鉛鋳鉄を前記鋳型から取り出して空冷することにより、ラメラパーライトを球状黒鉛鋳鉄に組織として生成させる冷却速度で球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程と、ラメラパーライトが生成された球状黒鉛鋳鉄を、A1変態点の直下の温度領域(A1変態点からΔK1(60℃)低いまでの温度領域,A1変態点を含む)、もしくは、直上の温度領域(A1変態点からΔK2(30℃)高いまでの温度領域,A1変態点を含む)、または、A1変態点の直上及び直下の繰返しの温度領域において、5〜50分間加熱保持する加熱保持工程と、加熱保持後に球状黒鉛鋳鉄を冷却する第2冷却工程(850℃以上に加熱した後に焼入冷却する表面焼き入れを除く)とを順に実施すれば、強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄を製造できることを知見し、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法を完成した。
【0012】
パーライト相を、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在する相とする場合に、強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄が得られる理由としては、ラメラパーライトの連続性が中断されるため、組織における破壊や伸びに対する方向性が軽減されることに起因すると推察される。
【0013】
即ち、本発明に係る製造方法で製造された強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄は、球状黒鉛と、前記球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設する前記フェライト相間に生成されたパーライト相とを有する球状黒鉛鋳鉄において、前記パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとを主体としていることを特徴とするものである。主体とは、球状黒鉛鋳鉄の組織においてパーライト相のうち、粒状パーライトとラメラパーライトとがほとんど(90%以上)を占めているという意味である。ここで、球状黒鉛鋳鉄におけるパーライト相を100%としたとき、粒状パーライトの割合が面積比で20〜85%を占め、残部が実質的にラメラ(層状)パーライトとすることができる。換言すれば、球状黒鉛鋳鉄におけるパーライト相を100%としたとき、粒状パーライトの割合が面積比で20〜85%を占めると共に、ラメラ(層状)パーライトが面積比で80〜15%を占めることができる。
【0014】
粒状パーライトは、粒状、球状となったパーライトであり、ラメラパーライトが長さ方向及び積層方向において分断されて周囲から遊離した細長い粒状(長さ/幅=50以下)を含むことができる。細長い粒状のパーライトは、ラメラパーライトから完全な粒状パーライトに移行する途中段階であると推察される。
【0015】
本発明に係る製造方法で製造された強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄によれば、パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在して形成されている。このため、強度を確保しつつ、伸びが改善される。更に粒状パーライトは、強度を確保しつつ伸びが改善される他に、破壊に対する方向性が少ないため、後述する被削性試験で示すように、被削性が良いという利点も得られる。
【0016】
本発明に係る強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、(i)球状黒鉛鋳鉄の溶湯を、砂型で形成された鋳型に注湯する工程と、溶湯の凝固後に、凝固後の前記球状黒鉛鋳鉄を前記鋳型から取り出して空冷することにより、ラメラパーライトを前記球状黒鉛鋳鉄に組織として生成させる冷却速度で球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程と、
ラメラパーライトが生成された前記球状黒鉛鋳鉄を、A1変態点の直下の温度領域(A1変態点からΔK1(60℃)低いまでの温度領域)、もしくは、直上の温度領域(A1変態点からΔK2(30℃)高いまでの温度領域)、または、A1変態点の直上及び直下の繰返しの温度領域において、5〜50分間加熱保持する加熱保持工程と、
加熱保持後に前記球状黒鉛鋳鉄を冷却する第2冷却工程(850℃以上に加熱した後に焼入冷却する表面焼き入れ工程を除く)とを順に実施し、
(ii)重量比で、炭素:3.40〜3.90%、シリコン:1.9〜3.4%、Mn:0.5%以下、リン:0.08%以下、イオウ:0.03%以下、マグネシウム:0.02〜0.20%、残部鉄および不可避不純物からなる組成を有しており、
球状黒鉛と、前記球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設する前記フェライト相間に生成されたパーライト相とを有すると共に、前記パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在して形成されており、前記パーライト相は、面積比で、(粒状パーライト/全パーライト)×100%をαとしたとき、α=20〜85%に設定されており、
引張強度が564MPa以上、伸びが10%以上である強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄を製造することを特徴とするものである。第1冷却工程としては、凝固後の球状黒鉛鋳鉄を、砂型で形成された鋳型から取り出して行う。
【0017】
本発明に係る強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法によれば、パーライトを生成する冷却速度で球状黒鉛鋳鉄を冷却する空冷を伴う第1冷却工程を行うため、球状黒鉛鋳鉄の基地におけるパーライト相の面積割合を確保することができ、球状黒鉛鋳鉄の強度を確保することができる。更に、球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持する加熱保持工程を行うため、ラメラパーライト相におけるセメンタイトが粒状化し、パーライト相を粒状パーライトとラメラ(層状)パーライトとを主体とする相とすることができる。このため、強度を確保しつつ、伸びが改善された球状黒鉛鋳鉄が得られる。更に粒状パーライトは破壊に対する方向性が少ないため、球状黒鉛鋳鉄の被削性が良いという利点も得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】
・本発明に係る球状黒鉛鋳鉄は、球状黒鉛と、球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相とを有する。球状黒鉛の球状化率としては一般的には75%以上、殊に80%以上とすることができる。球状黒鉛の平均粒径としては球状黒鉛鋳鉄の用途、球状黒鉛鋳鉄の肉厚等によっても相違するものの、20〜100μm、殊に20〜60μmを例示することができる。
【0019】
・球状黒鉛鋳鉄のパーライト相は、粒状パーライトとラメラ(層状)パーライトとを主体とする。このようにするには、組織のパーライトをラメラ状とした球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持することにより行い得る。このようにすれば、パーライト相のうちフェライト相側に、ラメラパーライトと粒状パーライトとが混在する混在相を形成することができる。一般的には、ラメラパーライトからフェライト相に向かうにつれて、粒状パーライトが次第に増加する傾斜組成組織となる。このような傾斜組成組織であれば、パーライト相における方向性が軽減され、パーライト相における負荷応力の分散性が向上すると推察される。
【0020】
・パーライト相において、面積比で、(粒状パーライト/全パーライト)×100%をαとしたとき、α=20〜85%に設定されている。αの下限値及び上限値は、前記したように球状黒鉛鋳鉄の用途、要請される機械的性質、粒状パーライトを得る加熱保持工程における熱処理コスト等によって選択できる。従ってαとしては、25〜85%、30〜85%、35〜75%、35〜70%、40〜70%を例示することができる。一般的には、高強度の要請が強い球状黒鉛鋳鉄では、αとしては25〜60%、殊に25〜50%とすることができる。高伸びの要請が強い球状黒鉛鋳鉄では、αとしては40〜85%、殊に60〜85%とすることができる。
【0021】
αを変えるには、加熱保持工程における温度、加熱時間を調整すれば良い。αの下限値及び上限値は、前記したように球状黒鉛鋳鉄の用途、要請される機械的性質、粒状パーライトを得る加熱保持工程における熱処理コスト等によって選択できる。なおαの下限値としては、26%、30%、33%、36%、39%を例示できる。上記した下限値と組み合わせ得るαの上限値としては、83%、78%、75%、72%、70%を例示できる。
【0022】
・球状黒鉛鋳鉄としては、引張強度が600MPa以上、伸びが10%以上とすることができる。この場合、衝撃値が5J/cm以上とし、強度及び伸びの他に耐衝撃性にも優れている球状黒鉛鋳鉄とすることができる。なお、球状黒鉛鋳鉄であっても、パーライト相がラメラパーライトで形成されており、粒状パーライトを含まない場合には、引張強度が600MPa以上であれば、伸び10%及び衝撃値5J/cmはなかなか得られない。
【0023】
・球状黒鉛鋳鉄の組成は、球状黒鉛鋳鉄の用途、要請される機械的性質等に応じて選択される。球状黒鉛鋳鉄の組成としては、次の組成を例示できる。即ち、重量比で、炭素:3.40〜3.90%、シリコン:1.9〜3.4%、Mn:0.5%以下、リン:0.08%以下、イオウ:0.03%以下、マグネシウム:0.02〜0.20%、残部鉄および不可避不純物からなる組成とする。但しこの組成に限定されるものではなく、必要に応じて変更できる。この場合、必要に応じて、パーライト促進元素である銅及びスズの少なくとも1種を、0.005〜0.40%、殊に0.01〜0.35%含有することができる。
【0024】
更に球状黒鉛鋳鉄の組成について説明する。炭素は鋳造性の確保のため必要であるが、過剰であれば、引張強度が低下する。従って、炭素は3.40〜3.90%とすることができ、殊に3.5〜3.8%とすることができる。シリコンは鋳造性の確保、組織の安定化のため必要であるが、過剰であれば、パーライト化が抑えられる。従って、シリコンは1.9〜3.4%、殊に2.4〜2.9%とすることができる。マンガンはパーライト促進元素であるが、過剰であれば衝撃値及び伸びを低下させる。従って、マンガンは0.05〜0.5%、殊に0.05〜0.35%とすることができる。リンは球状化阻害元素であり、0.08%以下とすることが好ましい。イオウは球状化阻害元素であり、0.03%以下とすることが好ましい。マグネシウムは黒鉛の球状化のため必要であり、0.02〜0.20%とすることができ、殊に0.025〜0.15%とすることができる。なお%は重量比を意味する。
【0025】
・本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を、砂型で形成された鋳型に注湯する工程と、溶湯の凝固後に、凝固後の球状黒鉛鋳鉄を鋳型から取り出して空冷することにより、ラメラパーライトを球状黒鉛鋳鉄に組織として生成させる冷却速度で球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程と、ラメラパーライトが生成された球状黒鉛鋳鉄を、A1変態点の直下の温度領域(A1変態点からΔK1(60℃)低いまでの温度領域)、もしくは、直上の温度領域(A1変態点からΔK2(30℃)高いまでの温度領域)、または、A1変態点の直上及び直下の繰返しの温度領域において、5〜50分間加熱保持する加熱保持工程と、加熱保持後に球状黒鉛鋳鉄を冷却する第2冷却工程(850℃以上に加熱した後に焼入冷却する表面焼き入れを除く)とを含む。鋳型としては、生砂型、シェル型等の砂型を採用する。第1冷却工程では、球状黒鉛鋳鉄の基地にパーライト(ラメラパーライト)を生成する冷却速度で冷却する。第1冷却工程での冷却速度が遅い場合、良好なパーライトが生成されにくい。パーライトの生成を考慮すれば、第1冷却工程の平均冷却速度としては、一般的には1.0℃/秒〜3.0℃/秒、殊に1.3℃/秒〜2.0℃/秒とすることができる。
【0026】
砂型等のように冷却速度の増加に限界がある鋳型の場合には、第1冷却工程としては、球状黒鉛鋳鉄の溶湯が鋳型内で凝固した後に、凝固後の球状黒鉛鋳鉄を鋳型から取り出して行うことが好ましい。凝固後の球状黒鉛鋳鉄を鋳型から取り出す球状黒鉛鋳鉄の温度は、A1変態点を越える温度領域でオーステナイト化している温度領域とすることができる。具体的には、球状黒鉛鋳鉄の大きさ、組成、鋳型の材質等によっても相違するものの、例えば820〜1050℃、殊に850〜980℃とすることができる。第1冷却工程は空冷で行うことができる。空冷としてはパーライトの生成のために強制空冷を採用できるが、自然空冷でも良く、場合によっては他の熱媒体を利用した冷却形態でも良い。
【0027】
加熱保持工程では、球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持する。このようにすれば、ラメラパーライトを粒状パーライトにすることができる。加熱保持工程での加熱保持時間としては、球状黒鉛鋳鉄のサイズ、組成によっても相違するが、一般的には5〜50分間を採用することができる。加熱保持時間が過剰に短いと、粒状パーライトの生成が行われにくい。加熱保持時間が過剰に長いと、粒状パーライト及びフェライトの生成が過剰となり、引張強さの低い材料となり易い。加熱保持工程における加熱雰囲気としては、大気雰囲気、還元性雰囲気を例示できる。加熱保持工程を終えた後の第2冷却工程の平均冷却速度としては、残熱によるフェライトの生成を考慮すると、一般的には1℃/分〜3.0℃/秒、殊に0.1℃/秒〜1.0℃/秒とすることができる。
【0028】
・加熱保持工程での温度が高いと、粒状パーライト及びフェライトの生成が過剰となるため、加熱保持時間を短くすることが好ましい。加熱保持工程での温度が低いと、パーライトが粒状パーライトに変化するのに時間を要するため、加熱保持時間を長くすることが好ましい。
【0029】
また加熱保持工程の時間が過剰に短いと、工業的生産ラインにおいて、加熱保持工程に要する時間の制御が容易でなくなる。このため、工業的生産ラインにおける制御性を考慮すると、加熱保持工程としては、所定時間以上とすることが好ましい。これらの点を考慮して、加熱保持工程は、次の(a)〜(c)のいずれかの条件で行うことができる。球状黒鉛鋳鉄の温度は、球状黒鉛鋳鉄の表層ではなく球状黒鉛鋳鉄の内部に基づく。
(a)温度:700〜760℃、加熱時間:3〜20分間
(b)温度:670〜730℃、加熱時間:7〜30分間
(c)温度:670〜730℃、加熱時間:20〜50分間
・加熱保持工程は、前述したように球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持する工程である。球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持するとは、次の(1),(2)のいずれかとすることができる。球状黒鉛鋳鉄の温度は、球状黒鉛鋳鉄の表層ではなく球状黒鉛鋳鉄の内部の温度に基づく。
(1)A1変態点の直下
(2)A1変態点の直上及び直下の繰返し
ここで、図1(A)に示すように、A1変態点の直下は、A1変態点からΔK1(60℃)低い温度までの温度領域以内を意味し、A1変態点からΔK1以内の温度領域であれば良く、A1変態点自体も含むことができる。従ってA1変態点から10℃または20℃低い温度でも良い。
【0031】
図1(B)(C)に示すように、A1変態点の直上及び直下の繰返しは、A1変態点よりもΔK3(30℃)高い温度とA1変態点よりもΔK4(60℃)低い温度との間の温度領域以内において、昇温及び降温、または降温及び昇温を繰り返すことを意味する。従ってA1変態点に対して+20℃から、A1変態点に対して−20℃の温度領域以内で昇温及び降温、または降温及び昇温を繰り返しても良い。
【0032】
なお、加熱保持の時間としては前記したように5〜50分間とすることができるが、加熱温度が低い場合には、加熱時間を長くすることが好ましい。
【0033】
・本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法によれば、図1(D)に例示するように、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳型に注湯する工程を行う。次に、凝固後の球状黒鉛鋳鉄の温度がT1(T1:840〜990℃)となったとき、球状黒鉛鋳鉄を鋳型から取り出し、パーライト(一般的にはラメラパーライト)を生成する冷却速度で、加熱保持工程の温度T2以下の温度T3にまで、球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程を行なう。第1冷却工程における平均冷却速度としては1.0℃/秒〜3.0℃/秒とすることができる。その後、球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下の温度T2に昇温させる昇温工程を行う。更に、温度T2に加熱保持する加熱保持工程を行う。更に加熱保持後に球状黒鉛鋳鉄を常温領域まで冷却する第2冷却工程を行う。加熱保持工程の温度T2が730℃(1003K)のときには5〜10分間、700℃(973K)のときには10〜20分間、680℃(953K)のときには20〜40分間とすることができる。第2冷却工程における平均冷却速度としては1℃/分〜3.0℃/秒とすることができる。
【0034】
・上記した第1冷却工程、加熱保持工程、第2冷却工程を、連続的に行なう形態を採用することができる。この場合、溶湯を鋳型に鋳造した後に、第1冷却工程、加熱保持工程、第2冷却工程を連続的に行なうことができる。このように第1冷却工程、加熱保持工程、第2冷却工程を連続的に行なう場合には、球状黒鉛鋳鉄の再加熱が不要となるため、省エネルギ化を図り得る。
【0035】
・また上記した第1冷却工程及び加熱保持工程を非連続的に行なう形態を採用することができる。この場合、第1冷却工程では、球状黒鉛鋳鉄を常温または常温付近まで一旦冷却する。更に加熱保持工程に先立って、常温または常温付近の球状黒鉛鋳鉄を再加熱し、加熱保持工程の温度領域まで昇温させる昇温工程を行なう。このように昇温工程を行った後に、加熱保持工程を行う形態を採用することができる。上記したように第1冷却工程及び加熱保持工程を非連続的に行なう場合には、少量ロット生産の場合であっても、球状黒鉛鋳鉄をまとめて加熱保持工程に移行させることができる。
【0036】
【実施例】
以下、本発明を具体化した実施例について、図1〜図12を参照しつつ具体的に説明する。まず、目標組成となるように配合した溶解材料を溶解炉で溶解し、各実施例に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯を得た。その溶湯をマグネシウム系の球状化処理剤で球状化処理した。球状化温度は1480〜1500℃とした。球状化処理した溶湯をY型ブロック用鋳型(砂型)に注湯し、鋳造素材であるY型ブロックを形成した。Y型ブロック用鋳型では、試験片採取部が厚み25mmとされている。
【0037】
各実施例に係る球状黒鉛鋳鉄の組成(銅を含む)を表1に示す。実施例1では、図2に示す熱履歴パターンに基づいて球状黒鉛鋳鉄を製造した。即ち、図2に示すように、注湯後に鋳型内冷却工程を行ない、溶湯を鋳型内で凝固させると共に、球状黒鉛鋳鉄を鋳型内で920℃まで冷却した。そして直ちに鋳型の解体(高温ばらし)を行い、凝固後の球状黒鉛鋳鉄を鋳型から取り出した。球状黒鉛鋳鉄の表面層に付着している砂を落とし、球状黒鉛鋳鉄を強制冷却(強制空冷)により冷却し、第1冷却工程を行った。第1冷却工程での平均冷却速度は−1.5℃/秒であった。これにより球状黒鉛鋳鉄の組織においてパーライト(ラメラパーライト)を析出した。第1冷却工程により球状黒鉛鋳鉄を680℃(A1変態点の直下の温度領域)まで冷却した。第1冷却工程を経た球状黒鉛鋳鉄の組織は、球状黒鉛と、球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相(ラメラパーライト)とを有しており、ブルスアイ型の組織とされている。
【0038】
そして第1冷却工程が終了したら、球状黒鉛鋳鉄を熱処理炉内(設定温度:700℃)に装入し、700℃(A1変態点の直下の温度領域)で15分間加熱保持し、加熱保持工程を行なった。これにより球状黒鉛鋳鉄の組織を調整し、ラメラパーライトの粒状化を図った。このような加熱保持工程が終了したら、球状黒鉛鋳鉄を熱処理炉から取り出し、放冷(空冷)し、第2冷却工程を行った。
【0039】
第2冷却工程を終えた球状黒鉛鋳鉄の組織を光学顕微鏡観察で観察したところ、実施例1に係る球状黒鉛鋳鉄の組織は、球状黒鉛と、球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相とを有していた。パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在していた。粒状パーライトはフェライト側に多く生成されていた。従って粒状パーライトとラメラパーライトとが混在した混在相はフェライト相側に形成されていた。
【0040】
実施例2〜実施例7の製造条件は基本的には実施例1と同様とした。以下実施例2〜実施例7の製造条件について実施例1と異なる部分を中心として説明する。実施例2では、第1冷却工程での平均冷却速度を実施例1よりも速めており、−1.5℃/秒に代えて、−2.3℃/秒とした。これによりパーライト化が促進される。
【0041】
実施例3では、実施例1に係る溶湯を用いつつも、パーライト促進元素として機能する銅を多め(0.21%)に添加した。これによりパーライト化が促進される。実施例4では、熱処理炉の設定温度を700℃ではなく、710℃(A1変態点の直下の温度領域)とした。
【0042】
実施例5では、実施例1の球状黒鉛鋳鉄の組成のシリコン含有量を0.3%低く、シリコン:2.38%とした。シリコンを低くしたのは、第1冷却工程でのパーライト化の促進と衝撃値を向上させるためである。実施例6では、図3に示す熱履歴パターンに基づいて球状黒鉛鋳鉄を製造した。即ち、実施例6では、第1冷却工程、加熱保持工程を非連続的に行なう。このような実施例6では、溶湯を鋳型に注湯した後に鋳型内冷却工程を行い、鋳型(砂型)内で溶湯を凝固させると共に、球状黒鉛鋳鉄を920℃まで鋳型内で冷却した。その後、第1冷却工程として、鋳型を解体し、凝固後の球状黒鉛鋳鉄を鋳型から取り出し、その球状黒鉛鋳鉄を強制空冷により700℃まで−1.5℃/秒の平均冷却速度で冷却し、組織に適量のパーライト(ラメラパーライト)を析出させた。その後、その球状黒鉛鋳鉄を常温まで自然放冷した。その後、球状黒鉛鋳鉄に対して後処理・物流工程を適宜行った後に、球状黒鉛鋳鉄を熱処理炉内に装入して昇温工程を行って球状黒鉛鋳鉄を再加熱し、更に熱処理炉により710℃(A1変態点の直下)で10分間加熱保持し、加熱保持工程を行ない、球状黒鉛鋳鉄の組織を調整し、ラメラパーライトの粒状化を促進させた。
【0043】
実施例7では、図4に示す熱履歴パターンに基づいて球状黒鉛鋳鉄を製造した。即ち、実施例7では、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳型内に注湯した後に凝固させ、鋳型内で常温付近まで冷却した。次に、鋳型から取り出した球状黒鉛鋳鉄を900℃まで昇温させ900℃で1時間加熱してオーステナイト化した。その後に第1冷却工程として−1.3℃/秒の平均冷却速度で600℃まで強制冷却(強制空冷)し、パーライト(ラメラパーライト)を析出させるパーライト化焼準を行った。その後常温付近まで自然放冷した。更に、球状黒鉛鋳鉄を700℃(A1変態点の直下)まで再加熱する昇温工程を行い、700℃で20分間加熱保持して加熱保持工程を行い、球状黒鉛鋳鉄の組織を調整し、ラメラパーライトの粒状化を図った。その後、第2冷却工程を行い常温付近まで自然放冷した。
【0044】
なお、上記した球状黒鉛鋳鉄に関する各温度は、球状黒鉛鋳鉄の表層ではなく球状黒鉛鋳鉄の内部の温度に基づいた。
【0045】
図10及び図11は実施例4に係る球状黒鉛鋳鉄(ナイタール腐食後)の光学顕微鏡写真を示す。図10及び図11に示すように、球状黒鉛鋳鉄の組織は、黒色の塊として表された球状黒鉛と、球状黒鉛の回りにブルスアイ的に生成した白色で表されたフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相とを有している。このパーライト相は粒状パーライトとラメラパーライトとが混在している。図12は上記した写真を更に拡大したものである。図12に示すように、多数の微細な粒状パーライトがフェライト側に生成している。換言すると、パーライト相のうちフェライト相側に、多数の微細な粒状パーライトとラメラパーライト(層状)とが混在する混在相が形成されている。図12によれば、粒状パーライトは10μm以下の大きさとされており、球状黒鉛よりも遥かに小さい。他の実施例に係る球状黒鉛鋳鉄についても同様な組織が得られた。
【0046】
図13は比較例1に係る球状黒鉛鋳鉄(ナイタール腐食後)の光学顕微鏡写真を示す。図13に示すように、比較例1に係る球状黒鉛鋳鉄の組織は、黒色の塊として表された球状黒鉛と、球状黒鉛の回りにブルスアイ的に生成した白色で表されたフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相とを有している。フェライト相とパーライト相との境界は明確である。比較例1に係る組織を観察したところ、パーライト相にはラメラパーライトのみが生成しており、粒状パーライトの生成は認められなかった。
【0047】
上記したY型ブロックから引張試験片(JIS Z2201の4号)、衝撃試験片(JIS Z2202の3号、深さ2mmのUノッチ付き)、曲げ試験片を形成した。図5は引張試験片を示す。図5において測定部の直径D=15mm、測定部の評点距離L=50mmとした。引張試験では、上記した引張試験片を用い、250KN島津オートグラフで、破断までの荷重と変形量をクロスヘッド移動量にて測定した。図6(A)(B)は曲げ試験片を示す。曲げ試験片は、幅20×長さ100mm×厚み7mmの目標サイズを有する板状試験片とした。曲げ試験では、図7に示すように曲げ試験装置(図7における寸法表示はミリメートル単位)の2個の支持部100に曲げ試験片をセットした状態で、加圧部110を曲げ試験片に向けて矢印PA方向に加圧して行った。この場合、250KN島津オートグラフで、曲げ応力と変形量との関係を求めた。試験結果を表1、表2に示す。
【0048】
【表1】

Figure 0004801799
【0049】
【表2】
Figure 0004801799
【0050】
また比較例1では、銅を0.41%と多めとすることで、球状黒鉛鋳鉄の組織のパーライト化(ラメラパーライト)を促進させているものの、A1変態点付近で加熱保持する加熱保持工程は行われていないため、粒状パーライトの積極生成処理は行われておらず、α=0%であった。比較例2、3は、従来技術で述べた公報に係る文献データである。比較例2、3では粒状パーライトの積極生成処理は行われていない。表1、表2は比較例についても示す。
【0051】
表1に示すように、実施例1〜実施例7の球状黒鉛鋳鉄では黒鉛球状化率は81〜88%であり、パーライト面積率は45〜86%であり、α=41〜78%の範囲であった。殊に、実施例3に係る球状黒鉛鋳鉄はαが最も低く、α=41%とされている。実施例4に係る球状黒鉛鋳鉄はαが最も高く、α=78%とされている。
【0052】
黒鉛球状化の測定については、JIS G5502に基づいた。パーライト面積率の測定については、球状黒鉛鋳鉄の組織を顕微鏡で観察し、画像処理を利用し、黒鉛を除いた組織の面積を100%としたとき、パーライト相(ラメラパーライト、粒状パーライトを含む)が占める面積を求め、パーライト相が占める面積割合をパーライト面積率(%)とした。αの測定については、画像処理を利用し、パーライト相の面積を100%とし、ラメラパーライトの面積を求め、残部を粒状パーライトの面積とみなし、全パーライト相において粒状パーライトが占める面積割合をα(%)とした。
【0053】
表2から理解できるように、実施例1〜実施例7に係る球状黒鉛鋳鉄は、引張強度、耐力、伸び、曲げ変位、曲げ荷重、衝撃値に優れていた。具体的には、表2に示すように、実施例1に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度600MPa以上(602MPa)、伸び18%以上(18.5%)、衝撃値10J/cm以上(10.1J/cm)の試験結果が得られた。実施例2に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度640MPa以上(646MPa)、伸び13%以上(13.1%)、衝撃値7J/cm以上(7.5J/cm)の試験結果が得られた。実施例3に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度710MPa以上(713MPa)、伸び12%以上(12.3%)、衝撃値5J/cm以上(5.6J/cm)の試験結果が得られた。
【0054】
実施例4に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度560MPa以上(564MPa)、伸び19%以上(19.6%)、衝撃値11J/cm以上(11.3J/cm)の試験結果が得られた。実施例5に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度580MPa(588MPa)以上、伸び16%以上(16.8%)、衝撃値12J/cm以上(12.4J/cm)の試験結果が得られた。
【0055】
実施例6に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度650MPa以上(653MPa)、伸び13%以上(13.7%)、衝撃値7J/cm以上(7.5J/cm)の試験結果が得られた。実施例7に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、引張強度640MPa以上(649MPa)、伸び13%以上(13.8%)、衝撃値7J/cm以上(7.8J/cm)の試験結果が得られた。
【0056】
これに対して比較例2、比較例3に係る球状黒鉛鋳鉄については、引張強度、耐力、伸びは必ずしも充分ではない。比較例のなかでも比較例1に係る球状黒鉛鋳鉄(パーライト促進元素である銅含有量が多い)については、引張強度、耐力が良好であるものの、伸びがやや低く、曲げ変位が3.1mmであり、測定したなかでは最も低く、更に衝撃値も3.1J/cmであり、測定したなかでは最も低かった。即ち、比較例1に係る球状黒鉛鋳鉄と実施例2に係る球状黒鉛鋳鉄については、引張強度及び耐力がほぼ同程度であるものの、αが65%である実施例2に係る球状黒鉛鋳鉄の衝撃値は7.5J/cmであったが、αが0%である比較例1に係る球状黒鉛鋳鉄の衝撃値は3.1J/cmであり、実施例2に比べて約40%(3.1/7.5=0.41)とかなり低かった。更に比較例1に係る球状黒鉛鋳鉄は、伸び及び衝撃値が低いばかりか、パーライト促進元素である銅が0.41%と多量に含有されているため、球状黒鉛鋳鉄をリサイクルする際における制約が大きくなる不具合がある。
【0057】
更に各実施例に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、上記した公報技術に係る球状黒鉛鋳鉄と異なり、強度低下の要因ともなり得るフェライトリッチの表層を積極的に形成せずとも良いため、量産化が容易であり、適用範囲の拡大に貢献できる。
【0058】
更に球状黒鉛鋳鉄の被削性についても測定した。この場合、実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳型(砂型)に注湯し、円筒形の試験片(外径:120mm、内径:70mm、軸長200mm)を鋳造で形成し、図4に示す熱履歴パターンに基づいて、常温から昇温させた後に900℃で2時間加熱してオーステナイト化を図った。その後、第1冷却工程として、−1.7℃/秒の平均冷却速度で600℃まで強制冷却(強制空冷)し、ラメラパーライトを生成した。更に常温まで冷却した。その後、昇温工程を経て加熱保持工程に移行し、加熱保持工程において700℃で20分間加熱し、組織を調整し、ラメラパーライトの粒状化を進行させた。そして実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄で形成した円筒形の試験片について、被削性試験を行ない、切削工具の刃先磨耗量を測定した。比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄でも、同様な円筒形の試験片を形成し、被削性試験を行なった。表3は実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄、比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄の組成、特性を示す。表3に示すように、実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄、比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄共に、パーライト面積率、硬さはほぼ同程度であった。しかし実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄では粒状パーライトが生成しており、α=58%であった。これに対して、比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄ではラメラパーライトだけであり、粒状パーライトが生成しておらず、α=0%であった。
【0059】
【表3】
Figure 0004801799
【0060】
上記した被削性試験においては、図8に示す試験片と、切削工具(超硬合金、UC5005)とを用い、周速が150mm/分、送りが0.3m/rev、切り込みが0.5mmとし、試料をそれぞれ2個ずつ用い、1試料で切削加工距離2000mまで切削し、2つの試料を連続して切削した。図8に示す試験片では、黒皮の影響を無くすため、被削性試験に先だって前加工で黒皮の外周面部分を2mm予め切除し、外径116mmとした。切削装置へのチャック部分を考慮して、試験片の評価部分の軸長を150mmとした。
【0061】
被削性試験の結果を図9に示す。図9に示すように、1試料目において、比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄では切削工具の刃先磨耗量は1000μmを越えていたが、実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄では切削工具の刃先磨耗量はそれよりも少なく650μm程度であった。2試料目において、比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄では切削工具の刃先磨耗量は1300μmを越えていたが、実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄では切削工具の刃先磨耗量はそれよりも少なく1000μm程度であった。上記した被削性試験の結果から、実施例Aに係る球状黒鉛鋳鉄は、比較例Aに係る球状黒鉛鋳鉄に対して、パーライト面積率、硬さがほぼ同程度であるものの、被削性がかなり優れており、切削工具の刃先の磨耗量は約60〜80%程度(650/1000=0.65、1000/1300≒0.77)に抑え得ることがわかる。
【0062】
以上の説明から理解できるように本実施例に係る球状黒鉛鋳鉄によれば、球状黒鉛と、球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設するフェライト相間に生成されたパーライト相とを有しており、パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在して形成されている。このため本実施例に係る球状黒鉛鋳鉄は強度、伸び及び被削性に優れている。従って、強度及び伸びの双方が要請される足回り部品等に代表される車両部品、工作機械等の産業機器部品等の鋳鉄部品に広く適用することができる。殊に、足回り部品等に代表される鋳鉄部品では、高強度化を図ると共に衝突時における衝撃を吸収し易い衝撃吸収促進モードで設計される鋳鉄部品に適用することができる。勿論、高強度化又は軽量化を図るモードで設計される鋳鉄部品に適用することもできる。
【0063】
また本実施例によれば、加熱保持工程をA1変態点の直下の温度領域で行うことにしているため、ラメラパーライトの粒状化が過剰に速く進行せず、適切な速度で進行するため、工業的生産においても加熱保持工程の時間の制御を容易になし得る利点が得られる。従って球状黒鉛鋳鉄の実際のαの値を、αの目標範囲に設定するのに貢献できる。
【0064】
(その他)
上記した各実施例によれば、加熱保持工程はA1変態点の直下の温度領域で行うようにしているが、これに限らず、A1変態点の直上の温度領域で行っても、球状黒鉛鋳鉄のラメラパーライトを粒状化させることができる。また、A1変態点の直上及び直下の繰返しで行っても、球状黒鉛鋳鉄のラメラパーライトを粒状化させることができる。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【0065】
(付記)上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
[付記項1]各請求項において、引張強度が650MPa以上、伸びが10%以上であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
[付記項2]各請求項において、引張強度が650MPa以上、伸びが10%以上、衝撃値が6J/cm以上であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
[付記項3]各請求項において、引張強度が700MPa以上、伸びが10%以上、衝撃値が4J/cm以上であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法。
[付記項4]各請求項において、引張強度が550MPa以上、伸びが18%以上、衝撃値が9J/cm以上であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法。
[付記項5]各請求項において、引張強度が600MPa以上、伸びが15%以上、衝撃値が8J/cm以上であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法。
[付記項6]各請求項において、重量比で、炭素:3.40〜3.90%、シリコン:1.9〜3.4%、Mn:0.5%以下、リン:0.08%以下、イオウ:0.03%以下、マグネシウム:0.02〜0.20%、残部が不可避不純物及び鉄の組成を有することを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法。
[付記項7]各請求項において、重量比で、炭素:3.40〜3.90%、シリコン:1.9〜3.4%、Mn:0.5%以下、リン:0.08%以下、イオウ:0.03%以下、マグネシウム:0.02〜0.20%、銅及びスズの少なくとも一方:0.40%以下、残部が不可避不純物及び鉄の組成を有することを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法。
[付記項8]球状黒鉛と、前記球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設する前記フェライト相間に生成されたパーライト相とを有すると共に、前記パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとを主体としている強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄で形成された車両鋳鉄部品。
[付記項9]球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳型に注湯する工程と、パーライトを生成する冷却速度で球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程と、前記球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持する加熱保持工程と、加熱保持後に前記球状黒鉛鋳鉄を冷却する第2冷却工程とを含む、強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄で形成された車両鋳鉄部品の製造方法。
[付記項10]球状黒鉛と、前記球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設する前記フェライト相間に生成されたパーライト相とを有する球状黒鉛鋳鉄において、前記パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとを主体としていることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
[付記項11]付記項10において、前記パーライト相は、面積比で、(粒状パーライト/全パーライト)×100%をαとしたとき、α=20〜85%に設定されていることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
[付記項12]付記項10または11において、引張強度が600MPa以上、伸びが10%以上であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
[付記項13]付記項10〜12のうちの一項において、衝撃値が5J/cm 以上であり、耐衝撃性にも優れていることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
[付記項14]付記項10〜13のうちの一項において、重量比で、炭素:3.40〜3.90%、シリコン:1.9〜3.4%、Mn:0.5%以下、リン:0.08%以下、イオウ:0.03%以下、マグネシウム:0.02〜0.20%、残部鉄および不可避の不純物からなることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る製造方法で製造された球状黒鉛鋳鉄によれば、パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在して形成されているため、強度、伸び及び被削性に優れている。本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法によれば、パーライトを生成する冷却速度で球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程と、球状黒鉛鋳鉄をA1変態点の直下または直上の温度領域に加熱保持する加熱保持工程とを実施するため、上記した粒状パーライトとラメラパーライトとが混在するパーライト相を形成することができる。故に強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄を容易に製造することができる。
【0067】
殊に加熱保持工程をA1変態点の直下の温度領域で行う場合には、ラメラパーライトの粒状化の速度を抑えることができるため、工業的生産においても加熱保持工程の時間の制御を容易になし得る利点が得られ、球状黒鉛鋳鉄の実際のαの値を、αの目標範囲に設定するのに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各加熱保持工程における球状黒鉛鋳鉄の温度履歴を模式的に示すグラフである。
【図2】第1冷却工程、加熱保持工程、第2冷却工程を連続的に行う場合における球状黒鉛鋳鉄の温度履歴を模式的に示すグラフである。
【図3】第1冷却工程と加熱保持工程とを非連続的に行う場合における球状黒鉛鋳鉄の温度履歴を模式的に示すグラフである。
【図4】別の形態に係り、第1冷却工程と加熱保持工程とを非連続的に行う場合における球状黒鉛鋳鉄の温度履歴を模式的に示すグラフである。
【図5】引張試験片を模式的に示す側面図である。
【図6】(A)は曲げ試験片を模式的に示す平面図であり、(B)は曲げ試験片を模式的に示す側面図である。
【図7】曲げ試験装置で曲げ試験を行っている状態を示す側面図である。
【図8】被削性試験で用いる試験片を模式的に示す斜視図である。
【図9】被削性試験の試験結果を示すグラフである。
【図10】第1冷却工程、加熱保持工程及び第2冷却工程を経た実施例4に係る球状黒鉛鋳鉄の顕微鏡写真(倍率400倍)である。
【図11】第1冷却工程、加熱保持工程及び第2冷却工程を経た実施例4に係る球状黒鉛鋳鉄の顕微鏡写真(倍率600倍)である。
【図12】第1冷却工程、加熱保持工程及び第2冷却工程を経た実施例4に係る球状黒鉛鋳鉄における粒状パーライトが生成している部分を更に拡大した顕微鏡写真である。
【図13】比較例1に係る顕微鏡写真(倍率400倍)である。
【符号の説明】
図中、100は支持部、110は加圧部を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is a spheroidal graphite cast excellent in strength, elongation and machinability.ironIt relates to a manufacturing method. The present invention can be applied to parts that require strength, elongation (ductility), and machinability, such as vehicle suspension arms and steering knuckles.
[0002]
[Prior art]
  The industry provides spheroidal graphite cast iron. Spheroidal graphite cast iron has less notch effect due to graphite and superior mechanical properties such as strength, elongation and impact value compared to flake graphite cast iron. However, in recent years, the mechanical properties required for vehicle parts, industrial equipment parts and the like have become increasingly severe. For this reason, even with spheroidal graphite cast iron having excellent mechanical properties, strength and elongation are mutually contradictory properties, so it is easy to fully satisfy recent severe requirements in both strength and elongation. It wasn't.
[0003]
  That is, spheroidal graphite cast iron with much pearlite, such as FCD700, shows high tensile strength but low elongation. On the other hand, spheroidal graphite cast iron with many ferrites like FCD400, FCD450, etc. shows low elongation but high elongation. However, the above-mentioned spheroidal graphite cast iron cannot always satisfy recent strict requirements in both strength and elongation.
[0004]
  In particular, cast iron parts typified by undercarriage parts of vehicles are not only designed in a mode to increase rigidity and strength, but also to increase strength and easily absorb the impact at the time of collision. It may be designed in shock absorption acceleration mode. When designing in such a shock absorption promotion mode and simultaneously reducing the weight, the above-mentioned spheroidal graphite cast irons such as FCD700, FCD450, and FCD400 cannot always cope with severe requirements.
[0005]
  Further, as a spheroidal graphite cast iron with improved strength and elongation, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-17186 discloses that a ferrite layer is made of pearlite and ferrite with a ferrite layer rate of 70% or more, and the ferrite layer rate is 15% lower than the surface layer. Spheroidal graphite cast iron is disclosed. According to this gazette technique, after the solidification of the molten metal is completed, the mold is released from the mold when the casting is above the A1 transformation point, and then the temperature difference between the surface layer and the inside of the casting becomes 40 to 60 ° C. At that time, the cast product is placed in a heat treatment furnace maintained at 750 to 900 ° C., and then the cast product is cooled at a cooling rate of 15 to 100 ° C./min.
[0006]
  In addition, as a spheroidal graphite cast iron with improved bendability and impact resistance, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-296215 discloses a spherical shape having a surface layer having a ferritization rate of 60% or more and an interior in which most of the base is made of pearlite. Graphite cast iron is disclosed. According to this publication technique, the casting product is heated and held at a temperature at which the entire base of the spheroidal graphite cast iron is austenitized, and then the cooling rate (5 to 20 ° C.) where the ferritization of the surface layer portion occurs before the internal pearlite is formed. / Min), then the casting is cooled to a temperature (730 to 750 ° C.) at which the base of the surface layer remains ferrite and the pearlite of the internal matrix occurs (730 to 750 ° C.). To cool down.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  According to the spheroidal graphite cast iron according to the above-mentioned publication technique, the formation of a crack in the maximum stress portion at the time of bending is suppressed by forming a surface layer with a large amount of ferrite and high elongation. However, even in the spheroidal graphite cast iron according to the publication technique having such an effect, it is not always sufficient to satisfy strict required characteristics in both strength and elongation.
[0008]
  That is, according to the spheroidal graphite cast iron according to the above-mentioned publication technique, in order to compensate for the insufficient strength of the ferrite-rich surface layer, it is necessary to make the inside of the spheroidal graphite cast iron have higher strength (that is, lower elongation). For this reason, it is assumed that cracks are likely to occur from the internal high-strength portion having low elongation. In particular, when spheroidal graphite cast iron is applied to a product whose both ends are joined to the mounting part in various forms, both ends of the product are subject to some restraint, so that when a load is applied to the product, the axial direction If the tensile load is applied to the high-strength portion forming the interior of the product as a component force and the elongation in the axial length direction is low, the internal high-strength portion may break due to the displacement. Furthermore, according to the spheroidal graphite cast iron according to the above-mentioned publication technique, the ferrite-rich surface layer has good machinability, but the interior occupying most of the spheroidal graphite cast iron is occupied by the lamellar pearlite of the high strength portion. The machinability of spheroidal graphite cast iron is not always good.
[0009]
  The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and improves the strength and elongation, and at the same time obtains good machinability, and has excellent strength, elongation and machinability.ironIt is an object to provide a manufacturing method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventor has developed a spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability.Manufacturing methodWe have been working hard on development for many years. And the present inventor, in spheroidal graphite cast iron having spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and a pearlite phase generated between adjacent ferrite phases, the pearlite phase, granular pearlite and lamellar pearliteMixedIf it is a phase, it is found that a spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability can be obtained, confirmed by a test, and the spheroidal graphite cast iron according to the present inventionManufacturing methodDeveloped. Here, lamellar perlite means layered perlite.
[0011]
  Furthermore, in order to obtain the above-mentioned spheroidal graphite cast iron, the present inventorPouring molten metal of spheroidal graphite cast iron into a mold formed of sand mold,
A first cooling step of cooling the spheroidal graphite cast iron at a cooling rate for generating a lamellar pearlite as a structure in the spheroidal graphite cast iron by taking out the solid spheroidal graphite cast iron from the mold and air cooling after solidification of the molten metal; The spheroidal graphite cast iron produced with a temperature range immediately below the A1 transformation point (including the temperature range from the A1 transformation point to ΔK1 (60 ° C) lower, including the A1 transformation point), or the temperature range immediately above (A1 transformation point) In the temperature range from A to ΔK2 (30 ° C.), including the A1 transformation point), or in the repeated temperature range immediately above and immediately below the A1 transformation point, after a heating and holding step for 5 to 50 minutes. A second cooling step for cooling the spheroidal graphite cast iron (except for surface quenching after quenching and cooling after heating to 850 ° C. or higher)As a result, it has been found that a spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability can be produced, and the method for producing a spheroidal graphite cast iron according to the present invention has been completed.
[0012]
  Perlite phase with granular perlite and lamellar perliteMixedThe reason why a spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability is obtained when it is used as a phase is that the continuity of lamellar pearlite is interrupted, and the direction to fracture and elongation in the structure is reduced. It is assumed that
[0013]
  That is, according to the present inventionManufactured by manufacturing methodSpheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability is a spheroidal graphite cast iron having spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and a pearlite phase generated between the adjacent ferrite phases. The pearlite phase is mainly composed of granular pearlite and lamellar pearlite. The main component means that granular pearlite and lamellar pearlite occupy most (90% or more) of the pearlite phase in the structure of spheroidal graphite cast iron. Here, when the pearlite phase in the spheroidal graphite cast iron is 100%, the proportion of granular pearlite occupies 20 to 85% in terms of area ratio, and the remainder can be substantially lamella (layered) pearlite. In other words, when the pearlite phase in the spheroidal graphite cast iron is 100%, the ratio of granular pearlite occupies 20 to 85% in area ratio, and lamellar (layered) pearlite occupies 80 to 15% in area ratio. it can.
[0014]
  The granular pearlite is pearlite that is granular and spherical, and can include elongated granular particles (length / width = 50 or less) that are separated from each other in the longitudinal direction and the laminating direction by lamellar pearlite. It is assumed that the elongated granular pearlite is in the middle of transition from lamellar pearlite to fully granular pearlite.
[0015]
  According to the present inventionManufactured by manufacturing methodAccording to spheroidal graphite cast iron with excellent strength, elongation and machinability, the pearlite phase consists of granular pearlite and lamellar pearlite.Formed in a mixed mannerThe For this reason, elongation is improved, ensuring intensity | strength. Further, the granular pearlite is improved in elongation while securing strength, and also has an advantage of good machinability as shown in a machinability test described later because it has less directionality to fracture.
[0016]
  The manufacturing method of spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability according to the present invention is as follows:(I) a step of pouring the molten graphite graphite iron into a mold formed of a sand mold, and after solidification of the molten metal, the solidified spherical graphite cast iron is taken out of the mold and air-cooled, whereby the lamellar pearlite is A first cooling step of cooling the spheroidal graphite cast iron at a cooling rate that causes the spheroidal graphite cast iron to form as a structure;
The spheroidal graphite cast iron in which lamellar pearlite is generated is either in a temperature region immediately below the A1 transformation point (a temperature region from the A1 transformation point to ΔK1 (60 ° C.) lower) or just above the temperature region (A1 transformation point to ΔK2 ( 30 ° C.) high temperature range), or a heating and holding step of heating and holding for 5 to 50 minutes in a repeated temperature range immediately above and below the A1 transformation point
A second cooling step for cooling the spheroidal graphite cast iron after heating and holding (except for a surface quenching step for quenching and cooling after heating to 850 ° C. or higher), in order,
(Ii) By weight, carbon: 3.40-3.90%, silicon: 1.9-3.4%, Mn: 0.5% or less, phosphorus: 0.08% or less, sulfur: 0.03 % Or less, magnesium: 0.02 to 0.20%, balance iron and inevitable impurities,
It has spherical graphite, a ferrite phase generated around the spherical graphite, and a pearlite phase generated between the adjacent ferrite phases, and the pearlite phase is formed by mixing granular pearlite and lamellar pearlite. The pearlite phase is set to α = 20 to 85% in terms of area ratio, where (granular pearlite / total pearlite) × 100% is α.
It is characterized by producing spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability with a tensile strength of 564 MPa or more and an elongation of 10% or more.Is. As the first cooling process, the solidified spheroidal graphite cast iron is used.Formed with sand moldTake out from moldYeah.
[0017]
  According to the method for producing spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability according to the present invention, the spheroidal graphite cast iron is cooled at a cooling rate that generates pearlite.With air coolingSince the 1st cooling process is performed, the area ratio of the pearlite phase in the base of spheroidal graphite cast iron can be secured, and the strength of spheroidal graphite cast iron can be secured. Furthermore, in order to perform a heating and holding step of heating and holding the spheroidal graphite cast iron in a temperature region immediately below or immediately above the A1 transformation point,LamellaThe cementite in the pearlite phase is granulated, and the pearlite phase is divided into granular pearlite and lamellae.(Layered)It can be a phase mainly composed of pearlite. For this reason, spheroidal graphite cast iron with improved elongation can be obtained while ensuring strength. Furthermore, since granular pearlite has little directionality to fracture, there is also an advantage that machinability of spheroidal graphite cast iron is good.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The spheroidal graphite cast iron according to the present invention has spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and a pearlite phase generated between adjacent ferrite phases. The spheroidization rate of the spherical graphite can be generally 75% or more, particularly 80% or more. Although the average particle diameter of spheroidal graphite varies depending on the use of spheroidal graphite cast iron, the thickness of spheroidal graphite cast iron, etc., it can be exemplified by 20-100 μm, especially 20-60 μm.
[0019]
  ・ The pearlite phase of spheroidal graphite cast iron consists of granular pearlite and lamellae.(Layered)Mainly pearlite. This can be achieved by heating and maintaining a spheroidal graphite cast iron having a pearlite structure in a lamellar shape in a temperature region immediately below or just above the A1 transformation point. In this way, lamellar pearlite and granular pearlite on the ferrite phase side of the pearlite phase.MixedMixed phases can be formed. Generally, it becomes a gradient composition in which granular pearlite gradually increases as it goes from lamellar pearlite to the ferrite phase. With such a gradient composition, it is presumed that the directionality in the pearlite phase is reduced and the dispersibility of the load stress in the pearlite phase is improved.
[0020]
  -In the pearlite phase, when the area ratio is (granular pearlite / total pearlite) x 100%, α is set to α = 20 to 85%.TheAs described above, the lower limit value and the upper limit value of α can be selected depending on the use of the spheroidal graphite cast iron, the required mechanical properties, the heat treatment cost in the heating and holding step for obtaining granular pearlite, and the like. Accordingly, examples of α include 25 to 85%, 30 to 85%, 35 to 75%, 35 to 70%, and 40 to 70%. In general, in spheroidal graphite cast iron, which has a strong demand for high strength, α can be 25 to 60%, particularly 25 to 50%. In spheroidal graphite cast iron, which has a strong demand for high elongation, α can be 40 to 85%, particularly 60 to 85%.
[0021]
  In order to change α, the temperature and heating time in the heating and holding step may be adjusted. As described above, the lower limit value and the upper limit value of α can be selected depending on the use of the spheroidal graphite cast iron, the required mechanical properties, the heat treatment cost in the heating and holding step for obtaining granular pearlite, and the like. Examples of the lower limit of α include 26%, 30%, 33%, 36%, and 39%. Examples of the upper limit value of α that can be combined with the above lower limit value include 83%, 78%, 75%, 72%, and 70%.
[0022]
  -Spheroidal graphite cast iron can have a tensile strength of 600 MPa or more and an elongation of 10% or more. In this case, the impact value is 5 J / cm.2As described above, the spheroidal graphite cast iron having excellent impact resistance in addition to strength and elongation can be obtained. Even in spheroidal graphite cast iron, when the pearlite phase is formed of lamellar pearlite and does not include granular pearlite, if the tensile strength is 600 MPa or more, the elongation is 10% and the impact value is 5 J / cm.2It is hard to get.
[0023]
  The composition of spheroidal graphite cast iron is selected according to the use of spheroidal graphite cast iron, the required mechanical properties, and the like. Examples of the composition of the spheroidal graphite cast iron include the following compositions. That is, by weight ratio, carbon: 3.40-3.90%, silicon: 1.9-3.4%, Mn: 0.5% or less, phosphorus: 0.08% or less, sulfur: 0.03% Magnesium: 0.02 to 0.20%, Balance iron and inevitable impuritiesThe composition. However, it is not limited to this composition and can be changed as necessary. In this case, if necessary, at least one of copper and tin, which are pearlite promoting elements, may be contained in an amount of 0.005 to 0.40%, particularly 0.01 to 0.35%.
[0024]
  Furthermore, composition of spheroidal graphite cast ironExplanationTo do. Carbon is necessary for securing castability, but if it is excessive, the tensile strength is lowered. Therefore, the carbon can be 3.40 to 3.90%, in particular 3.5 to 3.8%. Silicon is necessary for securing castability and stabilizing the structure, but if it is excessive, pearlite formation can be suppressed. Therefore, silicon can be 1.9 to 3.4%, especially 2.4 to 2.9%. Manganese is a pearlite-promoting element, but if it is excessive, impact value and elongation are lowered. Therefore, manganese can be 0.05-0.5%, especially 0.05-0.35%. Phosphorus is a spheronization inhibiting element, and is preferably 0.08% or less. Sulfur is a spheroidizing inhibitory element and is preferably 0.03% or less. Magnesium is necessary for the spheroidization of graphite, and can be 0.02 to 0.20%, in particular 0.025 to 0.15%. % Means weight ratio.
[0025]
  -The method for producing the spheroidal graphite cast iron according to the present invention is as follows:The process of pouring the molten graphite iron into a mold made of sand mold, and after solidifying the molten metal, the solidified spherical graphite cast iron is taken out of the mold and air-cooled, so that the lamellar pearlite is formed into the structure of the spherical graphite cast iron. The first cooling step of cooling the spheroidal graphite cast iron at a cooling rate to be generated, and the spheroidal graphite cast iron on which lamellar pearlite is generated are in a temperature region immediately below the A1 transformation point (temperature from the A1 transformation point to ΔK1 (60 ° C.) Area), or a temperature range immediately above (temperature range from the A1 transformation point to ΔK2 (30 ° C.) higher), or a repeated temperature range immediately above and immediately below the A1 transformation point, for heating and holding for 5 to 50 minutes A holding step and a second cooling step for cooling the spheroidal graphite cast iron after heating and holding (excluding surface quenching for quenching and cooling after heating to 850 ° C. or higher).Including. As molds, sand molds such as fresh sand mold and shell moldAdoptTo do. In the first cooling process, pearlite is placed on the base of spheroidal graphite cast iron.(LaCool at a cooling rate that produces melaperlite). When the cooling rate in the first cooling step is slow, good pearlite is hardly generated. Considering the formation of pearlite, the average cooling rate in the first cooling step is generally 1.0 ° C./second to 3.0 ° C./second, particularly 1.3 ° C./second to 2.0 ° C. Per second.
[0026]
  In the case of a mold such as a sand mold that has a limited increase in cooling rate, the first cooling step is to take out the spheroidal graphite cast iron from the mold after the molten spheroidal graphite cast iron has solidified in the mold. Preferably it is done. The temperature of the spheroidal graphite cast iron from which the spheroidal graphite cast iron after solidification is taken out from the mold can be set to a temperature region that is austenitized in a temperature region that exceeds the A1 transformation point. Specifically, the temperature may be, for example, 820 to 1050 ° C., particularly 850 to 980 ° C., although it varies depending on the size, composition, mold material, and the like of the spheroidal graphite cast iron. The first cooling step can be performed by air cooling. As the air cooling, forced air cooling can be adopted for the generation of pearlite, but natural air cooling may be used, and depending on the case, a cooling mode using another heat medium may be used.
[0027]
  In the heating and holding step, the spheroidal graphite cast iron is heated and held in a temperature region immediately below or just above the A1 transformation point. In this way, the lamellar pearlite can be made into granular pearlite. The heating and holding time in the heating and holding step is generally 5 to 50 minutes, although it varies depending on the size and composition of the spheroidal graphite cast iron. When the heating and holding time is excessively short, it is difficult to generate granular pearlite. If the heating and holding time is excessively long, the production of granular pearlite and ferrite becomes excessive, and the material tends to have a low tensile strength. Examples of the heating atmosphere in the heating and holding step include an air atmosphere and a reducing atmosphere. The average cooling rate in the second cooling step after the heating and holding step is generally 1 ° C./min to 3.0 ° C./sec, particularly 0.1 ° C. in consideration of the formation of ferrite due to residual heat. It can be set to ° C / second to 1.0 ° C / second.
[0028]
  -If the temperature in the heating and holding step is high, the production of granular pearlite and ferrite becomes excessive, so it is preferable to shorten the heating and holding time. If the temperature in the heating and holding step is low, it takes time for the pearlite to change to granular pearlite, so it is preferable to increase the heating and holding time.
[0029]
  If the time for the heating and holding step is excessively short, it is not easy to control the time required for the heating and holding step in an industrial production line. For this reason, when the controllability in an industrial production line is taken into consideration, it is preferable that the heating and holding step be performed for a predetermined time or longer. Considering these points, the heating and holding step can be performed under any of the following conditions (a) to (c). The temperature of the spheroidal graphite cast iron is based on the inside of the spheroidal graphite cast iron, not the surface layer of the spheroidal graphite cast iron.
(A) Temperature: 700 to 760 ° C., heating time: 3 to 20 minutes
(B) Temperature: 670-730 ° C., heating time: 7-30 minutes
(C) Temperature: 670-730 ° C., heating time: 20-50 minutes
  The heating and holding step is a step of heating and holding the spheroidal graphite cast iron in a temperature region immediately below or immediately above the A1 transformation point as described above. Heating and maintaining the spheroidal graphite cast iron in the temperature region immediately below or just above the A1 transformation point is the following (1), (2)It can be either. The temperature of the spheroidal graphite cast iron is based on the temperature inside the spheroidal graphite cast iron, not the surface layer of the spheroidal graphite cast iron.
(1) Directly below the A1 transformation point
(2)Repeat directly above and below the A1 transformation point
  Here, as shown in FIG. 1A, immediately below the A1 transformation point means within a temperature region from the A1 transformation point to a temperature lower by ΔK1 (60 ° C.), and within a temperature region within the ΔK1 from the A1 transformation point. Any A1 transformation point itself may be included. Therefore, the temperature may be 10 ° C. or 20 ° C. lower than the A1 transformation point.
[0031]
  FIG.(B) (C)As shown in FIG. 4, the repetitions immediately above and immediately below the A1 transformation point are within a temperature range between a temperature ΔK3 (30 ° C.) higher than the A1 transformation point and a temperature ΔK4 (60 ° C.) lower than the A1 transformation point. It means that the temperature rise and the temperature fall or the temperature fall and the temperature rise are repeated. Therefore, the temperature increase and decrease, or the temperature decrease and increase may be repeated within a temperature range from + 20 ° C. to the A1 transformation point and −20 ° C. from the A1 transformation point.
[0032]
  The heating and holding time can be 5 to 50 minutes as described above, but when the heating temperature is low, it is preferable to increase the heating time.
[0033]
  -According to the method for producing spheroidal graphite cast iron according to the present invention, FIG.(D)As illustrated in Fig. 5, a step of pouring a molten graphite graphite cast iron into a mold is performed. Next, when the temperature of the spheroidal graphite cast iron after solidification reaches T1 (T1: 840 to 990 ° C.), the spheroidal graphite cast iron is taken out from the mold, and at a cooling rate that generates pearlite (generally lamellar perlite), The 1st cooling process which cools spheroidal graphite cast iron to temperature T3 below temperature T2 of a heating maintenance process is performed. The average cooling rate in the first cooling step can be 1.0 ° C./second to 3.0 ° C./second. Thereafter, a heating step is performed to raise the spheroidal graphite cast iron to a temperature T2 immediately below the A1 transformation point. Furthermore, a heating and holding step of heating and holding at the temperature T2 is performed. Further, a second cooling step is performed in which the spheroidal graphite cast iron is cooled to a normal temperature region after being heated and held. When the temperature T2 in the heating and holding step is 730 ° C. (1003K), it can be 5 to 10 minutes, when it is 700 ° C. (973K), it can be 10 to 20 minutes, and when it is 680 ° C. (953K), it can be 20 to 40 minutes. The average cooling rate in the second cooling step can be 1 ° C./min to 3.0 ° C./sec.
[0034]
  -The form which performs the above-mentioned 1st cooling process, a heating holding process, and a 2nd cooling process continuously can be employ | adopted. In this case, after casting the molten metal in the mold, the first cooling step, the heating and holding step, and the second cooling step can be performed continuously. As described above, when the first cooling step, the heating and holding step, and the second cooling step are performed continuously, it is not necessary to reheat the spheroidal graphite cast iron, so that energy saving can be achieved.
[0035]
  -Moreover, the form which performs the above-mentioned 1st cooling process and heating holding process discontinuously is employable. In this case, in the first cooling step, the spheroidal graphite cast iron is once cooled to room temperature or near room temperature. Further, prior to the heating and holding step, a temperature raising step is performed in which the spheroidal graphite cast iron at or near room temperature is reheated and the temperature is raised to the temperature range of the heating and holding step. Thus, after performing a temperature rising process, the form which performs a heating holding process is employable. As described above, when the first cooling step and the heating and holding step are performed discontinuously, the spheroidal graphite cast iron can be collectively transferred to the heating and holding step even in the case of small-lot production.
[0036]
【Example】
  Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS. First, a melting material blended so as to have a target composition was melted in a melting furnace to obtain a spheroidal graphite cast iron melt according to each example. The molten metal was spheroidized with a magnesium-based spheroidizing agent. The spheroidization temperature was 1480-1500 ° C. The spheroidized molten metal was poured into a Y-type block mold (sand mold) to form a Y-type block as a casting material. In the Y-type block mold, the specimen collection part has a thickness of 25 mm.
[0037]
  Composition of spheroidal graphite cast iron according to each example(Including copper)Is shown in Table 1. In Example 1, spheroidal graphite cast iron was manufactured based on the thermal history pattern shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2, an in-mold cooling step was performed after pouring to solidify the molten metal in the mold and cool the spheroidal graphite cast iron to 920 ° C. in the mold. Immediately after the mold was disassembled (high-temperature dispersion), the solidified spheroidal graphite cast iron was taken out of the mold. The sand adhering to the surface layer of the spheroidal graphite cast iron was dropped, the spheroidal graphite cast iron was cooled by forced cooling (forced air cooling), and the first cooling step was performed. The average cooling rate in the first cooling step was −1.5 ° C./second. This makes the structure of spheroidal graphite cast ironInPerlite (lamellar perlite) was precipitated. In the first cooling step, the spheroidal graphite cast iron was cooled to 680 ° C. (a temperature region immediately below the A1 transformation point). The structure of the spheroidal graphite cast iron that has undergone the first cooling step has spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and a pearlite phase (lamellar perlite) generated between adjacent ferrite phases. It is considered a bullseye type organization.
[0038]
  When the first cooling step is completed, the spheroidal graphite cast iron is charged into a heat treatment furnace (set temperature: 700 ° C.), and heated and held at 700 ° C. (temperature region immediately below the A1 transformation point) for 15 minutes. Was done. As a result, the structure of the spheroidal graphite cast iron was adjusted, and the lamella perlite was granulated. When such a heating and holding step was completed, the spheroidal graphite cast iron was taken out from the heat treatment furnace, allowed to cool (air-cooled), and the second cooling step was performed.
[0039]
  When the structure of the spheroidal graphite cast iron after the second cooling step was observed with an optical microscope, the structure of the spheroidal graphite cast iron according to Example 1 was found to be spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and the adjacent structure. And a pearlite phase formed between the ferrite phases. The perlite phase consists of granular perlite and lamellar perlite.MixedIt was. A large amount of granular pearlite was produced on the ferrite side. Therefore, the mixed phase in which granular pearlite and lamellar pearlite are mixed is formed on the ferrite phase side.
[0040]
  The production conditions of Examples 2 to 7 were basically the same as those of Example 1. In the following, the manufacturing conditions of Example 2 to Example 7 will be described with a focus on differences from Example 1. In Example 2, the average cooling rate in the first cooling step was faster than that in Example 1, and was set to -2.3 ° C / second instead of -1.5 ° C / second. This promotes pearlite formation.
[0041]
  In Example 3, while using the molten metal according to Example 1, a large amount (0.21%) of copper functioning as a pearlite promoting element was added. This promotes pearlite formation. In Example 4, the set temperature of the heat treatment furnace was set to 710 ° C. (temperature region immediately below the A1 transformation point) instead of 700 ° C.
[0042]
  In Example 5, the silicon content of the composition of the spheroidal graphite cast iron of Example 1 was lowered by 0.3%, and silicon: 2.38%. The reason why the silicon is lowered is to promote the pearlite formation in the first cooling step and to improve the impact value. In Example 6, spheroidal graphite cast iron was manufactured based on the thermal history pattern shown in FIG. That is, in Example 6, the first cooling step and the heating and holding step are performed discontinuously. In Example 6, after the molten metal was poured into the mold, the in-mold cooling step was performed to solidify the molten metal in the mold (sand mold), and the spheroidal graphite cast iron was cooled to 920 ° C. in the mold. Then, as a first cooling step, the mold is disassembled, the solidified spheroidal graphite cast iron is taken out from the mold, and the spheroidal graphite cast iron is cooled to 700 ° C. by forced air cooling at an average cooling rate of −1.5 ° C./second, An appropriate amount of perlite (lamellar perlite) was deposited on the tissue. Thereafter, the spheroidal graphite cast iron was naturally cooled to room temperature. Thereafter, after appropriately performing post-treatment and physical distribution processes on the spheroidal graphite cast iron, the spheroidal graphite cast iron is charged into a heat treatment furnace, a temperature raising process is performed, and the spheroidal graphite cast iron is reheated. Heating and holding at 10 ° C. (directly below the A1 transformation point) for 10 minutes, a heating and holding step was performed, the structure of the spheroidal graphite cast iron was adjusted, and granulation of lamellar pearlite was promoted.
[0043]
  In Example 7, spheroidal graphite cast iron was manufactured based on the thermal history pattern shown in FIG. That is, in Example 7, a molten spheroidal graphite cast iron was poured into a mold and then solidified, and then cooled to near room temperature in the mold. Next, the spheroidal graphite cast iron taken out from the mold was heated to 900 ° C. and heated at 900 ° C. for 1 hour to form austenite. After that, as the first cooling step, pearlite normalization was performed in which forced cooling (forced air cooling) to 600 ° C. was performed at an average cooling rate of −1.3 ° C./second to precipitate pearlite (lamellar pearlite). Thereafter, it was naturally cooled to near room temperature. Furthermore, a heating process is performed in which the spheroidal graphite cast iron is reheated to 700 ° C. (just below the A1 transformation point), and the heating and holding process is performed by heating and holding at 700 ° C. for 20 minutes to adjust the structure of the spheroidal graphite cast iron, The pearlite was granulated. Then, the 2nd cooling process was performed and it naturally left to cool to normal temperature vicinity.
[0044]
  In addition, each temperature regarding the above-mentioned spheroidal graphite cast iron was based on the temperature inside spheroidal graphite cast iron, not the surface layer of spheroidal graphite cast iron.
[0045]
  10 and 11 show optical micrographs of spheroidal graphite cast iron (after nital corrosion) according to Example 4. FIG. As shown in FIGS. 10 and 11, the structure of spheroidal graphite cast iron is adjacent to spheroidal graphite expressed as a black lump, and a ferrite phase expressed in white around the spheroidal graphite and expressed in white. And a pearlite phase generated between the ferrite phases. This perlite phase consists of granular perlite and lamellar perlite.Mixedis doing. FIG. 12 is an enlarged view of the above-described photograph. As shown in FIG. 12, many fine granular pearlites are generated on the ferrite side. In other words, on the ferrite phase side of the pearlite phase, a large number of fine granular pearlite and lamellar pearlite (layered)MixedA mixed phase is formed. According to FIG. 12, the granular pearlite has a size of 10 μm or less and is much smaller than the spherical graphite. Similar structures were obtained for spheroidal graphite cast irons according to other examples.
[0046]
  FIG. 13 shows an optical micrograph of spheroidal graphite cast iron (after nital corrosion) according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 13, the structure of the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example 1 is composed of spherical graphite expressed as a black lump, a ferrite phase expressed in white around the spherical graphite, and expressed in white. And a pearlite phase generated between the ferrite phases to be provided. The boundary between the ferrite phase and the pearlite phase is clear. When the structure | tissue which concerns on the comparative example 1 was observed, only the lamellar pearlite was produced | generated in the pearlite phase, and the production | generation of granular pearlite was not recognized.
[0047]
  A tensile test piece (JIS Z2201 No. 4), an impact test piece (JIS Z2202 No. 3, with a U-notch having a depth of 2 mm), and a bending test piece were formed from the above Y-shaped block. FIG. 5 shows a tensile test piece. In FIG. 5, the diameter D of the measurement part was 15 mm, and the score distance L of the measurement part was 50 mm. In the tensile test, the above-described tensile test piece was used, and the load and the deformation amount until breakage were measured by the crosshead movement amount with a 250KN Shimadzu autograph. 6A and 6B show a bending test piece. The bending test piece was a plate-like test piece having a target size of width 20 × length 100 mm × thickness 7 mm. In the bending test, as shown in FIG. 7, with the bending test piece set on the two support parts 100 of the bending test apparatus (the dimension display in FIG. 7 is in millimeters), the pressure unit 110 is directed toward the bending test piece. And pressurizing in the direction of arrow PA. In this case, the relationship between the bending stress and the amount of deformation was determined using a 250KN Shimadzu autograph. The test results are shown in Tables 1 and 2.
[0048]
[Table 1]
Figure 0004801799
[0049]
[Table 2]
Figure 0004801799
[0050]
  Further, in Comparative Example 1, although the copper content is increased to 0.41%, the pearlite (lamellar pearlite) structure of the spheroidal graphite cast iron is promoted, but the heating and holding step of heating and holding near the A1 transformation point is Since it was not performed, the active processing for generating granular pearlite was not performed, and α = 0%. Comparative Examples 2 and 3 are document data related to the gazette described in the related art. In Comparative Examples 2 and 3, the aggressive generation process of granular pearlite is not performed. Tables 1 and 2 also show comparative examples.
[0051]
  As shown in Table 1, in the spheroidal graphite cast iron of Examples 1 to 7, the graphite spheroidization ratio is 81 to 88%, the pearlite area ratio is 45 to 86%, and the range of α = 41 to 78%. Met. In particular, the spheroidal graphite cast iron according to Example 3 has the lowest α and α = 41%. The spheroidal graphite cast iron according to Example 4 has the highest α, and α = 78%.
[0052]
  The measurement of graphite spheroidization was based on JIS G5502. For the measurement of the pearlite area ratio, the structure of the spheroidal graphite cast iron is observed with a microscope, and image processing is used. When the area of the structure excluding graphite is 100%, the pearlite phase (including lamellar pearlite and granular pearlite) The area ratio occupied by the pearlite phase was defined as the pearlite area ratio (%). For the measurement of α, image processing is used, the area of the pearlite phase is taken as 100%, the area of the lamellar pearlite is obtained, the remainder is regarded as the area of the granular pearlite, and the area ratio occupied by the granular pearlite in the total pearlite phase is expressed as α ( %).
[0053]
  As can be understood from Table 2, the spheroidal graphite cast iron according to Examples 1 to 7 was excellent in tensile strength, yield strength, elongation, bending displacement, bending load, and impact value. Specifically, as shown in Table 2, according to the spheroidal graphite cast iron according to Example 1, the tensile strength is 600 MPa or more (602 MPa), the elongation is 18% or more (18.5%), and the impact value is 10 J / cm.2Or more (10.1 J / cm2) Test results were obtained. According to the spheroidal graphite cast iron according to Example 2, the tensile strength is 640 MPa or more (646 MPa), the elongation is 13% or more (13.1%), and the impact value is 7 J / cm.2(7.5 J / cm2) Test results were obtained. According to the spheroidal graphite cast iron according to Example 3, the tensile strength is 710 MPa or more (713 MPa), the elongation is 12% or more (12.3%), and the impact value is 5 J / cm.2(5.6 J / cm2) Test results were obtained.
[0054]
  According to the spheroidal graphite cast iron according to Example 4, the tensile strength is 560 MPa or more (564 MPa), the elongation is 19% or more (19.6%), and the impact value is 11 J / cm.2(11.3 J / cm2) Test results were obtained. According to the spheroidal graphite cast iron according to Example 5, the tensile strength is 580 MPa (588 MPa) or more, the elongation is 16% or more (16.8%), and the impact value is 12 J / cm.2(12.4 J / cm2) Test results were obtained.
[0055]
  According to the spheroidal graphite cast iron according to Example 6, the tensile strength is 650 MPa or more (653 MPa), the elongation is 13% or more (13.7%), and the impact value is 7 J / cm.2(7.5 J / cm2) Test results were obtained. According to the spheroidal graphite cast iron according to Example 7, the tensile strength is 640 MPa or more (649 MPa), the elongation is 13% or more (13.8%), and the impact value is 7 J / cm.2(7.8 J / cm2) Test results were obtained.
[0056]
  On the other hand, the spheroidal graphite cast irons according to Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are not necessarily sufficient in tensile strength, yield strength, and elongation. Among the comparative examples, the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example 1 (having a high copper content as a pearlite-promoting element) has good tensile strength and yield strength, but has a slightly low elongation and a bending displacement of 3.1 mm. Yes, it is the lowest measured, and the impact value is 3.1 J / cm2It was the lowest measured. That is, for the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example 1 and the spheroidal graphite cast iron according to Example 2, the impact of the spheroidal graphite cast iron according to Example 2 in which α is 65%, although the tensile strength and the proof stress are almost the same. The value is 7.5 J / cm2However, the impact value of the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example 1 in which α is 0% is 3.1 J / cm.2Compared to Example 2, it was considerably low at about 40% (3.1 / 7.5 = 0.41). Furthermore, the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example 1 not only has low elongation and impact values, but also contains a large amount of copper, which is a pearlite-promoting element, of 0.41%. Therefore, there are restrictions in recycling spheroidal graphite cast iron. There is a bug that gets bigger.
[0057]
  Furthermore, according to the spheroidal graphite cast iron according to each example, unlike the spheroidal graphite cast iron according to the above-mentioned publication technique, it is not necessary to actively form a ferrite-rich surface layer that can cause a decrease in strength, so that mass production is possible. It is easy and can contribute to the expansion of the application range.
[0058]
  Furthermore, the machinability of spheroidal graphite cast iron was also measured. In this case, the molten spheroidal graphite cast iron according to Example A is poured into a mold (sand mold), and a cylindrical test piece (outer diameter: 120 mm, inner diameter: 70 mm, shaft length: 200 mm) is formed by casting, and FIG. On the basis of the heat history pattern shown in FIG. 2, the temperature was raised from room temperature and then heated at 900 ° C. for 2 hours to achieve austenite. Thereafter, as a first cooling step, forced cooling (forced air cooling) was performed to 600 ° C. at an average cooling rate of −1.7 ° C./sec to generate lamellar perlite. Furthermore, it cooled to normal temperature. After that, the temperature rising process was passed to the heating and holding process. In the heating and holding process, heating was performed at 700 ° C. for 20 minutes, the structure was adjusted, and granulation of lamella perlite was advanced. And about the cylindrical test piece formed with the spheroidal graphite cast iron which concerns on Example A, the machinability test was done and the cutting edge wear amount of the cutting tool was measured. With the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A, a similar cylindrical test piece was formed and a machinability test was performed. Table 3 shows the composition and characteristics of the spheroidal graphite cast iron according to Example A and the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A. As shown in Table 3, both the spheroidal graphite cast iron according to Example A and the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A had substantially the same pearlite area ratio and hardness. However, in the spheroidal graphite cast iron according to Example A, granular pearlite was generated, and α = 58%. On the other hand, the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A had only lamellar pearlite, no granular pearlite was generated, and α = 0%.
[0059]
[Table 3]
Figure 0004801799
[0060]
  In the machinability test described above, the test piece shown in FIG. 8 and a cutting tool (hard metal, UC5005) were used, the peripheral speed was 150 mm / min, the feed was 0.3 m / rev, and the cut was 0.5 mm. Two samples were used, and one sample was cut to a cutting distance of 2000 m, and two samples were cut continuously. In the test piece shown in FIG. 8, in order to eliminate the influence of the black skin, 2 mm of the outer peripheral surface portion of the black skin was preliminarily cut prior to the machinability test to have an outer diameter of 116 mm. Considering the chuck portion to the cutting device, the axial length of the evaluation portion of the test piece was set to 150 mm.
[0061]
  The results of the machinability test are shown in FIG. As shown in FIG. 9, in the first sample, the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A had a cutting edge wear amount of more than 1000 μm, whereas the spheroidal graphite cast iron according to Example A had a cutting edge wear amount. Was less than that and about 650 μm. In the second sample, the cutting edge wear amount of the cutting tool exceeded 1300 μm in the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A, whereas the cutting edge wear amount of the cutting tool in the spheroidal graphite cast iron according to Example A was less than about 1000 μm. Met. From the results of the machinability test described above, the spheroidal graphite cast iron according to Example A has approximately the same pearlite area ratio and hardness as the spheroidal graphite cast iron according to Comparative Example A, but has a machinability. It can be seen that the wear amount of the cutting edge of the cutting tool can be suppressed to about 60 to 80% (650/1000 = 0.65, 1000 / 1300≈0.77).
[0062]
  As can be understood from the above description, the spheroidal graphite cast iron according to the present embodiment has spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and a pearlite phase generated between adjacent ferrite phases. The perlite phase consists of granular perlite and lamellar perlite.Formed in a mixeding. For this reason, the spheroidal graphite cast iron according to the present example is excellent in strength, elongation and machinability. Therefore, the present invention can be widely applied to cast iron parts such as vehicle parts typified by undercarriage parts and the like that require both strength and elongation, and industrial equipment parts such as machine tools. In particular, cast iron parts typified by undercarriage parts can be applied to cast iron parts that are designed in a shock absorption acceleration mode in which the strength is increased and the impact at the time of collision is easily absorbed. Of course, the present invention can also be applied to cast iron parts designed in a mode for increasing the strength or reducing the weight.
[0063]
  In addition, according to the present embodiment, since the heating and holding step is performed in the temperature region immediately below the A1 transformation point, the granulation of lamella perlite does not proceed excessively fast, but proceeds at an appropriate speed. Also in the production, there is an advantage that the time of the heating and holding process can be easily controlled. Therefore, it is possible to contribute to setting the actual value of α of the spheroidal graphite cast iron to the target range of α.
[0064]
  (Other)
According to each of the embodiments described above, the heating and holding step is performed in the temperature region immediately below the A1 transformation point. However, the present invention is not limited to this, and even if performed in the temperature region immediately above the A1 transformation point, the spheroidal graphite cast iron The lamellar perlite can be granulated. Moreover, the lamellar pearlite of spheroidal graphite cast iron can be granulated even if it is repeated directly above and below the A1 transformation point. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.
[0065]
  (Supplementary note) The following technical idea can be grasped from the above description.
[Additional Item 1] Spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, characterized in that the tensile strength is 650 MPa or more and the elongation is 10% or more in each claim.
[Appendix 2] In each claim, the tensile strength is 650 MPa or more, the elongation is 10% or more, and the impact value is 6 J / cm.2Spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability characterized by the above.
[Appendix 3] In each claim, the tensile strength is 700 MPa or more, the elongation is 10% or more, and the impact value is 4 J / cm.2A spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, characterized by the above, and a method for producing the same.
[Appendix 4] In each claim, the tensile strength is 550 MPa or more, the elongation is 18% or more, and the impact value is 9 J / cm.2A spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, characterized by the above, and a method for producing the same.
[Appendix 5] In each claim, the tensile strength is 600 MPa or more, the elongation is 15% or more, and the impact value is 8 J / cm.2A spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, characterized by the above, and a method for producing the same.
[Appendix 6] In each claim, by weight, carbon: 3.40 to 3.90%, silicon: 1.9 to 3.4%, Mn: 0.5% or less, phosphorus: 0.08% Spherical graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, characterized in that sulfur: 0.03% or less, magnesium: 0.02 to 0.20%, the balance having the composition of inevitable impurities and iron Its manufacturing method.
[Additional Item 7] In each claim, by weight, carbon: 3.40 to 3.90%, silicon: 1.9 to 3.4%, Mn: 0.5% or less, phosphorus: 0.08% Hereinafter, sulfur: 0.03% or less, magnesium: 0.02 to 0.20%, at least one of copper and tin: 0.40% or less, the balance having the composition of inevitable impurities and iron Spheroidal graphite cast iron excellent in elongation and machinability and a method for producing the same.
[Additional Item 8] Spherical graphite, a ferrite phase generated around the spherical graphite, and a pearlite phase generated between the adjacent ferrite phases, and the pearlite phase includes granular pearlite and lamellar pearlite. Vehicle cast iron parts made of spheroidal graphite cast iron with excellent strength, elongation and machinability.
[Additional Item 9] A step of pouring a melt of spheroidal graphite cast iron into a mold, a first cooling step of cooling the spheroidal graphite cast iron at a cooling rate for generating pearlite, and the spheroidal graphite cast iron immediately below or immediately above the A1 transformation point. A cast iron part formed of spheroidal graphite cast iron having excellent strength, elongation, and machinability, including a heating and holding step for heating and holding in the temperature range, and a second cooling step for cooling the spheroidal graphite cast iron after heating and holding Manufacturing method.
[Additional Item 10] Spheroidal graphite cast iron having spheroidal graphite, a ferrite phase generated around the spheroidal graphite, and a pearlite phase generated between the adjacent ferrite phases, the pearlite phase includes granular pearlite and lamellae. Spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability characterized by being mainly composed of pearlite.
[Additional Item 11] In Additional Item 10, the pearlite phase is set to α = 20 to 85% in terms of area ratio, where (granular pearlite / total pearlite) × 100% is α. Spheroidal graphite cast iron with excellent strength, elongation and machinability.
[Additional Item 12] Spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability according to Additional Item 10 or 11, wherein tensile strength is 600 MPa or more and elongation is 10% or more.
[Additional Item 13] In one of Additional Items 10 to 12, the impact value is 5 J / cm. 2 Spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability characterized by being excellent in impact resistance.
[Additional Item 14] In one of Additional Items 10 to 13, the weight ratio of carbon is 3.40 to 3.90%, silicon is 1.9 to 3.4%, and Mn is 0.5% or less. , Phosphorus: 0.08% or less, sulfur: 0.03% or less, magnesium: 0.02 to 0.20%, balance iron and inevitable impurities, excellent strength, elongation and machinability Spheroidal graphite cast iron.
[0066]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present inventionManufactured by manufacturing methodAccording to spheroidal graphite cast iron, the pearlite phase consists of granular pearlite and lamellar pearlite.Are mixed and formedTherefore, it is excellent in strength, elongation and machinability. According to the method for producing spheroidal graphite cast iron according to the present invention, the first cooling step of cooling the spheroidal graphite cast iron at a cooling rate for generating pearlite, and heating and holding the spheroidal graphite cast iron in a temperature region immediately below or immediately above the A1 transformation point. In order to carry out the heating and holding step, the above-described granular pearlite and lamellar pearliteMixedPearlite phase can be formed. Therefore, spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability can be easily produced.
[0067]
  In particular, when the heating and holding step is performed in a temperature region immediately below the A1 transformation point, the rate of granulation of lamellar perlite can be suppressed, so that the time of the heating and holding step can be easily controlled even in industrial production. The obtained advantage can be obtained and can contribute to setting the actual value of α of the spheroidal graphite cast iron to the target range of α.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph schematically showing a temperature history of spheroidal graphite cast iron in each heating and holding step.
FIG. 2 is a graph schematically showing a temperature history of spheroidal graphite cast iron when the first cooling step, the heating and holding step, and the second cooling step are continuously performed.
FIG. 3 is a graph schematically showing a temperature history of spheroidal graphite cast iron when the first cooling step and the heating and holding step are performed discontinuously.
FIG. 4 is a graph schematically showing a temperature history of spheroidal graphite cast iron when the first cooling step and the heating and holding step are discontinuously performed according to another embodiment.
FIG. 5 is a side view schematically showing a tensile test piece.
6A is a plan view schematically showing a bending test piece, and FIG. 6B is a side view schematically showing the bending test piece.
FIG. 7 is a side view showing a state in which a bending test is performed by a bending test apparatus.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a test piece used in a machinability test.
FIG. 9 is a graph showing a test result of a machinability test.
10 is a micrograph (magnification 400 times) of spheroidal graphite cast iron according to Example 4 that has undergone the first cooling step, the heating and holding step, and the second cooling step. FIG.
FIG. 11 is a micrograph (magnification 600 times) of spheroidal graphite cast iron according to Example 4 that has undergone a first cooling step, a heating and holding step, and a second cooling step.
FIG. 12 is a photomicrograph further enlarging a portion where granular pearlite is generated in spheroidal graphite cast iron according to Example 4 which has undergone the first cooling step, the heating and holding step, and the second cooling step.
13 is a micrograph (magnification 400 times) according to Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
  In the figure, reference numeral 100 denotes a support part, and 110 denotes a pressure part.

Claims (5)

(i)球状黒鉛鋳鉄の溶湯を、砂型で形成された鋳型に注湯する工程と、
前記溶湯の凝固後に、凝固後の前記球状黒鉛鋳鉄を前記鋳型から取り出して空冷することにより、ラメラパーライトを前記球状黒鉛鋳鉄に組織として生成させる冷却速度で前記球状黒鉛鋳鉄を冷却する第1冷却工程と、
ラメラパーライトが生成された前記球状黒鉛鋳鉄を、A1変態点の直下の温度領域(A1変態点からΔK1(60℃)低いまでの温度領域,A1変態点を含む)、もしくは、直上の温度領域(A1変態点からΔK2(30℃)高いまでの温度領域,A1変態点を含む)、または、A1変態点の直上及び直下の繰返しの温度領域において、5〜50分間加熱保持する加熱保持工程と、
加熱保持後に前記球状黒鉛鋳鉄を冷却する第2冷却工程(850℃以上に加熱した後に焼入冷却する表面焼き入れ工程を除く)とを順に実施し、
(ii)重量比で、炭素:3.40〜3.90%、シリコン:1.9〜3.4%、Mn:0.5%以下、リン:0.08%以下、イオウ:0.03%以下、マグネシウム:0.02〜0.20%、残部鉄および不可避不純物からなる組成を有しており、
球状黒鉛と、前記球状黒鉛の回りに生成したフェライト相と、隣設する前記フェライト相間に生成されたパーライト相とを有すると共に、前記パーライト相は、粒状パーライトとラメラパーライトとが混在して形成されており、前記パーライト相は、面積比で、(粒状パーライト/全パーライト)×100%をαとしたとき、α=20〜85%に設定されており、
引張強度が564MPa以上、伸びが10%以上である強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄を製造することを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
(I) pouring molten metal of spheroidal graphite cast iron into a mold formed of a sand mold;
A first cooling step of cooling the spheroidal graphite cast iron at a cooling rate that causes the spheroidal graphite cast iron to be formed as a structure by taking out the spheroidal graphite cast iron after solidification from the mold and air-cooling after the solidification of the molten metal. When,
The spheroidal graphite cast iron in which lamellar pearlite is produced is a temperature region immediately below the A1 transformation point (a temperature region from the A1 transformation point to ΔK1 (60 ° C.) lower, including the A1 transformation point), or a temperature region immediately above ( A temperature range from the A1 transformation point to ΔK2 (30 ° C.) higher, including the A1 transformation point), or a heating and holding step of heating and holding for 5 to 50 minutes in a repeated temperature range immediately above and immediately below the A1 transformation point;
A second cooling step for cooling the spheroidal graphite cast iron after heating and holding (except for a surface quenching step for quenching and cooling after heating to 850 ° C. or higher), in order,
(Ii) By weight, carbon: 3.40-3.90%, silicon: 1.9-3.4%, Mn: 0.5% or less, phosphorus: 0.08% or less, sulfur: 0.03 % Or less, magnesium: 0.02 to 0.20%, balance iron and inevitable impurities,
It has spherical graphite, a ferrite phase generated around the spherical graphite, and a pearlite phase generated between the adjacent ferrite phases, and the pearlite phase is formed by mixing granular pearlite and lamellar pearlite. The pearlite phase is set to α = 20 to 85% in terms of area ratio, where (granular pearlite / total pearlite) × 100% is α.
A method for producing spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, characterized by producing spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability having tensile strength of 564 MPa or more and elongation of 10% or more .
請求項1において、球状黒鉛鋳鉄は銅を0.005〜0.21%含有することを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法。2. The method for producing spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability according to claim 1, wherein the spheroidal graphite cast iron contains 0.005 to 0.21% of copper. 請求項1または2において、衝撃値が5J/cm以上であり、耐衝撃性にも優れていることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法。3. The method for producing spheroidal graphite cast iron having excellent strength, elongation and machinability according to claim 1, wherein the impact value is 5 J / cm 2 or more and the impact resistance is also excellent. 請求項1〜3のうちのいずれか一項において、前記球状黒鉛鋳鉄の組織を顕微鏡で観察し、黒鉛を除いた組織の面積を100%としたとき、パーライト相(ラメラパーライト、粒状パーライトを含む)が占める面積を求め、パーライト相が占める面積割合をパーライト面積率(%)とするとき、パーライト面積率が45〜86%であることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法。In any one of Claims 1-3, when the structure | tissue of the said nodular graphite cast iron is observed with a microscope and the area of the structure | tissue except graphite is made into 100%, a pearlite phase (A lamellar pearlite and a granular pearlite are included. ), And the area ratio occupied by the pearlite phase is the pearlite area ratio (%), and the pearlite area ratio is 45 to 86%. The spherical shape having excellent strength, elongation and machinability A method for producing graphite cast iron. 請求項1〜請求項のうちのいずれか一項において、前記第1冷却工程では、前記球状黒鉛鋳鉄は常温または常温付近まで冷却され、前記加熱保持工程は、常温または常温付近の前記球状黒鉛鋳鉄を前記加熱保持工程の温度領域まで昇温させる昇温工程を行った後に行われることを特徴とする強度、伸び及び被削性に優れた球状黒鉛鋳鉄の製造方法。In any one of claims 1 to 4, wherein in the first cooling step, the spherical graphite cast iron is cooled to near room temperature or ambient temperature, the heating and holding process, the spherical graphite near ambient or room temperature A method for producing spheroidal graphite cast iron excellent in strength, elongation and machinability, which is performed after performing a temperature raising step of raising the temperature of the cast iron to the temperature range of the heating and holding step.
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