JP5779749B2 - 鋳鉄材料の製造方法，鋳鉄材料及びダイカストマシン用スリーブ - Google Patents
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Description
本発明は、鋳込んだ後に熱処理を施して製造される鋳鉄材料の製造方法，鋳鉄材料に関するとともに、アルミニウム，亜鉛等の非鉄金属やこれらの合金を鋳造するダイカストマシンに用いられるダイカストマシン用スリーブに関する。
一般に、ダイカストマシン用スリーブは、筒状の壁部を備え、この壁部の後側に溶湯が供給される注湯口が形成され、注湯口から供給された溶湯を内部を摺動するチップにより前側の開口から吐出させるように構成されている。
このようなスリーブにおいては、従来から鋼の中では耐摩耗性に優れる、熱間用合金工具鋼（ＳＫＤ材）が主に使用されてきた。しかしながら、本材料は、アルミニウム合金溶湯に対する耐溶損性に劣るため、アルミニウム溶湯との接触で溶損し、耐久性が悪いという問題があった。そこで、最近は本製品の内面に、ガス拡散やイオン窒化などによる表面窒化処理を施す場合が多い。しかし、この場合も、被膜の厚みが数ミクロンと非常に薄いため、アルミニウム合金溶湯に対する耐溶損性の大幅な効果は得られていない。さらに、ＳＫＤ材の内面にサイアロンセラミックスや硼化物系サーメットをライニングしたスリーブも開発されている（例えば、特開２００２−１２００５６号公報参照）。しかしながら、いずれも耐溶損性および耐保温性には優れるものの、材料の強度と靭性に劣り、作業性に苦慮している。また、ＳＫＤ材のスリーブに比較して価格が飛躍的に高くなる欠点がある。
このようなスリーブにおいては、従来から鋼の中では耐摩耗性に優れる、熱間用合金工具鋼（ＳＫＤ材）が主に使用されてきた。しかしながら、本材料は、アルミニウム合金溶湯に対する耐溶損性に劣るため、アルミニウム溶湯との接触で溶損し、耐久性が悪いという問題があった。そこで、最近は本製品の内面に、ガス拡散やイオン窒化などによる表面窒化処理を施す場合が多い。しかし、この場合も、被膜の厚みが数ミクロンと非常に薄いため、アルミニウム合金溶湯に対する耐溶損性の大幅な効果は得られていない。さらに、ＳＫＤ材の内面にサイアロンセラミックスや硼化物系サーメットをライニングしたスリーブも開発されている（例えば、特開２００２−１２００５６号公報参照）。しかしながら、いずれも耐溶損性および耐保温性には優れるものの、材料の強度と靭性に劣り、作業性に苦慮している。また、ＳＫＤ材のスリーブに比較して価格が飛躍的に高くなる欠点がある。
そこで、本願発明者らは、高寿命の鋳鉄材料に着目した。この種の鋳鉄材料としては、例えば、特開平１１−２８６７４０号公報に掲載された技術が知られている。この鋳鉄材料は、Ｃ：１．４〜２．２ｗｔ％、Ｓｉ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．５〜８．０ｗｔ％、Ｖ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｏ：０〜５．５ｗｔ％及び残部がＦｅと不可避不純物からなり、硬さＨＲＣ６２以上、衝撃値５．０Ｊ／ｃｍ2 以上である。このような鋳鉄材料を使用することにより、硬さや靱性を増し、耐衝撃性に優れ比較的低価格で高寿命のスリーブとすることが考えられる。
ところで、上記従来の鋳鉄材料は、確かに、衝撃値，硬さや靱性を増すことはできるが、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖを比較的高濃度で含有しており、これらの成分は、高価でもあり、また、アルミニウムと結合しやすいことから、耐溶損性に劣るという欠点がある。
本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性に加えて、特に、耐溶損性の向上を図った鋳鉄材料の製造方法，鋳鉄材料及びダイカストマシン用スリーブを提供することを目的とする。
本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性に加えて、特に、耐溶損性の向上を図った鋳鉄材料の製造方法，鋳鉄材料及びダイカストマシン用スリーブを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明の鋳鉄材料の製造方法は、Ｃ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜１．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｃｏ：６．０〜１５．０質量％、Ｍｇ：０．１質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成の溶湯を鋳込んで鋳造物を得、その後、該鋳造物をこれに熱処理を施して硬さがＨＲＣ４５以上の鋳鉄材料にする構成としている。
本願発明者らは、特に、鋳鉄にコバルトを添加した合金においては、アルミニウム合金に対して溶損が極めて少ないことをつきとめた。鋳鉄はＦＣＤ４５０を基本成分として、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖをほとんど含まないようにして、コバルト量を適正なものにすることにより、安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性を向上させることができるとともに、特に、耐溶損性を向上させることができる。コバルトが、６．０質量％に満たないと耐溶損性に劣り、１５．０質量％を超えると、耐溶損性は低下しさらに、材料コストが高くなるという不具合がある。
好ましくは、Ｃ：２．５〜３．８質量％、Ｓｉ：０．８〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｃｏ：７．０〜１２．０質量％、Ｍｇ：０．０５質量％以下である。また、好ましくは、硬さがＨＲＣ４５以上である。
好ましくは、Ｃ：２．５〜３．８質量％、Ｓｉ：０．８〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｃｏ：７．０〜１２．０質量％、Ｍｇ：０．０５質量％以下である。また、好ましくは、硬さがＨＲＣ４５以上である。
コバルトを添加した鋳鉄は、添加量によっては、鋳放しの状態でも組織中にマルテンサイトを含有する場合があり、非常に硬くなる。また、焼入れ、焼戻し等の熱処理を行うことによりその硬さや組織を変化させることができ、硬度をＨＲＣ４５以上にすることができる。
即ち、必要に応じ、上記熱処理により、基地組織が焼戻しマルテンサイト，微細パーライトの少なくともいずれかの組織からなる鋳鉄材料にする構成としている。
即ち、必要に応じ、上記熱処理により、基地組織が焼戻しマルテンサイト，微細パーライトの少なくともいずれかの組織からなる鋳鉄材料にする構成としている。
この場合、上記Ｃｏの含有量を調整して、変態温度Ａｃ1が、８４０℃以上である鋳鉄材料にすることが有効である。
変態温度Ａｃ1が、８４０℃に満たないと、基地組織がアルミニウムの溶湯温度で変態して、硬さが低下するという不具合がある。
変態温度Ａｃ1が、８４０℃に満たないと、基地組織がアルミニウムの溶湯温度で変態して、硬さが低下するという不具合がある。
そして、必要に応じ、上記熱処理は、大気雰囲気の熱処理炉内において、上記鋳造物を９００〜１１００℃の温度範囲で１〜２０時間保持し、その後、水冷又は油冷する焼入れ工程を備えて構成している。
保持温度が、９００℃に満たないと、組成によっては、基地組織が完全にオーステナイト組織に変態せず、焼入れ処理が行われないという不具合があり、１１００℃を超えると、組織が成長し、合金強度が低下するという不具合がある。
保持温度が、９００℃に満たないと、組成によっては、基地組織が完全にオーステナイト組織に変態せず、焼入れ処理が行われないという不具合があり、１１００℃を超えると、組織が成長し、合金強度が低下するという不具合がある。
また、必要に応じ、上記焼入れ工程後に、大気雰囲気の熱処理炉内において、上記鋳造物を３００〜５００℃の温度範囲において１〜２０時間保持し、その後、空冷又は炉冷する焼戻し工程を備えて構成している。
これにより、焼戻しをするので、焼入れ処理によるひずみを軽減し、材料の衝撃特性を緩和させ、耐溶損性を向上させることができる。
この場合、保持温度が、３００℃に満たないと十分にひずみを除去することが出来ず、衝撃特性も向上しないという不具合があり、５００℃を超えると、硬さが著しく低下するという不具合がある。
これにより、焼戻しをするので、焼入れ処理によるひずみを軽減し、材料の衝撃特性を緩和させ、耐溶損性を向上させることができる。
この場合、保持温度が、３００℃に満たないと十分にひずみを除去することが出来ず、衝撃特性も向上しないという不具合があり、５００℃を超えると、硬さが著しく低下するという不具合がある。
また、上記の目的を達成するための本発明の鋳鉄材料は、上記の鋳鉄材料の製造方法によって製造される鋳鉄材料にある。安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性を向上させることができるとともに、特に、耐溶損性を向上させることができる。
更に、上記の目的を達成するための本発明のダイカストマシン用スリーブは、筒状の壁部を備え該壁部の後側に溶湯が供給される注湯口が形成され、該注湯口から供給された溶湯を内部を摺動するチップにより前側の開口から吐出させるダイカストマシン用スリーブにおいて、上記の鋳鉄材料によって形成される構成としている。安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性を向上させることができるとともに、特に、耐溶損性を向上させることができる。鋳鉄にコバルトを上記の所要量添加した合金は、アルミニウム合金に対してほとんど溶損しないことが分かった。またＳＫＤ６１相当の高硬度を得ることができる。
本発明によれば、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖをほとんど含まないようにして、コバルトを適正量含有させた鋳鉄材料にすることができ、安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性を向上させることができるとともに、特に、耐溶損性を向上させることができる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る鋳鉄材料の製造方法，鋳鉄材料及びダイカストマシン用スリーブについて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る鋳鉄材料の製造方法は、Ｃ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜１．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｃｏ：６．０〜１５．０質量％、Ｍｇ：０．１質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成の溶湯を鋳込んで鋳造物を得、その後、該鋳造物をこれに熱処理を施して硬さがＨＲＣ４５以上の鋳鉄材料にしている。
コバルトが、６．０質量％に満たないと耐溶損性に劣るという不具合があり、１５．０質量％を超えると、耐溶損性は低下しさらに、材料コストが高くなるという不具合がある。
好ましくは、Ｃ：２．５〜３．８質量％、Ｓｉ：０．８〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｃｏ：７．０〜１２．０質量％、Ｍｇ：０．０５質量％以下である。また、好ましくは、硬さがＨＲＣ４５以上である。
本発明の実施の形態に係る鋳鉄材料の製造方法は、Ｃ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜１．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｃｏ：６．０〜１５．０質量％、Ｍｇ：０．１質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成の溶湯を鋳込んで鋳造物を得、その後、該鋳造物をこれに熱処理を施して硬さがＨＲＣ４５以上の鋳鉄材料にしている。
コバルトが、６．０質量％に満たないと耐溶損性に劣るという不具合があり、１５．０質量％を超えると、耐溶損性は低下しさらに、材料コストが高くなるという不具合がある。
好ましくは、Ｃ：２．５〜３．８質量％、Ｓｉ：０．８〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｃｏ：７．０〜１２．０質量％、Ｍｇ：０．０５質量％以下である。また、好ましくは、硬さがＨＲＣ４５以上である。
コバルトを添加した鋳鉄は、添加量によっては、鋳放しの状態でも組織中にマルテンサイトを含有する場合があり、非常に硬くなる。また、焼入れ、焼戻し等の熱処理を行うことによりその硬さや組織を変化させることができ、硬度をＨＲＣ４５以上にすることができる。
即ち、熱処理により、基地組織が焼戻しマルテンサイト、微細パーライトの少なくともいずれかの組織からなる鋳鉄材料にする構成としている。
即ち、熱処理により、基地組織が焼戻しマルテンサイト、微細パーライトの少なくともいずれかの組織からなる鋳鉄材料にする構成としている。
そして、コバルトの含有量を調整して、変態温度Ａｃ1が、８４０℃以上である鋳鉄材料にしている。変態温度が、８４０℃に満たないと、基地組織がアルミニウムの溶湯温度でオーステナイト変態して、硬さが低下するという不具合がある。
詳しくは、実施の形態に係る熱処理は、焼入れ工程を備えている。焼入れ工程は、大気雰囲気の熱処理炉内において、鋳造物を９００〜１１００℃の温度範囲で１〜２０時間保持し、その後、水冷又は油冷する。焼入れして得られた鋳造物は、そのまま、本実施の形態に係る鋳鉄材料とすることができる。保持温度が、９００℃に満たないと、組成によっては、基地組織が完全にオーステナイト組織に変態せず、焼入れ処理が行われないという不具合があり、１１００℃を超えると、組織が成長し、合金強度が低下するという不具合がある。
また、実施の形態に係る熱処理は、焼入れ工程を備えることができる。焼入れして得られた鋳造物を、そのまま製品とすることができるが、この鋳造物に対して、焼戻し処理をしても良い。焼戻し工程は、大気雰囲気の熱処理炉内において、該鋳鉄材料を３００〜５００℃の温度範囲において１〜２０時間保持し、その後、空冷又は炉冷する。
これにより、焼戻しをするので、焼入れ処理によるひずみを軽減し、材料の衝撃特性を緩和させ、耐溶損性を向上させることができる。
この場合、保持温度が、３００℃に満たないと十分にひずみを除去することが出来ず、衝撃特性も向上しないという不具合があり、５００℃を超えると、硬さが著しく低下するという不具合がある。
これにより、焼戻しをするので、焼入れ処理によるひずみを軽減し、材料の衝撃特性を緩和させ、耐溶損性を向上させることができる。
この場合、保持温度が、３００℃に満たないと十分にひずみを除去することが出来ず、衝撃特性も向上しないという不具合があり、５００℃を超えると、硬さが著しく低下するという不具合がある。
このようにして得られた実施の形態に係る鋳鉄材料は、安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性を向上させることができるとともに、特に、耐溶損性を向上させることができる。
また、本発明の実施の形態に係るダイカストマシン用スリーブは、上記の実施の形態に係る鋳鉄材料によって形成されている。図１に示すように、実施の形態に係るダイカストマシン用スリーブＳは、筒状の壁部１を備え、壁部１の後側に溶湯が供給される注湯口２が形成され、この注湯口２から供給された溶湯を内部を摺動する図示外のチップにより前側の開口３から吐出させるものである。このダイカストマシン用スリーブＳによれば、安価で、強度と靭性に優れ、耐摩耗性を向上させることができるとともに、特に、耐溶損性を向上させることができる。
以下、実施例について、実験例とともに示す。
実施例として、コバルトの添加量を８，１０，１２質量％と変化させた球状黒鉛鋳鉄溶湯を試験用鋳型に鋳込んで鋳造物を得、その後、この鋳造物をこれに熱処理を施して硬さがＨＲＣ４５以上の鋳鉄材料にしたものを作成した。
図２には、実施例の化学組成を示す。実施例に係る鋳込み直後の鋳造物（分析用チル試験片）を用いて発光分光分析装置で測定した。
実施例として、コバルトの添加量を８，１０，１２質量％と変化させた球状黒鉛鋳鉄溶湯を試験用鋳型に鋳込んで鋳造物を得、その後、この鋳造物をこれに熱処理を施して硬さがＨＲＣ４５以上の鋳鉄材料にしたものを作成した。
図２には、実施例の化学組成を示す。実施例に係る鋳込み直後の鋳造物（分析用チル試験片）を用いて発光分光分析装置で測定した。
次に、上記組成の鋳造物に対して、焼入れを行った。焼入れは、各組成のものに、８５０℃，９００℃，９５０℃の各温度で３０分保持後水冷した。図３に、各実施例の焼入れ温度と硬さ（ＨＲＣ）との関係を表にして示す。これによれば、いずれの組成の場合も、９００℃で焼入れを行った試験片の硬さが高くなった。
この実施例の内、Ｃｏが１０質量％の鋳鉄材料（以下「１０％Ｃｏ」という）について、各焼入れ温度毎の組織写真を図４に示す。この組織写真において、８５０℃の焼入れ材には、白色のフェライトと微細パーライト相そして一部マルテンサイトが観察された。９００℃では、白色のフェライト相が一部残留し、マルテンサイトが観察された。また、９５０℃では、基地部は、マルテンサイト相が多くなった。
また、８％Ｃｏ、１０％Ｃｏ、１２％Ｃｏについて、熱膨張試験を行い、変態温度Ａｃ1を測定した結果を図５に示す。
この結果から、８％Ｃｏにおいて、Ａｃ1温度は８４３℃、１０％Ｃｏにおいて、Ａｃ1温度は８５８℃、１２％Ｃｏにおいて、Ａｃ1温度は８５９℃であった。したがって、図４の１０％Ｃｏにおいて、フェライトと微細パーライトが多くなった理由は、加熱温度が８５０℃では、本合金は完全なオーステナイト相に十分に変態していないためと考えられる。
また、図４の焼入れ組織からすると、９５０℃焼入れ材はマルテンサイト相が多くなり、硬さも向上すると考えられる。しかし実際に測定すると９００℃焼入れ材の方が硬さは高かった。この理由は、マルテンサイト相の炭素の含有量やマルテンサイト相の大きさなどの影響があったものと考えられる。
この結果から、８％Ｃｏにおいて、Ａｃ1温度は８４３℃、１０％Ｃｏにおいて、Ａｃ1温度は８５８℃、１２％Ｃｏにおいて、Ａｃ1温度は８５９℃であった。したがって、図４の１０％Ｃｏにおいて、フェライトと微細パーライトが多くなった理由は、加熱温度が８５０℃では、本合金は完全なオーステナイト相に十分に変態していないためと考えられる。
また、図４の焼入れ組織からすると、９５０℃焼入れ材はマルテンサイト相が多くなり、硬さも向上すると考えられる。しかし実際に測定すると９００℃焼入れ材の方が硬さは高かった。この理由は、マルテンサイト相の炭素の含有量やマルテンサイト相の大きさなどの影響があったものと考えられる。
次に、実施例として、上記焼入れした各鋳造物の内、９００℃で３０分保持後水冷した鋳造物において、焼戻しを行った。焼戻しは、２００℃，３００℃，４００℃，５００℃で３０分保持し、その後、空冷して行った。図６に、各実施例の焼戻し温度と硬さ（ＨＲＣ）との関係を表にして示す。
この焼戻しを行った実施例の内、１０％Ｃｏにおいて、焼戻し温度が３００℃，４００℃，５００℃のものについて、組織写真を図７に示す。３００℃焼戻し材は、焼戻しマルテンサイトとなっている。また５００℃焼戻し材は、微細パーライト組織となっている。４００℃焼戻し材は３００℃と５００℃のちょうど中間の組織を呈した。
図８には、焼入れした各鋳造物の内、９００℃で３０分保持後水冷した鋳造物において、各鋳造物を５００℃で焼戻したときの組織写真を示す。いずれの組織も微細パーライト組織となっており、コバルト添加量が増加するほど、セメンタイトの寸法は細かくなり、白色のフェライト相が多くなる傾向にあった。
また、焼戻しを行った実施例の内、１０％Ｃｏにおいて、焼戻し温度による引張強さと伸びを測定した。結果を図９に示す。これによれば、温度が高いほど、引張強さは高くなり、伸びも若干であるが向上することが分かった。
熱処理によるコバルト添加鋳鉄材料の機械的性質についてまとめると、焼入れ温度は８５０℃の温度ではオーステナイト相に完全に変態するまでに十分な時間を必要とするため、それぞれのＡｃ1温度より、５０〜７０℃以上高くすることが望ましいと考えられる。また、焼戻し温度が高くなるほど、マルテンサイトは焼戻しマルテンサイト、微細パーライトと変化するため、硬さが低くなるが、いずれの組成でも５００℃の焼戻し温度で硬さはＨＲＣ４５以上となり、スリーブとしては十分利用可能な硬さとなることが分かった。これまでの結果で、スリーブとしてのコバルト添加量について考慮すると、引張強さは黒鉛粒径などによって変化するため、硬さを高くする場合は、１０％Ｃｏを、また靭性を考慮すると８％Ｃｏとした方が望ましい。
次に、実施例について、耐溶損性の試験を行った。図１０に示すように、φ２０×φ２５×５０ｍｍの断付き丸棒試験片を用いて、アルミニウム合金溶湯（ＡＤＣ１２）に対する溶損試験を行った。溶損試験は、８００℃のアルミニウム合金溶湯中に試験片を浸漬し、試験片を９００ｒｐｍで回転させ６０ｍｉｎ後に取り出し、試験前後の減量から溶損率を求めた。
先ず、１０％Ｃｏのもので各温度で焼入れを行った鋳鉄材料について、試験を行った。比較例として、１０％Ｃｏのもので９００℃空冷の焼なまし処理を行った焼なまし材を用いた。図１１に、試験片の写真を示す。本試験片は溶損試験後に、３０％水酸化ナトリウム水溶液中で付着したアルミニウム合金を除去している。この写真から、焼なまし材の溶損（溶損率：４２．３％）が最も多くなることが分かる。この試験片は、断付き丸棒であったが、最早段付形状になっておらず、試験片の回転方向に溶損し減耗した。焼なまし材の溶損が多い理由は、硬さがＨＲＣ１６と低いためと考えられた。溶損が多いのは順に、８５０℃焼入れ材（溶損率：５．２％）、９５０℃焼入れ材が０．８％の溶損率となった。９００℃焼入れ材は、溶損率０．３％で試験前の形をほぼそのまま保っていた。９００℃焼入れ材の溶損率が最も少なかった理由は、図３の結果で焼入れ後の硬さが高かったためと考えられた。これより、硬さと溶損率では比例関係があると考えられた。
次に、図１２には、コバルト添加鋳鉄材料の焼入れ、焼戻し後の溶損率を示した。これより、８％Ｃｏの硬さは低いが、溶損率は少なくなることが分かった。図８の結果から、それぞれの焼戻し組織は微細パーライトとなっていることが分かっている。従って、同じ微細パーライト組織でもフェライトが多く硬さが低い方が、溶損率は少なくなることが分かった。また、溶損率は各材料のＡｃ1温度の影響も考えられる。図５の熱膨張試験温度の測定結果では、８％ＣｏのＡｃ1温度が８４３℃となっているため、オーステナイト変態が進行していないと考えられた。
溶損試験の結果より、溶損率は、硬さに依存するところも大きいが、合金中のフェライトやパーライト面積率なども影響することが分かった。また同じ微細パーライト組織でもフェライトが多く、調質され組織的に安定している８％Ｃｏの溶損率が小さくなることが分かった。
溶損試験の結果より、溶損率は、硬さに依存するところも大きいが、合金中のフェライトやパーライト面積率なども影響することが分かった。また同じ微細パーライト組織でもフェライトが多く、調質され組織的に安定している８％Ｃｏの溶損率が小さくなることが分かった。
次にまた、本発明の実施例に係るダイカストマシン用スリーブを作成し、実際にダイカストマシンに組み込んで耐久試験を行った。
コバルト添加鋳鉄原料の溶解は、５００ｋｇ高周波誘導炉を用いて鋼屑、加炭材、フェロマンガン、フェロシリコンそして電解コバルトなどを原料として３５０ｋｇ溶製した。溶解温度は１５４０℃とし、球状化処理を行った後、接種を行った。そして鋳型への鋳込み温度は約１４８０℃とした。
これにより、実施例に係るスリーブの組成は、８％Ｃｏとした。
コバルト添加鋳鉄原料の溶解は、５００ｋｇ高周波誘導炉を用いて鋼屑、加炭材、フェロマンガン、フェロシリコンそして電解コバルトなどを原料として３５０ｋｇ溶製した。溶解温度は１５４０℃とし、球状化処理を行った後、接種を行った。そして鋳型への鋳込み温度は約１４８０℃とした。
これにより、実施例に係るスリーブの組成は、８％Ｃｏとした。
そして、鋳込み直後の３５０ｔ用スリーブ、６５０ｔ用スリーブを作成した。鋳造直後の製品は硬すぎて、切削加工が困難であった。そこでこれらの鋳造品から湯口等を切断除去した後、現場の電気炉にて９００℃空冷の焼なまし処理を行った。この焼なまし処理を行ったスリーブは切削加工が可能であった。
次に、粗加工したスリーブの硬さの調整を行うために焼入れ、焼戻しの熱処理を行った。熱処理の条件は、９３０℃焼入れ、５００℃焼戻しの条件で行った。焼入れは、水冷でなく油冷とした。焼戻し処理は、５００℃で１ｈｒ保持した後空冷した。焼入れ焼戻し後の硬さはＨＲＣ４８であった。
次に、粗加工したスリーブの硬さの調整を行うために焼入れ、焼戻しの熱処理を行った。熱処理の条件は、９３０℃焼入れ、５００℃焼戻しの条件で行った。焼入れは、水冷でなく油冷とした。焼戻し処理は、５００℃で１ｈｒ保持した後空冷した。焼入れ焼戻し後の硬さはＨＲＣ４８であった。
試作したスリーブについて、数台の実機による評価を行った。３５０ｔ用スリーブについては、約８０００ショット、１５０００ショット使用し、その状態を見た。約８０００ショットの使用で、熱衝撃による影響が僅かに見られたが、約１５０００ショット使用した後もほとんど変化無く、剥がれや溶損などによる損耗は全く観察されなかった。
更に、通常利用しているＳＫＤスリーブとの比較も行った、ＳＫＤスリーブは約３００００ショットでクラックが多く発生し、溶損と熱衝撃により一部剥がれ落ちる現象が生じていた。これに対して、実施例に係る６５０ｔスリーブでは、３２０００ショット使用してもクラックはほとんど生じず、外観の傷やカケも無く、操業上のトラブルも全く問題なく利用された。
更に、通常利用しているＳＫＤスリーブとの比較も行った、ＳＫＤスリーブは約３００００ショットでクラックが多く発生し、溶損と熱衝撃により一部剥がれ落ちる現象が生じていた。これに対して、実施例に係る６５０ｔスリーブでは、３２０００ショット使用してもクラックはほとんど生じず、外観の傷やカケも無く、操業上のトラブルも全く問題なく利用された。
Ｓ ダイカストマシン用スリーブ
１ 壁部
２ 注湯口
３ 開口
１ 壁部
２ 注湯口
３ 開口
Claims (7)
- Ｃ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５〜３．０質量％、Ｍｎ：０．２〜１．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｃｏ：６．０〜１５．０質量％、Ｍｇ：０．１質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成の溶湯を鋳込んで鋳造物を得、その後、該鋳造物をこれに熱処理を施して硬さがＨＲＣ４５以上の鋳鉄材料にすることを特徴とする鋳鉄材料の製造方法。
- 上記熱処理により、基地組織が焼戻しマルテンサイト、微細パーライトの少なくともいずれかの組織からなる鋳鉄材料にすることを特徴とする請求項１記載の鋳鉄材料の製造方法。
- 上記Ｃｏの含有量を調整して、変態温度Ａｃ1が、８４０℃以上である鋳鉄材料にすることを特徴とする請求項２記載の鋳鉄材料の製造方法。
- 上記熱処理は、大気雰囲気の熱処理炉内において、上記鋳造物を９００〜１１００℃の温度範囲で１〜２０時間保持し、その後、水冷又は油冷する焼入れ工程を備えて構成したことを特徴とする請求項３記載の鋳鉄材料の製造方法。
- 上記焼入れ工程後に、大気雰囲気の熱処理炉内において、上記鋳造物を３００〜５００℃の温度範囲において１〜２０時間保持し、その後、空冷又は炉冷する焼戻し工程を備えて構成したことを特徴とする請求項４記載の鋳鉄材料の製造方法。
- 上記請求項１乃至５何れかに記載の鋳鉄材料の製造方法によって製造されることを特徴とする鋳鉄材料。
- 筒状の壁部を備え該壁部の後側に溶湯が供給される注湯口が形成され、該注湯口から供給された溶湯を内部を摺動するチップにより前側の開口から吐出させるダイカストマシン用スリーブにおいて、
上記請求項６記載の鋳鉄材料によって形成されることを特徴とするダイカストマシン用スリーブ。
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