JP6254655B1 - 亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法 - Google Patents

亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】強度、靱性、摺動性に優れると共に、肉厚差による機械的性質のバラツキが少ない亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法の提供を課題とする。【解決手段】質量パーセントで、C:1.5〜2.7%、Si:1.0〜4.5%、Al:0.01〜0.2%、Mg:0.015〜0.060%を含有し、残部がFeからなる成分組成を有し、出発鋳物を900〜1100℃の第1熱処理温度で0.5〜6時間保持して、基地をオーステナイト化させ、次に炉内温度を降温して700〜900℃の第2熱処理温度で0.5〜15時間保持して、基地を初析フェライトとオーステナイトからなる組織とし、次に第2熱処理温度から0.5〜60℃/分の第2冷却処理速度により常温まで冷却して、基地を初析フェライト、パーライト、析出フェライトからなる組織とする亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法である。【選択図】 図1

Description

本発明は亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法に関する。
高強度、高靱性、高剛性などの物性が要求される摺動部分を有する部材(摺動部材)では、剛性面では鋼材が適するが、黒鉛が存在しないため摺動性に劣る。また鋳鉄では摺動性は適するが、剛性が劣るという問題がある。また球状黒鉛鋳鉄では摺動性には優れるが、剛性面では十分ではないために設計上の制約が生じてしまう。
また剛性と摺動性を満足する素材としては可鍛鋳鉄がある。しかし可鍛鋳鉄の場合は、鋳造時には白鋳鉄で、それを黒鉛化熱処理するという製造方法となり、鋳造時に鋳巣が出易いため大きな押し湯が必要となって歩留まりが悪くなる問題、また黒鉛化熱処理に長時間を要する問題があり、コストも高くなる。また白鋳鉄を黒鉛化処理して得られる黒鉛は塊状の黒鉛になっているために、球状黒鉛とは言えず球状化率が悪く、伸びが悪い。
これらの問題を解決するために本出願人は、特願2015−54631号において、亜共晶球状黒鉛鋳鉄を提供した。該出願に係る亜共晶球状黒鉛鋳鉄では、鋳放しのままで、セメンタイトが晶出することなく、よって白鋳鉄化することなく、しかも晶出する黒鉛の面積率が小さく、黒鉛球状化率が高い、高ヤング率を有する亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を提供できるメリットがある。
特開平8−13079号公報 特願2015−54631号
上記特許文献1の発明は、球状黒鉛鋳鉄とその製造方法を開示するもので、熱処理としてオーステナイト領域内での熱処理と共析変態温度域内での熱処理の2段階熱処理を行う方法が開示されている。しかしながら成分が過共晶組成の球状黒鉛鋳鉄を前提とするものである。
上記特許文献2の発明は、亜共晶球状黒鉛鋳鉄に関し、鋳放しのままでも遊離セメンタイトが晶出することなく、晶出する黒鉛の面積率が小さく、黒鉛球状化率が高い、高ヤング率の機械的性質を得ることができる。しかし鋳放しのままの場合には、肉厚によって組織の相異が大きくなり易く、硬度差等の機械的性質のバラツキが大きくなる問題がある。
そこで本発明は上記従来技術の欠点を解消し、強度、靱性、摺動性に優れると共に、肉厚差による機械的性質のバラツキが少ない亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法の提供を課題とする。
上記課題を解決する本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、質量パーセントで、C:1.5〜2.7%、Si:1.0〜4.5%、Al:0.01〜0.2%、Mg:0.015〜0.060%を含有し、残部がFeからなる成分組成を有し、
溶湯から一旦鋳造してなる出発鋳物を、先ず900〜1100℃の第1熱処理温度で、0.5〜6時間保持して、基地をオーステナイト化させ、次に炉内温度を降温して700〜900℃の第2熱処理温度で、0.5〜15時間保持して、基地を初析フェライトとオーステナイトからなる組織とし、次に第2熱処理温度から0.5〜60℃/分の第2冷却処理速度で常温まで冷却処理して、オーステナイトからパーライトとフェライトを析出させ、基地を初析フェライト、パーライト、析出フェライトからなる組織とすることを第1の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第1の特徴に加えて、第2熱処理温度を730〜850℃とし、第2熱処理温度からの第2冷却処理速度を0.5〜30℃/分としたことを第2の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第2の特徴に加えて、第2熱処理温度を750〜810℃とし、第2熱処理温度からの第2冷却処理速度を1〜30℃/分としたことを第3の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第1〜第3の何れかの特徴に加えて、質量パーセントで、C:1.5〜2.7%、Si:1.0〜4.5%、Al:0.01〜0.2%、Cu+Ni:0.01〜2.0%、Mg:0.015〜0.060%を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを第4の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第4の特徴に加えて、質量パーセントで、C:1.5〜2.7%、Si:1.0〜4.5%、Al:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜2.0%、Cu+Ni:0.01〜2.0%、Mg:0.015〜0.060%を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを第5の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第5の特徴に加えて、質量パーセントで、C:1.5〜2.7%、Si:1.0〜4.5%、Al:0.01〜0.2%、Ni:0.05〜1.6%、Cu:0.05〜1.6%、Cu+Ni:0.1〜2.0%、Mg:0.015〜0.060%を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを第6の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第6の特徴に加えて、質量パーセントで、C:1.5〜2.7%、Si:1.0〜4.5%、Al:0.01〜0.2%、Ni:0.1〜1.2%、Cu:0.1〜1.2%、Cu+Ni:0.2〜1.6%、Mg:0.015〜0.060%を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを第7の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第1〜第7の何れかの特徴に加えて、質量パーセントで、C:1.5〜2.5%、Si:1.6〜4.0%とすることを第8の特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第8の特徴に加えて、質量パーセントで、C:1.5〜2.4%、Si:1.8〜3.5%とすることを第9特徴としている。
また本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法は、上記第1〜第9の何れかの特徴に加えて、質量パーセントで、Mn:1.0%未満とすることを第10の特徴としている。
請求項1に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、そこに示された所定の成分組成の鋳物に対して、所定の熱処理を行うことにより、現に、晶出する黒鉛の面積率が小さく、黒鉛球状化率が高く、高ヤング率(例えば通常の球状黒鉛鋳鉄鋳物のヤング率が140〜170GPaであるのに対して175GPa以上、更には180GPa以上)を有する、強度、靱性、摺動性に優れた亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。しかも製品の肉厚差による機械的性質のバラツキが十分に抑制された、安定した亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
また請求項2に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項1に記載の構成による作用効果に加えて、熱処理における第2熱処理温度を730〜850℃に限定し、第2熱処理温度からの第2冷却処理速度を0.5〜30℃/分と限定することで、一層容易、確実に、強度、靱性、摺動性に優れ、且つ肉厚による機械的性質のバラツキが少ない亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
また請求項3に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項2に記載の構成による作用効果に加えて、第2熱処理温度を更に750〜810℃と限定し、第2熱処理温度からの第2冷却処理速度を更に1〜30℃/分と限定することにより、より一層容易、確実に、強度、靱性、摺動性に優れ、且つ肉厚による機械的性質のバラツキが少ない亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することができる。
また請求項4に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項1〜3の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、成分組成において、CuとNiの何れか1つ若しくは両方を総量で0.01〜2.0質量%含有させることにより、より黒鉛化の促進を図ることができ、容易に黒鉛の面積率が小さく、黒鉛球状化率が高い、高ヤング率を有する強度、靱性、摺動性に優れた亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
また請求項5に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項4に記載の構成による作用効果に加えて、Niを0.01〜2.0質量%、CuとNiの総量を0.01〜2.0質量%とすることにより、より一層、黒鉛化の促進を図ることができ、確実に黒鉛面積率が小さく、黒鉛球状化率が高い、高ヤング率の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
また請求項6に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項5に記載の構成による作用効果に加えて、Niを0.05〜1.6質量%、Cuを0.05〜1.6質量%、CuとNiの総量を0.1〜2.0質量%とすることにより、更に一層、黒鉛化の促進を図ることができ、より確実に黒鉛面積率が小さく、黒鉛球状化率が高い、高ヤング率の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
また請求項7に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項6に記載の構成による作用効果に加えて、Niを0.1〜1.2質量%、Cuを0.1〜1.2質量%、CuとNiの総量を0.2〜1.6質量%とすることにより、更により一層、黒鉛化の促進を図ることができ、更により確実に黒鉛面積率が小さく、黒鉛球状化率が高い、高ヤング率の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
また請求項8に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項1〜7の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、Cを1.5〜2.5質量%、Siを1.6〜4.0質量%とすることで、基地中の黒鉛面積率が小さく、黒鉛球状化率の高い、より高ヤング率の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を、更により確実に製造することが可能となる。
また請求項9に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項8に記載の構成による作用効果に加えて、Cを1.5〜2.4質量%、Siを1.8〜3.5質量%とすることで、基地中の黒鉛面積率が小さく、黒鉛球状化率の高い、より高ヤング率の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を、より一層確実に製造することが可能となる。
また請求項10に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項1〜9の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、Mnを1.0質量%未満とすることで、共晶セメンタイトの晶出を抑制することができ、黒鉛化が十分になされた亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。
本発明の実施例の熱処理工程を示す図である。 本発明の比較例の熱処理工程を示す図である。
本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法について、使用する亜共晶鋳鉄材料の成分組成における各成分元素の含有範囲について以下に説明する。なお、以下において含有量は質量%で記載する。
Cの含有量は、1.5〜2.7%とする。
亜共晶鋳鉄のCの含有量は、前提として4.3%未満ということになるが、Cの含有量が多くなりすぎると、黒鉛面積率が増加して、機械的性質が劣る。このためCの含有量は、2.7%以下とする。
Cの含有量が2.7%を超えると、基地中の黒鉛の量が多くなって黒鉛面積率が9%を超え易く、そうなると機械的性質としてのヤング率が180GPa未満になり易い。またCの含有量が1.5%未満では、黒鉛が晶出し難くなり、遊離セメンタイトが生成する。
Cの含有量は、得られる亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物が黒鉛面積率9%以下、ヤング率が180GPa以上となることを考慮して、1.5〜2.5%がより好ましく、更に好ましくは1.5〜2.4%とするのがよい。
なお、ヤング率は黒鉛面積率の影響が大きいため、熱処理によって組織が変わってもヤング率に大きな影響はない。
Siの含有量は、1.0〜4.5%とする。
Siは強い黒鉛化作用があり、添加量の1/3の割合で炭素当量に含まれる。1.0%未満では黒鉛化作用を十分発揮させることができない。またSiはフェライト基地に固溶し、4.5%を超えると靱性を大きく下げる。
Siの含有量は、Cの黒鉛化促進と基地への固溶(靱性の低下を招く)を考慮して、1.6〜4.0%が好ましく、更に好ましくは1.8〜3.5%とするのがよい。
Alの含有量は、0.01〜0.2%とする。
本発明ではAlを添加、含有させるのが1つの特徴である。
AlはSiと同様に、強い黒鉛化促進作用がある。また溶湯中の窒素濃度を下げ、セメンタイトの発生を抑制する作用がある。しかし0.2%以上添加すると、湯流れが悪くなる。また0.01%未満では効果が薄い。
Mgは黒鉛の球状化に用いる。
Mgの含有量は0.015〜0.060%とする。
Mgは溶湯中で気化し、その気泡中にCが拡散して、球状黒鉛が生成されるため、必須である。0.060%を超えると、フェーディングが速く、温度の低下が大きくなるため、好ましくない。また0.015%未満では、黒鉛が自由に成長して片状になり易いので、好ましくない。
Niは黒鉛化促進作用やオーステナイト安定化作用がある。またフェライトに固溶して、基地を強化する作用がある。従って必須ではないが、含有させるのがよい。
Niを含有させる場合は、0.01〜2.0%とする。2.0%を超えると、フェライト基地の脆化につながる。また0.01%未満では効果が薄い。
Niの含有量は、黒鉛化促進作用、オーステナイト安定化作用、基地強化作用、フェライト基地の脆化作用を考慮して、0.05〜1.6%がより好ましく、更には0.1〜1.2%が最も好ましい。
Cuは黒鉛化促進作用やオーステナイト安定化作用がある。またパーライトのラメラ間隔を密にして、耐力を向上させる。よって必須ではないが、含有させるのがよい。
Cuを含有させる場合は、0.01〜2.0%とする。2.0%を超えるとパーライト基地を脆化し、靱性が低下し、また黒鉛球状化を阻害する。また0.01%未満では効果が薄い。
Cuの含有量は、黒鉛化促進作用、オーステナイト安定化作用、耐力向上作用、パーライト基地の脆化作用、黒鉛球状化阻害作用を考慮して、0.05〜1.6%が好ましく、更には0.1〜1.2%が最も好ましい。
NiとCuは、何れも黒鉛化促進作用とオーステナイト安定化作用がある点で共通する。その合計、即ちNi+Cuの合計としての含有は必須ではないが、上記NiとCuの含有に伴って、Ni+Cuの合計量としても含有させることになる。
Ni+Cuの合計量としては、0.01〜2.0%とする。0.01%未満では黒鉛化促進効果が薄い。また2.0%を超えると基地の脆化につながる。
Ni+Cuの合計含有量は、黒鉛化促進作用、オーステナイト安定化作用、耐力向上作用、基地の強化と脆化の作用、黒鉛球状化阻害作用を考慮して、0.1〜2.0%がより好ましく、更には0.2〜1.6%が最も好ましい。
なお、CuとNiのオーステナイト安定化作用は、熱処理をよりやり易くする効果があるので、含有させるのがよく、多く入れるほどその効果がより得られる。
Mnは炭化物を安定化させるので、なるべく含有させないのが好ましい。但し、実際には原料となる鉄屑から混入する場合が多い。混入量は1.0%未満にするのが好ましい。より好ましくは、0.5%未満とするのがよい。
また同様に、PやSは実際の製品では、いわゆる不純物として混入され得るが、本発明ではそれらの不純物は、積極的に含有させる対象ではない。
上記各添加元素の含有量の残部がFeである。
なお黒鉛化促進のため、Zr、Ca、Ba等を含有する接種剤を溶湯に添加するようにしてもよい。
本発明の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造について説明する。
先ず上記で説明した亜共晶球状黒鉛鋳鉄の成分組成を持つように原料を調整し、これを電気炉に入れ、1350〜1550℃で1時間溶融し、その後1550℃で取鍋に移して黒鉛球状化処理を施し、1450℃で鋳型に鋳込む。Alは溶解後に溶湯に添加する。また必要に応じて、Zr、Ca、Ba等を含有する接種剤を鋳込む。その後、所定の形状に鋳込む。
鋳放し状態の鋳物の組織は、球状黒鉛とフェライト、若しくは球状黒鉛とフェライトとパーライト、若しくは球状黒鉛とパーライトとなる。
図1も参照して、鋳放し状態の鋳物を出発鋳物として、以下の熱処理を行う。
[第1熱処理(オーステナイト化処理)]
上記の鋳込み工程で得られた鋳放し状態の鋳造品を用い、先ず第1熱処理としてオーステナイト化処理を行う。
第1熱処理であるオーステナイト化処理は、前記一旦鋳放し鋳造したものを、第1熱処理温度である900〜1100℃に加熱して保持し、組織をオーステナイト化することにより行う。この第1熱処理(オーステナイト化処理)温度は、好ましくは900〜1050℃、更に好ましくは950〜1050℃とするのがよい。
前記900〜1100℃での保持時間は、例えば30分〜6時間とすることができる。好ましくは、基地組織のオーステナイト化が十分に行え、且つ無駄な加熱エネルギーの低減のため、1〜5時間がよく、更に好ましくは1〜3時間がよい。
[第1冷却処理]
次に第1熱処理により完全にオーステナイト化された鋳物を、第1熱処理温度(オーステナイト化温度)から、第1冷却処理して、初析フェライトが析出する温度まで降温する。
第1冷却処理は、鋳物を炉内に入れたままでの降温、即ち炉冷により行う。第1冷却処理速度は、炉の大きさにもよるが、鋳物の降温が炉内の降温速度に追従できる速度であればよい。
[第2熱処理]
第1熱処理温度から第1冷却処理により降温される第2熱処理温度は、初析フェライトが析出する温度として、700〜900℃とする。
第2熱処理温度は、好ましくは730〜850℃、更に好ましくは750〜810℃とするのがよい。また第2熱処理温度での保持時間は0.5〜15時間、好ましくは1〜10時間、更に好ましくは1〜6時間とする。
第2熱処理により、鋳物の組織は初析フェライトとオーステナイトの状態となる。
第2熱処理の保持時間を調節することで、初析フェライトとオーステナイトの比率を調整することが可能となる。そしてオーステナイトを後の第2冷却処理によりパーライトにすることで、結論的には、第2熱処理の保持時間を調節することで、熱処理後の鋳物組織におけるフェライトとパーライトの比率を調整することができる。
[第2冷却処理]
前記第2熱処理がなされた鋳物は、第2冷却処理され、常温に至る。
第2冷却処理では、第2熱処理により初析フェライトとオーステナイトとからなる組織における、オーステナイトを、パーライトと冷却処理中に生じたフェライトとからなる組織にする。
第2冷却処理速度が炉冷等、遅すぎる場合には、オーステナイトのフェライト化が進んで、組織が不均一になってしまう。一方、水冷等、速すぎる場合は、オーステナイトがマルテンサイトに変態してしまうため、組織の脆化につながり、好ましくない。
第2冷却処理速度は、マルテンサイト変態が生じない程度に速い冷却処理速度として、例えば強制空冷程度が好ましいと言える。
第2冷却測度は、数値的には0.5〜60℃/分とする。第2冷却処理は、鋳物が常温になるまで行う。
第2冷却処理速度は、オーステナイトのフェライト化防止、マルテンサイトの発生防止の観点から、好ましくは0.5〜30℃/分がよく、更に好ましくは1〜30℃/分がよい。
以上のようにして、鋳放し状態の鋳物を熱処理することにより、組織中のフェライトとパーライトの比率を一定にして、鋳物の肉厚差によらず、硬度の安定した、亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を得ることができる。またフェライトとパーライトの比率を第2熱処理の時間を調整することで、硬度の異なる鋳物を安定して提供できる。
よって本発明の成分組成と熱処理により、強度、靱性(衝撃特性)、摺動性に優れると共に、肉厚差による機械的性質のバラツキが少ない、亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物を安定して提供できる。
組成にSiが入ると、通常のFeやFe−C系状態図で存在しないフェライトとオーステナイトの共存領域が存在するようになる。その共存領域はSiの含有量が多いほど広がる。共存領域の温度で保持を行うと、その保持温度に応じたフェライトとオーステナイトの比率となるため、肉厚や黒鉛粒数に関係なく組織が均一になる。ある程度の保持時間が必要となるのは、その温度に応じた組織状態になるのに時間が必要となるからである。
また前記共存領域の中で、温度の高い領域ではオーステナイトの割合が大きく、オーステナイトは冷却処理時に硬いパーライトになるため、硬めの組織になり、高強度の機械的性質を持つことになる。同様に、前記共存領域の中で温度の低い領域では、軟らかいフェライトの割合が多くなり、延性の良い組織になる。
表1を参照して、実施例1〜9、比較例1の各亜共晶球状黒鉛鋳鉄材料を、電気炉で1350〜1550℃で約1時間溶融し、これを1550℃で取鍋に移した後、球状化処理を施した後、1450℃で鋳型に鋳造した。実施例1〜9、比較例1のそれぞれにつき、肉厚が5mmの鋳物、10mmの鋳物、50mmの鋳物、の3種類の鋳物を鋳造した。
実施例1〜9、比較例1の成分組成を表1に示す。
Figure 0006254655
次に図1、表2に示すように、各実施例1〜9について、鋳放し状態の鋳物に対する熱処理をした。先ず電気炉内で、100℃/時間で昇温し、第1熱処理温度(γ温度)1050℃で2時間保持(γ保持時間)した。次に第1冷却処理として、炉内で、降温速度100℃/時間で降温し、それぞれ所定の第2熱処理温度(α+γ温度)、第1、第7〜第9実施例では850℃、第2実施例では800℃、第3実施例では790℃、第4実施例では770℃、第5実施例では760℃、第6実施例では780℃にした。次に第2熱処理温度(α+γ温度)でそれぞれ所定の保持時間(α+γ保持時間)保持した後、第2冷却処理を各実施例1〜9の各肉厚5mm、10mm、50mmにつき、それぞれの冷却処理速度1℃/mim、3℃/mim、30℃/mimで行った。
Figure 0006254655
図2、表3に示すように、比較例1についても、鋳放し状態の鋳物に対する熱処理を2回の熱処理からなる処理で行った。先ず1回目はオーステナイト化処理として、電気炉内で100℃/時間で昇温し、1000℃(γ温度)で2時間保持(γ保持時間)した。次に比較例1の各肉厚5mm、10mm、50mmにつき、それぞれの冷却処理速度1℃/mim、3℃/mim、30℃/mimで一旦常温まで冷却処理した。組織はフェライトとパーライトと球状黒鉛とになる。次に2回目の熱処理は、パーライト中のセメンタイトの粒状化(黒鉛化)処理として、再び電気炉内で100℃/時間で昇温し、650℃(粒状化温度)で5時間保持(保持時間)し、その後、比較例1の各厚み5mm、10mm、50mmにつき、それぞれの冷却処理速度1℃/mim、3℃/mim、30℃/mimで常温まで冷却処理した。
Figure 0006254655
得られた熱処理済みの実施例1〜9、比較例1における、各鋳物の肉厚毎の黒鉛粒数(個/mm)、黒鉛面積率(%)、フェライト/パーライト率(F:P率)(%)、硬さ(HRB)を計測した。
結果を表4に示す。
また各実施例1〜9、比較例1についての機械的性質として、肉厚10mmのものにおける0.2%耐力(N/mm)、ヤング率(GPa)、引張強さ(N/mm)、伸び(%)を、併せて表4に示す。
Figure 0006254655
比較例1では、1回目の熱処理が終了した時点で、組織が球状化黒鉛と、フェライトとパーライトとの基地組織とになり、2回目の熱処理により、基地中のパーライトのセメンタイトが分解して黒鉛化し、徐々に硬さが減少する。
よって比較例1の鋳物は、伸びはよいが、強度が低くなる。表4では引張強さが716.3(N/mm)で低い。
また比較例1では、組織変化が黒鉛粒数に依存するため、黒鉛粒数が肉厚差により変化(413個、335個、98個)すると、実際には肉厚差で組織が変化し、そのため表4に示すように、肉厚差による硬度変化(89、91、95HRB)が生じる。即ち、肉厚差で機械的強度が変化し易い。
表2、表4を参照して、実施例1〜9において、肉厚毎の黒鉛粒数は、肉厚が5mm、10mm、50mmと厚肉になるにつれて、減少している。その一方、基地中のフェライト/パーライト率(F:P率)は、肉厚の変化によるも、変化が少ないことがわかる。
また同様に、実施例1〜9においては、肉厚が5mm、10mm、50mmと変化しても、硬度(HRB)の変化は少ないことがわかる。その理由は、本発明では、肉厚差による冷却速度等の変化によって、黒鉛粒数や黒鉛寸法に変化が生じても、鋳物基地におけるフェライトとパーライトとの比率を一定にすることができ、基地の硬度を肉厚差によらず安定させることができるからである。
実施例1〜9では、全体として引張強度が大であり、しかも伸びも良好であることがわかる。即ち、実施例1〜9においては、何れも引張強さが770N/mm以上で、伸びも10.0%以上の良好な機械的性質を示している。
実施例1〜9では、第2熱処理温度が850℃〜760℃の範囲で温度が下がると、フェライト量が低下し、パーライト量が増加する傾向がわかる。またそれに伴って、パーライト量が増加するにつれて、硬度、引張強さが増加する傾向がわかる。

Claims (10)

  1. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.7%
    Si :1.0〜4.5%
    Al :0.01〜0.2%
    Mg :0.015〜0.060%
    を含有し、残部がFeからなる成分組成を有し、
    溶湯から一旦鋳造してなる出発鋳物を、先ず900〜1100℃の第1熱処理温度で、0.5〜6時間保持して、基地をオーステナイト化させ、次に炉内温度を降温して700〜900℃の第2熱処理温度で、0.5〜15時間保持して、基地を初析フェライトとオーステナイトからなる組織とし、次に第2熱処理温度から0.5〜60℃/分の第2冷却処理速度により常温まで冷却して、オーステナイトからパーライトとフェライトを析出させ、基地を初析フェライト、パーライト、析出フェライトからなる組織とすることを特徴とする亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  2. 第2熱処理温度を730〜850℃とし、第2熱処理温度からの第2冷却処理速度を0.5〜30℃/分としたことを特徴とする請求項1に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  3. 第2熱処理温度を750〜810℃とし、第2熱処理温度からの第2冷却処理速度を1〜30℃/分としたことを特徴とする請求項2に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  4. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.7%
    Si :1.0〜4.5%
    Al :0.01〜0.2%
    Cu+Ni :0.01〜2.0%
    Mg :0.015〜0.060%
    を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  5. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.7%
    Si :1.0〜4.5%
    Al :0.01〜0.2%
    Ni :0.01〜2.0%
    Cu+Ni :0.01〜2.0%
    Mg :0.015〜0.060%
    を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを特徴とする請求項4に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  6. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.7%
    Si :1.0〜4.5%
    Al :0.01〜0.2%
    Ni :0.05〜1.6%
    Cu :0.05〜1.6%
    Cu+Ni :0.1〜2.0%
    Mg :0.015〜0.060%
    を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを特徴とする請求項5に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  7. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.7%
    Si :1.0〜4.5%
    Al :0.01〜0.2%
    Ni :0.1〜1.2%
    Cu :0.1〜1.2%
    Cu+Ni :0.2〜1.6%
    Mg :0.015〜0.060%
    を含有し、残部がFeからなる成分組成を有することを特徴とする請求項6に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  8. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.5%
    Si :1.6〜4.0%
    とすることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  9. 質量パーセントで、
    C :1.5〜2.4%
    Si :1.8〜3.5%
    とすることを特徴とする請求項8に記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
  10. 質量パーセントで、
    Mn :1.0%未満
    とすることを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載の亜共晶球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。
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