JPH01108313A

JPH01108313A - 鋳鉄鋳物の製造方法

Info

Publication number: JPH01108313A
Application number: JP26590287A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okazaki; 健岡崎; Akira Otsuka; 章大塚
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、耐摩耗性および耐ピツチング性に優れた鋳鉄
鋳物の製造方法に関するものであり、とくに、自動車の
カムシャフトなど耐摩耗性および耐ピツチング性を要求
される材料用として適した鋳鉄鋳物の製造方法に関する
ものである。

先行技術優れた耐摩耗性および耐ピツチング性を要求される自動
車のカムシャフトとしては、普通ねずみ鋳鉄で、冷し金
により摺動部であるカム部をチル化して製造したもの、
あるいは、低合金鋳鉄を高周波により焼入れして製造し
たものが用いられていたが、前者にあっては、摺動部に
形成された高硬度の炭化物の周囲に脆弱なフェライトが
析出しやすく、そのため、耐摩耗性は向上するものの、
耐ピツチング性に劣るという問題があり、後者にあって
は、焼入れにより、基地組織が強化され、耐ピツチング
性は向上するが、耐摩耗性が不十分であるという問題が
あった。

このような問題を解決するため、特公昭６１−４７２０
８号公報は、チル組織を焼鈍後、ソルト炉で加熱して焼
入れする方法を提案している。

発明の解決しようとする問題点しかしながら、かかる方法により、自動車のカムシャフ
トのように、部分的に摺動面となる部分を有する部品を
製造する場合には、チルした後、高周波加熱または他の
局部加熱方法により、摺動部のみを部分的に加熱し、し
かる後に、通常のように、水あるいは油により部分的に
焼入れをすると、熱衝撃によって、焼入れ不良や焼き割
れを生じるという問題があり、また、かかる方法によっ
て、カムシャフトを製造する場合には、耐摩耗性が必要
なカム部も、強度、靭性が必要な軸部も、ともに全体的
にソルト炉で加熱されるため、軸が折れやすく、また熱
処理による曲がりが大きくなるという問題があった。

発明の目的本発明は、焼入れ不良および焼き割れを発生させること
なく、耐摩耗性および耐ピツチング性に優れた摺動面を
有する鋳鉄鋳物の製造方法を提供することを目的とする
ものである。

発明の構成本発明のかかる目的は、炭素２，８〜３．８重量％；珪
素１．５〜２．７重量％；マンガン０．５〜１．０重量
％；クロム０．１〜１．２重量％；リン０．３重量％以
下、硫黄０．１重量％以下；モリブデン０．１〜１．０
重量％；銅０．１〜１．５重量％およびニッケル０．１
〜３．０重量％のうち少なくとも１種を含む鋳鉄鋳物を
製造し、さらに、摺動部となる部分をチル組織化し、該
摺動部を炭化物が分解しない温度でオーステナイト化処
理したのち、１〜ｂ冷却速度で冷却することによって達成される。

本発明において、摺動部となる部分をチル組織化する方
法としては、冷し金を用いるなど、公知の方法を使用す
ることができる。

本発明において、摺動部を炭化物が分解しない温度でオ
ーステナイト化処理する方法としては、高周波加熱また
は他の局部加熱方法など、公知の方法が使用できる。

本発明において、オーステナイト化処理した鋳鉄鋳物の
冷却は、１〜ｂこなわなければならない。その方法は、とくに限定され
ず、公知の方法を使用し得るが、水または油による通常
の焼入れ方法では、冷却速度が２０〜ｂるので、本発明には使用できない。好ましくは、セラミ
ックなどの粒子を空気あるいは窒素などの気体を用いて
浮遊させた流動層またはミスト冷却によることが望まし
く、とくに流動層が焼入れ浴として好ましい。かかる冷
却速度によって冷却するのは、パーライトの析出を抑制
し、かつ、焼割れの発生を防止して、基地をマルテンサ
イト化するためであり、冷却速度が、１℃／秒未満では
、パーライトが析出してしまい、また、１０℃／秒を越
えると、焼割れが生じやすい。このような冷却速度を得
るために、焼入れ浴の温度は、３００℃以下が望ましい
。本発明において、約２５０℃まで、１〜ｂが必要であり、好ましくは、Ｍｓ点の相当する温度（約
２００℃）の近傍まで１〜ｂ速度で冷却を＄こなうことが望ましい。

本発明において、焼入れ処理前に、５００〜６５０℃で
、０．１〜３時間、焼鈍をおこない、残留応力の除去を
図ってもよい。ここに、焼鈍温度が５００℃未満では、
残留応力を十分に除去することができず、６５０℃を越
えると、軟化がおこりやすく、望ましくない。また、０
．１時間未満では、残留応力の除去効果がみられず、３
時間を越えて焼鈍をおこなっても、効果が飽和してしま
い、意味がない。

本発明において、焼入れ後、更に、１００〜２５０℃で
、２時間以下、焼戻しをあこなうと、耐ピツチング性が
より一層向上し、望ましい。ここに、１００℃未満では
、マルテンサイトの靭性が得られず、耐ピツチング性の
向上効果が不十分で、また、２５０℃を越えると、軟化
がおこり、耐摩耗性が劣化が生じる。

本発明において、炭素含を量が、２．８重量％未満であ
ると、チル組織部の炭化物量が減少し、耐摩耗性が劣化
し、また、３．８重量％を越えると、チル組織部に遊離
黒鉛が晶出し、やはり耐摩耗性が劣化する。

本発明において、珪素含有量が、１．５重量％未満であ
ると、過度にチル化がおこり、摺動部以外（カムシャフ
トの場合には、軸部）にも、チル組織が生じて加工性が
悪化し、他方２．７重量％を越えると、チル組織部に遊
離黒鉛が晶出し、耐摩耗性が劣化してしまう。

本発明において、マンガン含有量が、０．５重量％未満
であると、不純物の硫黄とＭｎ５Ｏ形で結合し、鋳造性
が低下し、また、マンガン量の減少により、チル化傾向
の増大を抑制する効果が得られなくなり、１．０重量％
を越えると、過剰のマンガンが共晶セルの境界部に偏析
し、加工性が劣化してしまう。

本発明において、クロムは、炭化物形成を促進し、耐摩
耗性向上に寄与するが、その含有量が、０．１重量％未
満であると、耐摩耗性向上の効果がなく、他方、１．２
重量％を越えると、摺動部以外（カムシャフトの場合に
は、軸部）にも、チル組織を生じ、加工性が劣化してし
まう。

本発明において、モリブデンは、炭化物形成を促進し、
耐摩耗性向上に寄与するとともに、焼入れ性を向上させ
る効果を有するが、０．１重量％未満では、かかる効果
はみられず、他方、１．０重量％を越えると、摺動部以
外（カムシャフトの場合には、軸部）の部分にふいて、
ベイナイト化が進み、加工性が劣化してしまう。

本発明において、りんの含有量が、０．３重量％を越え
ると、ステダイトが晶出し、焼入れ時に割れやすくなり
、好ましくない。

本発明において、硫黄の含有量が、０．１重量％を越え
ると、チル化傾向が大きくなり、摺動部以外（カムシャ
フトの場合には、軸部）への炭化物品出により、加工性
が悪化してしまう。

本発明において、銅は、モリブデンと併用することによ
り、焼入れ性を向上させる効果を有するが、０．１重量
％未満では、かかる効果はみられず、他方、１．５重量
％を越えると、かかる効果が飽和してしまうので、増量
の意味がない。

本発明において、ニッケルは、モリブデンと併用するこ
とにより、焼入れ性を向上させる効果を存するが、０．
１重量％未満では、かかる効果はみられず、他方、３．
０重量％を越えると、焼入れ組織中に、残留オーステナ
イトが多くなり、耐摩耗性が劣化してしまう。

実施例以下、本発明の効果をより一層明らかにするため、実施
例を掲げる。

実施例第１表に示される組成の鋳鉄鋳物を鋳造し、カム部を冷
し金を用いてチル化して、各組成につき３個ずつのカム
シャフトサンプル＃１〜５　（ただし、サンプル＃３お
よび４については、１０個）を得た。サンプル＃１〜＃
５のチル部の硬さＨ９は、それぞれ、５５０．５５５．
５３５．５４０．５１０であった。

また、各サンプルのカム部の寸法は、第１図に示すとお
りとした。

さらに、各サンプルを、１００Ｗ　−１００ＫＨｚの高
周波電源を用いて、加熱温度９００℃、加熱時間１４秒
、ワーク回転数１２　Ｏｒｐｍで加熱し、ただちに、そ
れぞれ、流動層、水、油により、焼入れをおこなった。

冷却速度は、それぞれ、９００℃から２５０℃になるま
で、８℃／秒、１００℃／秒、７５℃／秒に制御した。

ここに、流動層としては、２５０メツシユのアルミナを
、４００　ｆ／ｍｉｎの流量の空気で流動化したものを
用い、焼入れ温度は、いずれの場合も２５℃とした。

こうして、焼入れをした結果を第２表に示す。

第１表第２表第２表より、本発明の実施例である流動層を用いて、焼
入れしたサンプル＃１．２および３においては、焼割れ
の発生もまた焼入れ不良も発生せず、他方、比較例であ
るサンプル＃４．５においては、流動層を用いて焼入れ
をした場合にも、組織が十分にマルテンサイト化せず、
焼入れ不良が生じ、また、水または油を用いて焼入れを
おこなった場合には、サンプル＃１．２および３を含む
すべてのサンプルで焼割れの発生が認められた。

また、流動層を用いて焼入れをした各サンプルの硬さ（
ビッカース硬度Ｈｖ）は、それぞれ、７１５．７２０．
７０５．５９０および５５０であった。

第２図は、流動層を用いて焼入れしたサンプル＃３の金
属組織を示す写真であり、その倍率は、４００倍である
。このサンプル＃３の硬さＨｖを測定したところ、７０
５であった。第２図において、黒色部分は、マルテンサ
イト組織を示し、また、白色部分は、セメンタイト・（
Ｆｅ、Ｃ）組織を示している。

さらに、流動層を用いて焼入れしたサンプル＃３および
＃４につき、それぞれ、８つの試験体を用いて、モータ
リングテストを実施した。テスト条件はつぎのとおりで
ある。

エンジン：　３．５１直噴式４気筒ディーゼルエンジン運転時間＝５００時間エンジン回転数゛：　１５０　Ｑｒｐｍ潤滑油：１０Ｗ
〜３０潤滑油温度：３５〜４５℃ スプリング荷重：　１２０ｋｇタペットフォロアー材質：合金鋳鉄、チル化後、焼入れ、焼戻し処理、摺動部硬さＨＲｃ５８〜６２５００時間運転後、カムの摩耗量およびピッチング面積
率を測定した。

ここに、カムの摩耗量は、カムの長径寸法を測定するこ
とにより、また、ピッチング面積率は、カム頂上を中心
として、５　＋ｎ＋ｎの幅の領域内に発生した凹陥部の
面積を測定することによって、算出した。

それぞれ、８つの試験体についての測定結果の平均値は
、第３表のとおりであった。

第３表第３表より明らかなごとく、本発明の実施例であるサン
プル＃３は、比較例であるサンプル＃４に比べて、耐摩
耗性、耐ピツチング性ともに、大幅に向上していること
が判明した。

以上のように、本発明にかかるカムシャフトサンプルは
、焼入れ不良および焼き割れが発生することもなく、ま
た、耐摩耗性および耐ピツチング性に優れた摺動面を備
えていることが判明した。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能で
あり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである
ことはいうまでもない。

発明の効果本発明によれば、焼入れ不良および焼き割れを発生させ
ることなく、耐摩耗性および耐ピツチング性に優れた摺
動面を有する鋳鉄鋳物を製造することが可能となる。ま
た、ソルト浴を使用する必要がないので、加工ラインへ
焼入れ行程を組込むことが可能になり、コストの低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例において用いたサンプルの形
状および寸法を示す図面である。第２図は、本発明の実
施例において、流動層を用いて焼入れしたサンプル＃３
の金属組織を示す写真である。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

炭素２．８〜３．８重量％；珪素１．５〜２．７重量％
；マンガン０．５〜１．０重量％；クロム０．１〜１．
２重量％；リン０．３重量％以下、硫黄０．１重量％以
下；モリブデン０．１〜１．０重量％；銅０．１〜１．
５重量％およびニッケル０．１〜３．０重量％のうち少
なくとも１種を含む鋳鉄鋳物を製造し、さらに、摺動部
となる部分をチル組織化し、該摺動部を炭化物が分解し
ない温度でオーステナイト化処理したのち、１〜１０℃
／秒の冷却速度で冷却することを特徴とする鋳鉄鋳物の
製造方法。