JPH0115576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、バーミキユラ黒鉛鋳鉄に係り、更に
詳細には耐摩耗性を有するバーミキユラ黒鉛鋳鉄
物品及びその製造方法に係る。 バーミキユラ黒鉛鋳鉄は片状黒鉛と球状黒鉛の
中間的な特徴及び性質を有する所謂ぜん虫状の黒
鉛を含む比較的新しい鋳鉄であり、現在種々の工
業分野に於てその適用についての研究が行なわれ
ている。 しかしバーミキユラ黒鉛鋳鉄はその基地組織が
フエライト化し易いので、それをそのまま摺動部
材の如き耐摩耗性を要する物品に適用するのは困
難であり、現在のところのその利用範囲は著しく
限られている。 例えば第１図は炭素当量が4.4であり、リン及
び硫黄の含有量がそれぞれ0.018％、0.015％であ
るバーミキユラ黒鉛鋳鉄を炭酸ガス型自硬性鋳型
を用いて鋳込み温度約1430℃にて鋳造し、得られ
た鋳物の厚さとパーライト面積率との関係を示す
グラフである。一般的な鋳鉄の場合には鋳物の肉
厚が小さければ小さい程その組織のパーライト面
積率が増大するが、第１図より、バーミキユラ黒
鉛鋳鉄の場合には鋳物の厚さが小さくなればなる
程パーライト面積率が減少することが解る。また
鋳物の厚さが高くなればなる程パーライト面積率
が増大するが、通常の肉厚の鋳物の場合には鋳造
のみによつてパーライト面積率を10％以上にする
ことは困難であり、また肉厚を増大させることに
よりパーライトの生成量が増大する領域は主とし
て鋳物の肉厚中央部であり、鋳物の表面部に於け
るパーライト生成量を肉厚中央部より高くするこ
とはできない。 本願発明者等は、バーミキユラ黒鉛鋳鉄の所定
の表面部を表面熱処理することによりその表面部
の基地組織をパーライト化し、これによりその部
分の耐摩耗性を従来のねずみ鋳鉄よりも著しく向
上させ得ることを見出した。 一般的な鋳鉄の基地組織をパーライト化する従
来より公知の方法として、(1)パーライト化元素を
添加する、(2)鋳造物品全体を熱処理（強制空冷）
するなどの方法がある。しかし(1)の方法に於て
は、パーライト化元素を多量に添加する必要があ
り、また鋳造性や切削性が著しく低下するという
欠点があり、また(2)の方法に於ては、鋳造物品を
強制空冷する必要があり（その場合に於ても基地
組織がパーライト化し易い）、また基地組織が全
体的にパーライト化するため、減衰能や熱伝導率
も低下してしまうのみならず、熱処理による歪み
も大きくまたコストも高くなるなどの欠点があ
り、従つてこれらの方法をバーミキユラ黒鉛鋳鉄
の耐摩耗性の向上に適用することはできない。 またねずみ鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄を局部的に熱処
理することにより所定部位の耐摩耗性を向上させ
ることはできるが、ねずみ鋳鉄の場合にはバーミ
キユラ黒鉛鋳鉄より焼割れを生じ易く、また球状
黒鉛鋳鉄は鋳造性や切削性の点でバーミキユラ黒
鉛鋳鉄よりも著しく劣り、更に減衰能も小さい。 本発明は、バーミキユラ黒鉛鋳鉄及びねずみ鋳
鉄や球状黒鉛鋳鉄の如き在来の鋳鉄を耐摩耗性を
要する鋳造物品に適用する場合に於ける上述の如
き不具合に鑑み、所定の表面部の基地組織が主と
してパーライト、ソルバイト、トルースタイト或
いはそれらの組合せよりなり、所定の表面部以外
の部分の基地組織がフエライトを主体とする組織
であるバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品であつて、デイ
ーゼルエンジンのシリンダブロツクやデイスクブ
レーキロータの如き耐摩耗性を有する摺動部品に
適用するに適したバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品及び
その製造方法を提供することを目的としている。 かかる目的は、本発明によれば、炭素当量が
4.2〜4.6で、リン及び硫黄の含有量がそれぞれ
0.10％、0.03％以下であるバーミキユラ黒鉛鋳鉄
よりなる物品であつて、該物品の所定の表面部は
パーライト、ソルバイト、トルースタイト及びそ
れらの組合せよりなる群より選択された組織を主
体とする基地組織を有しており、前記所定の表面
部以外の部分はフエライトを主体とする基地組織
を有していることを特徴とするバーミキユラ黒鉛
鋳鉄物品、及び炭素当量が4.2〜4.6で、リン及び
硫黄の含有量がそれぞれ0.10％、0.03％以下であ
り、フエライトを主体とする基地組織を有するバ
ーミキユラ黒鉛鋳鉄にて鋳鉄物品を鋳造し、該物
品の所定の表面部にのみ表面熱処理を行ない、該
表面部に於ける基地組織をパーライト、ソルバイ
ト、トルースタイト及びそれらの組合せよりなる
群より選択された組織を主体とする基地組織とす
ることを含んでいることを特徴とするバーミキユ
ラ黒鉛鋳鉄物品の製造方法によつて達成される。 本発明によるバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の製造
に使用されるバーミキユラ黒鉛鋳鉄は、炭素当量
が4.2〜4.6で、リン及び硫黄の含有量がそれぞれ
0.10％、0.30％以下である。炭素当量の値を上述
の如く制限するのは、炭素当量が4.2以下の場合
にはセメンタイトが析出し、また炭素当量が4.6
以上の場合にはドロスの発生がやや増加するのみ
ならず、著しく焼きが入りにくくなつて熱処理の
制御が困難になるからである。またリン及び硫黄
の含有量を上述の如く制限するのは、これらの含
有量が高いと熱処理時に熱亀裂が発生し易くな
り、生産上のトラブルが生じやすくなるからであ
る。 また黒鉛の球状化率が高くなるとバーミキユラ
黒鉛鋳鉄の特性が失われるのみならず、これを潤
滑油にて潤滑される摺動部品に適用した場合油持
ちが悪くなるので、黒鉛の球状化率は50％以下で
あるのが好ましい。 更に本発明による製造方法に於ては、上述の如
きバーミキユラ黒鉛鋳鉄に対し高周波誘導加熱ま
たは近接誘導加熱による表面熱処理を施すことに
より、耐摩耗性を要する所定部位のみに於て基地
組織のフエライトがパーライト化される。この場
合表面熱処理されるべき鋳鉄物品の大きさや形状
に応じて次の何れかの熱処理法が採用される。尚
「近接誘導加熱」とは、第２図に示されている如
く、被熱処理物品１０を一方の電極とし、その被
熱処理面１２に近接した位置に所定の熱処理パタ
ーンを有する電極１４を配置し、これら二つの電
極の間に電流を通電することにより被熱処理面を
局部的に加熱し、被熱処理部１６を形成する熱処
理法をいう。 熱処理法 高周波誘導加熱により950〜1080℃、好ましく
は1000〜1050℃に加熱後放冷し、耐摩耗性を要す
る所定の表面部の硬さをその表面下２mm以上に亙
つてHv＝220〜350とし、その基地組織をパーラ
イト、ソルバイト、或いはトルースタイト85％以
上、好ましくは95％以上とする。 熱処理法 高周波誘導加熱により850〜1050℃、好ましく
は900〜1000℃に一次加熱後、放冷または強制空
冷により500℃以下にまで冷却し、次いで同じく
高周波誘導加熱により500〜750℃に二次加熱後放
冷することにより、耐摩耗性を要する所定の表面
部の基地組織を熱処理法に於ける組織と同様の
組織とする。尚この熱処理法は熱処理法を更に
安定化させたものである。 熱処理法 耐摩耗性を要する所定の表面部のみを近接誘導
加熱により熱処理法または熱処理法と同様の
要領にて熱処理し、熱処理法の場合と同様の組
織とする。尚この熱処理法は特に大型の部品の耐
摩耗性を局部的に向上させるのに適した熱処理法
である。 本発明によるバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の製造
方法によれば、上述の如きバーミキユラ黒鉛鋳鉄
を用いて、デイーゼルエンジンのシリンダブロツ
クやデイスクブレーキロータの如き摺動部材とし
て使用するに適したバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品が
得られる。特に本発明による製造方法によれば、
耐摩耗性を向上させるべく添加される銅やクロ
ム、すず、アンチモンの如き合金元素の添加量は
少量でよいので、バーミキユラ黒鉛鋳鉄の鋳造性
が損なわれることもなく、また物品全体を熱処理
する場合の如き熱処理歪み発生の心配もないた
め、複雑な形状の物品を製造することがわかる。 また本発明によるバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品に
よれば、所定の表面部の基地組織がパーライト、
ソルバイト、或いはトルースタイトであるので、
その部位に於ける耐摩耗性が高く、これを同一硬
さのねずみ鋳鉄と比較した場合その耐摩耗性は約
２倍である。また耐摩耗性を要する所定の表面部
以外の部分の基地組織はフエライトを主体とする
組織であるため、切削等の加工性が良好であるの
みならず、パーライト基地のものより熱伝導度や
減衰能も高く、従つて鋳鉄物品の騒音発生や振動
を低減することができる。 以下に本発明をその幾つかの好ましい実施例に
ついて詳細に説明する。 実施例 １ 表１に示す組成を有する試験片Ａ〜Ｄを作成
し、試験片Ａ及びＢ（本発明）には熱処理を施し
て各試験片について摩耗試験を行なつた。尚、試
験片Ａ（本発明）は、熱処理法に従い、高周波
誘導加熱により1020℃に20秒間加熱後放冷する熱
処理が施され、試験片Ｂ（本発明）は、熱処理法
に従い、高周波誘導加熱により1000℃に10秒間
加熱後500℃にまで放冷し、次いで750℃に0.5秒
間加熱後放冷する熱処理が施された上で試験さ
れ、試験片Ｃ及びＤは鋳放し状態にて試験され
た。 摩耗試験は、各試験片を同一寸法の中空円筒体
に形成し、回転速度200rpmにて荷重を段階的に
増し300Kgまで増大する潤滑摩耗による試験であ
つた。尚相手材にはクロムメツキが施された。

【表】 各試験片についての黒鉛球状化率等の分析結果
及び耐摩耗性試験の結果を表２に示す。尚パーラ
イト面積率についてはパーライトとソルバイト及
びトルースタイトとの区別がつき難いため、これ
らの値がパーライト面積率に含めて示されてい
る。

【表】 表２の試験結果より、本発明によるバーミキユ
ラ黒鉛鋳鉄物品の表面熱処理を施された部位に於
ける耐摩耗性は、従来の鋳鉄物品よりも大きく改
善されていることが分かる。 実施例 ２ 本発明による製造方法に従つてバーミキユラ黒
鉛鋳鉄にてデイーゼルエンジンのシリンダブロツ
クを鋳造し、これを使用して四気筒デイーゼルエ
ンジンを試作し、4600rpmにて200時間台上耐久
試験を行なつた。 使用されたバーミキユラ黒鉛鋳鉄の組成は3.54
％Ｃ、2.63％Si、0.23％Mn、0.013％Ｐ、0.010％
Mgであり、生砂型を使用してシリンダブロツク
に鋳造された。シリンダボアにはシリンダライナ
を設けず、その内周面は、熱処理法に従つて高
周波誘導加熱により1050℃に45秒間加熱した後放
冷する熱処理により硬化された。 試験の結果、本発明による製造方法に従つて製
造されたシリンダブロツクは、高合金鋳鉄のライ
ナを打込まれたFC25のシリンダブロツクの場合
と同等の性能を有し、また振動減衰能も同等であ
ることが分かつた。また前述の従来技術によるシ
リンダブロツクの総重量は約50Kgであるのに対
し、本発明の製造方法に従つて製造されたシリン
ダブロツクは約45Kgであり、総重量が約５Kg（一
割）低減されることが分かつた。 尚シリンダボア内周面の硬さはHv＝298であ
り、その基地組織はパーライトを主体とし、若干
のソルバイト及びトルースタイトを含むものであ
つた。 以上の説明に於ては、具体的実施例としてデイ
ーゼルエンジンのシリンダブロツクについて説明
したが、本発明によるバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品
及びその製造方法はかかる部品に限定されるもの
ではなく、デイスクブレーキロータ、フライホイ
ール、各種軸受の如く、優れた耐摩耗性や減衰特
性を要する他の種々の構成要素にも適用可能であ
ることは当業者にとつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はバーミキユラ黒鉛鋳鉄よりなる鋳物の
厚さとパーライト面積率との関係を示すグラフ、
第２図は近接誘導加熱の要領を示す解図である。 １０……被熱処理物品、１２……被熱処理面、
１４……電極、１６……被熱処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素当量が4.2〜4.6で、リン及び硫黄の含有
   量がそれぞれ0.10％、0.03％以下であるバーミキ
   ユラ黒鉛鋳鉄よりなる物品であつて、該物品の所
   定の表面部はパーライト、ソルバイト、トルース
   タイト及びそれらの組合せよりなる群より選択さ
   れた組織を主体とする基地組織を有しており、前
   記所定の表面部以外の部分はフエライトを主体と
   する基地組織を有していることを特徴とするバー
   ミキユラ黒鉛鋳鉄物品。 ２ 特許請求の範囲第１項のバーミキユラ黒鉛鋳
   鉄物品に於て、前記バーミキユラ黒鉛鋳鉄の黒鉛
   球状化率は50％以下であることを特徴とするバー
   ミキユラ黒鉛鋳鉄物品。 ３ 炭素当量が4.2〜4.6で、リン及び硫黄の含有
   量がそれぞれ0.10％、0.03％以下であり、フエラ
   イトを主体とする基地組織を有するバーミキユラ
   黒鉛鋳鉄にて鋳鉄物品を鋳造し、該物品の所定の
   表面部にのみ表面熱処理を行ない、該表面部に於
   ける基地組織をパーライト、ソルバイト、トルー
   スタイト及びそれらの組合せよりなる群より選択
   された組織を主体とする基地組織とすることを含
   んでいることを特徴とするバーミキユラ黒鉛鋳鉄
   物品の製造方法。 ４ 特許請求の範囲第３項のバーミキユラ黒鉛鋳
   鉄物品の製造方法に於て、前記表面熱処理は、前
   記バーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の前記所定の表面部
   を1000〜1050℃に加熱後放冷することを含んでい
   ることを特徴とするバーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の
   製造方法。 ５ 特許請求の範囲第３項のバーミキユラ黒鉛鋳
   鉄物品の製造方法に於て、前記表面熱処理は、前
   記バーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の前記所定の表面部
   を850〜1050℃に一次加熱後500℃以下にまで冷却
   し、次いで500〜750℃に二次加熱後放冷すること
   を含んでいることを特徴とするバーミキユラ黒鉛
   鋳鉄物品の製造方法。 ６ 特許請求の範囲第３項乃至第５項の何れかの
   バーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の製造方法に於て、前
   記表面熱処理は、前記バーミキユラ黒鉛鋳鉄物品
   の前記所定の表面部のみを高周波誘導加熱により
   加熱することを含んでいることを特徴とするバー
   ミキユラ黒鉛鋳鉄物品の製造方法。 ７ 特許請求の範囲第３項乃至第５項の何れかの
   バーミキユラ黒鉛鋳鉄物品の製造方法に於て、前
   記表面熱処理は、前記バーミキユラ黒鉛鋳鉄物品
   の前記所定の表面部のみを近接誘導加熱により加
   熱することを含んでいることを特徴とするバーミ
   キユラ黒鉛鋳鉄物品の製造方法。