JPH0142326B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、球状黒鉛鋳鉄の靭性および疲労強度
を向上するためのオーステンパー処理方法に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an austempering method for improving the toughness and fatigue strength of spheroidal graphite cast iron.
(従来技術)
従来より、球状黒鉛鋳鉄の靭性を高めるために
基地組織をベイナイト化するオーステンパー処理
が、米国特許4222793号、特開昭57−19320号特開
昭56−130453号等によつて開示されている。(Prior art) Conventionally, austempering treatment for converting the base structure into bainite in order to improve the toughness of spheroidal graphite cast iron has been disclosed in U.S. Pat. Disclosed.
また、上記オーステンパー処理したものでは、
表面硬度が低く疲労強度が不足する場合に、上記
先行例に見られるように、シヨツトピーニングに
よつて鋳鉄表面に加工歪みを与えて表面硬度を高
め、疲労強度を改善するようにした技術がある。
また、オーステンパー処理した球状黒鉛鋳鉄の疲
労強度を向上させるその他の方法として、ロール
加工を行うもの、切削時に残留オーステナイトを
マルテンサイトに誘起変態させるもの、残留オー
ステナイトの深冷処理によるマルテンサイト化す
るもの、浸炭等で表面硬化するものなどがある
が、これらの方法ではいずれもオーステンパー処
理とは別途の処理行程を必要とし、その処理作業
が煩雑となつて全体の処理時間も長くなるととも
に、そのための処理設備を必要とするなどの問題
を有する。 In addition, with the austempered treatment mentioned above,
When the surface hardness is low and the fatigue strength is insufficient, as seen in the previous example above, there is a technology that applies processing strain to the cast iron surface by shot peening to increase the surface hardness and improve the fatigue strength. be.
Other methods for improving the fatigue strength of austempered spheroidal graphite cast iron include rolling processing, inducing transformation of retained austenite into martensite during cutting, and deep cooling treatment of retained austenite to martensite. There are methods that harden the surface by carburizing, etc., but all of these methods require a separate treatment process from the austempering process, which makes the process complicated and the overall process time longer. There are problems such as the need for processing equipment for this purpose.
(発明の目的)
本発明は上記事情に鑑み、シヨツトピーニング
等の表面硬化法によらず、オーステンパー処理中
に疲労強度を向上する処理を一連に行うようにし
た鋳鉄のオーステンパー処理方法を提供すること
を目的とするものである。(Object of the Invention) In view of the above circumstances, the present invention provides a method for austempering cast iron in which a series of treatments to improve fatigue strength are performed during austempering, without using surface hardening methods such as shot peening. The purpose is to provide
(発明の構成)
本発明のオーステンパー処理方法は、球状黒鉛
鋳鉄を810〜980℃のオーステナイト化温度域に少
なくとも5秒間以上加熱保持し、この状態から
220〜460℃の温度に急冷しこの温度に恒温保持し
てベイナイト変態を行い、その後冷却するオース
テンパー処理において、上記ベイナイト変態開始
時期からベイナイト変態が完了するまでに、一度
Ms点以下の温度に急冷し、表面層のみをマルテ
ンサイト化して疲労強度を向上することを特徴と
するものである。(Structure of the Invention) The austempering method of the present invention involves heating and holding spheroidal graphite cast iron in the austenitizing temperature range of 810 to 980°C for at least 5 seconds or more, and then removing the iron from this state.
In the austempering process, which involves rapid cooling to a temperature of 220 to 460°C, holding constant temperature at this temperature to perform bainite transformation, and then cooling, once from the start of bainite transformation to the completion of bainite transformation,
It is characterized by rapidly cooling to a temperature below the Ms point and converting only the surface layer to martensite to improve fatigue strength.
上記オーステナイト化は810〜980℃の温度域で
5秒間以上加熱保持するものであるが、温度が
810℃未満では十分なオーステナイト化が得られ
ず、980℃を越えると結晶粒が粗大化して強度の
低下を招くものであり、また、5秒未満では高周
波焼入れ等表面部分のみオーステナイト化し、局
部的にオーステンパー処理するにしても十分かつ
均一なオーステナイト化を得ることが困難である
ため、上記のような範囲で行うものである。 The austenitization process described above involves heating and holding for 5 seconds or more in the temperature range of 810 to 980℃, but if the temperature is
If the temperature is less than 810℃, sufficient austenitization will not be obtained, and if the temperature exceeds 980℃, the crystal grains will become coarse and the strength will decrease.If the temperature is less than 5 seconds, only the surface will become austenite due to induction hardening. Even if austempering is performed, it is difficult to obtain sufficient and uniform austenitization, so it is carried out within the above range.
ベイナイト変態を行う恒温処理は、オーステナ
イト化した後の球状黒鉛鋳鉄を恒温ソルト浴に浸
漬焼入れすることなどにより行い、恒温保持温度
を220〜460℃に設定する。この処理温度は、球状
黒鉛鋳鉄を220℃より低い温度に急冷すなわち焼
入れするとマルテンサイト変態を起こして膨張が
大きく、焼入れ時に焼割れを発生するか、か、形
状が複雑な場合には寸法変化が大きくなる。ま
た、460℃を越える温度では、パーライトあるい
は炭化物の生成によつて靭性の低下を招くもので
ある。 The constant temperature treatment for bainite transformation is performed by immersing and quenching the austenitized spheroidal graphite cast iron in a constant temperature salt bath, and the constant temperature is set at 220 to 460°C. This treatment temperature is such that when spheroidal graphite cast iron is rapidly cooled or quenched to a temperature lower than 220℃, it undergoes martensitic transformation and expansion becomes large, resulting in quench cracking during quenching, or dimensional changes if the shape is complex. growing. In addition, at temperatures exceeding 460°C, toughness decreases due to the formation of pearlite or carbides.
次に、上記オーステンパー処理の途中でベイナ
イト変態開始時期からベイナイト変態が完了する
までに、一度Ms点(マルテンサイト変態開始温
度)以下に水冷等によつて急冷するものである
が、ベイナイト変態開始直後に行うのが効果が大
きく好ましい。ベイナイト変態開始時期の前に
Ms点以下に急冷すると、未変態状態のオーステ
ナイトのマルテンサイトへの変態が速く、靭性お
よび圧縮応力を得るための冷却コントロールが困
難となる。一方、ベイナイト変態が完了した後で
は、この基地組織がベイナイトと残留オーステナ
イトとなり、残留オーステナイトは準安定な組織
であるため、変態温度より−80℃以下の温度に長
時間維持する必要があり、処理時間が長くなる。 Next, in the middle of the austempering process, from the start of bainite transformation to the completion of bainite transformation, the bainite transformation is rapidly cooled to below the Ms point (martensitic transformation start temperature) by water cooling or the like. It is preferable to do it immediately after because it is more effective. Before the start of bainite metamorphosis
When rapidly cooled below the Ms point, untransformed austenite quickly transforms into martensite, making it difficult to control cooling to obtain toughness and compressive stress. On the other hand, after bainite transformation is completed, this base structure becomes bainite and retained austenite, and since retained austenite is a metastable structure, it is necessary to maintain the temperature at -80°C or lower than the transformation temperature for a long time, and processing is required. It takes longer.
また、Ms点以下の温度に表面部のみ急冷する
のは、ベイナイト変態の過程にある未変態オース
テナイトをMs点以下の温度に冷却することによ
つて、この未変態のオーステナイトをマルテンサ
イト化し、この変態による膨張によつて所望の深
さまで圧縮応力を付与し、その結果、靭性と同時
に特に高い疲労強度を得るためであつて、少なく
とも表面から所望の深さがMs点以下に達しなけ
ればならない。この冷却は、ベイナイト変態中の
球状黒鉛鋳鉄を、沸湯水、衝撃風、ミストあるい
は0℃以下の雰囲気中に短時間(好ましくは10分
以内)冷却するもの等が好適である。 In addition, the reason why only the surface part is rapidly cooled to a temperature below the Ms point is that by cooling the untransformed austenite in the process of bainitic transformation to a temperature below the Ms point, this untransformed austenite is converted to martensite, and this The purpose is to apply compressive stress to a desired depth through expansion due to transformation, and as a result, to obtain particularly high fatigue strength as well as toughness, at least the desired depth from the surface must reach the Ms point or below. Suitable cooling methods include cooling the spheroidal graphite cast iron undergoing bainitic transformation in boiling water, impact air, mist, or an atmosphere at 0° C. or lower for a short time (preferably within 10 minutes).
さらに、上記Ms点以下の冷却を行つた後に、
ベイナイト変態温度に5分間ないし8時間程度恒
温処理を行うのが好ましい。すなわち、Ms点以
下への急冷によつて表面から所望の深さの未変態
オーステナイトをマルテンサイト化した後、この
時点での未変態オーステナイトを引続き恒温処理
することによりベイナイト化するものである。5
分以上の恒温処理で靭性および疲労強度の向上が
同時に得られ、8時間を越える処理は靭性低下お
よび熱エネネギの損失が増大する。つまり、ベイ
ナイト変態を行う恒温処理は、Ms点以下の冷却
後に少なくとも5分間あつて、全体として8時間
を越えないようにするのが好ましい。 Furthermore, after cooling below the above Ms point,
It is preferable to carry out constant temperature treatment at the bainite transformation temperature for about 5 minutes to 8 hours. That is, after the untransformed austenite at a desired depth from the surface is turned into martensite by rapid cooling to below the Ms point, the untransformed austenite at this point is turned into bainite by subsequent constant temperature treatment. 5
A constant temperature treatment for more than 8 hours can simultaneously improve toughness and fatigue strength, whereas a treatment for more than 8 hours can cause a decrease in toughness and an increased loss of thermal energy. That is, it is preferable that the isothermal treatment for bainite transformation lasts for at least 5 minutes after cooling below the Ms point, and does not exceed 8 hours in total.
ベイナイト変態後の冷却は、自然放冷などによ
つて行う。球状黒鉛鋳鉄のS曲線(A1変態点以
下の各温度におけるオーステナイトの変態状況を
示し、縦軸を温度、横軸を時間とするもの)のオ
ーステナイトからベイナイト変態が始まるベイナ
イトスタート特性曲線(Bs)およびベイナイト
変態が完了するベイナイトフイニツシユ特性曲線
(Bf)は、非合金の場合は左側(短時間側)に移
行し、Mn、Cu、Mo、Ni等を含有する高合金の
場合は右側(長時間側)に移行する。すなわち、
非合金の場合、焼入れ性は低下する反面、ベイナ
イト変態開始時期は早くなり、ベイナイト変態終
了時間も早くなる。よつて非合金の場合には短時
間でベイナイト地つまり未変態オーステナイトの
ベイナイト化が完了する。一方、高合金の場合
は、未変態オーステナイトのベイナイト化の開始
および完了は、非合金の場合に比して長時間とな
る。非合金または高合金の球状黒鉛鋳鉄をベイナ
イト変態後の冷却を行う際には、いずれも未変態
オーステナイトのベイナイト化が完了しているた
め、Ms点以下への自然放冷によつても組織は変
化せず、要求特性を満足するものが得られる。ま
た、上記自然放冷では次工程までの時間的ロスが
大きくなるので、ベイナイト変態後の冷却は水洗
あるいは湯洗等によつて行うようにして、冷却速
度を早めても、未変態オーステナイトのベイナイ
ト化が完了しているため、マルテンサイトが生ぜ
ず組織変化がなく、要求特性を満足するものが得
られる。 Cooling after bainite transformation is performed by natural cooling or the like. Bainite start characteristic curve (Bs) of S-curve of spheroidal graphite cast iron (indicates the transformation status of austenite at each temperature below the A1 transformation point, where the vertical axis is temperature and the horizontal axis is time) where austenite begins to transform into bainite. The bainite finish characteristic curve (Bf), where bainite transformation is completed, shifts to the left (short time side) in the case of non-alloys, and to the right (short time side) in the case of high alloys containing Mn, Cu, Mo, Ni, etc. Shift to the long-term side). That is,
In the case of non-alloys, the hardenability decreases, but on the other hand, the time to start bainite transformation becomes earlier and the time to end bainite transformation also becomes earlier. Therefore, in the case of a non-alloy, the bainite base, that is, untransformed austenite, is completely converted into bainite in a short time. On the other hand, in the case of a high alloy, the initiation and completion of bainitization of untransformed austenite takes a longer time than in the case of a non-alloy. When unalloyed or highly alloyed spheroidal graphite cast iron is cooled after bainite transformation, the untransformed austenite has already been transformed into bainite, so the structure remains unchanged even by natural cooling to below the Ms point. You can obtain something that does not change and satisfies the required characteristics. In addition, since the above-mentioned natural cooling increases the time loss until the next step, the cooling after bainite transformation is carried out by washing with water or hot water, etc. Even if the cooling rate is accelerated, the untransformed austenite becomes bainite. Since the process has been completed, martensite does not occur, there is no structural change, and a product that satisfies the required properties can be obtained.
上記の如くMs点以下への冷却を含むオーステ
ンパー処理を行つた球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄表面か
ら少なくとも内部50μ以内に残留する圧縮応力
が、10〜120Kgf/mm2の値を有するように処理す
る。疲労強度の向上は少なくとも10Kgf/mm2以上
の圧縮応力を形成することによつて得られ、この
値より引張方向の応力では疲労強度の大幅な向上
は得られず、また、120Kgf/mm2を越える圧縮応
力を得るためには、Ms点以下への冷却時の熱歪
み、変態歪みによつて割れが発生することにな
る。 Spheroidal graphite cast iron that has been austempered including cooling to below the Ms point as described above is treated so that the residual compressive stress within at least 50μ of the cast iron surface has a value of 10 to 120 Kgf/mm 2 . Improvement in fatigue strength can be obtained by creating a compressive stress of at least 10 Kgf/mm 2 or more , and from this value, stress in the tensile direction cannot significantly improve fatigue strength. In order to obtain a compressive stress that exceeds the above, cracks will occur due to thermal strain and transformation strain during cooling below the Ms point.
特に、繰返し応力集中を受ける部分は、表面の
疲労が原因で割れを発生することから、表面下近
傍の圧縮応力が効果的に作用するため、少なくと
も表面下50μ以内において、前記10〜120Kgf/
mm2の圧縮応力が残留しているようにするのが好ま
しい。 Particularly, in areas subject to repeated stress concentration, cracks occur due to surface fatigue, and compressive stress near the surface acts effectively.
Preferably, a compressive stress of mm 2 remains.
本発明における球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、例
えば自動車部品のミツシヨンギヤー、シフト類、
摺動部材等に使用されているものであり、焼入れ
性が低い非合金材料によつて十分な疲れ強さを発
揮し得る圧縮応力の形成と、耐摩耗性を得ること
ができるものである。また、鋳物の肉厚が大きい
場合には、焼入れ性を確保する必要性から、0.2
〜0.9%Mn、0.4〜1.5%Cu、0.03〜4.0%Mo、0.2
〜3.5%Niを2種以上併用するものである。 The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron in the present invention is applicable to, for example, transmission gears and shifts of automobile parts.
It is used for sliding members, etc., and is able to generate compressive stress that can exhibit sufficient fatigue strength and obtain wear resistance by using a non-alloy material with low hardenability. In addition, when the wall thickness of the casting is large, 0.2
~0.9%Mn, 0.4~1.5%Cu, 0.03~4.0%Mo, 0.2
~3.5% Ni is used in combination of two or more types.
さらに、本発明オーステンパー処理方法と、従
来公知の表面硬化法としてのロール加工、シヨツ
トピーニング等を併用すると、更に安定かつ高い
疲れ強さが得られるものである。 Further, when the austempering method of the present invention is used in combination with conventionally known surface hardening methods such as roll processing and shot peening, even more stable and higher fatigue strength can be obtained.
(発明の効果)
本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄のオーステンパ
ー処理後の疲労強度向上を、このオーステンパー
処理と一連の急冷処理により表面層に圧縮応力を
残留させることによつて得るようにしたので、そ
の処理が短時間で容易に実行でき、処理能率の向
上を図つて、設備も簡単なもので実施できるもの
である。(Effects of the Invention) According to the present invention, the fatigue strength of spheroidal graphite cast iron after austempering can be improved by leaving compressive stress in the surface layer through this austempering and a series of rapid cooling treatments. Therefore, the process can be easily carried out in a short time, and can be carried out with simple equipment, with the aim of improving processing efficiency.
(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.
実施例 1
この実施例は球状黒鉛鋳鉄によるクランクシヤ
フトのオーステンパー処理の例を示す。Example 1 This example shows an example of austempering treatment of a crankshaft using spheroidal graphite cast iron.
使用した球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、次に示す
通りである。 The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron used is as shown below.
C Si Mn P S
Cu Mo Ni Mg
3.53 2.45 0.29 0.021 0.007 0.83
0.08 0.48 0.042
実施したオーステンパー処理のヒートパターン
を第1図に示す。すなわち、球状黒鉛鋳鉄を加熱
して、890℃のオーステナイト化温度に2.5時間保
持した後、380℃の恒温ソルト浴中に浸漬してベ
イナイト化を開始し、30分後にMs点以下の100℃
の沸湯水中へ約3秒間浸漬した後、380℃の電気
炉に装入してベイナイト化を進行し、90分保持し
た後に水冷してなる。 C Si Mn P S Cu Mo Ni Mg 3.53 2.45 0.29 0.021 0.007 0.83
0.08 0.48 0.042 The heat pattern of the austempering treatment performed is shown in Figure 1. That is, spheroidal graphite cast iron is heated and kept at an austenitizing temperature of 890°C for 2.5 hours, then immersed in a constant temperature salt bath of 380°C to start bainitizing, and after 30 minutes it is heated to an austenitizing temperature of 100°C below the Ms point.
After being immersed in boiling water for about 3 seconds, it was placed in an electric furnace at 380°C to proceed with bainite formation, held for 90 minutes, and then cooled in water.
上記の如き化学組成からなる素材を、第1図の
ヒートパターンでオーステンパー処理し、ピン径
51mm、ジヤーナル径60mm、クランク半径43mm、ピ
ンおよびジヤーナルフイレツト部R3.0に機械加
工後、平面曲げ疲労試験を行つた結果を、比較例
(従来のオーステンパー処理のみ)と共に第2図
に示す。 The material with the above chemical composition is austempered using the heat pattern shown in Figure 1, and the pin diameter is
51mm, journal diameter 60mm, crank radius 43mm, pin and journal fillet R3.0 after machining, the results of a plane bending fatigue test are shown in Figure 2 along with a comparative example (conventional austempering only). .
この平面曲げ疲労試験は、クランクシヤフトの
一端を固定し、他端に曲げモーメントを作用させ
て、各種曲げモーメントにおける試料の破断に至
るまでの繰返し曲げ回数Nを計測したものであ
る。また、比較例は、前記と同様の組成の球状黒
鉛鋳鉄をオーステンパー処理しただけのものであ
る。すなわち、890℃×2.5Hrのオーステナイト
化の後、380℃×2Hrのベイナイト化し、その後
空冷してなる。 In this plane bending fatigue test, one end of the crankshaft is fixed, a bending moment is applied to the other end, and the number of times N of repeated bending is measured until the sample breaks under various bending moments. In addition, the comparative example is one in which spheroidal graphite cast iron having the same composition as above was simply austempered. That is, after austenitization at 890°C x 2.5 hours, bainite formation at 380°C x 2 hours, and then air cooling.
第2図から明らかなように、比較例のものに比
べて本発明によるクランクシヤフトは、曲げ疲労
強度が増大している。 As is clear from FIG. 2, the crankshaft according to the present invention has increased bending fatigue strength compared to that of the comparative example.
さらに、前記第1図のヒートパターンにおける
ベイナイト化の恒温温度を250℃と370℃とに2種
類に変更し、その他は同様に処理した試料(直径
45mm、長さ100mm)の表面からの距離と残留圧縮
応力の分布状態を求めた結果を第3図に示す。
この第3図において、特性Iの250℃のベイナイ
ト化温度によるものが、特性の370℃のものに
比べて表面近傍での残留圧縮応力が大きく、疲労
強度が高くなることが分る。 Furthermore, the constant temperature for bainitization in the heat pattern shown in Figure 1 was changed to two types, 250℃ and 370℃, and the other samples were treated in the same manner (diameter
Figure 3 shows the results of determining the distance from the surface (45 mm, length 100 mm) and the distribution of residual compressive stress.
In FIG. 3, it can be seen that the specimen with a bainitic temperature of 250°C of characteristic I has a larger residual compressive stress near the surface and has a higher fatigue strength than the specimen of characteristic I of 370°C.
実施例 2
この実施例は球状黒鉛鋳鉄によるコンロツドの
オーステンパー処理の例を示す。Example 2 This example shows an example of austempering treatment of a connecting rod using spheroidal graphite cast iron.
使用した球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、次に示す
通りである。 The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron used is as shown below.
C Si Mn P
S Cu Mg
3.46 2.17 0.23 0.027
0.006 0.73 0.041
実施したオーステンパー処理のヒートパターン
を第4図に示す。球状黒鉛鋳鉄を加熱し、870℃
のオーステナイト化温度に2時間保持した後、
375℃の恒温ソルト浴中に浸漬してベイナイト化
を開始し、25分後にMs点以下の90〜100℃の温水
中へ約2秒間浸漬した後、375℃の電気炉に装入
してベイナイト化を進行し、85分保持した後に空
冷してなる。 C Si Mn P S Cu Mg 3.46 2.17 0.23 0.027 0.006 0.73 0.041 The heat pattern of the austempering treatment performed is shown in FIG. Heating spheroidal graphite cast iron to 870℃
After being held at the austenitizing temperature for 2 hours,
Bainite formation is started by immersion in a constant temperature salt bath at 375℃, and after 25 minutes, immersion in hot water at 90 to 100℃ below the Ms point for about 2 seconds, and then charged into an electric furnace at 375℃ to form bainite. The mixture was allowed to heat up, held for 85 minutes, and then cooled in air.
上記の如き化学組成からなる素材を、第4図の
ヒートパターンでオーステンパー処理し、大端部
から小端部までのロツド部分の長さが80mmのコン
ロツド素材を得、これに対し平面曲げ疲労試験を
行つた結果を、比較例(鋳放し)と共に第5図に
示す。 A material with the above chemical composition was austempered using the heat pattern shown in Figure 4 to obtain a connecting rod material with a length of 80 mm from the large end to the small end. The results of the test are shown in FIG. 5 together with a comparative example (as-cast).
この平面曲げ疲労試験は、コンロツド素材の一
端を固定し、他端に所定長さのアームを介して荷
重を負荷して曲げモーメントを作用させ、各種負
荷荷重における試料の破断に至るまでの繰返し曲
げ回数Nを計測したものである。また、比較例
は、前記と同様の組成の球状黒鉛鋳鉄を鋳造した
だけで、オーステンパー処理していないものであ
る。 In this plane bending fatigue test, one end of the connecting rod material is fixed, a load is applied to the other end via an arm of a predetermined length, a bending moment is applied, and the specimen is repeatedly bent under various applied loads until it breaks. The number of times N is measured. Further, in the comparative example, spheroidal graphite cast iron having the same composition as above was simply cast, and no austempering treatment was performed.
第5図から明らかなように、比較例のものに比
べて本発明によるコンロツドは、曲げ疲労強度が
大幅に増大している。 As is clear from FIG. 5, the bending fatigue strength of the conrod according to the present invention is significantly increased compared to that of the comparative example.
実施例 3
この実施例は球状黒鉛鋳鉄によるギヤーのオー
ステンパー処理の例を示す。Example 3 This example shows an example of austempering treatment of a gear using spheroidal graphite cast iron.
使用した球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、次に示す
通りである。 The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron used is as shown below.
C Si Mn P
S Cu Mo Mg
3.62 2.53 0.30 0.031
0.006 0.72 0.08 0.042
実施したオーステンパー処理のヒートパターン
を第6図に示す。球状黒鉛鋳鉄を加熱し、890℃
のオーステナイト化温度に2時間保持した後、
270℃の恒温ソルト浴中に浸漬してベイナイト化
を開始し、60分後にMs点以下の180℃のソルト浴
中へ約15秒間浸漬した後、270℃の電気炉に装入
してベイナイト化を進行し、60分保持し、放冷後
湯洗してなる。 C Si Mn P S Cu Mo Mg 3.62 2.53 0.30 0.031 0.006 0.72 0.08 0.042 The heat pattern of the austempering treatment performed is shown in FIG. Heating spheroidal graphite cast iron to 890℃
After being held at the austenitizing temperature for 2 hours,
Begin bainite formation by immersing it in a constant temperature salt bath at 270℃, and after 60 minutes, immerse it in a salt bath at 180℃ below the Ms point for about 15 seconds, and then charging it into an electric furnace at 270℃ to convert it into bainite. The mixture is kept for 60 minutes, left to cool, and then washed with hot water.
上記の如き化学組成からなる素材を、ギヤー比
3.850、歯数77枚、モジユール2.25、外径200mmか
らなるヘリカルギヤーに加工し、第6図のヒート
パターンでオーステンパー処理し、少なくとも歯
底に圧縮応力を付与した後、動力循環式歯車試験
機にて疲労試験を行つた結果を、比較例(従来の
オーステンパー処理のみ)と共に第7図に示す。 Materials with the above chemical composition are
3.850, 77 teeth, module 2.25, outer diameter 200mm, austempered with the heat pattern shown in Figure 6, and after applying compressive stress at least to the tooth bottom, it was processed using a power circulation gear testing machine. The results of the fatigue test are shown in FIG. 7 together with a comparative example (conventional austempering only).
この疲労試験は、負荷トルク15.2Kgmのもとに
試料の破断に至るまでの繰返し噛合回数Nを計測
したものである。また、比較例は、前記と同様の
組成の球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理しただ
けのものである。すなわち、890℃×2Hrのオー
ステナイト化の後、270℃×2Hrのベイナイト化
し、その後空冷してなるものである。 In this fatigue test, the number of repeated engagements N until the sample breaks was measured under a load torque of 15.2 kgm. In addition, the comparative example is one in which spheroidal graphite cast iron having the same composition as above was simply austempered. That is, after austenitization at 890°C x 2 hours, bainite formation at 270°C x 2 hours, and then air cooling.
第7図から明らかなように、比較例のものに比
べて本発明ヘリカルギヤーは、疲労強度が増大し
ている。 As is clear from FIG. 7, the fatigue strength of the helical gear of the present invention is increased compared to that of the comparative example.
さらに、上記ギヤーに使用したのと同様の化学
組成からなる球状黒鉛鋳鉄を、第8図に示すヒー
トパターンでオーステンパー処理した場合の金属
組織状態を、第9図および第10図の光学顕微鏡
による金属組織写真に示す。 Furthermore, the metallographic structure of spheroidal graphite cast iron, which has the same chemical composition as that used in the gear described above, was austempered using the heat pattern shown in Fig. 8 using an optical microscope as shown in Figs. 9 and 10. The metallographic structure is shown in the photograph.
オーステンパー処理は、球状黒鉛鋳鉄を加熱
し、890℃のオーステナイト化温度に1.5時間保持
した後に、230℃の恒温ソルト浴中に浸漬してベ
イナイト化を開始し、30分後にMs点以下の30℃
の水中へ約2秒間浸漬した後、230℃の電気炉に
装入してベイナイト化を進行し、90分保持し、空
冷後水洗してなる。 In the austempering treatment, spheroidal graphite cast iron is heated and kept at an austenitizing temperature of 890℃ for 1.5 hours, then immersed in a constant temperature salt bath of 230℃ to start bainitization, and after 30 minutes, the temperature reaches 30℃ below the Ms point. ℃
After immersing it in water for about 2 seconds, it was placed in an electric furnace at 230°C to proceed with bainite formation, held for 90 minutes, cooled in air, and washed with water.
第9図は表面近傍の組織を示し、Ms点以下の
温度に急冷された部分のものであり、黒色の球状
体が黒鉛であり、この黒鉛を取り巻くマトリツク
スが、ベイナイト変態で生成された針状のベイナ
イトと、Ms点以下への急冷で生成された白色の
マルテンサイトとの混在によつて構成されてい
る。このマルテンサイトによつて圧縮応力が付与
され疲労強度が向上されている。 Figure 9 shows the structure near the surface, which was rapidly cooled to a temperature below the Ms point. It is composed of a mixture of bainite and white martensite produced by rapid cooling below the Ms point. This martensite imparts compressive stress and improves fatigue strength.
これに対し、第10図はMs点以下への急冷の
影響を受けていない内部の組織を示し、黒色の球
状体が黒鉛であり、この黒鉛を取り巻くマトリツ
クスが、ベイナイト変態で生成された針状のベイ
ナイトで均質に構成されている。このベイナイト
によつて靭性が付与されている。 In contrast, Figure 10 shows the internal structure that has not been affected by rapid cooling below the Ms point, where the black spherical bodies are graphite, and the matrix surrounding this graphite is acicular, which is formed by bainite transformation. It is homogeneously composed of bainite. This bainite imparts toughness.
第1図は本発明の第1の実施例におけるクラン
クシヤフトのオーステンパー処理方法のヒートパ
ターンを示す説明図、第2図は第1の実施例によ
るクランクシヤフトの平面曲げ疲労試験の結果を
比較例と共に示すグラフ、第3図はベイナイト化
温度を変更した場合における試料表面からの深さ
と圧縮応力の分布状態を示すグラフ、第4図は本
発明の第2の実施例におけるコンロツドのオース
テンパー処理方法のヒートパターンを示す説明
図、第5図は第2の実施例によるコンロツドの平
面曲げ疲労試験の結果を比較例と共に示すグラ
フ、第6図は本発明の第3の実施例におけるギヤ
ーのオーステンパー処理方法のヒートパターンを
示す説明図、第7図は第3の実施例によるギヤー
の疲労試験の結果を比較例と共に示すグラフ、第
8図は金属組織写真用に施したオーステンパー処
理方法のヒートパターンを示す説明図、第9図は
オーステンパー処理処理後の試料の表面近傍の金
属組織の一例を示す光学顕微鏡写真、第10図は
オーステンパー処理処理後の試料の内部の金属組
織の一例を示す光学顕微鏡写真である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the heat pattern of the austempering method for the crankshaft according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a comparative example showing the results of the plane bending fatigue test of the crankshaft according to the first embodiment. 3 is a graph showing the depth from the sample surface and the distribution state of compressive stress when the bainitic temperature is changed, and FIG. 4 is a graph showing the austempering treatment method for con rod according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the results of the plane bending fatigue test of the connecting rod according to the second embodiment together with a comparative example. FIG. 6 is a graph showing the austempering of the gear according to the third embodiment of the present invention. An explanatory diagram showing the heat pattern of the processing method, Fig. 7 is a graph showing the results of the fatigue test of the gear according to the third example together with a comparative example, and Fig. 8 is the heat pattern of the austempering processing method applied for metal structure photography. An explanatory diagram showing the pattern, FIG. 9 is an optical micrograph showing an example of the metal structure near the surface of the sample after austempering treatment, and FIG. 10 is an example of the metal structure inside the sample after austempering treatment. It is an optical microscope photograph shown.
Claims (1)
化温度域に少なくとも5秒間以上加熱保持し、こ
の状態から220〜460℃の温度に急冷しこの温度に
恒温保持してベイナイト変態を行い、その後冷却
するオーステンパー処理において、上記ベイナイ
ト変態開始時期からベイナイト変態が完了するま
でに、一度MS点以下の温度に急冷し、表面層の
みをマルテンサイト化して疲労強度を向上するこ
とを特徴とする鋳鉄のオーステンパー処理方法。1 Heat and hold spheroidal graphite cast iron in the austenitizing temperature range of 810 to 980°C for at least 5 seconds, rapidly cool from this state to a temperature of 220 to 460°C, maintain constant temperature at this temperature to perform bainite transformation, and then cool. In the austempering treatment, from the start of the bainite transformation to the completion of the bainite transformation, the austenitization of cast iron is rapidly cooled to a temperature below the MS point, and only the surface layer is turned into martensite to improve fatigue strength. Tempering method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20347584A JPS6179718A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Method for austempering cast iron |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20347584A JPS6179718A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Method for austempering cast iron |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6179718A JPS6179718A (en) | 1986-04-23 |
JPH0142326B2 true JPH0142326B2 (en) | 1989-09-12 |
Family
ID=16474754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20347584A Granted JPS6179718A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Method for austempering cast iron |
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Country | Link |
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JP (1) | JPS6179718A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030070736A1 (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-17 | Borg Warner Inc. | High-hardness, highly ductile ferrous articles |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP20347584A patent/JPS6179718A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6179718A (en) | 1986-04-23 |
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