JPH02129313A - カムシャフト用鋳鉄材料の製造法 - Google Patents

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ＴＩＧアークによる表面再溶融チルカムシャフ
ト鋳造用鋳鉄材料の製造法に関する。

〔従来の技術〕

エンジンのカムシャフトとしてＴＩＧ（タングステンイ
ナートガス）アークによる表面再溶融チムカムシャフト
が知られている。このものは、鋳造によりえられたカム
シャフト粗材のカム面を高密度エネルギー源であるＴＩ
Ｇアークで溶融し、自己冷却による急冷により、その表
面部のみに緻密なチル層を形成したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなＴＩＧアークによる表面再溶融チルカムシャ
フト（以下、単にＴＩＧカムシャフトという）鋳造用鋳
鉄の製造においては、Ｆｅ−ＣＦｅ−Ｃ−３ｌ−１−Ｃ
ｒ−Ｎｏを元湯とする合金鋳鉄用溶湯などを用いている
が、ＴＩＧアークによる表面再溶融処理（以下、単にＴ
ＩＧ処理という）を行なう際にガス（酸素ガス）の発生
によるブローホールなどの表面欠陥を防止するためにＣ
ｅ（セリウム）を微量添加し、酸素をＣｅ２Ｏとして捕
捉してガス化を防止している。

また前記元湯の調製にあたっては一般的な方法としてキ
ューポラ溶解法と低周波誘導溶解法の２種があるが、キ
ューポラ溶解法でえられた元湯中にはＳ（硫黄）が０．
１５〜０　、３０９６（重量％、以下同様）程度含をさ
れており、この多量のＳがＴＩＧ処理時にＳＯ２ガスと
なってブローホールを生じ製品に悪影響を及ぼすばかり
でなく、このＳＯ２ガスがＴＩＧ　電極（タングステン
電極）を大巾に劣化消耗させる。

一方、低周波誘導溶解法による元湯はＳ含有量が０．０
２％以下であり、この５ｆｒｉであればキューポラ溶解
法による元湯を用いるばあいの前記のごとき不具合はな
いことが確認されている。

このため、ＴＩＧカムシャフト用元湯としては低周波誘
導溶解法による元湯またはキューポラ溶解法によるばあ
いは脱硫処理を施した元湯を用いている。

ＴＩＧカムシャフト用鋳用材鉄材料あい、前述のごと＜
　ＴＩＧ処理時の表面欠陥の発生防止のためＣｅを微量
添加するが、Ｃｅを保持炉中で添加すると時間の経過と
ともにＣｅｍが激減することが確認されている。これは
Ｃｅが溶湯中の酸素、硫黄などと結合し、非金属介在物
となり、溶湯保持中にノロとなって溶湯から分離するた
めと推擦されている。

そこでＣｅを保持炉から出湯時に取鍋中で添加すること
が行なわれている。

しかしＣｅの取鍋中での添加は、 ■Ｃｅは溶湯中での拡散速度が非常に遅い、■Ｃｅは鋳
鉄の状態図中の液相線を上昇させる、ことに起因して、
つぎのごとき問題を有する。

（１）　　Ｃｅが取鍋の溶湯中で充分拡散せず、局部的
に偏析を起す。

（２）　　Ｃｅが偏析し、局部的にＣｅ６度が上昇した
部位の溶湯の液相線が上昇する。

（３）　　このような溶湯を鋳型に注湯すると、溶湯通
路を通過中の温度低下により、通常の溶湯より早く初晶
オーステナイトが生成する。

（４）初晶オーステナイトが溶湯の流動を阻害し、かつ
溶湯通路を遮断するための湯廻り不良となり、鋳造欠陥
のある製品を生じる。

（５）　　Ｃｅの偏析部分では、局部的に黒鉛化が阻害
され、セメンタイトが析出し、被削性が著るしくそこな
われる。

前記問題点を解決するには、たとえばＣｅを出湯時に均
一固溶させ、偏析させないようにすることが考えられる
が、これを達成するために出湯温度を高くすると、注湯
中にＣｅが激減するという問題が生ずる。Ｃｅを保持炉
で添加することは前述のごとくやはりＣｅが激減するた
め採用しえない。

本発明は前記の点に鑑みて、ＴＩＧカムシャフト用鋳用
材鉄材料造において、ＴＩＧ処理時の表面欠陥の発生防
止のためにＣｅを添加するばあいの前記のごとき問題点
を解決して鋳造欠陥のない製品をうろことを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ＴＩＧアークによる表面再溶融チルカムシャ
フト鋳造用鋳鉄材料を製造するに際して、元湯としてＣ
３，２０〜３．８０％、８１　１．００〜２　、３０９
６、　Ｍｎ　　０．０５〜１．００％、　Ｎｉ０〜０．
５　　％、　Ｃｒｏ　〜ｏ、ｇ％、Ｍｏ０〜０．５％、
残部Ｆｅおよび微量のＳからなる溶湯を用い、取鍋中で
該溶湯中のＳ量を０．０２５〜０．０７０％に調整する
と共に、Ｃｃを０．００７〜０．０２５％添加すること
を特徴とするカムシャフト用鋳鉄材料の製造法に関する
。

〔作　用〕

溶湯中のＣａｎに合せてＳ量を前記のごとく調整するこ
とによって、液相線の上昇がおさえられ、またＣｅの偏
析が起らない。

〔実施例〕

本発明においては、カムシャフト鋳造用合金鋳鉄の元湯
としてＣ３，２０〜３．８０％、Ｓｉ　Ｌ、Ｏ０〜２．
３０％、Ｍｎ　０．０５〜１．００％、Ｎｉ０〜０．５
％、Ｃｒ０〜０．８％、Ｍｏ０〜０．５％、残部ｒｅお
よび微量のＳからなるものが使用される。

ＴＩＧ処理時のＳＯ２ガスによるブローホールの発生を
防止しかつＴＩＧ電極の消耗を抑えるため、Ｓ含量の低
い低周波誘導溶解法による元湯を使用する。キューポラ
溶解法による元湯を用いるばあいはＳ含量を下げて用い
る。

本発明においては、このような元湯に、ＴＩＧ処理処理
熱ける０２ガスによるブローホールの発生を防止するた
めにＣｅを添加するのであるが、添加したＣｅの減量を
防止するため取鍋中で添加する。

Ｃｅの添加量はＴＩＧ処理処理熱２ガスによるブローホ
ールの発生防止の観点から０．００７〜０．０２５％が
適当である。

Ｃｅの添加の際に５ｆｆｉを０．０２５〜０．０７０％
に調整する（通常は元湯にＳを添加してＳＱを高くする
）。

このようにＣｅ量に合せてＳＱを調整することによって
、液相線の上昇がおさえられ、Ｃｅの偏析も起らなくな
る。

すなわち、ＳＱをＣｅｆｆ１に合せて調整することによ
り、ＣｅをＳと反応させてＣｅＳとし、硫化物の形の非
金属介在物にすることにより、金属Ｃｅにくらべて溶湯
中での均一拡散が容品となる。

また溶湯中でのＣｅを金属ではなく非金属介在物化する
ことにより、状態図中の液相線に対する影響を排除し、
初晶の発生を抑制することができる。

このような効果により、Ｃｅを取鍋中で添加することが
可能となり、湯廻り不良による鋳造欠陥の発生と、ＴＩ
Ｇ処理処理熱２ガスによるブローホールの発生を共に防
止することが可能となり、それによりＴＩＧカムシャフ
トの安定した量産製造が可能となった。

しかして溶湯中のＳＲは０．０２５〜０．０７０％とす
る必要がある。ＳＱが０．０２５％より低いとＣｅの偏
析を防止しえなくなり、０．０７０％より高いとＴＩＧ
処理処理熱Ｏ２ガス発生に起因する不具合が生じる。

なお、本発明においてはＣｅをＣｅＳとして残留させる
わけであるが、ＴＩＧ処理上Ｃｅを金属として残留させ
るばあいにくらべて何らの不都合もないことが確認され
ている。その理由は、非金属介在物ＣｅＳの熱分解温度
は約２８００℃であるが、これに対してＴＩＧ処理温度
（ＴＩＧトーチ温度）は約５０００〜６０００℃である
ことから、非金属介在物となったＣｅでもＴＩＧ処理処
理熱分解により、金属Ｃｅとなり、酸素の捕捉に対して
は同等の効果を発揮するものと推定されている。またＳ
ｇＬは０．０７０％以下であるから、この８分がＳＯ２
ガスになったとしてもブローホールを生じる惧れはない
。

前記のごとき効果の付帯効果として、従来においては湯
廻り不良に致らずとも、Ｃｅの局部的偏析により組織中
の黒鉛の生成、成長が抑制されて白銑化し、被削性が大
巾に阻害されるという不具合があったが、本発明ではこ
のような不具合も当然解消される。

本発明の方法をより具体的に述べると、低周波誘導炉で
前記のごとき合金鋳鉄用元湯の成分調整を行ない、保持
炉に出湯し保持する。保持温度は１４００〜１５５０°
Ｃ程度である。

保持炉中の溶湯を取鍋にとり、金属Ｃｅを添加すると共
に硫化鉄などをの硫黄化合部を加えてＳＱを所定濃度に
調整する。

最終的な溶湯組成はＣ３，３５〜３．５０％、８１１．
８０〜２．３０％、Ｍｎ　０．６０〜０．７０％、Ｎｉ
　０．１１〜０．１５％、Ｃｒ　０．４０〜０．８０％
、Ｎｏ　０．１５〜０．２１％、Ｓ　０．０２５〜０．
０３５％、Ｃｅ　０．００７〜０．０２５％、残部実質
的にＦｅからなるものである。

このように処理した８湯を鋳型に注湯してカムシャフト
粗材を鋳造する。出湯温度は１３５０〜１２５０℃程度
であり、この程度の出湯温度でも湯廻り不良が生じない
。

えられたカムシャフト粗材を粗加工したのちカム面をＴ
ＩＧ処理してチル化し、仕上げ加工することによりカム
シャフトかえられる。

つぎに参考例、実施例および比較例をあげて本発明を説
明する。

参考例Ｉ Ｃｅを所定溶湯に保持炉中で添加したばあいの保持時間
とＣｅ　ａ度の減少との関係を調べた。

元湯として低Ｓ量元ａ　（Ｓ−０，０２０％）および高
ＳＵ元湯（Ｓ−０，０７０％）を用い、これにＣｅを０
．１０％添加した。

結果を第１図および第２図に示す。

参考例２ Ｃｅを所定溶湯に取鍋中で添加したばあい、Ｃｅの溶湯
中での拡散速度が遅いことに起因して製品中のＣｅ濃度
にバラツキが生じることを調べた。

元湯（Ｓ−０，０２０％）に取鍋中でＣｅを０．０１５
％添加し、これを１０枠にわけてテストピースを鋳造し
、テストピース中のＣｅ濃度を測定した。

結果を第３図に示す。

参考例３ Ｃｅの添加により鋳鉄の状態図中の液相線が上昇し、放
冷時に初晶が早く析出することを調べた。

所定溶湯（Ｓ−０，０２０％）にＣｅを各種濃度で添加
し、冷却曲線を求めた。結果を第４〜７図に示す。Ｃｅ
濃度と第４〜７図との対応関係はつぎのとおりである。

第４図・・・・・・Ｃｅ無添加 第５図・・・・・・Ｃｅ−０，００５％第６図・・・・
・・Ｃｅ−０，０１０％第７図・・・・・・Ｃｅ−０，
０１５％第４〜７図においてＴ　は初晶温度、ＴＥは共
晶温度を意味する。

実施例１〜３および比較例１〜３ 低周波誘導炉で成分調整した下記組成の元湯を保持炉に
出湯し、１４５０℃で保持した。

元湯組成 Ｃ３，３８％、Ｓｉ　１．８２％、Ｍｎ　０．６２％、
Ｎ１０．１３％、Ｃｒ　０．４３％、Ｎｏ　０．２０９
６、Ｓ　０．０１５％、残部Ｆｅ 保持炉中の元湯を取鍋にとり、ＦｅＳおよびＣ。

を同時に添加してＳ濃度、Ｃｅａ度を調整した。

処理した溶湯の最終組成を第１表に示す。

〔以下余白〕

取鍋中の溶湯を１３２０〜１２８０℃で鋳型に注湯し、
カムシャフトを鋳造した。

鋳造したカムシャフト粗材について鋳造欠陥の有無を調
べた。結果を第２表に示す。

ついでカムシャフト粗材を粗加工したのち、カム面にＴ
ＩＧ処理を施した。ＴＩＣ処理はカムシャフトを回転さ
せながら、ＴＩＧトーチをカムの幅方向に往復動するこ
とによって行なった（ＴＩＧトーチの軌跡はカム面を１
１方向にオシレートすることになる）。

ＴＩＧ処理条件の詳細はつぎのとおりである。

電極ワーク間距ｉ！ｆＩ：２ｍｍ ワ　−　り　周　速　７１．３關／秒 オシレーション振幅：１０ｍｍ オシレーション回数＝６６回／分 シールドガス　：アルゴン シールドガス流量　：　１０１）　／分電　　圧　　　
　　：　１３■ 電　　流　　　　　：　　１００　〜１４０　ＡＴＩＧ
処理したカム面について、表面欠陥の宵無を観察し、か
つ表面硬度Ｎ１ｖ）、硬化深さ〔硬度（ｌｌｖ）が６０
０以上の点のカム表面からの深さ（ｍｍ））を測定した
。結果を第２表に示す。

〔以下余白〕

〔発明の効果〕 ＴＩＧアークによる表面再溶融チルカムシャフト用鋳造
材料においてＴＩＧ処理時の酸素ガスによるブローホー
ルの発生を防止するために溶湯にＣｅを添加するばあい
の湯廻り不良による鋳造欠陥を、取鍋中でＣｅ濃度に合
せてＳ／ａ度を調整し、Ｃａを非金属介在物とすること
によって防止できる。

それによって、鋳造欠陥およびＴＩＧ処理時の表面欠陥
のないＴＩＧカムシャフトを安定して量産することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

第１〜２図はＣｅを所定溶湯に保持炉中で添加したばあ
いの保持時間とＣｅ濃度との関係を示すグラフ、第３図
はＣｅを所定溶湯に取鍋中で添加したばあいの製品中の
Ｃｅ／ａ度のバラツキを示すグラフ、第４〜７図はＣｅ
を添加した溶湯の冷却曲線を示すグラフである。 第１ Ｓ　＝　０．０２０宅 ＋　　１５８０°Ｃ （分） 第２図 Ｓ　＝　０．０７０亀 （分） 第４ ■＝０９゜ ＴＬ−１１８６℃ ＴＥ−１１２９℃ 第３ｙ テストピース番号 第５図 Ｃｅ＝０．■５亀 ＴＬ社１２２９°Ｃ ＴＥ１１＋４６Ｃ 放冷時間（分） オ６図 Ｃｅ　−０，０ＩＯ。 放冷時間 （分） オフ図 Ｃｅ　−０，０１５亀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ＴＩＧアークによる表面再溶融チルカムシャフト鋳
   造用鋳鉄材料を製造するに際して、元湯としてＣ３．２
   ０〜３．８０重量％、Ｓｉ１．００〜２．３０重量％、
   Ｍｎ０．０５〜１．００重量％、Ｎｉ０〜０．５重量％
   、Ｃｒ．０〜０．８重量％、Ｍｏ０〜０．５重量％、残
   部Ｆｅおよび微量のＳからなる溶湯を用い、取鍋中で該
   溶湯中のＳ量を０．０２５〜０．０７０重量％に調整す
   ると共に、Ｃｅを０．００７〜０．０２５重量％添加す
   ることを特徴とするカムシャフト用鋳鉄材料の製造法。