JPH0379739A - 高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄 - 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） 本発明は球状黒鉛鋳鉄に係り、特に高強度・高靭性球状
黒鉛鋳鉄に関する。

（従来の技術） 従来使用されている球状黒鉛鋳鉄は鋳物便覧改訂４版に
よると、重量％で炭素の含有量は３〜４％、珪素は２〜
３％となっているが、これはいわゆるＣＥ値で４．３　
（Ｃ＋１／３Ｓｉ＝ＣＥ　：炭素当量〉をねらった共晶
に近いもので、（１）湯流れ性の向上 （２）１固開始温度が低く溶解エネネギーが小さい（３
）凝固時黒鉛化に伴う膨張で液体収縮を補い、適正な方
案により内部欠陥（ザク巣等）が低減できる （４）通常熱処理は施さずに使用するため、炭化物の晶
出を出来るだけ抑制する 等の目的がある。

また高強度・高靭性が要求される球状黒鉛鋳鉄部品は現
在ではオーステンパ処理されている。

このようなオーステンパ等の処理をした球状黒鉛鋳鉄と
して、例えば特開昭６１−６０８５４号公報がある。

この処理は処理温度や処理時間を設定することにより、
耐摩耗性が向上する高硬度なもの、靭性（静的な〉が向
上するもの、疲労強度が向上するものなど目的に合った
材料設計ができる。

（発明が解決しようとする課題〉 しかし高強度・高靭性（高硬度、耐摩耗、高疲労強度等
を含む）が要求される部品を球状黒鉛鋳鉄で製造する場
合、衝撃値２　ｋｇ　ｆ　ｍ　／　ａｌ＋′（２ｍ　ｍ
Ｕノツチ付）　、１５ｋｇ　ｆ　ｍ／ａｌｌ″（平滑材
）程度が限度であり、今後ますます厳しくなる設計の要
求に対し応えられなくなってきている。

本発明中では衝撃試験はシャルピー衝撃試験（Ｊ　ＩＳ
、Ｚ２２４２＞を指し、２ｍｍＵノツチ付はＪＩＳ、２
２２０２中の３号試験片であり、平滑材は一般に使用さ
れている１０１０Ｘ１０Ｘ５５の無ノツチの試験片であ
る。

一般に球状黒鉛鋳鉄の０１１ｗを下げると黒鉛の面積率
が下がり、機械的性質の向上が望めることは明らかであ
るが、つぎのような問題がある。

すなわち、 （１）チル化が進み正常でない組織となる。

（２）そこで（１）の場合、熱処理でチルを分解させよ
うとすると、−船釣オーステンパ処理、つまり８５０〜
１０００℃で４時間以内保持後、２５０〜４００℃に急
冷しても、 ■チルが分解しにくい ■分解したとしてもミクロ的偏折があり、オーステンパ
ｆ＆〜不安定な残留オーステナイトが析出し、それが常
温でマルテンサイトに変態するなどＲＩｉｌＩｉ的性質
を劣悪にさせる。

■−一般的は球状化処理を施さない可鍛鋳鉄がこの組成
に近いが、この場合黒鉛が花びら状、いも生状となり球
状化率７０％以下で機械的性質の向上が望めない。

本発明はこれに鑑み、球状黒鉛鋳鉄の組成、特にＣ量を
下げる方に調整して、他の成分の設定を行い、その後オ
ーステンパ処理におけるオーステナイト化温度・時間の
設定または一次焼鈍の設定を行い、従来最高の強度や靭
性を有するオーステンパ処理された球状黒鉛鋳鉄に比較
し、さらに高強度化、高靭性化され、より鋼に近い材料
特性を有する球状黒鉛鋳鉄を提供することを目的として
なされたものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を遠戚するため本発明の請求項１は重量％で、
Ｃ：１．５〜２．６、Ｓｉ：２．０〜３゜３、Ｍｎ：０
．７以下、Ｐ：０．１以下、Ｓ　：　Ｏ。

０３以下、Ｍｇ：０．０２〜０．ＩＯを含み、不可避的
不純物および残部Ｆｅからなり、オーステンパ処理され
たことを特徴とする請求項２は請求項１において、オー
ステンパ処理時によるベーナイト変態を安定化させるた
めにＭｏ＜０．５、Ｎｉ＜１．５、Ｃｕ＜１．５の少な
くとも１種、もしくは２種以上を含有したことを特徴と
する。

本発明にかかる高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄の製法にお
いて、熱処理前の素材組織では黒鉛は球状黒鉛として生
成しており、また基地組織中には一般的に機械的性質を
低下させる炭化物（主としてセメンタイト）が晶出して
もかまわない。

つぎに熱処理は以下の２通りの内のどちらかを選択する
。

（＋）素材を９００〜１０００℃で２〜３０時間保持後
室温まで炉冷を行うか、７００〜８００℃まで炉冷し、
その後２〜１５時間保持し、フェライト化を完全に行い
室温まで炉冷する。

その後再び８５０〜９５０°Ｃに４時間以内に保持した
のち、２５０〜４００°Ｃに急冷し、その温度で３０分
以上保持するオーステンパ処理を施す、第１図（１）参
照。

（２〉素材を９００〜１０００°Ｃで１〜１０時間保持
後そのまま炉温を８５０〜９５０℃に下げ、４時間以内
保持後、前（１）項と同様なオーステンパ処理を施す、
ただしこの場合１段目と２段目は少なくとも３０°Ｃ以
上の差があることが必要。第１図（２）参照。

熱処理後の組織は、 （１）熱処理筒多量に存在していた炭化物は３％以下に
なっており、熱処理により黒鉛化（焼戻し黒鉛）してい
る、そして球状化率はＮＩＫ法における７０％以上であ
る。黒鉛球状化率は日本鋳物協会特殊鋪鉄部会によるも
ので、測定法はｇＩ物便覧改訂４版Ｐ、５．６９に示し
である。その球状黒鉛鋳鉄とはこの方法によると球状化
率７０％以上のものを指すことになっている。

（２）基地は一般的なオーステンパ処理された球状黒鉛
鋳鉄におけると同様にベーナイトと残留オーステナイト
（γ、〉混合組織となる。ただし衝撃値とγ８は密接に
関係があり、各オステンバ処理温度において、第５図の
７８を有しており、またＷＩ！ｌ値においても、例えば
第２図および第３図に示すような関係がある。

また成分の上限、下限についてはつぎの表１に示すよう
になる。

表１ これに対して前記特開昭６１−６０８５４号は可鍛鋳鉄
の熱処理時間の短縮に主眼をおいたものであり、本発明
は熱処理時（加熱時〉の基地の均質化およびより強度を
上げるためにＭｏなどの添加に対してもそれらの偏析を
均一化する前処理に主眼を置いたものである。（Ｍｏを
添加すると残留オーステナイトが多量に析出し強度が向
上する〉なお、本発明と特開昭６１−６０８５４等の成
分を比較するとつぎの表２のようになる。

表２ （実施例） １、素材製作方法の一例 高周波炉にて表３の成分になるように銑鉄、鋼屑なと所
定の割合で配合し溶解した。

１５７０℃で１００　ｋｌの溶湯を出湯、同時に球状化
処理を置つぎ法（サンドイツチ法）で行い、接種も出湯
時に同時に行った。添加材は全て市販（表４）のもので
通常の溶湯処理である。

処理後の成分ち表３内に示すが注入温度は１４７０℃で
ある。

表３ 表４ 添加量は溶湯に対する重量％を示す ２、オーステンパ処理の一例 １項で述べた製造法にて溶製された表５に示す素材Ａ材
およびそれにＭｏ、Ｃｕを添加した８材を第４図に示す
熱処理を施した。

素材はＪ　ＩＳ、Ｇ５５０２による２５ｍｍ厚のＹブロ
ックで、熱処理における保持時間は炉内保持の時間を示
し、また加熱等は全て一般的な大気炉を使用した。

表５　化学分析値（重量％） Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂなどは痕跡程度そして結果は
第５図に示す通りである。またＡ村について引張試験を
行った結果は第６図に示すようになっている。（引張試
験片はＪＩＳ、Ｚ２２０１の４号試験片を使用した） さらに、疲労試験についてはＡ材において、３７５℃×
１時間、３２５°ＣＸ２時間のオーステンパ処理を施し
たもので、小野式回転＋Ｉｂ　！ｆ試験を行った。その
結果を第７図に示す。

これによると特に３２５°ＣＸ２時間のオーステンパ品
は硬さ！−Ｉ　Ｂ　４００にも拘らず、従来の球状黒鉛
鋳鉄に比較して疲労限２４ｋｇｆ／ｍｍ２−３８ｋｇ　
ｆ　／　ｍｍ２　と１．５倍以上になっている。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、同じオーステンパ処理温
度であれば従来の球状黒鉛鋳鉄に比較して引張強さ、伸
び、ＷＩ撃値および疲労限度が２割以上向上し、同様に
同じ硬さであれば引張強さ、伸び、疲労限度も２割以上
向」ニする。

つまり本発明によれば従来にない高強度、高靭性を有す
る球状黒鉛鋳鉄が得られることになり、したがってこの
材料は特に強度を要求される耐摩耗材、例えばエンジン
やトランスミッション用のギヤ等に最適であり、適用範
囲の拡大が図れる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の高強度・高靭性球状黒鉛鋳
鉄の製法の一実施例にかかり、第１図は熱処理における
２通りの処理温度および時間を示すグラフ、第２図はγ
８−シャルビ衝撃値（２ｍｍｕノツチ付）を示すグラフ
、第３図はγ、−シャルビ衝撃値（平滑材）を示すグラ
フ、第４図は熱処理条件を示すグラフ、第５図はオース
テンパ処理結果を示すグラフ、第６図は引張験結果を示
すグラフ、第７図は回転曲げ疲労試験結果を示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）重量％で、Ｃ：１．５〜２．６、Ｓｉ：２．０〜３
   ．３、Ｍｎ：０．７以下、Ｐ：０．１以下、Ｓ：０．０
   ３以下、Ｍｇ：０．０２〜０．１０を含み、不可避的不
   純物および残部Ｆｅからなり、オーステンパ処理された
   ことを特徴とする高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄。 ２）請求項１記載の鋳鉄において、オーステンパ処理時
   によるベーナイト変態を安定化させるために、Ｍｏ＜０
   ．５、Ｎｉ＜１．５、Ｃｕ＜１．５の少なくとも１種、
   もしくは２種以上の合金を含有したことを特徴とする高
   強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄。