JPH04325A - 鋳造品の局部軟化方法 - 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） 本発明は金型等を用いて鋳造した鋳造品の一部を鋳造後
に高周波誘導加熱を利用して焼鈍して軟化せしめる方法
に関する。

（従来の技術） 金型を用いて鋳鉄部材を鋳造する方法として特開昭６３
−１７４７７５号が知られている。

この方法はカムシャフト等の鋳物を鋳造するにあたり、
金型のキャビティ内に溶湯を充填した後、溶湯の表層を
急冷して殻状の凝固層とし、この時点で離型するように
したものである。このようにすることで、金型に変形や
摩耗を生じることなく、表層が高硬度のチル組織となっ
たカムシャフトが得られる。

上述したように金型を用いてカムシャフト等ヲ鋳造すれ
ば、砂型を用いた場合に比べ、効率良く且つコスト的に
も有利に鋳物が得られる。

しかしながら金型を使用する場合には、砂型に冷し金を
セット下る場合と異なり、鋳物の表層全体がチル化し、
鋳造後にセンター穴やスプライン溝を加工すべき部分の
硬度が硬くなり過ぎ、刃具の寿命等の点で不利が生じる
。

そこで第５図に示すように一旦鋳造した鋳物の一部を高
周波誘導加熱等を利用して再加熱し、次いで一定時間高
温状態で保持した後に放冷することで当該一部を焼鈍軟
化する方法が考えられるが、この方法のように一定速度
でチル組織となっている鋳物を加熱すると以下の問題が
ある。

（発明が解決しようとする課題） 即ち、鋳鉄は鋳込んでから常温まで冷却せしめる間に以
下の３つの容積変化を行う。

■　鋳込み温度から凝固点までの液体としての収縮。

■　凝固による容積変化。（白銑鉄は収縮、灰銑鉄は膨
張） ■　固体の冷却（変態）による膨張又は収縮。

そして、上記■、■が鋳造後の残留応力の原因となり、
この残留応力は構造応力と組織応力に分けられる。構造
応力とは鋳造品の各部の冷却速度が異なることに起因し
て発生する応力で、組織応力は組織や組成の分布及び大
きさなどの材質の差に起因して発生する応力がある。

先ず、構造応力の面から述べると、残留応力の発生過程
は凝固、冷却時の始めにおいて、表層は速く冷却するた
め収縮して引張応力状態となり内部は圧縮応力状態とな
る。ここで表層より温度の高い可塑的な内部がこの圧縮
応力によって塑性変形を行なうと、その部分の実質寸法
は縮小する。

するとこれによりさらに冷却の進んだ段階ではその応力
状態は逆転し、表層に圧縮、内部に引張りの残留応力が
発生し、その境界近くに引張りの極大が現われる。

一方、組織応力の面から述べると、金型鋳造に於ては、
その金型に接する面は冷却速度が極めて早いため表層は
白銑組織（パーライト及びレーデブライト）となり、冷
却速度の遅い内部は灰銑組織（黒鉛及びパーライト）と
なり、そしてその境界部は斑銑（パーライト、黒鉛及び
レーデブライト）となる。この様に表層と内部とが組織
を異にし従がって比容積を異にする。この比容積の差に
よって表層に圧縮、内部に引張りの応力を生じ、この影
響が集中的に現われる境界部では圧縮、弓張りとも大き
くなる傾向にある。

以上述べた様に金型鋳造に於ては熱応力による残留応力
と表層と内部の組織の相違による残留応力が重畳する。

このような鋳造応力は加熱により除去でき鋳物を加熱し
てゆくと　３００〜５００℃の間で応力は急激に減少し
、６００℃ではほとんど消失する。

そこで、上述の残留応力分布状態、即ち表層が圧縮、内
部が引張り、境界部付近が引張り極大にある金型鋳造品
を高周波加熱により、急速加熱すると、表層のみが加熱
され表層部の体積膨張により熱応力が発生する。この熱
応力は加熱の初期に発生し、表層は圧縮、内部は引張り
となる。この高周波による急速加熱により金型鋳造部材
の表層と内部の境界に存在する引張りの極大が急速加熱
による熱応力の引張りを助長し、チル層直下を起点とす
るクランクを発生させる。

また、局部急速加熱により軸方向に於て、加熱部と非加
熱部との間において、苛酷な応力が発生する。即ち急速
加熱部が近傍の低温部に拘束されて生ずる熱応力により
加熱部に塑性変形が起こり、このため加熱部と非加熱部
との境界部付近に引張りの極大が生じ、境界部付近を起
点とするクラックを発生するか或いは境界部付近から変
形する。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明は、金型鋳造後に鋳造品の
一部を加熱して軟化せしめる方法において、前記加熱昇
温する工程の前半部は、表層温度と内部温度を略等しく
して昇温させ、後半部は、表層温度よりも内部温度が高
くなるように急速加熱し、引き続き表層温度よりも内部
温度が高い状態を維持するように保持加熱をするように
した。

（作用） 鋳造品の加熱すべき部分に高周波加熱部材を接触させ、
高周波電源をオンとすることで当該接触部分が加熱され
る。そして、高周波電源のオン・オフを繰り返すことで
表層部よりも内部温度を容易に高めることができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明方法に係る局部軟化方法を実施する前の
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図であり、カムシャフト１は
複数のカム部２・・・を対をなすように軸方向に離間し
て一体的に形成し、これら対をなすカム２．２の間及び
カムシャフト１両端にジャーナル部３を設けている。

また、カムシャフト１は［表］に示すＪＩＳＦＣ２０〜
ＦＣ３０相当の鋳鉄成分からなる。

［表層 そして上記の成分からなる溶湯を金型に注入してカムシ
ャフト１を鋳造する。ここで鋳造に用いる金型は例えば
０．８〜４．０ｗｔ％のＣｒを含有するＣｕ−Ｃｒ合金
から構成される熱伝導率の高いものとし、好ましくはカ
ムシャフト１の表面部を急冷するための冷却路を内部に
形成したものとする。

而して斯る構造の金型のキャビティ内に溶湯を注入する
と、金型に接する面は冷却速度が極めて速いためチル化
され、表層部１ａがＨＲＣ４０〜５０（特にカム部はＨ
ＲＣ４５以上）のチル組織（白銑）（レーデブライトと
パーライトとの混合組織）となり、芯部１ｂは冷却速度
が遅いため灰銑組織（黒鉛及びパーライト）となり、境
界部は斑銑（パーライト、黒鉛及びレーデブライト）と
なる。

前述したように、金型キャビティ内に溶湯を注入すると
、その金型に接する表面部は冷却速度が極めて早く、内
部は冷却速度が遅い。この温度勾配の存在が残留応力発
生の原因となる。残留応力の発生過程は凝固、冷却時の
始めは外層が早く冷却するため収縮して引張応力状態と
なり、内部は圧縮応力状態となる。ここで外層より温度
の高い可塑的な内層部分がこの圧縮応力によって塑性変
形を行なうと、その実質寸法は縮少する。するとこれよ
りさらに冷却の進んだ段階では、その応力状態は逆転し
、外層に圧縮、内層に引張りの残留応力が発生する。

金型鋳造後、最表面のスケールを除去する為、ショット
ピーニング加工を行なう。ショツト材は白銑鋳鉄球（１
、５）を用い、２０秒間処理する。本処理によって表面
の圧縮応力値は向上する。

第４図はショットピーニング後の表面の残留応力の測定
結果を示す。図に示すように所要軟化部分である左右ジ
ャーナル部表面は圧縮応力が認められる。左ジャーナル
部の応力値は軸方向　（δｔ）と円周方向（δハとで弱
冠差があり、軸方向の方が高い値を示す。右ジャーナル
部は、軸方向と円周方向とでは明瞭な差は認められない
。

以上のカムシャフト１の両端のジャーナル部３を軟化す
る為の加熱は高周波誘導加熱コイル４によって行なう。

以下の表に高周波加熱条件を示す。尚、両端を同時に加
熱する場合は出力は倍となる。

〔表〕

上記加熱条件により電源周波数（１〜ｌ０Ｋ）ｌｚ／ｓ
ｅｃ　、例えば３ＫＨｚ７ｓｅｃ　）を用いて、加熱す
るパターンを第３図に示す。図に示すように、昇温の前
半部にあっては、表層温度畔内部温度となるように昇温
させる。このような昇温パターンは、被加熱物の形状、
寸法に対して、適性加熱条件の設定、即ち、加熱コイル
の形状寸法、コイルと被加熱物のクリアランス、電源周
波数、出力、及び加熱方法（Ｏｎ・Ｏｆｆの加熱）の適
切なる組合わせによって得られる。また昇温工程の後半
部にあっては連続加熱により、表層温度≦内部温度とな
るように昇温せしめる。そして、保持工程においては、
再び加熱パターンをＯｎ・Ｏｆｆに切り換え内部昇温を
１１００℃、表層温度を１０００℃に維持した状態で維
持する。

（発明の効果） 以上に説明したように本発明によれば、昇温工程の前半
部、即ち５００〜６００℃迄の昇温を表層温度幻内部温
度とすることで、熱応力の発生が極めて少ない為チル層
と内部との境界に存在する引張りの極大を助長すること
がない。従って、加熱の初期に発生するクランクを防止
でき、鋳造時の残留応力が激変している５００〜６００
℃からの後半部の昇温も表層温度≦内部温度となるよう
、急速加熱したので、熱応力の発生が押えられ、引続い
ての保持加熱も同様に表層温度≦内部温度としたので熱
応力の発生が極めて少ない状態での加熱を可能とした。

また上記加熱パターンとすることにより、加熱部と非加
熱部との境界部領域（幅）が急速加熱による場合より幅
広く、従って、加熱による境界部付近の引張りの極大値
も小さく、加熱による割れ及び変形も防止できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法に係る局部軟化方法を実施する前の
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図、第３図は本発明方法の加
熱パターンを示すグラフ、第４図は局部加熱前の残留応
力の状況を示す図、第５図は従来方法を示すグラフであ
る。 尚、図面中１はカムシャフト、１ａは表層部、１ｂは芯
部、２はカム部、３はジャーナル部、４は加熱部材であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面を高硬度チル組織とした鋳造品の一部を高周
   波誘導加熱により軟化せしめる方法において、この方法
   は鋳造品の一部を加熱昇温せしめる昇温工程と、この昇
   温工程に引き続いで加熱した部分を所定温度に維持する
   保持工程とを含み、前記昇温工程の前半部を加熱した部
   分の内部温度を表層温度と略等しい温度とする第１昇温
   工程とし、昇温工程の後半部を加熱した部分の内部温度
   を表層温度よりも高温とする第２昇温工程とし、更に前
   記保持工程において、加熱した部分の内部温度が表層温
   度よりも高い状態を維持するようにしたことを特徴とす
   る鋳造品の局部軟化方法。
2. （２）前記高周波誘導加熱は１〜１０ＫＨｚの範囲とす
   るとともに断続的にオン・オフを繰り返すことで、加熱
   した部分の内部温度を表層温度と等しいかそれ以上に高
   めるようにしたことを特徴とする請求項（１）に記載の
   鋳造品の局部軟化方法。
3. （３）前記鋳造品は鋳鉄チル部材又はＮｉを０．４〜０
   ．６ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜１．０ｗｔ％、Ｍｏを０．
   ５〜１．０ｗｔ％を含む合金鋳鉄チル部材であって、前
   記第１昇温工程は、鋳造品の加熱される一部の表層温度
   を５００〜６００℃まで昇温せしめ、第２昇温工程は当
   該一部の表層温度を１０００〜１１００℃まで昇温せし
   め、更に前記保持工程は当該一部の表層温度を１０００
   〜１１００℃に維持することを特徴とする請求項（１）
   に記載の鋳造品の局部軟化方法。