JPH05255730A

JPH05255730A - 高振動減衰能ねずみ鋳鉄の製造方法

Info

Publication number: JPH05255730A
Application number: JP4089491A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Abe; 善彦阿部; Noboru Sugiura; 昇杉浦
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】振動減衰能を向上させるねずみ鋳鉄の製造方
法を提供する。【構成】重量％で、Ｃ：３．２〜３．７％、Ｓｉ：
１．８〜３．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％を含み、残
部が実質的にＦｅからなり、炭素飽和度が０．９２〜
１．０５％になるように原料を溶解し、鋳造して、鋳放
し材を得る工程と、該鋳放し材に焼なまし処理を施す工
程と、該焼なまし処理を施した材料に焼入れ処理を施す
工程とからなる。振動減衰能が１５０×１０^-4（歪み振
幅；１×１０^-5）以上のねずみ鋳鉄が製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の機械部品、およ
び装置等において、振動や騒音を低減する目的で使用さ
れる高振動減衰能ねずみ鋳鉄の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄は他の鉄系材料に比較して振動減衰
能（以下、単に減衰能という）が大きく、自動車や工作
機械等で生じる繰り返し衝撃や摩擦による振動や騒音の
防止に有効なために、従来から広く使用されている。し
かし、通常使われているねずみ鋳鉄（ＦＣ２００〜２５
０、炭素飽和度（Ｓｃ）０．９４〜０．９８％）の減衰
能（Ｑ^-1）は、１０×１０^-4〜５０×１０^-4（歪み振
幅；１×１０^-5のとき）であり、制振材料として知られ
ているＭｎ−Ｃｕ合金等の減衰能が１５０×１０^-4〜３
００×１０^-4（歪み振幅；１×１０^-5のとき）であるの
に比べてかなり劣っている。

【０００３】鋳鉄の減衰能は母材組織中の黒鉛量と関係
があり、ＣやＳｉの含有量を増やして過共晶組織（Ｓｃ
が１．０％以上）とすれば減衰能を高めることができる
ことが知られている。この場合、Ｓｃを高めると組織中
の黒鉛が粗大片状化して、減衰能を約１５０×１０^-4ま
で増大させることができるが、制振材料に比べると未だ
減衰能において劣っている。また、該ねずみ鋳鉄は母材
組織が過共晶となっているため、肉厚部や、凝固時に冷
却の遅い部分の組織が不均一となり、引張り強さも８Ｋ
ｇｆ／ｍｍ²以下の低い値に低下してしまうという問題
がある。

【０００４】そこで、前記問題点を解決するため、特開
平１−２５２７５４号では、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ量を調節し
てＳｃを１．０３〜１．２５％としたねずみ鋳鉄に、オ
ーステンパー処理を施して減衰能を大きくする試みがな
されている。

【０００５】また、特開平１−１９５２５８号、特開昭
６３−２１０２５６号では、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎに加えて多
量のＮｉやＣｕ等の合金元素を添加してＳｃを１．１０
〜１．４２％とし、ねずみ鋳鉄母材の組織をオーステナ
イトとすることにより減衰能を大きくする試みがなされ
ている。

【０００６】しかし、これらの各鋳鉄は、従来のものに
比べれば減衰能は向上しているが、特殊な熱処理や多量
の合金添加が必要とされるため、実施にあたって煩雑と
なり、また、費用もかさむという問題点がある。

【０００７】また、前記各鋳鉄はＳｃが１．０３％以上
のものであり、通常、機械強度部品として使用するため
の鋳鉄は、強度および鋳造性の観点から、Ｓｃが０．９
４〜０．９８％のものが必要とされる。ところが、この
Ｓｃの範囲において、減衰能が１５０×１０^-4以上とい
った高い値を有するものは未だ開発されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｓｃが０．
９２〜１．０５％であるねずみ鋳鉄の減衰能を１５０×
１０^-4以上に向上させる、高減衰能ねずみ鋳鉄の製造方
法を提供するものである。

【０００９】本発明者らは、上記した従来技術の問題に
関し、詳細な研究を行い、以下のことに着眼した。すな
わち、自動車部品等で多用されている、Ｓｃが０．９４
〜０．９８％のねずみ鋳鉄鋳放し材を用い、減衰能を向
上させるために焼入れ処理を施し、かつ、該焼入れ処理
の前に鋳造ひずみ等を除去する目的で焼なまし処理を行
ったところ、意外にもこの焼なまし処理を行ったもの
は、焼なまし処理を行わなかったものに比し、著しく減
衰能が向上する現象が見出された。そこで、本発明者等
は、この焼なまし処理工程を採用した、従来の製造方法
とはまったく異なった新しい高減衰能ねずみ鋳鉄の製造
方法について鋭意研究し、本発明をなすに至ったもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の高減衰能ねずみ
鋳鉄の製造方法は、重量％で、Ｃ：３．２〜３．７％、
Ｓｉ：１．８〜３．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％を含
み、残部が実質的にＦｅからなり、炭素飽和度が０．９
２〜１．０５％になるように原料を溶解し、鋳造して、
鋳放し材を得る工程と、該鋳放し材を焼なまし処理する
工程と、該焼なまし処理を行った材料を焼入れ処理する
工程と、からなることを特徴とする。

【００１１】原料の溶解・鋳造に際しては、鋳鉄の溶解
・鋳造で通常用いられる溶解炉、鋳型を用い、溶解等の
条件も通常の条件で行えば良い。

【００１２】次に焼なまし処理は、通常、鋳鉄の鋳造歪
みや加工歪みを除去するために使われている熱処理炉を
用い、通常実施されている条件で行えば良い。望ましく
は、加熱条件として６００〜７００℃、１〜３時間が良
い。

【００１３】次に、焼入れ処理は、鋳鉄の焼入れ処理で
使われる熱処理炉を用い、通常の条件で行えば良い。該
焼入れ処理によりオーステナイトは１０〜３０％残留す
る。

【００１４】この焼入れ処理の後に、サブゼロ処理を行
っても良い。該サブゼロ処理により焼入れ処理で残った
残留オーステナイトが減少し、５％以下になるので、残
留オーステナイトの時効変化等に伴う置き狂いや割れを
防ぐことができる。なお、サブゼロ処理を行っても減衰
能は、焼入れ処理のみを施したものと殆ど変わらず高い
値を維持できる。該サブゼロ処理は通常の熱処理で行わ
れている方法、例えば、焼入れ後、速やかに−８５℃以
下に保持された容器等の冷却手段の中に装入して行う。

【００１５】また、必要があれば鋳造後、鋳放し材を所
定の形状に、旋盤、フライス、研削等で加工処理しても
良い。この加工処理によって歪みが生じても次工程の焼
なまし処理によってこの歪みが除去されるので問題はな
い。

【００１６】

【作用】本発明において、原料の溶解に際し、Ｓｃを
０．９２〜１．０５％になるように原料の組成を調整
し、溶解する。このようにＳｃを限定するのは、Ｓｃが
０．９２％より小さいと、強度は向上するが黒鉛量が減
少するため減衰能が低下する。また、鋳造性も悪くな
る。一方、Ｓｃが１．０５％より大きくなると、黒鉛量
が増加するため減衰能は増大するが強度の低下は避けら
れない。そこで、Ｓｃを０．９２〜１．０５％になるよ
うにＣ、Ｓｉ、およびＭｎを調整する。

【００１７】すなわち、Ｃ、Ｓｉ、およびＭｎの組成
は、上記Ｓｃの範囲で以下の点を考慮して決定される。
Ｃは、溶解性、鋳造性を良好にするために、３．２％以
上が必要であり、一方、Ｃが３．７％を越えるとＳｉと
の関係でＳｃが１．０５％より大きくなり強度が低下す
るため好ましくない。Ｓｉは、黒鉛化元素であり、片状
黒鉛を生成させるために１．８％以上が必要である。一
方、Ｓｉが３．０％より多くなるとＣとの関連でＳｃが
１．０５％より大きくなり、強度が低下するため好まし
くない。また、Ｍｎは通常の鋳鉄で添加される０．２〜
１．５％を含有させる。

【００１８】原料の溶解に際し、溶湯中に合金元素とし
て、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖのうち１種以上の元素を重量％で
０．２〜０．６％、または、これらの合金元素に加え
て、さらに、Ｃｕ、Ｎｉのうち１種以上の元素を重量％
で１．０〜２．５％含有せしめても良い。

【００１９】Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖはいずれも炭化物形成元素
であり、約１０Ｋｇｆ／ｍｍ²以上の引張り強さを確保
するために含有せしめる。その添加量が０．２％より少
ないと１０Ｋｇｆ／ｍｍ²以上の引張り強さを得ること
ができない。一方、添加量が多くなると多量の炭化物が
析出し、脆くなるため、上限は０．６％とする。

【００２０】Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖのうちの１種以上の元素
と、Ｃｕ、Ｎｉの１種以上の元素を併用添加した場合、
Ｃｕ、ＮｉはＳｉに比べてその効果は小さいが黒鉛化元
素であって、減衰能向上に寄与し、一方でこれらの元素
の添加によるＳｃの変動が少ないという利点があり、ま
たＭｏ、Ｃｒ、あるいはＶ添加による炭化物形成作用を
緩和させるために有効であり、その添加量を１．０〜
２．５％とする。

【００２１】本発明に係る高振動減衰能ねずみ鋳鉄の製
造方法は、焼入れ処理工程の前に焼なまし処理を行う点
に最大の特徴を有する。該焼なまし処理によって鋳造時
のひずみを除去するとともに、減衰能を１５０×１０^-4
以上と著しく向上させることができる。このように、減
衰能が向上する理由は今のところ明確ではないが、黒鉛
とそれを取り囲む母材との界面に変化が生じ、減衰能の
向上に好都合な状態になったことによるものと推定され
る。

【００２２】次に、焼入れ処理を行う工程によって、母
材の組織にマルテンサイトを生ぜしめる。以上の工程を
経て高振動減衰能ねずみ鋳鉄が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のねずみ鋳鉄の製造方法によれ
ば、減衰能が１５０×１０^-4以上（歪み振幅：１×１０
^-5の場合）で、かつ、引張り強さが８Ｋｇｆ／ｍｍ²以
上の高減衰能ねずみ鋳鉄を製造することができる。

【００２４】

【実施例】まず、表１に示したような組成および炭素飽
和度を有するＣ、Ｓｉ、Ｍｎと残部が実質的にＦｅとか
らなる鋳放し材（試料Ｎｏ．１、２、３）、および合金
元素としてＭｏ、Ｃｒ、Ｖの１種を含む鋳放し材（試料
Ｎｏ．４、５、６）、およびＭｏ、Ｃｒ、Ｖの１種とＣ
ｕまたはＮｉのうちの１種を含む鋳放し材（試料Ｎｏ．
７〜１２）を作製した。

【００２５】

【表１】

【００２６】すなわち、鋳放し材が表１に示す組成にな
るように原料を調整し、高周波炉を用いて溶解し、溶湯
をそれぞれ溶製した。これらの溶湯を１５００℃に昇温
した後、出湯時にＦｅ−Ｓｉを０．４％ずつ接種し、シ
ェル鋳型（角材；３０×３０×２３０ｍｍ、丸材；φ３
０×３００ｍｍ）に鋳込み、鋳造して、鋳放し材を得
た。

【００２７】次に、これらの鋳放し材から、減衰能測定
用試験片（３×２０×２００ｍｍ）、引張り強さ測定用
試験片（平行部直径がφ２０ｍｍ）を切削加工によりそ
れぞれ採取した。

【００２８】次に、これら採取した試験片を、酸化防止
のために鋳鉄粉を入れた鋼製の箱の中に埋没させ、マッ
フル炉を用いて焼なまし処理を行った。焼なまし処理
は、焼なまし温度を６５０℃として行い、この温度で２
時間保持した後冷却した。冷却条件は、６５０℃から５
５０℃までの間は、０．５〜３℃／分炉内で冷却し、そ
の後は空冷した。

【００２９】該焼なまし処理の後、これらの試験片に対
し９５０℃で６０分間保持後、油冷して焼入れ処理を施
した。その後、一部の試験片には、さらに、液体窒素中
に３０分間浸漬の後、大気中で３０分間放冷するサイク
ルを２回繰り返すサブゼロ処理を行った。

【００３０】こうして製作した試験片を用いて、減衰能
の測定、引張り強さの測定を行った。減衰能は、両端自
由支持横振動法により測定し、振動の自由減衰曲線から
求めた。なお、減衰能は、歪み振幅によって異なること
が知られているが、本発明では、歪み振幅が１×１０^-5
のときの値として減衰能を定義した。また、引張り強さ
の測定には、アムスラー試験機を用いた。

【００３１】本実施例に係る試料の減衰能および引張り
強さ測定結果を表２にまとめて示す。この結果より、本
実施例に係る方法により製造した試験片は、いずれも減
衰能が１５０×１０^-4以上の高い値を示し、さらに引張
り強さも８Ｋｇｆ／ｍｍ²以上の値を示していることが
わかる。

【００３２】

【表２】

【００３３】表３は、比較例として、本発明の特徴であ
る焼なまし処理を行わなかった試験片について、減衰能
および引張り強さの測定を行った結果について示す。こ
の結果より、焼なまし処理を行わなかった試験片の減衰
能は、７０×１０^-4以下の極めて低い値を示しているこ
とがわかる。さらに、鋳放し処理後、焼なまし処理を行
わず焼入れ処理を行った試験片についても、減衰能が１
５０×１０^-4以上を示すものもあるものの、その値は殆
どが１５０×１０^-4より低く、値もばらついていること
がわかる。

【００３４】

【表３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：３．２〜３．７％、Ｓ
ｉ：１．８〜３．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％を含
み、残部が実質的にＦｅからなり、炭素飽和度が０．９
２〜１．０５％になるように原料を溶解し、鋳造して、
鋳放し材を得る工程と、該鋳放し材を焼なまし処理する工程と、該焼なまし処理を行った材料を焼入れ処理する工程とか
らなることを特徴とする、高振動減衰能ねずみ鋳鉄の製
造方法。
【請求項２】請求項１において、原料の溶解に際し、
溶湯中に、合金元素として、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖのうち１種
以上を重量％で０．２〜０．６％、またはこれらの合金
元素に加えてさらにＣｕ、Ｎｉのうちの１種以上を重量
％で１．０〜２．５％含有されてなることを特徴とする
高振動減衰能ねずみ鋳鉄の製造方法。