JPH0533301B2

JPH0533301B2 -

Info

Publication number: JPH0533301B2
Application number: JP21459483A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Masuda; Juji Okada; Tsutomu Sekiguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1983-11-14
Publication date: 1993-05-19
Also published as: JPS60106944A

Description

【発明の詳細な説明】

イ産業上の利用分野本発明は、高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄に関
し、詳しくは、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処
理して、加工によりマルテンサイト変態を誘起す
る準安定オーステナイト組織を、基地中に、体積
比率で10〜70％含有させ、残部を、ベイナイト単
独組織、ないしは、ベイナイトとマルテンサイト
の混合組織とすることにより、優れた機械的性質
を付与した、高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄にかか
る。ロ従来技術従来の鋳鉄においては、引張強さの観点からす
ると、JIS規格FCD70が最高級であつた。しかし、このJIS規格FCD70が最高級であつて
も、部品の軽量化用および鋼の代替用鋳鉄材料と
しては、強度上十分でなかつた。さらに、強度と靭性のバランスという観点から
みると、球状黒鉛鋳鉄の中でも伸びの高い鋳鉄、
たとえば、JIS規格FCD40があるが、引張強さ・
疲労強度が低いという欠点がある。逆に、JIS規格FCD70は上述のように引張強さ
は優れているものの、伸びが極端に低いという欠
点がある。また、球状黒鉛鋳鉄は、焼入・焼戻し処理、オ
ーステンパー処理等、種々の熱処理が実施されて
いるが、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理する
ことにより、強度と靭性を高める方法は既に公知
であり、その処理過程で意識的にオーステナイト
を残留させる方法もまた、公知の技術である。前者は、焼入・焼戻し処理と比較すると、硬さ
が低く耐摩耗性に劣る欠点があり、後者は残留オ
ーステナイトが存在するため、強度・靭性が低い
という欠点がある。一方、球状黒鉛鋳鉄は、焼入・焼戻しすると、
靭性が著しく低下するという欠点がある。ハ発明の目的本発明は、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理
することにより、基地中に体積比率で10〜70％
の、加工によりマルテンサイト変態を誘起する、
準安定オーステナイトを残留させ、これに、切
削・研削加工、ロール加工、シヨツトピーニング
等の表面加工を施すことにより、加工誘起変態を
生ぜしめ、一部をマルテンサイト化し、圧縮残留
応力を高めるとともに、加工硬化させることによ
つて、著しく疲労強度を向上させることのでき
る、高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄を提供すること
を目的としている。ニ発明の構成このような目的は、本発明によれば、オーステ
ンパー処理により強化した、高強度・高靭性球状
黒鉛鋳鉄であつて、オーステンパー処理後において、加工によりマ
ルテンサイト変態を誘起する準安定オーステナイ
ト組織を、基地中に、体積比率で10〜70％含有
し、残部を、ベイナイト単独組織、ないしは、ベ
イナイトとマルテンサイトの混合組織としたこと
を特徴とする、高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄によ
つて達成される。さらに、詳しくは、このような目的は、本発明
によれば、重量比率で、Ｃ；3.0〜4.5％、Si；1.5
〜3.0％、Mg；0.02〜0.10％、残部実質的にFeか
らなる組成を基本として、製品肉厚等からの必要
性に応じて、Mo；0.05〜1.0％、Ni；0.1〜0.7％、
Cu；0.1〜0.5％、Mn；0.2〜1.2％の、単独もしく
は複合添加された球状黒鉛鋳鉄を、800〜950℃の
オーステナイト化温度に0.5〜３時間加熱保持し
た後、350〜450℃に急冷して、20分以上恒温保持
するオーステンパー処理により強化した球状黒鉛
鋳鉄であつて、オーステンパー処理後において、
加工によりマルテンサイト変態を誘起する準安定
オーステナイト組織を、基地中に、体積比率で10
〜70％含有し、残部を、ベイナイト単独組織、な
いしは、ベイナイトとマルテンサイトとの混合組
織としたことを特徴とする、高強度・高靭性球状
黒鉛鋳鉄によつて達成されるものである。ホ発明の作用上述のようにして得られた高強度・高靭性球状
黒鉛鋳鉄は、JIS規格FCD70に比較して、高い強
度と優れた伸び（靭性）を有するものとなる。この後に、切削・研削加工、ロール加工、シヨ
ツトピーニング等の、表面加工を施すことによつ
て、JIS規格FCD70の1.5倍という、高い疲労強度
が得られるものである。機械的性質の向上は、残留オーステナイトが50
〜70％の範囲で特に著しい。また、発明者らの研究によれば、本発明材のこ
のような優れた性質は、残留準安定オーステナイ
トの体積比率で５〜50％が、加工よるマルテンサ
イト変態を誘起することによることを見出した。以下、本発明の構成の限定理由について説明す
る。なお、本発明材のＣ、Si、Mgの含有量につい
ては、一般に知られている球状黒鉛鋳鉄と同様の
範囲であり、範囲限定の理由も、よく知られた理
由に基づくものであることから、説明を省略す
る。合金元素の添加は、製品が薄肉の場合には不要
であるが、φ25を越える場合には必要となる。 Moは微量でも、オーステンパー処理におい
て、パーライト変態を遅らせ、オーステンパー処
理を容易とする効果があるが、0.05％未満では、
その効果が十分でなく、一方、1.0％を越えると、
多量の遊離セメンタイトを晶出し、しかも、材料
コストを高騰させるので、Mo含有量を0.05〜1.0
％とした。また、Cu、NiはMoと同様の効果を有するが、
Moに比してその効果が弱く、補助的に添加する
ものとして、おのおの、Ni；0.2〜0.7％Cu；0.1
〜0.5％とした。 Ni、Cu、Mnは、ともに、鋳放し状態でパーラ
イトを形成しやすく、オーステンパー処理を容易
とするが、Mnは多すぎると遊離セメンタイトを
晶出するため、0.2〜1.2％とした。なお、これらの合金元素は、単独または複合添
加として用いられる。上記組成からなる球状黒鉛鋳鉄を、オーステナ
イト化するための、必要かつ十分な条件である、
800〜950℃×0.5〜３時間保持した後、すみやか
に、350〜450℃の塩浴中に浸漬・急冷し、20分以
上保持して恒温変態させたのち、室温まで冷却す
る。ここで、恒温変態温度を350〜450℃としたのは
上部ベイナイト組織となる範囲で、350℃以下で
は硬さが高くなり、被削性が悪化する。一方、450℃以上では、オーステンパー処理後
の靭性が低下し、JIS規格FCD70と殆ど変わらな
いものとなる。その後、必要に応じて、切削・研摩加工等によ
り仕上げられたものは、同じ硬さのJIS規格
FCD70、ないしは、焼入・焼戻し処理した球状
黒鉛鋳鉄に比べ、疲労強度が約10％向上する。そして、さらに高負荷用部品に使用する場合に
は、ロール加工、シヨツトピーニング等の表面加
工により、疲労強度を25〜50％向上させることも
可能である。このように、疲労強度が向上する理由は、基地
中の残留準安定オーステナイトが、加工によりマ
ルテンサイト変態を誘起し、圧縮残留応力および
加工硬化するためである。残留準安定オーステナイト量を、体積比率で10
〜70％と限定した理由は、恒温変態保持時間20分
で最大値70％となり、20分より短時間では、未変
態のオーステナイトが変態して、多量のマルテン
サイトを形成し好ましくないからである。また、残留準安定オーステナイトは、恒温変態
保持時間とともに減少するが、体積比率で10％未
満となると、強度向上効果が小さく、JIS規格
FCD70と同等レベルの強度となるばかりでなく、
恒温変態保持時間が長くなり、処理コストの上か
ら好ましくない。そして、望ましい残留準安定オーステナイトの
量は、最も高い疲労強度を示す、体積比率で50〜
70％の範囲である。上記範囲の残留準安定オーステナイト量に対
し、種々の表面加工によつて、上記残留準安定オ
ーステナイト量の５〜50％が、マルテンサイト変
態していることがわかつた。このような性質により、本発明材が、引張強
さ・伸びに優れているものと考えられる。ヘ実施例以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例を
説明する。実施例１重量比率で、Ｃ；3.65％、Si；2.40％、Mn；
0.31％、Mg；0.043％、残部実質的にFeからなる
主要組成に、Mo；0.43％、Ni；0.53％を添加し
た球状黒鉛鋳鉄を、900℃×１時間のオーステナ
イト化処理後、390℃で１、３、15時間保持する、
各オーステンパー処理条件にて処理した、本発明
材の、残留準安定オーステナイト量測定結果を、
第１図に示す。第１図から明らかなように、走査型電子顕微鏡
にて測定した残留準安定オーステナイト量は、恒
温変態保持時間の増加に伴つて減少する。また、疲労強度は、第２図に示すように、残留
準安定オーステナイト量の増加に伴つて向上し、
残留準安定オーステナイト量が、体積比率で50〜
70％の範囲で、疲労強度が最高となる。なお、この時における加工表面のマルテンサイ
ト変態量は、残留準安定オーステナイト量の５〜
50％の範囲であつた。また、残留準安定オーステナイト量が10％未満
では、同じ硬さのJIS規格FCD70と殆ど同じレベ
ルに近づき、強度向上の効果は殆ど認められな
い。実施例２第１表は、R1の半円環状切欠をもつた小野式
回転曲げ疲労試験片を、オーステンパー処理した
球状黒鉛鋳鉄で製作し、表面ロール加工後、疲労
試験を実施した結果を比較したものである。

【表】表面ロール加工条件は、ローラ先端半径；
R0.9、ローラ半径；R20、ローラパス回数；20
回、加圧荷重；150Kg、接触応力；508Kg／mm²とし
た。本発明のオーステンパー処理した球状黒鉛鋳鉄
の疲労強度は、表面ロール加工しない状態でも、
JIS規格FCD70に比べ10％以上高く、表面ロール
加工により、さらにその差が顕著となることが理
解される。本発明の高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄の疲労強
度は、接触応力；508Kg／mm²にて表面ロール加工
すると、同一条件で表面ロール加工したJIS規格
FCD70の20〜50％向上し、表面ロール加工しな
い状態のJIS規格FCD70の、約２倍の高疲労強度
となる。また、表面ロール加工の接触応力をさらに高め
れば、より高い疲労強度が得られることは、発明
者らの実験で明らかとなつている。第１表においては、本発明材として、硬さ
HV260〜280の範囲のものを評価した結果を示し
ている、球状黒鉛鋳鉄の硬さと疲労強度の関係
は、ある程度の高さレベルまでは、比例的に上昇
することから、これに表面ロール加工したものに
おいても、同様に、硬さを上昇させれば、表面ロ
ール加工後の疲労強度も上昇することが、容易に
推定できる。実施例３本発明の高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄の引張試
験結果を第２表に示す。

【表】第２表において、試験片平行部における残留準
安定オーステナイトは、その50％がマルテンサイ
ト変態しており、そのために引張強さと伸びが著
しく高くなつていることが明らかとなつた。以上のように、引張強さと硬さは、一般的には
比例するが、本発明材においては、同じレベルの
高さを有する比較材、、に比して、引張強
さが高く、伸びが著しく優れていることが理解さ
れる。ト発明の作用効果以上により明らかなように、本発明にかかる球
状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理することにより
基地中に、体積比率で10〜70％の、加工によりマ
ルテンサイト変態を誘起する準安定オーステナイ
トを残留させ、これに、切削・研削加工、ロール
加工、シヨツトピーニング等の表面加工を施すこ
とにより、加工誘起変態を生ぜしめ、一部をマル
テンサイト化し、圧縮残留応力を高めるととも
に、加工硬化させることによつて、著しく疲労強
度を向上させることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、オーステンパー処理による残留準安
定オーステナイトと、恒温変態保持時間との関係
を示す図、第２図は、オーステンパー処理による
残留オーステナイト量と、疲労強度との関係を示
す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１オーステンパー処理により強化した、高強
度・高靭性球状黒鉛鋳鉄であつて、オーステンパー処理後において、加工によりマ
ルテンサイト変態を誘起する準安定オーステナイ
ト組織を、基地中に、体積比率で10〜70％含有
し、残部を、ベイナイト単独組織、ないしは、ベ
イナイトとマルテンサイトの混合組織としたこと
を特徴とする、高強度・高靭性球状黒鉛鋳鉄。