JPH0582460B2

JPH0582460B2 -

Info

Publication number: JPH0582460B2
Application number: JP60015736A
Authority: JP
Inventors: Masami Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1985-01-30
Publication date: 1993-11-19
Also published as: JPS61174358A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、高強度球状黒鉛鋳鋼に関し、詳しく
は、組成をFe−Ｃ−Si系の過共析範囲とし、組
織を球状化された黒鉛とベイナイト組織の基地組
織とした球状黒鉛鋳鋼とすることによつて、従来
の鉄系鋳造材料では確保することの困難とされて
いた優れた強度特性、耐摩耗性と優れた鋳造性を
兼ね備えた高強度球状黒鉛鋳鋼にかかる。〔従来の技術〕近年、自動車用部品においては燃費の向上を図
るために、各種部品の軽量化が積極的に進められ
ている。しかし、自動車用部品の軽量化を図るために各
種部品の薄肉化や低比重材料への代替が検討され
ているが、いずれにしても、適用材料の強度を向
上させて適用させることが必要とされている。ところで、従来の鋳鉄材料において優れた強度
特性と耐摩耗性を有する鋳造材料としては、黒鉛
形状を球状化し基地組織をパーライト組織とした
球状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD70）が一般的に採用
されている。また、同様に従来の鋳鋼材料において優れた強
度特性と耐摩耗性を有する鋳造材料としては、黒
鉛形状を球状化し基地組織をパーライト組織とし
た球状黒鉛鋳鋼の採用も試みられている（例え
ば、特公昭59−26645号等）。しかし、このような従来の鋳造材料において
は、材料の低コスト性を維持したまま最近の部品
軽量化要求に適合させたり、鋼部材の代替材料と
して適用することのできるような高強度、高靱性
を確保することは困難とされていた。このため、従来、組織中に黒鉛の存在する鉄系
鋳造材料においては、鋳造性を著しく損なうこと
なく、しかも、優れた強度特性を有する鋳造材料
としては、上述のように球状黒鉛鋳鉄や球状黒鉛
鋳鋼等が提案されているものの、車両の軽量化等
といつた最近の自動車用部品に対する要求に応え
るためには、さらに、優れた強度特性を有する材
料の開発が強く望まれているのが現状である。〔発明が解決しようとする問題点〕上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明
が解決しようとする問題点は、最近の自動車用部
品においては自動車の燃費の向上の観点から自動
車用部品の軽量化が必要とされ、そのためには優
れた強度特性を有する鋳造材料の開発が強く望ま
れているものの、従来の鋳造材料である球状黒鉛
鋳鉄、球状黒鉛鋳鋼ではそのような要求に応え得
る優れた強度特性、耐摩耗特性と、優れた鋳造性
を兼ね備えた鋳造材料となつていないことであ
る。従つて、本発明の技術的課題とするところは、
組成をFe−Ｃ−Si系の過共析範囲とし、組織を
球状化された黒鉛とベイナイト組織からなる基地
組織とした球状黒鉛鋳鋼とすることによつて、従
来の鉄系鋳造材料では確保することの困難とされ
ていた、優れた強度特性、耐摩耗性と優れた鋳造
性を兼ね備えた鋳造材料とすることにある。〔問題点を解決するための手段〕このような従来の技術における問題点に鑑み、
本発明における従来の技術の問題点を解決するた
めの手段は、重量比率にて、Ｃ；0.5〜2.0％、
Si；1.0〜3.5％、Mn；1.0％以下、Al；0.07％以
下、Mg、Ca、Ce等の黒鉛球状化元素を黒鉛の球
状化のために必要な量を含有し、残部Feと不可
避の不純物とからなり、基地組織をベイナイト組
織としたことを特徴とする高強度球状黒鉛鋳鋼か
らなつている。また、本発明における従来の技術の問題点を解
決するための手段は、重量比率にて、Ｃ；0.5〜
2.0％、Si；1.0〜3.5％、Mn；1.0％以下、Al；
0.07％以下、Mo；0.3〜0.6％、Ni；1.0〜3.0％、
Cu；1.0〜2.0％、Mg、Ca、Ce等の黒鉛球状化元
素を黒鉛の球状化のために必要な量を含有し、残
部Feと不可避の不純物とからなり、基地組織を
ベイナイト組織としたことを特徴とする高強度球
状黒鉛鋳鋼からなつている。〔作用〕以下、本発明の作用について説明する。まず、本発明の高強度球状黒鉛鋳鋼における、
各合金元素の添加範囲の限定理由について説明す
る。なお、以下の説明において各合金元素の含有量
はすべて重量％にて表示する。本発明において、Ｃは本発明材における黒鉛の
生成を促進するとともに、溶湯の流動性を向上さ
せるために重要な合金元素であるが、後述するSi
量との関係から0.5％未満では黒鉛の析出が得ら
れないばかりでなく、炭化物が析出し易くなり鋳
造材料の延性及び溶湯の流動性を著しく劣化さ
せ、一方、Ｃ量が過剰となると黒鉛量が増加して
鋳造材料の強度を低下させることから上限を2.0
％とした。また、Siは黒鉛の生成及び溶湯の流動性を向上
させるとともに接種効果を確保する目的から添加
されるものであるが、1.0％未満では黒鉛の生成
が困難であるばかりでなく、炭化物が析出し易く
なることから鋳造材料の延性及び溶湯の流動性を
著しく劣化させ、一方、3.5％を越えて添加する
と鋳造材料を著しく脆化させることから1.0〜3.5
％とした。また、Mnは炭化物形成を促進する元素である
ため、1.0％を越えて添加すると黒鉛の生成を阻
害して本発明の効果を低下させることから1.0％
以下とした。また、Alは黒鉛を微細に分散させて強度向上
を図るために少量添加することは有効であるが、
0.07％を越えて添加すると黒鉛の球状化を阻害し
て本発明の効果を低下させることから0.07％以下
とした。更に、上述の如く各合金元素の添加範囲を限定
された本発明の高強度球状黒鉛鋳鋼において、所
定の黒鉛球状化処理を実施されて鋳造後に、熱処
理を施して基地組織をベイナイト組織としている
のは、本発明材の強靱性と耐摩耗性を向上させる
とともに、高硬度でありながら被削性を損なわせ
ないためである。次に、本発明の特に厚肉物への適応にあたつて
は、鋳鋼の熱処理時の冷却速度が遅くなり、ベイ
ナイト組織以外の組織が生成された混成組織とな
る場合があるが、本発明による第２の発明材で
は、上述の構成に加えて、Mo、Ni、Cuの各合金
元素が所定の範囲で添加されており、これらの各
合金元素の作用により、ベイナイト組織以外の組
織への変態速度を低下させて、他の組織を伴わな
いベイナイト組織としている。以下に、添加されるMo、Ni、Cuの各合金元素
の添加範囲の限定理由について説明する。まず、Moはパーライト変態を遅延させる作用
があり、特に、厚肉物のベイナイト組織化処理に
対して少量添加することは有効であるが、Moは
強い炭化物形成を促進する元素であり、0.6％を
越えて添加すると黒鉛の生成を阻害することから
0.3％〜0.6％とした。また、Ni及びCuは共に黒鉛の生成を促進し、
パーライト変態及びベイナイト変態を遅延させる
作用があることから、特に、厚肉物のベイナイト
組織化処理を容易とするために少量添加すること
は有効であるものの、過剰に添加すると球状黒鉛
鋳鋼中の黒鉛量を増加させて鋳造材料の強度を低
下させるばかりでなく経済的にも不利となること
から、Niは1.0％〜3.0％、Cuは1.0％〜2.0％とし
た。〔実施例〕以下、添付図面に基づいて、本発明の１実施例
を説明する。まず、本発明の高強度球状黒鉛鋳鋼の鋳造粗形
材は、20Kg高周波溶解炉にて溶製した後取鍋にお
いて溶鋼温度1500℃にてNi−Mg系の黒鉛球状化
剤により黒鉛球状化処理を実施し、直に、Fe−
Si系合金により接種した後溶鋼温度1450℃にて注
湯してＹブロツクを作製した。なお、球状化剤としては、Mg系黒鉛球状化剤
の他、Ca系黒鉛球状化剤、Ce系黒鉛球状化剤の
いずれであつてもよく、70％以上の黒鉛球状化率
を確保するためには、例えば、Mgの場合鋳造さ
れた鋳造粗形材中の残留Mg量を0.03〜0.06重量
％とするのが適当である。次に、上述により鋳造して形成したＹブロツク
をオーステンパ処理して基地組織をベイナイト組
織化した。その時のオーステンパ処理条件は、シリコニツ
ト炉中にて900℃×30分間保持して基地組織を一
旦オーステナイト組織とした後、直に、350℃に
保持された塩浴中に装入し100分間保持して恒温
変態を進行させて基地組織をベイナイト組織とし
た。第１表に、この実施例の５種類の本発明材と２
種類の比較材の化学成分を示している。ここで本
発明材のとは、厚肉物でのベイナイト組織化
処理を容易とするために、Mo、Ni、Cuを適量添
加したものである。また、比較材のは従来の球
状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD70）、比較材のは基
地組織をパーライト組織とした球状黒鉛鋳鋼であ
る。また、第３図に本発明材の代表的な金属組織の
顕微鏡写真を示している。

【表】次に、第２表は、第１表に示した各供試材の機
械的性質を示している。

【表】第２表から明らかなように、本発明材〜
は、引張強度、0.2％耐力、伸び、縦弾性係数、
硬さ、疲労強度のいずれにおいても、比較材及
びに比較して著しく優れた強度特性を有してい
ることが理解される。次に、上記第１表に示した各供試材に対して大
越式摩耗試験機を用いた摩擦摩耗試験を実施し
た。その試験方法の概略図を第２図に示す。第２図において、板状の試験片１に回転体２を
所定の荷重Ｐで押しつけながら、所定のすべり速
度にて所定の距離を摺動させた後、試験片１の摺
動面に形成された摩耗痕面積の大きさにより耐摩
耗性を評価した。なお、この時の摩擦摩耗試験条件は、最終荷
重；6.5Kg、すべり速度；0.5ｍ／sec、すべり距
離；100ｍとし、回転体２はJIS規格SUH1相当の
耐熱鋼により製作した。その摩擦摩耗試験結果を第１図に示す。第１図から明らかなように、本発明材〜は
いずれも従来材、に比較して、著しく優れた
耐摩耗性を有していることが理解される。〔発明の効果〕以上により明らかなように、本発明にかかる高
強度球状黒鉛鋳鋼によれば、組成をFe−Ｃ−Si
系の過共析範囲とし、組織を球状化された黒鉛と
ベイナイト組織からなる基地組織とした球状黒鉛
鋳鋼とすることによつて、従来の鉄系鋳造材料で
は確保することの困難とされていた、優れた強度
特性、耐摩耗性と優れた鋳造性を兼ね備えた鋳造
材料とすることができる利点がある。加えて、本発明の高強度球状黒鉛鋳鋼は、優れ
た強度特性及び耐摩耗性を有していることから、
内燃機関のクランクシヤフト、コネクテイングロ
ツド等の強度部材、インテークバルブシート、イ
ンテークバルブガイド等の動弁系摺動部材、さら
に、自動車の駆動部品であるデイフアレンシヤル
ケース等に好適に適用することができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、摩擦摩耗試験結果を示すグラフ、第
２図は、摩擦摩耗試験方法の概略を示す説明図、
第３図は、本発明材の金属組織の顕微鏡写真を示
す図である。１……試験片、２……回転体、Ｐ……荷重。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比率にて、Ｃ；0.5〜2.0％、Si；1.0〜3.5
％、Mn；1.0％以下、Al；0.07％以下、Mg、
Ca、Ce等の黒鉛球状化元素を黒鉛の球状化のた
めに必要な量を含有し、残部Feと不可避の不純
物からなり、基地組織をベイナイト組織としたこ
とを特徴とする高強度球状黒鉛鋳鋼。２重量比率にて、Ｃ；0.5〜2.0％、Si；1.0〜3.5
％、Mn；1.0％以下、Al；0.07％以下、Mo；0.3
〜0.6％、Ni；1.0〜3.0％、Cu；1.0〜2.0％、Mg、
Ca、Ce等の黒鉛球状化元素を黒鉛の球状化のた
めに必要な量を含有し、残部Feと不可避の不純
物とからなり、基地組織をベイナイト組織とした
ことを特徴とする高強度球状黒鉛鋳鋼。