JPH0626751B2 - 微細球状黒鉛を有する鋳鉄材料の製造方法 - Google Patents

微細球状黒鉛を有する鋳鉄材料の製造方法

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JPH0626751B2
JPH0626751B2 JP59238954A JP23895484A JPH0626751B2 JP H0626751 B2 JPH0626751 B2 JP H0626751B2 JP 59238954 A JP59238954 A JP 59238954A JP 23895484 A JP23895484 A JP 23895484A JP H0626751 B2 JPH0626751 B2 JP H0626751B2
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茂樹 田村
章義 森田
民雄 早坂
三由 佐藤
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10Making spheroidal graphite cast-iron
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/007Treatment of the fused masses in the supply runners

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は疲労強度、引張り強度などの機械的諸性質を向
上させた微細球状黒鉛を有する鋳鉄材料の製造方法に関
するものである。
(従来の技術) 球状黒鉛鋳鉄は引張り強さや伸びなどの機械的性質が優
れ鋼に近い性質を持つているため、各種機械部品や構造
材として広く使用されている。
しかして、現在の球状黒鉛鋳鉄材料は、主に冷却速度の
小さい砂型鋳造で製造されている。又、一部で行われて
いる金型鋳造も型温を高温例えば300℃以上で使用す
るために冷却速度は小さい。このため、上記従来法によ
つて球状黒鉛鋳鉄材料を製造する場合は黒鉛粒径は一般
に20μm〜100μm程度で粗大化しやすく不揃いと
なりやすい。各黒鉛粒子の間隔も又大きくなる。
(発明が解決しようとする問題点) 一方、球状黒鉛鋳鉄材料の機械的性質は球状黒鉛粒径と
密接な関係があり、従来の方法で製造した場合にはパー
ライト地の球状黒鉛鋳鉄の場合でも疲労強度は30kg/
mm2程度であり、コンロツドなどの重要保安部品などへ
の適用はなされていないのが現況である。
このため、現在鋳鉄の特徴である切削性を落とさず疲労
強度等の機械性質が向上した新しい鋳鉄材料が求められ
ている。
本発明は上記従来技術における問題点を解決するための
ものであり、その目的とするところは強度等の機械的性
質が向上し且つ切削性等の加工性も優れ製造コストの点
でも従来より有利な鋳鉄材料の製造方法を提供すること
にある。
すなわち本発明の微細球状黒鉛を有する鋳鉄材料の製造
方法は、球状黒鉛鋳鉄の溶湯に鋳込む直前に重量比でAl
及びBaを各々1〜4%含むFe−Si接種剤を所定量加えた
後、塗型を行わず且つ減圧状態とした銅合金製金型に注
入し、型温を15〜50℃に保って冷却固化させて鋳造
品中の球状黒鉛の平均粒径を5〜10μmとすることを
特徴とする。
鋳鉄溶湯にマグネシウム合金例えばFe−Si−Mgを合金等
を微量添加して黒鉛を球状化処理した後、更にAl及びBa
を各々1〜4%含むFe−Si接種剤を鋳込重量に対して所
定量例えば0.5〜1%加えて均一に溶解する。
Fe−Si接種剤中のAlが重量比で1%よりも少ないと接種
効果が小さく、球状黒鉛の平均粒径が十分小さくならな
い。又、この場合十分な接種効果を得ようとすると接種
剤の添加量を多くしなければならないので、経済的に不
利であり、それ故、1%を下限とする。
Fe−Si接種剤中のAlが重量比で4%より多くても接種効
果は飽和するので、経済上4%を上限とする。
Fe−Si接種剤中のBaの重量比についても、Alと同様の理
由で1%を下限、4%を上限とする。
次いで前記溶湯を所定の金型内に注入する。金型として
熱伝導性のよい銅合金製金型を使用するので、溶湯を急
冷することができる。又、金型内には冷却剤を流す孔を
適当数設けると更によい。冷却剤としては水、油等の通
常使用されるものを用いることができる。金型の形状、
構造等を最適に選択することにより鋳造時の型温を15
〜50℃好ましくは20〜50℃に保って鋳造品を冷却
固化させる。
鋳造時の型温が15℃よりも低いと溶湯が冷却され過ぎ
るので、減圧鋳造等の手段を講じても湯回り不良が発生
する危険がある。それ故、鋳造時の型温の下限値を15
℃とする。
反対に、鋳造時の型温が50℃よりも高いと急冷の効果
が十分得られず、球状黒鉛の平均粒径が十分小さくなら
ない。それ故、鋳造時の型温の上限値を50℃とする。
金型への注湯の際、金型には熱伝導性の低下を防ぐため
に塗型を行わない。更に溶湯が金型で急冷されることに
よって引き起こされる湯回り不良を解消するために減圧
鋳造とする。
上記工程によって、製造された鋳造品中の球状黒鉛の平
均粒径を5〜10μmとする(肉厚は例えば10mmであ
る)。
球状黒鉛の平均粒径を5μmより小さくすることは、急
冷金型を用いる本発明でも困難である。それ故、球状黒
鉛の平均粒径の下限は5μmとする。
又、球状黒鉛の平均粒径が10μmよりも大きいと、球
状黒鉛の平均粒径を小さくすることによる鋳造品の機械
的特性向上の効果が十分得られない。それ故、球状黒鉛
の平均粒径の上限は10μmとする。
球状黒鉛の平均粒径が小さくなるに従って鋳造品の機械
的特性や疲れ強さが増大するため、本発明の方法によっ
て物性の優れた鋳鉄材料が得られる。
(実施例) 以下の実施例において本発明を更に詳細に説明する。な
お、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
所定量のFe−Si−Mg合金を添加して球状化処理を施した
球状黒鉛鋳鉄の溶湯に、鋳込直前に重量比でAl及びBaを
各々1%以上含むFe−Si接種剤を鋳込重量の0.5〜1%
加えた後第1図に示す銅合金で製作された金型1に注入
した。湯口より注入された溶湯は乱流状態で湯道2を通
過する。次いで溶湯は細く切つた堰3を通過することに
より清流となつて製品キヤビテイー4内に入り、そこに
充填される。金型1は製品キヤビテイー4の近傍に複数
の水冷穴5を有し、この穴に通水することにより冷却さ
れている。溶湯は金型1内で急冷され、この際型温は5
0℃以下に保たれる。又、型内には冷却効果を上げるた
めに塗型剤を塗布しない。更ににこれにより引き起こさ
れる溶湯の湯回り不良は減圧鋳造とすることにより解決
できる。すなわち、製品キヤビテイー4の上部には押湯
6を付け、そのまわりに減圧スリツト7を切つてあり、
更に減圧スリツト7は減圧穴8に通じている。減圧穴よ
り真空ポンプをひくことによりキヤビテイ内全体を減圧
状態とした後溶湯を注入する。
第2図に第1図のA−A線に沿つた断面を示す。
従来法との比較試験: 第3図及び第4図に本発明の方法及び従来の方法によつ
て製造した肉厚5mmの鋳物についての接種剤添加量と平
均黒鉛粒径との関係を示す。第3図及び第4図より明ら
かなように、通常のFe−Si接種に比べるとAl−Baを含む
Fe−Si接種の方が同一接種量でも黒鉛粒径が小さくな
る。しかしSKD61材(JIS規格)で作られた金型を用
いた場合には通常のFe−Si接種及びAl−Baを含むFe−Si
接種ともに平均黒鉛粒径は15μm程度であつた。しか
し本発明の方法における冷却金型を用いることにより、
Fe−Si接種で10μm程度、Al−Baを含むFe−Si接種で
5μm程度の平均黒鉛粒径を得ることができた。
平均黒鉛粒径と機械的性質との関係: 平均黒鉛粒径を従来よりも微細にすることにより鋳造品
の機械的性質がどの程度向上するかを調べた。第5図に
結果を示す。試験試料は成分としてC=3.5〜3.8重量
%、Si=2.5〜3.0%を含み、熱処理930℃、炉冷フエ
ライト処理したものを用いた。鋳造品の硬度、伸び及び
引張り強さはともに黒鉛粒径が微細になることにより向
上した。又、砂型や従来使用されている金型を用いた鋳
造品に比べて極めて高い値を示した。
平均黒鉛粒径と疲れ強さとの関係: 第6図より明らかなように、鋳造品中の平均黒鉛粒径が
より小さくなれば疲れ強さが向上することがわかる。特
に平均黒鉛粒径が30μm以下となると疲れ強さが急激
に増大する。又、鋳造に用いる型の種類によつて鋳造品
中の平均黒鉛粒径が異なり、砂型と金型とでは明確な相
違が認められ、金型においても急冷金型を用いると更に
効果が大きい。
金型の種類による金属組織の相違: 第7図〜第10図に従来法による砂型と本発明の方法に
よる急冷金型とを用いて製造した鋳造品の顕微鏡写真を
示す。鋳鉄としてはねずみ鋳鉄(FC)及び球状黒鉛鋳
鉄(FCD)を使用し肉厚10mm、炭素当量(CE)=
4.1、Fe−Si接種により鋳造した。なお、炭素当量(C
E)は下記式(1)により算出した。
CE=C(wt%)+1/3・Si(wt%)(1) 図より急冷金型を用いた場合の方が緻密な組織が得られ
ることが判る。
接種剤の接種量による金属組織の変化: 第11図〜第14図に本発明の方法においてAl−Baを含
むFe−Si接種剤の接種量を変化させた場合の鋳造品の顕
微鏡写真を示す。なお、鋳造においては黒鉛の球状化剤
としてMgを0.025重量%添加し、肉厚10mmとしフエラ
イト化熱処理した。図より明らかなように接種量が多く
なるにしたがつて組織がより緻密になつてくるのが判
る。
(発明の効果) 上述のよに本発明の鋳鉄材料の鋳造方法は、Al−Baを含
む接種剤と銅合金による急冷金型を減圧鋳造時に用いる
ことにより極めて微細な平均粒径を有する球状黒鉛鋳鉄
材料を得ることが可能であり、肉厚20mm程度に厚くな
つても同様の性状のものが得られる。
このため切削性を低下させることなく、引張り強さ、硬
度、疲れ強さ等の機械的性質を大幅に向上させることが
できる。
又、鋳造中型温を従来よりも低く保つので熱疲労による
型の割などを防止でき、このため現在の金型鋳造の最大
の問題点である型寿命を大幅に延長させることができ低
コスト化を計ることができる。
更に優れた物性を有する鋳鉄材料が容易に得られるので
機械材料や構造材料としても鋳鉄材料の適用範囲を広げ
る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に用いる金型の一例のパーテイン
グラインより見た正面図、 第2図は第1図のA−A線に沿つた断面図、 第3図及び第4図は各々本発明の方法による急冷金型及
び従来のSKD金型を用いた場合の接種剤の接種量と鋳
造品中の平均黒鉛粒径との関係を示す図、 第5図は本発明の方法を用いて製造した鋳造品中の平均
黒鉛粒径と引張り強さ、硬度及び伸びとの関係を示す
図、 第6図は各種鋳造型を用いて製造した鋳造品中の平均黒
鉛粒径と疲れ強さとの関係を示す図、 第7図〜第10図は砂型及び急冷金型を用いて製造した
鋳造品の金属組織の顕微鏡写真、 第11図〜第14図は本発明の方法において接種剤の接
種量を変化させた場合の鋳造品の金属組織の顕微鏡写真
である。 図中、 1……金型、2……湯道、3……堰 4……製品キヤビテイー、5……水冷穴 6……押湯、7……減圧スリツト、8……減圧穴
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 三由 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−114570(JP,A) 特開 昭59−56944(JP,A) 特開 昭60−9572(JP,A) 特公 昭56−39363(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】球状黒鉛鋳鉄の溶湯に鋳込む直前に重量比
    でAl及びBaを各々1〜4%含むFe−Si接種剤を所定量加
    えた後、塗型を行わず且つ減圧状態とした銅合金製金型
    に注入し、型温を15〜50℃に保って冷却固化させて
    鋳造品中の球状黒鉛の平均粒径を5〜10μmとするこ
    とを特徴とする微細球状黒鉛を有する鋳鉄材料の製造方
    法。
JP59238954A 1984-11-13 1984-11-13 微細球状黒鉛を有する鋳鉄材料の製造方法 Expired - Lifetime JPH0626751B2 (ja)

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