JPH07145444A

JPH07145444A - 高強度球状黒鉛鋳鉄

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Publication number: JPH07145444A
Application number: JP5293189A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kato; 昭司加藤
Original assignee: WING KINZOKU KK
Current assignee: WING KINZOKU KK
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1995-06-06
Also published as: TW390910B

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、鋳放しの材料で、高い引張強さと
伸びを有し、かつ、高いヤング率と良好な被削性を有す
る高強度球状黒鉛鋳鉄を提供することを可能にすること
を目的としている。【構成】重量％で、炭素３．０〜３．８％，硅素２．
０〜２．６％，マンガン０．２〜０．６％，燐０．０２
％以下，硫黄０．０３％以下，マグネシウム０．０３％
〜０．０６％，ニッケル０．８〜１．２％，銅０．８〜
１．２％，モリブデン０．４〜１．０％を含有し、残部
が実質的に鉄からなる高強度球状黒鉛鋳鉄。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳放しで高強度高靱性
を有する高強度球状黒鉛鋳鉄に関するものであり、鋳
鋼、鍛鋼、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄および球状黒鉛鋳
鉄の代替材料として期待されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳鋼、鍛鋼、および鋳鉄が、自動
車、産業機械、および建設機械の部品として広く使用さ
れている。近年これら機械の性能が上がるに伴い、形状
がより複雑で高強度かつ高靱性を有する部品材料が望ま
れてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高強度
かつ高靱性を示す鍛鋼或いは鋳鋼においては、溶湯の特
性上、複雑な形状を得るのは難しく、かつ、製造コスト
が高いといった問題がある。また、球状黒鉛鋳鉄は、比
較的複雑な部品の形状に対応して高い自由度を提供する
が、従来の鋳放しの材料では、JIS G5502 のFCD800の規
格で要求されている引張強さ：８００（Ｎ／ｍｍ²）以
上、伸び：２（％）以上に対応する機械的性質が得られ
ないといった問題がある。

【０００４】また、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄は、熱処
理によるコストの上昇、ヤング率の低下および残留オー
ステナイトの加工誘起マルテンサイトに起因する被削性
の低下が問題となっている。

【０００５】本発明に係る高強度球状黒鉛鋳鉄は、上記
課題を解決する如く、鋳放し材料で高い引張強さと伸び
を有し、かつ、高いヤング率と良好な被削性を有する高
強度球状黒鉛鋳鉄を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度球状
黒鉛鋳鉄は、重量％で、炭素（Ｃ）：３．０〜３．８
％，硅素（Ｓｉ）：２．０〜２．６％，マンガン（Ｍ
ｎ）：０．２〜０．６％，燐（Ｐ）：０．０２％以下，
硫黄（Ｓ）：０．０３％以下，マグネシウム（Ｍｇ）：
０．０３〜０．０６％，ニッケル（Ｎｉ）：０．８〜
１．２％，銅（Ｃｕ）：０．８〜１．２％，モリブデン
（Ｍｏ）：０．４〜１．０％を含有し、残部が実質的に
鉄（Ｆｅ）からなることを特徴とするものである。

【０００７】また、前記高強度球状黒鉛鋳鉄にビスマス
（Ｂｉ）：２０〜１００ｐｐｍと、前記ビスマス量に対
して希土類元素（ＲＥ）を０．５〜１の割合で含有させ
たことを特徴とするものであり、上述したようにＮｉ，
Ｃｕ，Ｍｏを少量適切な量比で合金化し、あるいは、さ
らにＢｉおよびＲＥを球状化処理時および／または接種
時に添加するものである。

【０００８】

【作用】本発明に係る高強度球状黒鉛鋳鉄は、フェライ
トを残して緻密な盤状および／または針状のパーライト
から構成される基地組織を有することにより、高い強度
と延性が同時に得られるものである。このような基地組
織を得るためにＮｉ，ＣｕおよびＭｏを合金化させる。
これ等の元素は、鋳鉄に良好な焼入れ性を提供し、鋳鉄
の肉厚感受性を鈍くさせ、均一な基地を得るのに必要不
可欠である。また、同時にパーライト基地の促進と安定
に寄与する元素でもある。

【０００９】Ｎｉは、球状黒鉛の近傍の基地中に濃化
し、共析変態温度域を通過するときオーステナイト基地
中に含有される炭素の黒鉛粒への析出を抑制し、室温で
の基地をパーライトにするが、黒鉛近傍はフェライト化
元素であるＮｉの濃縮によりフェライト基地を残存させ
ることが出来る。尚、Ｎｉが０．８％未満では、良好な
伸びが得られず、反対にＮｉが１．２％を越えると機械
的性質の増大は認められずコスト高になることから前記
Ｎｉ含有率の範囲を設けるものである。

【００１０】Ｍｏは、鋳物とした場合の肉厚変化を考慮
し、基地を均一にするために添加するものである。上限
を１．０％としたのは、これを越えると共晶セル境界部
に炭化物が生成され機械的性質、特に延性に悪影響を与
えると共に被削性を損なわせるからである。他方、下限
を０．４％としたのは、これ未満では良好な伸びが得ら
れないからである。

【００１１】Ｃｕは、Ｎｉと略同じような作用によりパ
ーライト基地を促進させるが、Ｎｉに比べてパーライト
を緻密にする作用を有する。また、Ｎｉに比べて安価で
あり、Ｎｉの代替元素として使用することが多い。尚、
１．２％を越える合金化は延性を著しく低下させ、か
つ、被削性を悪くするため、これを上限とした。他方、
下限を０．４％としたのは、これ未満では良好な伸びが
得られないからである。

【００１２】ＮｉおよびＣｕの複合添加は、夫々の元素
が有する欠点を補うものであり、安価で最適な機械的性
質、ヤング率および被削性が得られる経済的な理由から
である。

【００１３】ＣおよびＳｉは、一般的な球状黒鉛鋳鉄の
化学組成であり、含有率が上記範囲を外れると鋳造性、
引け傾向およびチル化傾向などの溶湯性状に悪影響を及
ぼすことから前記範囲を夫々設けるものである。

【００１４】Ｍｎの上限を０．６％としたのは、これを
越えるとパーライト安定化元素であるＭｎが共晶セル境
界に強く偏析し、基地の成分を不均一にすると共に炭化
物を作り鋳鉄の延性を著しく低下させるためである。

【００１５】Ｐは、融点が低く最終凝固部すなわち共晶
セル境界に濃化してステダイトを生成させ延性を低下さ
せるため、０．０３％以下とした。

【００１６】Ｓは、球状化阻害元素の一つであり、経済
的に球状黒鉛鋳鉄が得られる０．０３％以下とした。

【００１７】Ｂｉは、黒鉛粒数を増大させ共晶セル境界
部に濃化し基地組織および機械的性質に悪影響を及ぼす
ＭｎおよびＭｏの副作用を緩和させる。ただし、上限１
００ｐｐｍを越えると球状化阻害作用が優位となり、機
械的性質を著しく低下させるので上記範囲を設けるもの
である。

【００１８】ＲＥは、球状化率のフェーディングを防止
し、かつ、Ｂｉの球状化阻害作用を緩和させるために必
要である。Ｂｉとの比が１を越えるとＢｉが黒鉛粒数を
増大させる作用を抑制し、反対に０．５未満ではＢｉの
球状化阻害作用を回避できないことから前記ＲＥの範囲
を設けるものである。

【００１９】

【実施例】表および図を用いて本発明に係る高強度球状
黒鉛鋳鉄の一実施例を具体的に説明する。文中に示す第
１表は本発明の高強度球状黒鉛鋳鉄材と従来の比較材と
の材質試験の結果を示した表、第２表は本発明の高強度
球状黒鉛鋳鉄材と従来の比較材で夫々製造したドリル刃
の主切れ刃部逃げ面摩耗幅を示した表である。また、図
１は第２表の摩耗面を示す外観図である。

【００２０】

【表１】

【００２１】｛第１実施例｝上記の第１表に示す供試材
で本発明材１は、３００ｋｇ容量の高周波誘導炉を用い
てFCD500相当の溶湯を溶製し、これに適量のＮｉ，Ｃｕ
およびＭｏを添加した後、８％Ｍｇ含有の球状化処理合
金１％添加のサンドウィッチ法による黒鉛球状化処理お
よび後期接種処理された溶湯を有機自硬性鋳型に注湯
し、JIS G5502Kb 号形供試材を作製したものである。

【００２２】本発明材１として得られた供試材の化学成
分分析結果は、Ｃ：３．２％，Ｓｉ：２．５５％，Ｍ
ｎ：０．５２％，Ｐ：０．０２％，Ｓ：０．０１０％，
Ｎｉ：１．１９％，Ｃｕ：１．０７％，Ｍｏ：０．５８
％で、残部はＦｅその他不可避不純物であった。この本
発明材１の機械的性質およびヤング率を第１表の本発明
材１の欄に示す。

【００２３】｛第２実施例｝第１表に示す供試材で本発
明材２は、第１実施例の設備および同様な手順でかつ化
学組成を変化させて作製したものである。本発明材２と
して得られた供試材の化学成分分析結果は、Ｃ：３．７
０％，Ｓｉ：２．３３％，Ｍｎ：０．３４％，Ｐ：０．
０２５％，Ｓ：０．０２２％，Ｍｇ：０．０５５％，Ｎ
ｉ：０．９５％，Ｃｕ：０．８５％，Ｍｏ：０．４４％
で、残部はＦｅその他不可避不純物であった。この本発
明材２の機械的性質およびヤング率を第１表の本発明材
２の欄に示す。

【００２４】｛第３実施例｝第１表に示す供試材で本発
明材３は、１ｔ容量の高周波誘導炉を用いて、FCD500相
当の溶湯を溶製し、これに適量のＮｉ，ＣｕおよびＭｏ
を添加した後、ＢｉおよびＲＥを含有する５％Ｍｇ−Ｆ
ｅ−Ｓｉ含有の球状化処理合金１．５％添加のサンドウ
ィッチ法による黒鉛球状化処理後、後期接種材０．３％
を添加する接種処理を施した後、自硬性砂型に鋳込み、
JIS G5502Kb 号形供試材を作製したものである。

【００２５】本発明材３として得られた供試材の化学成
分分析結果は、Ｃ：３．７５％，Ｓｉ：２．３９％，Ｍ
ｎ：０．２６％，Ｐ：０．０３％，Ｓ：０．０２％，Ｍ
ｇ：０．０６０，Ｎｉ：１．０８％，Ｃｕ：１．０１
％，Ｍｏ：０．８２％，Ｂｉ：０．００２％，ＲＥ：
０．００２％で、残部はＦｅその他不可避不純物であっ
た。この本発明材３の機械的性質およびヤング率を第１
表の本発明材３の欄に示す。

【００２６】｛第４実施例｝第１表に示す供試材で本発
明材４は第３実施例の設備および同様な手順でＭｏの添
加量を変化させ、接種剤と金属Ｂｉ：０．０１％および
ＲＥ−Ｓｉ合金を０．０７％同時に添加する後期接種を
施して作製したものである。

【００２７】本発明材４として得られた供試材の化学成
分分析結果は、Ｃ：３．７３％，Ｓｉ：２．３８％，Ｍ
ｎ：０．２１％，Ｐ：０．０３％，Ｓ：０．０２％，Ｍ
ｇ：０．０６，Ｎｉ：１．０８％，Ｃｕ：１．００％，
Ｍｏ：０．４９％，Ｂｉ：０．００８％，ＲＥ：０．０
０５％で、残部はＦｅその他不可避不純物であった。こ
の本発明材４の機械的性質およびヤング率を第１表の本
発明材４の欄に示す。

【００２８】また、本発明材４と比較材２（FCD1000A相
当材）との被削性の比較結果を以下に示す第２表および
図１に示す。第２表および図１に示した被削性の比較
は、本発明材４と比較材２の夫々でドリル刃を形成し、
その主切れ刃部逃げ面の摩耗幅を測定した値、並びにそ
の摩耗状態によって比較するものである。

【００２９】

【表２】

【００３０】先ず、第１表より、前記本発明材１〜４が
比較材１（鋳放し球状黒鉛鋳鉄FCD800相当材）に比べ高
い引張強さおよび耐力と良好な伸びを有しているのが分
かる。また、ヤング率は、熱処理により強靱化された比
較材２（FCD1000A相当材) に比べ高い値を示しているの
が分かり、本発明材１〜４の優れた特徴が明らかになっ
ている。

【００３１】また、第２表および図１より、本発明材４
は略同じ硬さを有する比較材２に比べ、ドリル切れ刃部
分の摩耗量が少なく良好な被削性を有していることが分
かる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る高強度球状黒鉛鋳鉄は、上
述の如くＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏを少量適切な量比で合金化
し、あるいは、さらにＢｉおよびＲＥを球状化処理時お
よび／または接種時に添加することにより、引張強さ９
００（Ｎ／ｍｍ²）以上，伸び４％以上の引張特性，さ
らに１６９，０００（Ｎ／ｍｍ²）以上のヤング率を鋳
放しで得られるものである。

【００３３】従って、鋳放しの材料で、JIS G5502 のFC
D800の規格に合致することは基より、従来の鋳放し球状
黒鉛鋳鉄には無い高い引張強さと伸びを有する。また、
オーステンパ球状黒鉛鋳鉄に比べて高いヤング率と良好
な被削性を示し、かつ、製造コストが廉価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第２表の摩耗面を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、炭素………………（Ｃ）：３．０〜３．８％と、硅素……………（Ｓｉ）：２．０〜２．６％と、マンガン………（Ｍｎ）：０．２〜０．６％と、燐…………………（Ｐ）：０．０２％以下と、硫黄………………（Ｓ）：０．０３％以下と、マグネシウム…（Ｍｇ）：０．０３〜０．０６％と、ニッケル………（Ｎｉ）：０．８〜１．２％と、銅………………（Ｃｕ）：０．８〜１．２％と、モリブデン……（Ｍｏ）：０．４〜１．０％と、を含有し、残部が実質的に鉄（Ｆｅ）からなることを特
徴とする高強度球状黒鉛鋳鉄。
【請求項２】前記請求項１記載の高強度球状黒鉛鋳鉄
に、ビスマス（Ｂｉ）：２０〜１００ｐｐｍと、前記ビスマス量に対して希土類元素（ＲＥ）を０．５〜
１の割合で含有させたことを特徴とする高強度球状黒鉛
鋳鉄。