JPH0742541B2

JPH0742541B2 - 超微細黒鉛含有鋳鉄成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH0742541B2
Application number: JP4218200A
Authority: JP
Inventors: 和夫安江; 敏幸西尾
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0641674A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超微細黒鉛含有鋳鉄成形
体の製造方法に関するものである。さらに詳しくいえ
ば、本発明は、黒鉛が均一かつ超微細に地組織中に分散
された切削性及び耐摩耗性の良好な鋳鉄の成形体を製造
する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳鉄においては、その中に存在す
る黒鉛を均一かつ微細に分散させると、切削性が向上
し、かつ切削面が平滑となる上、耐摩耗性や引張り強度
が著しく改善されることが知られている。

【０００３】エアコン用コンプレッサーシリンダーは、
切削加工段階で、高価な刃物を使用するブローチ加工が
行われるため、切削性はコストと生産性の両面で極めて
重要となる。また、この部品では高い耐摩耗性も同時に
要求される。このような切削性や耐摩耗性が要求される
部材には、これまで共晶黒鉛鋳鉄が用いられてきた。こ
の共晶黒鉛鋳鉄の製造方法としては、通常、熱伝導性の
良好な金型を用い、鋳鉄の凝固時の冷却速度を大きくす
るとともに、ケイ素含有量を２．５〜３．０重量％と一
般の鋳鉄よりも高くして黒鉛を微細化させ、かつチル化
を減少させる方法が用いられている。

【０００４】しかしながら、この方法においては、冷却
能の大きい金型を用いるので、完全にチル発生を抑える
ことができず、鋳造後フェライト焼鈍が行われる。ま
た、金型鋳型を用いても鋳鉄の肉厚が大きい場合には、
凝固時に鋳鉄の中心部まで急冷することは不可能で、中
心部の黒鉛は大きく成長する。したがって、中心部まで
共晶黒鉛を得るには、板状の鋳鉄で厚さが２０ｍｍ、丸
棒で直径２５ｍｍが限界といわれている。もちろん黒鉛
微細化能が大きいチタンを合金元素として添加すると、
より肉厚鋳鉄でも共晶状黒鉛となるが、この場合、チタ
ンは硬くて脆い炭化物や窒化物を形成し、切削性がそこ
なわれるため、その添加量には限界がある。また、耐摩
耗性が要求される場合には、地組織をパーライト地とす
ることが望ましいが、ケイ素含有量が普通の鋳鉄よりも
高いため、焼準を行っても耐摩耗性を改善する程のパー
ライト量を得ることは困難な場合が多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の共晶黒鉛鋳鉄における各種問題点を克服し、従来
の共晶黒鉛鋳鉄よりも、黒鉛がさらに均一かつ微細に地
組織中に分散したパーライト地から成る、切削性及び耐
摩耗性に優れた鋳鉄成形体を肉厚に左右されず、効率よ
く製造する方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、黒鉛化元素で
あるケイ素の含有量を少なくし、実質上他の黒鉛化元素
を含まず、かつ遊離炭素を含まない程度に急速凝固させ
た所定量の炭素を含有する鋳鉄粉末を、所定の温度で焼
結させると同時に黒鉛化を起こさせることにより、その
目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、炭素含有量２〜６重
量％及びケイ素含有量０．８重量％以下の原料鉄融成物
を急速霧化凝固して、実質上、黒鉛及び遊離炭素を含ま
ない鋳鉄粉末を形成させ、次いでこれを所要の形状に成
形したのち、非酸化雰囲気中、８００〜１０００℃にお
いて１〜３時間焼成することを特徴とする超微細黒鉛含
有鋳鉄成形体の製造方法を提供するものである。

【０００８】本発明方法においては、先ず、通常入手さ
れる原料鉄を融解し、ガスアトマイズ法や水アトマイズ
法などによって鋳鉄粉末を調製する。この際に用いる原
料鉄中の炭素含有量は２〜６重量％の範囲で選ばれる。
炭素含有量の上限は、理論的にはＦｅ₃ Ｃの炭素含有量
である６．６８重量％まで可能であるが、冷却速度の点
から遊離黒鉛が晶出しないような炭素量でなければなら
ず、本発明においては６重量％を上限とする。また、炭
素含有量が２重量％未満では、黒鉛化後に十分な黒鉛量
が得られず、切削性や耐摩耗性に優れた鋳鉄とならな
い。また、この原料鉄中のケイ素含有量は０．８重量％
以下であることが必要である。ケイ素は黒鉛化元素であ
るため、その含有量が０．８重量％を超えると遊離黒鉛
が生じやすくなる。特にガスアトマイズ法により急速凝
固する場合は冷却速度が遅いためにこの傾向が強い。ま
た、ケイ素以外の他の黒鉛化元素は実質上含有しないこ
とが必要である。ここで、実質上含有しないとは、全く
含有しないか、不純物程度は含有してもよいことを意味
する。

【０００９】また、水アトマイズ法により急速凝固する
と、粉末の酸化量が大きく、生成する粉末中に０．７重
量％程度の酸素が含まれるが、後の焼結過程で炭素還元
されるので、ほとんど問題とならない。鋳鉄粉末製造方
法としては、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法のいず
れも用いることができるが、水アトマイズ法の方が好適
である。

【００１０】次に、前記鋳鉄粉末を適当な金型に入れて
成形を行う。この際、該鋳鉄粉末は金属間化合物Ｆｅ₃
Ｃが主成分であるため、通常の鋳鉄粉末に比べて流動性
が悪く、したがって、パラフィン、セチルアルコール、
ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を数重量％程度添加する
のが望ましい。

【００１１】次いで、このようにして得られた成形体
を、８００〜１０００℃の範囲の温度において、真空下
又は不活性雰囲気下で１〜３時間程度焼成を行い、焼結
させると同時に黒鉛化を起こさせる。従来、本発明のよ
うに、ケイ素などの黒鉛化元素をほとんど含有しない場
合、このような短い焼結時間で黒鉛化させることは不可
能であると考えられてきた。例えば、１重量％程度のケ
イ素を含有する可鍛鋳鉄の場合でも、黒鉛化させさらに
パーライト化焼準を完了させるためには、９００〜１０
００℃の温度で、１００時間以上は必要とされている。

【００１２】しかしながら、本発明方法において、急速
凝固粉末を用いると、３０分程度でほとんどのＦｅ₃ Ｃ
は分解し、地組織はパーライトとなり、また、可鍛鋳鉄
のように共析温度付近を徐冷しなくても容易にパーライ
ト地が形成される。さらに、可鍛鋳鉄の熱処理後の金属
組織は、フェライト＋黒鉛、あるいはパーライト＋黒鉛
となり、黒鉛は１００倍の顕微鏡観察でも容易に識別で
きる大きさである。これに対し、本発明による焼結材の
光学顕微鏡による５００倍の観察結果では、パーライト
地だけで黒鉛は観察されないにもかかわらず、Ｘ線回折
の結果では、黒鉛のピークが認められる。成形、焼結前
の鋳鉄粉末の段階では黒鉛のピークは存在しない。した
がって、本発明方法で得られた鋳鉄においては、黒鉛は
従来の製造方法では得られないほど、地組織中に均一か
つ微細に分散しているということができる。

【００１３】前記したように、本発明方法においては、
３０分程度で炭化物は分解するが、これでは焼結反応が
不十分であり、多数の空孔が存在するため、密度を上昇
させるにはさらに焼結時間が必要であので、少なくとも
１時間焼結する必要がある。ここで、鋳鉄粉末中にケイ
素などの黒鉛化元素が多量に存在すると黒鉛化が促進さ
れるため、焼結に先だって未焼結部分の粉末粒界に黒鉛
が析出し、焼結が妨げられると同時に、これが黒鉛核と
なって黒鉛の成長が起こる。さらに、未焼結部分の空孔
にも黒鉛が析出して、均一かつ微細分布とすることが困
難となる。したがって、黒鉛化元素はできるだけ少量に
しなければならず、特にケイ素は０．８重量％以下にす
ることが必要である。

【００１４】このようにして得られた焼結材は極めて軟
らかく、例えばパーライト地の黒心可鍛鋳鉄の硬度がＨ
_RBで８０〜１００であるのに対し、本発明による焼結材
ではＨ_RBで２０以下であり、冷間での押し出しや圧延な
どが容易にできる。この性質は、黒鉛が均一かつ微細に
分散しているために、粒界すべりが容易になることに基
づくものである。

【００１５】以上のように、本発明方法によってまず一
次素材を得、次いでこれに圧延、押し出し、熱処理など
の後加工処理を施せば、通常の鋳造では実現できないよ
うな均一かつ微細な黒鉛を含有する材料の製造が可能と
なる。また、本発明方法によると、製品の肉厚に関係な
く、地組織も完全にパーライトとなる。ただし、焼結時
間３時間を超えると析出した黒鉛は次第に大きくなり、
フェライトの量も増加するので、焼結時間は３時間まで
にする必要がある。

【００１６】

【発明の効果】本発明方法によると、黒鉛が均一かつ微
細に地組織中に分散して成る、切削性及び耐摩耗性に優
れ、かつパーライト地が容易に得られる鋳鉄を、肉厚に
関係なく製造することができる。

【００１７】

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。

【００１８】実施例水アトマイズ法により製造された平均粒径３０〜４０μ
ｍの鋳鉄粉末を用いた。このものの化学組成は炭素４．
２９重量％、ケイ素０．２４重量％、酸素０．７２重量
％であった。

【００１９】前記鋳鉄粉末にセチルアルコール２重量％
を加えよく混練したのち、成形圧力１８ｋｇ／ｃｍ² で
直径８ｍｍ、長さ１２ｍｍの丸棒を成形した。次いで、
これを真空中にて９５０℃で１．５時間焼成し、焼結体
を得た。この焼結体は密度が６．８ｇ／ｃｍ³ であり、
また５００倍で光学顕微鏡観察を行ったところ、地組織
はパーライトであったが、この程度の倍率では黒鉛は観
察されなかった。しかしながら、Ｘ線回折を行ったとこ
ろ、黒鉛のピークが明瞭に観察された。なお、成形、焼
結前の粉末自体は黒鉛のピークが観察されなかった。

【００２０】このようにして得られた焼結材は、パーラ
イト地であるにもかかわらず、硬度がＨ_RBで１５〜２０
と極めて軟らく展延性に富んだものであった。また、引
張り強さも１０ｋｇ／ｍｍ² 程度で弱かった。そこで、
２０％の冷間圧延を行い、次いで、９００℃で０．５時
間保持したのち空冷した。このものの引張り強さとピン
‐ディスク型摩耗性試験機により耐摩耗性を調べたとこ
ろ、引張り強さは３８ｋｇ／ｍｍ² と大幅に改善され
た。また、摩擦速度２ｍ／ｓｅｃ、接触圧力１２ｋｇ／
ｃｍ² の乾燥摩耗における耐摩耗性は、ＦＣ２０程度の
普通鋳鉄に比べ約１０倍を示した。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素含有量２〜６重量％及びケイ素含有
量０．８重量％以下の原料鉄融成物を急速霧化凝固し
て、実質上、黒鉛及び遊離炭素を含まない鋳鉄粉末を形
成させ、次いでこれを所要の形状に成形したのち、非酸
化雰囲気中、８００〜１０００℃において１〜３時間焼
成することを特徴とする超微細黒鉛含有鋳鉄成形体の製
造方法。
【請求項２】原料鉄融成物を水アトマイズ法により急
速霧化凝固する請求項１記載の製造方法。