JPH11108159A

JPH11108159A - 球状黒鉛鋳鉄製車

Info

Publication number: JPH11108159A
Application number: JP27305797A
Authority: JP
Inventors: Kohei Imanishi; 幸平今西; Yoshimi Kiyama; 善美木山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳物の表層部に砂噛みやノロ噛みが発生して
も破壊しにくい球状黒鉛鋳鉄製車を提供すること。【解決手段】中心部にボスを、外周部に輪を配設し、
ボスと輪をディスクまたはスポークで連結して一体に形
成した車とする。更に、少なくともディスクまたはスポ
ークの表層部の基地組織をフエライト層、内部の基地組
織をパーライト層とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基地組織に於て表
層部がフエライト層、内部がパーライト層で形成された
球状黒鉛鋳鉄製車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄製車は鋼製車に比べて一般に鋳造性
が良く、機械加工時の切削性に優れ、価格が安価である
ことから、各種機械、装置等にプーリー、歯車、シー
ブ、Ｖベルト車等として幅広く使用されている。またこ
のような鋳鉄を材質的にみてみると、片状黒鉛鋳鉄（以
下ＦＣと略称する）、コンパクト・バーミキュラ黒鉛鋳
鉄（以下ＣＶと略称する）、球状黒鉛鋳鉄（以下ＦＣＤ
と略称する）と低硬度の材質から、高硬度、高強度の材
質まで広範囲の対応が可能である。しかしながら、ＦＣ
は機械的強度が低いばかりか靭性（伸び）、耐摩耗性に
も劣るため、高強度や高速機械用には適しない。また、
ＣＶはＦＣに比べて黒鉛の形状が芋虫状であることから
ＦＣよりも機械的強度は高いが靭性が乏しいため、使用
範囲にも限度がある。一方、ＦＣＤは特に靭性を必要と
する場合には基地組織がフエライト系のＪＩＳ・ＦＣＤ
３５０やＦＣＤ４００等が使用され、また高強度を必要
とする場合には基地組織がパーライト系のＪＩＳ・ＦＣ
Ｄ７００やＦＣＤ８００が使用され、種々の機械や自動
車等の鋳物部品としても広く用いられている。

【０００３】近年各種機械や装置においては益々高速、
高性能化が求められ、剛性を要する重要な鋳物部品は引
張強さ、靭性、耐摩耗性等が揃って良好であることが要
求されている。特に高い機械的強度が求められる部品に
はＪＩＳ・ＦＣＤ７００前後の材質が採用され、パーラ
イト系の基地組織であるため耐摩耗性についても優れて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら機械的性
質として引張強さと伸びの関係は逆比例的関係があり、
ＪＩＳ規格Ｇ５５０２にも定められているように、例え
ばＦＣＤ３５０の場合引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ²以上
で伸びは２２％以上である。ＦＣＤ７００の場合は引張
強さが７００Ｎ／ｍｍ²以上で伸びは２％以上と成って
おり、ＦＣＤ７００近傍の材質ではきわめて靭性に劣る
ことが知られている。

【０００５】このようなＦＣＤ７００近傍の材質を歯車
やシーブ等に採用すると引張強さや耐摩耗性は十分であ
るが靭性や曲げ特性に劣ることになり、特に球状黒鉛鋳
鉄製車のボスと外周部の輪を連結しているディスクまた
はスポーク部の鋳物肌表面近傍に砂噛みやノロ噛み等が
鋳物の欠陥として発生した場合に、切り欠きの作用をし
て破壊の原因となることがある。逆に靭性を優先させた
ＦＣＤ３５０のごとき材質にすると、引張強さや耐摩耗
性が低下し、これを補うためには必要以上に厚肉とせざ
るを得ず、原価高や重量増加の原因となる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
者らは、表層部の基地組織と内部の基地組織が異なる部
材で、球状黒鉛鋳鉄製車を提供することに想到した。

【０００７】まず中心部にボスを、該ボスの中心と同心
となるように外周部に輪を配設し、ボスと輪をディスク
またはスポークで連結して一体に形成した車とする。次
に、少なくともディスクまたはスポークの表層部の基地
組織をフエライト層、内部の基地組織をパーライト層で
形成した球状黒鉛鋳鉄製車とする。フエライト層は硬度
が低く、靭性、曲げ特性に優れているので、表層部の強
靭性が大である。フエライト層であるため軟らかく、鋳
物肌表面近傍に砂噛みやノロ噛み等が発生しても切り欠
きの作用を緩和する。また、内部はパーライト層である
ため十分な引張強さが得られる。フエライト層とパーラ
イト層の２層構造であるため、球状黒鉛鋳鉄製車に要求
される理想的な機械的性質に対応可能である。

【０００８】次に、外周部の輪に歯形または溝を形成す
る。歯形を設けるとその形状により種々の歯車が製作可
能である。または、溝を形成する。溝形状はロープ用、
Ｖベルト用等必要な形状とすることにより種々のプーリ
ーやシーブ等が製作可能である。このような歯形または
溝形状は球状黒鉛鋳鉄で車を製作後、機械加工で形状出
しをすれば表層部のフエライト層が削り落とされ、表面
をパーライト層とすることができる。パーライト層とす
ることにより歯形または溝形状部の硬度が高くなり、耐
摩耗性が十分となる。

【０００９】表層部のフエライト層の厚さは０．２ｍｍ
以上に形成する。０．２ｍｍ未満では鋳物肌面の砂噛み
等の影響を緩和するのが不十分である。好ましくは０．
５ｍｍ以上であり、特に望ましくは１．０ｍｍ以上であ
る。

【００１０】また、表層部のフエライト層のフエライト
化率を６０％以上に形成する。ここでの「フエライト化
率」とは基地中に占めるフエライト相の割合をいう。な
お、表層部の基地の残部はほとんどがパーライト相であ
る。フエライト化率が６０％未満ではパーライトの影響
により表面の硬度が十分に低下しない。好ましいフエラ
イト化率は７０％以上であり、特に望ましくは８０％以
上である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例により何等限定される
ものではない。

【００１２】

【実施の形態１】図１及び図２は本発明の一実施例であ
る。図１は本発明の球状黒鉛鋳鉄製車１であるＶプーリ
ーの正面図であり、図２は図１の断面Ａ−Ａ部の拡大断
面図である。また、図３はディスク４の表層部５から内
部６へ向かってのミクロ組織写真を、図４はＶ溝表面８
部のミクロ組織写真を示したものである。

【００１３】まず、球状黒鉛鋳鉄製車（Ｖプーリー）１
の主要形状は、中心部にボス２を配し、ボス２の中心と
同心となるように外周部に輪３を配設した。更にボス２
と輪３はディスク４で一体構造に形成した。溝７は後工
程で機械加工で削り出すために、鋳造時の素材形状とし
ては余肉で埋めた形状とした。

【００１４】次に、砂型を用いて鋳型を製作し、球状黒
鉛鋳鉄の溶湯を鋳型に注入した。このようにしてＶプー
リー１の素材を鋳造後、鋳型内で常温まで冷却し型バラ
シを実施した。更に、押湯、湯道を除去後ショットブラ
ストで鋳物肌面に付着した砂を除去して所望の素材形状
を得た。この時の化学成分は、Ｃ：3.75％、Ｓｉ：2.29
％、Ｍｎ：0.21％、Ｐ：0.026％、Ｓ：0.009％、Ｃｒ：
0.052％、Ｍｇ：0.031％、Ｃｕ：0.43％、残部Ｆｅ及び
不可避不純物であった。

【００１５】続いて、炉内温度を９００℃に保持した熱
処理炉に素材を投入した。９００℃で５分間保持後引き
続き７４０℃迄炉冷し、７４０℃で１０分間保持した。
しかる後、６５０℃迄炉内徐冷を行った。熱処理完了後
のＶプーリー１の表面からショットブラストで酸化スケ
ールを除去後、輪３に所定の形状となるよう溝７を機械
加工で削り出した。

【００１６】このようにして製作したＶプーリー１の断
面Ａ−Ａ部を鋸切断し、ディスク４の表層部５から内部
６に向かってのミクロ組織と、機械加工で削り出したＶ
溝表面８近傍のミクロ組織を調べた。図３はディスク４
の表面から深さ２ｍｍ迄のミクロ組織写真図で、倍率は
８０倍である。図３において、表面から深さ０．５ｍｍ
近傍まではフエライト化率８０％の基地組織であった。
フエライト基地であるため硬度が低く、靭性に優れてい
る。その後は表面からの深さが増すにしたがってフエラ
イト化率が減少し、フエライト・パーライト混相の基地
組織となっていた。

【００１７】図４はＶ溝表面８の機械加工表面近傍から
深さ２ｍｍ近傍までのミクロ組織写真を示したもので、
倍率は８０倍である。安定したパーライトの基地組織と
なっており、パーライト化率は７０％の基地組織であっ
た。パーライト基地であるため硬く、耐摩耗性が大であ
る。

【００１８】

【実施の形態２】図５及び図６は本発明の第２の実施例
である。図５は本発明の球状黒鉛鋳鉄製車である歯車１
０の正面図であり、図６は図５の部分断面側面図であ
る。歯車１０の主要形状は、中心部にボス２を配し、ボ
ス２の中心と同心となるように外周部に輪３を配設し
た。更にボス２と輪３は複数のスポーク１１で一体構造
に形成した。スポーク１１の断面形状は楕円形とした。
また、歯形１２は後工程で機械加工で削り出すために、
鋳造時の素材形状としては余肉で埋めた形状とした。次
に、実施の形態１と同様に歯車１０の素材を鋳造した
後、熱処理を実施した。熱処理条件も実施の形態１と同
様とした。更に、熱処理完了後の歯車１０の表面からシ
ョットブラストで酸化スケールを除去後、輪３に所定の
形状となるよう歯形１２を機械加工で削り出した。

【００１９】このようにして製作した歯車１０のスポー
ク１１と歯形１２を実施の形態１と同様に鋸切断し、ス
ポーク１１の断面１３のミクロ組織と、機械加工で削り
出した歯形１２の表面部のミクロ組織を調べた。結果
は、実施の形態１と同様スポーク１１の表層部ではフエ
ライト基地組織が得られた。表層部から内部に向かって
は表面からの深さが増すにしたがってフエライト化率が
減少し、フエライト・パーライト混相の基地組織が得ら
れ、内部はパーライト組織であった。また、歯形表面部
でも実施の形態１と同様のパーライト基地組織が得られ
た。パーライト組織であるため歯形１２に焼入れ処理を
追加すれば更なる表面硬化、耐摩耗性の改善が可能であ
る。

【００２０】

【実施の形態３】図７ないし図９は本発明の第３の実施
例である。図７は本発明の球状黒鉛鋳鉄製車であるシー
ブ１５の正面図であり、図８は図７の部分断面側面図で
ある。また、図９はスポーク１１の断面Ｂ−Ｂ部の拡大
断面図である。シーブ１５の主要形状は、中心部にボス
２を配し、ボス２の中心と同心となるように外周部に輪
３を配設した。更にボス２と輪３は複数のスポーク１１
で一体構造に形成した。スポーク１１の断面形状は図９
で示しているごとき断面十字形状である。次に実施の形
態１及び２と同様にシーブ１５の素材を鋳造した後、熱
処理を実施した。熱処理条件も実施の形態１及び２と同
様とした。更に、ショットブラストで熱処理完了後のシ
ーブ１５の表面から酸化スケールを除去した。

【００２１】続いて、シーブ１５のスポーク１１を鋸切
断により切り出して、断面のミクロ組織を調べた。結果
は、実施の形態１と同様、スポーク１１の表層部５では
フエライト基地組織が得られ、更に表層部５から内部６
に向かっては表面からの深さが増すにしたがってフエラ
イト化率が減少し、フエライト・パーライト混相の基地
組織が得られた。内部６はパーライト基地組織であっ
た。

【００２２】

【発明の効果】以上、本発明によれば、表層部５は優れ
た靭性、曲げ特性を有し、内部６は高強度で耐摩耗性に
も優れた球状黒鉛鋳鉄製車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である球状黒鉛鋳鉄製車
(Ｖプーリー)の正面図である。

【図２】本発明の図１の断面Ａ−Ａ部の拡大断面図であ
る。

【図３】本発明のＶプーリーの、ディスクの表層部近傍
の金属ミクロ組織写真図である。

【図４】本発明のＶプーリーの、Ｖ溝表面部の金属ミク
ロ組織写真図である。

【図５】本発明の第２の実施例である歯車の正面図であ
る。

【図６】本発明の図５の歯車の部分断面側面図である。

【図７】本発明の第３の実施例であるシーブの正面図で
ある。

【図８】本発明の図７のシーブの部分断面側面図であ
る。

【図９】本発明の図７のシーブの断面Ｂ−Ｂ部の拡大断
面図である。

【符号の説明】

１：球状黒鉛鋳鉄製車２：ボス３：輪４：ディスク５：表層部６：内部７：溝８：Ｖ溝表面１０：歯車１１：スポーク１２：歯形１３：断面１５：シーブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部にボスを、該ボスの中心と同心と
なるように外周部に輪を配設し、ボスと輪をディスクま
たはスポークで連結して一体に形成した車であって、少
なくとも、ディスクまたはスポークの表層部の基地組織
がフエライト層、内部の基地組織がパーライト層で形成
されたことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄製車。
【請求項２】外周部の輪に歯形または溝を形成したこ
とを特徴とする請求項１記載の球状黒鉛鋳鉄製車。
【請求項３】表層部のフエライト層の厚さが０．２ｍ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の
球状黒鉛鋳鉄製車。
【請求項４】表層部のフエライト層のフエライト化率
が６０％以上であることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄製車。