JPH11209843A

JPH11209843A - 共晶黒鉛鋳鉄およびその鋳型

Info

Publication number: JPH11209843A
Application number: JP2923898A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tanaka; 祐二田中; Yoshiaki Yamamoto; 義昭山本; Yuichi Ogawa; 雄一小川; Tetsuo Miyaji; 哲夫宮地
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】砂型鋳造法により鋳造される共晶黒鉛鋳鉄の化
学組成及びその共晶黒鉛鋳鉄の鋳造用鋳型に関するもの
で、砂型鋳造法による共晶黒鉛鋳鉄の鋳造において、第
１に化学組成の改良、第２に鋳型の改良を行うことによ
り、共晶黒鉛を安定して晶出させる。【解決手段】Ｃ：２．９〜３．７重量％、Ｓｉ：１．７
〜３．１重量％、ただし、ＣＥ（＝Ｃ＋Ｓｉ／３）が
３．７〜４．３重量％、Ｓ：０．０１０重量％以下、Ｍ
ｇ：０．００１〜０．０１０重量％、Ｔｉ：０．０５〜
０．１５重量％、残部実質的にＦｅよりなる共晶黒鉛鋳
鉄であり、また、砂型と、該砂型に備えられ鋳物の冷却
を増強するための冷し金とを組合せる鋳型を用いて共晶
黒鉛鋳鉄を鋳造するに際し、前記冷し金の形状が鋳物の
形状に合致して形成されると共に、該冷し金の板厚を鋳
物の厚さの０．２〜０．６倍になして鋳物の冷却速度を
調整することを特徴とする鋳型を用いた点にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】砂型鋳造法により鋳造される
共晶黒鉛鋳鉄の化学組成及びその共晶黒鉛鋳鉄の鋳造用
鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄における共晶黒鉛は凝固時の冷却速
度が比較的速い場合に晶出することから、主に金型鋳造
法により鋳造されている。しかし、金型は冷却速度が速
いので鋳物にチルが発生しやすい。そこで、チルの発生
を抑えるために珪素量を多くすることで対応している
が、逆にこれにより鋳物は硬くなり加工性が悪いという
問題がある、また、この方法によってもチルを皆無にで
きないので鋳造後にチル分解焼鈍を施さなければならな
いという問題もある。

【０００３】一方、砂型鋳造法による共晶黒鉛鋳鉄の鋳
造は多くの利点を備え、これまで種々の試みがなされて
いる。しかし、砂型は冷却速度が遅いので普通鋳鉄の化
学組成または、金型鋳造法で用いられている共晶黒鉛鋳
鉄の化学組成では黒鉛が片状に析出し、共晶黒鉛は析出
しにくい。そこで一般に砂型鋳造法で鋳造する場合には
金型鋳造法よりも多くのＴｉを添加することが行われて
いる。この場合、溶湯の化学組成は、例えば、Ｃ＝３．
０５重量％（以下％とする）、Ｓｉ＝２．１８％、Ｍｎ
＝０．５６％、Ｐ＝０．０６２％、Ｓ＝０．０１５％、
Ｍｇ＝０．０１２％、Ｔｉ＝０．２０％とされており、
確かにＴｉを０．１５〜０．３０％添加することで、肉
厚５０mmまでの平板鋳物の全体を共晶黒鉛化することは
できる。しかし、Ｔｉ量が０．１５％を超えるとノロの
発生が多くなり、介在物による欠陥の発生量が急増し、
またピンホール欠陥も多くなるなどの問題が発生する。
更に、肉厚が２０mm以下の平板鋳物であったとしても炉
中溶湯の性状によっては中央部が共晶化しないことがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、砂型
鋳造法による共晶黒鉛鋳鉄の鋳造において、第１に化学
組成の改良、第２に鋳型の改良を行うことにより、共晶
黒鉛を安定して晶出させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであって、その特徴とするとこ
ろは、Ｃ：２．９〜３．７重量％、Ｓｉ：１．７〜３．
１重量％、ただし、ＣＥ（＝Ｃ＋Ｓｉ／３）が３．７〜
４．３重量％、Ｓ：０．０１０重量％以下、Ｍｇ：０．
００１〜０．０１０重量％、Ｔｉ：０．０５〜０．１５
重量％、残部実質的にＦｅよりなる共晶黒鉛鋳鉄であ
り、また、砂型と、該砂型に備えられ鋳物の冷却を増強
するための冷し金とを組合せる鋳型を用いて共晶黒鉛鋳
鉄を鋳造するに際し、前記冷し金の形状が鋳物の形状に
合致して形成されると共に、該冷し金の板厚を鋳物の厚
さの０．２〜０．６倍になして鋳物の冷却速度を調整す
ることを特徴とする鋳型を用いた点にある。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明における共晶黒鉛鋳鉄は、
その化学組成の改良と、鋳型の改良に伴う冷し金による
好適な冷却速度の設定によって、低い介在不良率と高い
黒鉛共晶化率を付与することができるものである。

【０００７】本発明における共晶黒鉛鋳鉄の化学組成
は、Ｃ：２．９〜３．７％、Ｓｉ：１．７〜３．１％、
ただしＣＥ（＝Ｃ＋Ｓｉ／３）が３．７〜４．３％、Ｍ
ｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１
０％以下、Ｍｇ：０．００１〜０．０１０％、Ｔｉ：
０．０５〜０．１５％、残部実質的にＦｅである。この
時、ＣＥ値が共晶組成（ＣＥ＝４．３％）を超えると片
状黒鉛が発生するのでＣとＳｉの含有量はＣＥ値が４．
３％以下で共晶組成近くになる組成になされている。ま
た、適量含まれたＭｇはＳまたはＯ（酸素）と化合す
る。ＳはＭｇＳになって黒鉛の成長を抑えて共晶化を促
進し、酸素はＭｇＯになって片状黒鉛の核となるＳｉＯ
２の発生を抑える。さらに、Ｔｉは０．０５〜０．１５
％が好ましく、Ｔｉを０．１５％以下にすることによっ
てノロの発生を大幅に少なくすることができ介在物欠陥
及びピンホール欠陥を無くすことができる。しかし、Ｔ
ｉが０．０５％未満では冷却の遅い部分に片状黒鉛が発
生する場合が多い。そのほかの成分としては、、Ｐは共
晶黒鉛の発生に影響しないが燐化合物の量を少なくして
被削性を良くするために０．０４％以下が好ましい。Ｍ
ｎも共晶黒鉛の発生に影響しないが組織のフェライト化
を促進して被削性を良くするために０．５％以下が好ま
しい。

【０００８】また、本発明における共晶黒鉛鋳鉄を鋳造
する際に用いる鋳型の特徴は、特に砂型に組合せる冷し
金の板厚を鋳物の厚さの０．２〜０．６倍としたことに
ある。即ち、鋳物の冷し金との接触面に生じるチルを防
ぐと共に、鋳物の中心部を共晶化させるべく鋳物の冷却
速度を冷し金の板厚を変えることによってコントロール
するものである。

【０００９】

【実施例１】実施例として、冷し金の板厚に対する共晶
黒鉛とチルの析出状態を調べるテストを示す。

【００１０】テストピースとしては切削性・耐摩耗性・
気密性等が必要とされ、コンプレッサのスクロールなど
に使用される鋳物を使用する。図１にそのテストピース
の断面を示す。テストピースは、その寸法を直径１００
mm・厚さ：Ｔ２＝３０mmの円盤状とし、上面に外周部か
ら中心部に向って延びる渦巻き状の凹溝を有しており、
特にこの凹溝付近を共晶黒鉛にすることが重要である。
図２に鋳造時における鋳型の断面を示す。鋳型は、テス
トピースの下面を形成するように直径８０mmの鉄製の冷
し金を納めた砂型とすると共に、冷し金の板厚：Ｔ１を
変化させ、化学組成を一定に保った溶湯を注ぎテストピ
ース１乃至４を各々２０個製作した。この場合、溶湯の
化学組成は、Ｃ＝３．３％、Ｓｉ＝２．４％、ＣＥ＝
４．１％、Ｍｎ＝０．３％、Ｐ＝０．０２％、Ｓ＝０．
００５％、Ｍｇ＝０．００４％、Ｔｉ＝０．１０％であ
った。表1にテストピース１乃至４の結果を示す。項目
は、鋳物中心部の黒鉛共晶化率と、鋳物と冷し金との接
触面におけるチルの有無及び、冷やし金の倍率：nを示
す。この時、冷し金倍率：ｎは、冷し金倍率：ｎ＝冷
し金板厚：Ｔ１／テストピース厚さ：Ｔ２とする。ま
た、共晶化率とチルの発生状況は、図１のＡ−Ａ部断面
において調べたものである。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１と、図３乃至図６に示す顕微鏡写真と
を用いて各テストピースのテスト結果を説明する。尚、
顕微鏡写真の倍率は１００倍である。図３はテストピー
ス１に関するものであり、従来と同様な砂型を使用し鋳
込んだものである。鋳物外周部には全くチルの兆候が見
られず（図3に示す顕微鏡写真Ａを参照）、中心部の共
晶化率は約５０％程度であり（図3に示す顕微鏡写真Ｂ
を参照）冷却速度の遅かったことが解る。図４はテスト
ピース２に関するものであり、板厚５mmの冷し金を使用
したものである。テストピース１と同様に外周部にはチ
ルが見られず（図４に示す顕微鏡写真Ａを参照）、中心
部に片状黒鉛が晶出している（図４に示す顕微鏡写真Ｂ
を参照）。図５はテストピース３に関するものであり、
板厚１０mmの冷し金を使用したものである。外周部には
チルの発生は全くなく（図５に示す顕微鏡写真Ａを参
照）中心部まで目の細かい共晶黒鉛となっている（図５
に示す顕微鏡写真Ｂを参照）。また、基地組織はパーラ
イトの面積率が３０％となっている事が解る（図７に示
す５％ナイタールでエッチングした顕微鏡写真を参
照）。図６はテストピース４に関するものであり、外周
部は明らかにチルが発生しており（図６に示す顕微鏡写
真Ａを参照）冷却速度が速すぎることが解る。一方、中
心部は微細な共晶黒鉛となっている（図６に示す顕微鏡
写真Ｂを参照）。次に、表2は、冷し金倍率に対する鋳
物中心部の共晶化率をグラフとして示す。このグラフに
よれば、鋳物の中心部における黒鉛共晶化率が８０％に
満たないと製品としての所望する能力を持つとは言え
ず、また、チルが発生すると加工性が極端に悪くなり、
熱処理すること無しにそのまま使用することができな
い。

【００１３】

【表２】

【００１４】以上のことから冷し金倍率：ｎは、鋳物中
心部の黒鉛共晶化率が８０％を越えた所の０．２倍から
冷し金接触面にチルが発生し始める直前の０．６倍の範
囲が好ましい事が解る。

【００１５】

【実施例２】さらに、Ｔｉの添加量に対する黒鉛共晶化
の割合及び、介在不良の割合のテストを示す。

【００１６】テストピースは実施例１と同寸法の鋳物を
用い、鋳型はテストピースの下面を形成するように直径
８０mm・板厚１０mmの鉄製の冷し金を納めた砂型とする
と共に、Ｔｉ量を変化させ、テストピース５乃至８を製
作した。Ｔｉを除く溶湯の化学組成は、実施例１と同一
であり、冷し金の板厚：Ｔ１は実施例１で最も結果が良
かった１０mmのものを使用した。テストピースの数は各
々１００個製作し、介在不良率の算出は鋳物の全周を表
面から２mm加工した状態で全表面の介在物をチェックし
た。表３にテストピース５乃至８の介在不良率及び鋳物
中心部の黒鉛共晶化率を示す。また、表４には表３の結
果をグラフとして示す。

【００１７】

【表３】

【００１８】

【表４】

【００１９】まず、表３に示すテストピース５乃至８の
テスト結果を説明をする。テストピース５は、介在不良
は認められないが、共晶化率が４０％と著しく悪い。テ
ストピース６は、介在不良も無く、共晶化率も１００％
と極めて良い結果が出た。テストピース７は、共晶化率
は１００％と良いが、介在不良が少し出始めている。テ
ストピース８は、共晶化率は１００％と良いが、介在不
良率が８０％と急激に増加した。

【００２０】次に表４のグラフによれば、実施例１と同
様に黒鉛共晶化率が８０％に満たないと製品として所望
の能力を持つとは言えず、また、介在不良が発生すると
速不良品となり、製造コストに直接かかわるので不良率
が０％に近い所にＴｉ量をおさえるべきである。

【００２１】以上のことからＴｉ量は、鋳物中心部の黒
鉛共晶化率が８０％を越える０．０５％から介在不良が
出始める０．１５％の範囲が好ましいことが解る。

【００２２】

【発明の効果】Ｔｉ：０．０５〜０．１５重量％という
介在不良の起きにくい範囲での黒鉛の共晶化が可能とな
り、不良率の低下によって製造コストを大幅に下げるこ
とができる。また、鋳型の大部分を砂型とし、冷却速度
の調節を冷し金の板厚を変えることで行うようにしたの
で、チルの発生を無くすことが容易に可能となり、鋳造
後にチル分解焼鈍を施す必要が無く、析出するパーライ
トがそのまま製品に生かせることから、耐摩耗性を大幅
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トピースとして使用した鋳物の縦中心断面図

【図２】本発明の共晶黒鉛鋳鉄の鋳造時における鋳型
の縦中心断面図

【図３】テストピース１の断面の一部を表す顕微鏡写
真

【図４】テストピース２の断面の一部を表す顕微鏡写
真

【図５】テストピース３の断面の一部を表す顕微鏡写
真

【図６】テストピース４の断面の一部を表す顕微鏡写
真

【図７】テストピース３の断面の一部を表すエッチン
グした顕微鏡写真

【符号の説明】

１・・・・砂型２・・・・冷やし金３・・・・鋳物４・・・・スクロール（製品）

フロントページの続き (72)発明者宮地哲夫広島県府中市元町77番地の１株式会社北川鉄工所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：２．９〜３．７重量％、Ｓｉ：１．７
〜３．１重量％、ただし、ＣＥ（＝Ｃ＋Ｓｉ／３）が
３．７〜４．３重量％、Ｓ：０．０１０重量％以下、Ｍ
ｇ：０．００１〜０．０１０重量％、Ｔｉ：０．０５〜
０．１５重量％、残部実質的にＦｅよりなる共晶黒鉛鋳
鉄。
【請求項２】砂型と、該砂型に備えられ鋳物の冷却を増
強するための冷し金とを組合せる鋳型を用いて共晶黒鉛
鋳鉄を鋳造するに際し、前記冷し金の形状が鋳物の形状
に合致して形成されると共に、該冷し金の板厚を鋳物の
厚さの０．２〜０．６倍になして鋳物の冷却速度を調整
することを特徴とする共晶黒鉛鋳鉄の鋳型。