JPS5827951A - 耐熱性球状黒鉛オ−ステナイト鋳鉄 - Google Patents

耐熱性球状黒鉛オ−ステナイト鋳鉄

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JPS5827951A
JPS5827951A JP12717781A JP12717781A JPS5827951A JP S5827951 A JPS5827951 A JP S5827951A JP 12717781 A JP12717781 A JP 12717781A JP 12717781 A JP12717781 A JP 12717781A JP S5827951 A JPS5827951 A JP S5827951A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は耐熱性にすぐれたNi−Mn−8i系オース
テナイI・組織の球状黒鉛鋳鉄に係る。
近年ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの高出力化
に伴ない排気ガス温度が上昇し、これに伴f、につでタ
ーボチャージャケーシングの使用条件もきびしくなって
来ている。このため従来使われて来た球状黒鉛鋳鉄や珪
素含有数の高い耐熱球状黒鉛鋳鉄ではターボチャージャ
ケーシング材料としては不充分になり、その代りlこオ
ーステナイト基地組織のニレジスト球状黒鉛鋳鉄が使用
されるようになって来た。然しなから周知のきおりニレ
ジスト鋳鉄にはNiが多量に配合されており、そのうぢ
でも最も安価なA8TM規格のニレジストD2でさえN
iカ月8〜20%含まれている。従ってNiの一部をオ
ーステナイト形成元素であるMnで置き替えることによ
ってNiの使用量を減らすことができれば材料費を大幅
に低減できることになる。
従来もNiのほかにMnを添加して基地をオ−ステナイ
ト組織とした鋳鉄は知られている(例えばD I N 
GGG−Ni −Mn 137、G G G −N i
 −M11234 )。しかしながらこれらはオーステ
ナイト組織を得るためNi、 Mn、 8i 含有量の
相互的な関係を定めたものではなく、また3i の靭性
に対する効果を考えていない。従って、単にかたい遊離
炭化物の晶出によって切削性や耐食性が阻害されるとい
う理由で非磁性用材料さして使用されているに過ぎない
Ni含有敬がこれらのオーステナイト鋳鉄よりも少なく
、Mnが3%以上含有され、かつSi含有量が3%を超
えるオーステナイト鋳鉄は見当らない。ところで鋳鉄に
Mnを多itこ添加すると比較的大きなMn炭化物が形
成され易く、鋳放しのままでは硬さが高く、伸びも悪く
なり、或いはNiを少なくしたため基地組織が不安定に
なり易い。従って加工によってマルテンサイト変態を起
し易く、切削性が悪い等の問題点がある。
本発明は上記のような各種問題点を解決するオーステナ
イト基地の球状黒鉛鋳鉄を提供するととを目的とし、 C2,O〜3.8%、Mn3〜15%、Ni 4〜32
%、Si  3〜7%で、かつ (イ)Si 3%超、421%以下の範囲で(Ni+7
 ) (Mn+3 )≧128i+656 N i −0,5Mn量8−T” の両式で示される範囲内のNiおよびMn含有量、なら
びに C口)s+t2i%超、7%以下の範囲で、(Ni+7
 ) (Mn+3 )≧t2si+6sSt≦0.05
 (Ni−0,5Mn)2+4.2の両式で示される範
囲内のNiおよびMn含有量、ならびにCa 、Mgお
よび希土類元素(REで示す)より成る黒鉛球状化処理
元素のうち一種もしくはニ種以上を0.2%以下、残部
実質的にFeおよび不純物より成る伸びが大きく、耐熱
性良好な球状黒鉛オーステナイト鋳鉄に係る。(なお本
明細書ではパーセントは重量パーセントを示す。)本発
明に係るオーステナイト鋳鉄においてはC含有量は2.
0〜3.8%とする。これが2%より少なくでは鋳造性
が悪くなるし、一方これが多くなるに従って晶出する黒
鉛量が多くなり機械的性質を損なうようになるので3.
8%を上限とする。
Mn含有量について言えば本発明ではNiの一部をMn
で置きかえてNiの使用量を減らすことを目的としてお
り、後述するよう1こMnのNi当量は0,5であるか
らMn量が余りに少なくては認めるほどのN蓋の節約に
はならない。よってMn含有量は3%以上とし、また多
過ぎてはMn炭化物が多量に析出して機械的性質を低下
させるので上限は15%きする。
Ni含有甘せ4%以下では伸びが5%以下になるので下
限は4%とし、一方従来のオーステナイト鋳鉄ではNi
含有量の上限を36%とするものもあるが、本発明では
Niと共存するMn18iの効果からNi の節約を目
的としており、Niを30%以上としても耐熱性や機械
的性質の改善はそれに比例して大きくはならず、かえっ
て価格の上昇を来たすだけなので本発明においてはNi
含有量の上限は32%とし、好ましくは30%とする。
S’含有tについては後述する第3〜4図から判るよう
におよそSi  3%以上で本願鋳鉄の機械的性質に及
ぼすMn炭化物の影響を緩和する効果が認められる。一
方、これが7%以上になると81−Mn炭化物が多くな
り過ぎ、第4図からも明らかなように伸びが著しく低下
するようになるので7%を上限とする。
そのほかに本発明のオーステナイト鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄
であり、C,、Mg、希土類元素等の球状化処理元素の
一つまたは二つ以上を0.2%以下含有している。
更に不純物としておよそPo、04%以下、80402
%以下含有することは通例のとおりである。
本発明tこ係る鋳鉄では伸びを5%以上とする。
その理由は本鋳鉄は排気ガス圧力や熱サイクル等ヤ 厳しい条件にさらされる例えばターボチャージlケーシ
ングの材料として使用されることを考慮して、これら条
件に充分耐えるだけの靭性が必要である。従って伸びの
最低限を5%とするのが適当であると判断されたからで
ある。
初で上記のようなCおよびS 1 s Mn s N 
+それぞれ嘔独に規定された含有範囲内でSi、Mn。
Ni三者が協同して存在する本発明に係るオーステナイ
ト鋳鉄の組成範囲は次のとおりである。
まず本願鋳鉄をオースブナイト組織表する要件について
述べる。本発明者はC2,OL−3,8%の範囲内でN
i 、Mn 、Si含有叶と基地組織との関係を定叶的
に求めることについて種々研究し、常温でオーステナイ
ト組織であり、鋳放しまたは熱処理によって十分な伸び
が得られ、かつ耐熱性良好なNj 、 Mn 、 Si
組成領域を相互に関連させて求める方法を開発した。
ところで合金元素の種類とその含有量から鉄鋼の基地組
織を判定するシエフラー組織図は鋳鉄に対してはC含有
液が多いため使用することができない。通例、鋳鉄には
Ni当量の計算からCの項を除いた式を使っているので
、これによって実験結果を整理すると第1図の如くにな
り、図中のP領域には(オーステナイトA+マルテンザ
イl−M)組織のほかに(オーステナイトA+マンガン
炭化物CM )組織が混在することが判ったが、これら
の区別は単にこの方法によっては判別できない。
これを第2図に示すように縦軸にNi 、 Mn含有敬
に関連させた値、横軸にSi含有量をとって整理すれば
、基地組織がオーステナイトAまたは(オーステナイト
A 十Mn炭化物CM)である領域を02.0〜3.8
%、8i  3〜7%の範囲で次式によって求めること
ができる。(ただし式中Ni1Mn1Siはそれぞれ含
有量(%)を示す。以下同じ) (Ni+7)(Mn−+−3)≧1 2  si +6
 5−・・式(1)次に、伸びを大きくするためにはM
n炭化物を少なくすることが必要である。従来の鋳鉄中
のSi含有量はおよそ2〜3%であり、これより多くな
るとフェライト系鋳鉄では基地のフェライトが脆化して
伸びが著しく低下する。しかしながらオーステナイト鋳
鉄ではフェライト鋳鉄に比して基地の脆化が少なく、か
えってMnが多縦に含まれている場合にはSlが3%以
上含まれるとMn炭化物の影響の緩和に効果があるこ吉
が発明者の研究によって明らかになった。例えば第3図
は硬さとNi含有量、第4図は伸びとSi含有量との関
係の一例を示しているが、Ni含有量が減り、Mn含有
量が多くなるほど硬さの極小値がSi含有量の多い方へ
移り、同様に伸びの極大値もSi含有F七の多い方へ移
っている。すなわちMn含有量の増加に伴なうMn炭化
物の伸びに対する影響がSi の添加によって緩和され
ていることが認められる。
これらの関係からNiおよびMn含有量に対し、Mn炭
化物量の低下、またはMn炭化物の本願鋳鉄の伸びに対
する影響の緩和に最も効果のある8i含有惜の関係を求
めると次式で表わされる。
Ni−0,5Mn=3O−7Si    −−・−−−
式(2ンこの式の直線を第5図において直線A)3で示
しである。
次に式(2)を基準にしてNi 、Mn 、 Siに対
し伸びが5%以上になる境界線を950℃×2hr加熱
後、炉冷した試料による実験値に基づいて求めると次式
で示される。すなわち 直線ABよりもSi含有緻の低い範囲において6 Ni−0,5Mn−廚−8・・・・・・式(3−1)、
また直線ABよりもNi含有量の多い範囲においては S i=0.05 (Ni −0,5Mn )2+4.
2一式(3−2)、すなわち第5図において式(2)の
直線ABと式(3−1)の曲線との交点Cで示されるS
i量421%よりも小で、かつ式(3−1)で示される
曲線よりも上の領域および式(2)の直線ABと式(3
−2)の曲線との交点Cで示されるSi量4.21%よ
りも大で、かつ式(3−2)で示される曲線よりも上の
領域においてNi 1Mn 、Si量の組合せの組成で
あれば伸びが5%以上になる。
なお鋳放しのままで伸び5%以上を示す領域について言
えば、同様にして求めた 8 Ni−0,5Mn−5−7−10,4・・・式(4−1
)S i = 0.02(Ni−0,5Mn )2+4
.1−・・式(4−2)と直線ABとの交点りは近似的
に同じでそのSiの量は4.13%であるから、Siが
3%超、4.13%以下の範囲では式(4−1)で示さ
れる曲線より上の領域、およびSlが4,13%超、7
%以下の範囲では式(4−2)で示される曲線より上の
領域になり、従ってこの領域内においてNi 、 Mn
1Si flの組合せの組成であれば伸びが5%以−F
になる。
黒鉛球状化処理剤としては通例のCa−81−Mg合金
を用いても良いし、或いはCa−8iCa−8i−合金
を用いても良い。Ill’:の入った球状化処理剤を用
いると球状黒鉛が細かくなり、Mn炭化物も細かく分散
される結果機械的性質が改善される。
IJはフエライ[−系球状黒鉛鋳鉄Iこは一般に使用さ
れているが、上記のような目的で使用されている例は見
当らない。
CaCa−8I−・几E合金の球状化処理剤を使用した
場合、前述したと同様にして鋳放しのままの試料につい
て5%以上の伸びを示す領域を求めると第5図において
、 Si  3%超、4.14%以下の場合およびSi4.
14超、7%以下の場合5i=0.025(Ni−0,
5Mn)2+4.1 − 式(5−2)で示される曲線
より上の領域であって、(4−1)、(4−2)曲線と
比べるとCa−81−Mg系球状化処理剤の場合よりも
伸び5%以上の領域が拡大されたことが判る。
次にSi の耐熱性(耐酸化性)に及ぼす効果について
述べれば S iは耐酸化性を高める元素きして知られ
ている。本願のNi−Mn−8iオーステナイト鋳鉄に
ついて大気中で行なった高温酸化試験の結果によればN
i或いはMn量の多少によって影響を受けることが少な
いが、Siiの多少によって大きく影響を受ける。第6
図はその実験結果の一例を示すが、900℃x48hr
大気中加熱の場合にSi含有量と単位面積当り酸化増量
(”%’/crA )  との関係を示している。Ni
 とMnとの量比が異なっても大きな差がな(、Si量
の影響を大きく受けるこ吉が判る。ニレジスl−D 2
について同様に試験した結果を破線で示しである。
本発明の鋳鉄においてStをおよそ465%以上含有す
ればニレジスト1)2よりも耐酸化性が良好になること
が判る。
以上述べたきころにより本発明に係るNi−Mn・81
鋳鉄において基池組織がオーステナイト組織であって、
伸びが5%以−ト、かつ耐酸化性が良好な鋳鉄の成分組
成を求めることができる。
実施例1゜ 3i3.6%でオーステナイト組織球状黒鉛鋳鉄のNi
およびMn含有量領域を求める。
(1)オーステナイト組織であるため:式(1)の81
に3.6を代入して (Ni +7 ) (Mn+3 )≧12X3.6−1
−65≧108.2  ・・・式(6) (2〕  次に伸びが5%以上であるため:6 (熱処理後)Ni−0,5Mn≧、  −10,4≧−
0,4・・・式(6〜1) %式% ≧2.94 ・・・式(6−2) 而してMll 3〜15%、Ni 4〜32%、である
から所望の領域は第7図の斜線をひいた領域になる。
この領域内にあり、かつC2,0〜38%の本発明に係
るオーステナイト鋳鉄の一例を挙げれば第1表、第2表
中の試料(A)であり、第1表は化学成分組成、第2表
は常温における機械的性質および金属組織を示す。
第2表 注、※I  SI年単位ナガパスカル ※2 鋳放し、 ※3950℃×2hr、空冷試料(A
)〜(’I) 1 )及び(lつの組織=A+少量のC
M試ね(1)2):A+細かな黒鉛 実施例2゜ 耐熱オーステナイト鋳鉄古して広く使用されているニレ
ジスl−D 2以上の耐酸化性を持ち、かつ伸び5%以
上のN1−Mll・S+球状黒鉛オーステナイト鋳鉄の
組成を求める。
第6図よりニレジス1−D2以上の耐酸化性を持つため
にはSiを4.5%以上含有しなければならない。
従って5i=4.5%の場合、 (1)オーステナイト組織:式(1)から(Ni+7 
) (Mn−1−3)≧119−・・式(7)%式%: (熱処理)二式(3−2)から 4.5≦0.05(Ni−0,5Mn) +4.2(N
i−0,5Mn)2≧6 故に N i −0,5Mn≧2.45 −・・式(7
−1)(鋳放し)二式(4−2)から 4.5≦0.02(Ni−0,5Mn)2+4.1(N
i−0,5Mn)2≧20 故に Ni−0,5Mn≧4.47 −・・式(7−2
)Ni 4〜32%、Mn3〜15%で式(7)および
式(7−1)または式(7−2)を満足する領域は第8
図において曲線(7)より右側で、直線(7−1)また
は直線(7−2)より上、かつNi 4〜32%、Mn
3〜15%の領域である。
この領域内の本発明に係るオーステナイト鋳鉄の例を挙
げると第1表および第2表の試料(ハ)および0である
。試料IB)lは鋳放しのまま、試料(0は950℃×
211r1空冷後のものである。
実施例3゜ 第6図から判るようにS+を多く含有させると酸化増量
は著しく減少する。一方、第4図から判るようにSil
が多くなると伸びが減少する。これを避けるためにはN
iの含有割合を増すことが必要になる。
耐酸化性に優れ、かつ鋳造性の良い本鋳鉄の例として5
iCa3%、鋳放しの場合を説明する。
前述したと同様にして (1)オーステナイト組織とするため式(1)から(N
i+7 ) (Mn+3 )≧140.6  ・・・式
(8)(2)伸び5%以上とするため鋳放しの式(4−
2)から 6.3≦0.02(Ni−0,5Mn)  −1−4,
1(Ni−0,5Mn)2≧110 故に Ni−0,5Mn≧10.5  ・・・式(8−
2)N14〜32%、Mn3〜15%で式(8)および
(8−2)を満足する領域は第9図において曲線(8)
より右側で直線(8−2)より上、かつMn 3〜15
%、Ni 4〜32%の領域である。
この領域内の本発明に係るオーステナイト鋳鉄の例を挙
げると第1表の試料0および第2表の試料(DI)、(
D2)である。第2表の試料(DI)は球状化処理剤き
してCa−81−Mg合金を、試料(D2)はCa−8
iCa−8i−合金を使用したもので、試料(D2)は
試料(Dl)に比して黒鉛がこまかく分布し、炭化物が
こまかくなったため引張り強さ、伸びおよび絞りが一段
と改善されていることが認められる。
第10図は試料(DI)の、また第11図は試料(D2
)の顕微鏡組織(ナイタルエツチ、50倍)を示す写真
で、黒鉛および炭化物が試料(Dl)に比して試料(D
2)において顕著に細かに分散しているのが判る。
実施例4゜ 54−Mn−Niオーステナイト鋳鉄の耐酸化性を向上
させるためには第6図からも判るように、Si含有量を
増せばよく、酸化増量を900℃×48hr 加熱で約
10mr10A以下とするためにはSi 含有量はおよ
そ6%以上とすればよく、一方このSi含有量で下記対
比材と同様に約10%以上の伸びを得るためにはNi 
 :Mnの比をおよそ3以上とすればよいことが第4図
から判る。
このような考えからDIN GGG−Ni 、5i−C
r3552(C52%、Si  4.0〜6.0%、M
n0.5〜1.5%、Ni34.O〜36.0%、Cr
1.5〜2.5%)相当の本発明に係るN1・Sj−M
n球状黒鉛鋳鉄として第1表の試料Eの化学組成を有す
る試料を溶製した。
これは対比材(DIN GGG−3552)よりもNi
含有量を4〜b 多く含有させ、Crを省いたものである。第2表に試料
Eおよび対比材(DIN GGG−3552)の機械的
性質の規格値を対比して示しておいた。なお同試料につ
いての酸化試験結果(900℃x48hr)の結果は2
.0■/cIAであった。なお試料(ト)をNilMn
含有量に関連させて第9図に示しである。
第2表から判るように本発明に係る試料Eは対比材の規
格値に対して強さはかなりに大きいにもかかわらず、伸
びおよび酸化増量は同一水準にある。すなわち対比材に
比してNi含有量が約4〜b よって同一水準の耐酸化性を有し、而も同一もしくは優
れた機械的性質を示すことが判る。
以上説明したように本発明lこ係る球状黒鉛オーステナ
イト鋳鉄は基地組織および伸びとNi、Mn181合金
址りの相互的な関係を実験結果から求めた実験式に基づ
いて成分組成の組合せ範囲が決められているので、各成
分元素それぞれ単独の組成範囲で定められた通例のオー
ステナイト鋳鉄とは異なり、オーステナイト組織および
高い伸びきすぐれた耐熱性を確保することができる。
その高Ni含有側では現在最も耐熱性に優れている鋳鉄
と言われているDIN GGO−Ni−8i・Cr35
52のNi含有量のうち約5%およびCrをMn約10
%によって代替してNi 30%としても同等程度の機
械的性質と耐熱性(耐酸化性)を持たせることができる
また従来耐熱鋳鉄として一般に使用されて来たASTM
  ニレジストD2と比較してNi含有量を1 およそ−〜−に減らしてもニレジストD2より優  2 れた耐酸化性を持たせることができる。このように本発
明に係る鋳鉄は機械的性質および耐酸化性にすぐれた耐
熱鋳鉄として、また省Ni材料としてきわめて大きな効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はオーステナイト組織を得るためのNi当量計算
式によるダイアグラム、第2図は本発明のNi−Mn−
8i鋳鉄についてオーステナイト組織を得るためのダイ
アグラム、第3図は本願鋳鉄においてNi含有量とMn
含有量とを変えた場合のSi含有量が硬さに及ぼす影響
を示すダイアグラム、第4図は同じく伸びに及ぼす影響
を示すダイアグラム、第5図は本発明に係るNi−Mn
−8i鋳鉄について伸び5%以上の領域を示すダイアグ
ラム、第6図は耐熱試験結果を示すダイアグラム、第7
図は本発明の実施例の成分組成範囲の領域を示すダイア
グラム、第8図は同じく他の実施例について同様なダイ
アグラム、第9図は同じくソノ他の実施例についての同
様なダイアグラム、第10図は本発明に係るNi−Mn
−8iオ一ステナイト球状黒鉛鋳鉄の一例の顕微鏡組織
を示す写真(50倍)、第11図は同じく他の例の顕微
鏡組織を示す写真(50倍)である。 出願人代理人  弁理士 鴨志1)次 男第3図 第4図 第5ソ 第6図 Mn (%) 第9図 第10図(x50) 第1/図 (x50)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 C2,0−3,8%、Mn3〜15%、Ni 4〜32
    %、SI3’−7%でかつ (() st  3%超、4.21%以下の範囲で(N
    i+7 ) (Mn−t−3)≧12si−+−ss6 N i −0,5Mll≧幻−8 の両式で示される範囲内のNiおよびMn含有量、なら
    びに 仲)Si4.21%超、7%以下の範囲で(Ni +7
     ) (Mn +3 )≧12Sトド65Si≦0.0
    5 (Ni−0,5Mn)2+4.2の両式で示される
    範囲内のNiおよびMn含有量、ならびにCa 、Mg
    および希土類元素より成る黒鉛球状化処理元素のうち一
    種もしくは二種以上を0.2%以下、残部実質的にFe
    および不純物より成る伸びが大きく、耐熱性良好な球状
    黒鉛オーステナイト鋳鉄。
JP12717781A 1981-08-13 1981-08-13 耐熱性球状黒鉛オ−ステナイト鋳鉄 Expired JPS6012417B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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