JPS5871328A - 鋳鉄の熱処理方法 - Google Patents

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】 本発明は鋳鉄の熱処理方法に係り、特に鋳鉄の必要部位
にのみ優れた強度、靭性、硬さを付与せしめ得る熱処理
法に関するものである。

従来より、各種の分野で用いられている球状黒鉛鋳鉄は
、鋳鉄の部類では、高い強度及び靭性を有するものであ
るが、通常の高強度鋼材との比較においてはかなり劣っ
ている。従って、そのままでは高強度、高靭性、耐摩耗
性の要求されるギヤ類などには使用され得ない。

このため、鋳鉄類に強度と靭性、更には高硬さを与える
方法として、従来から、オーステンパ処理が採用される
ことはよく知られているところでアリ、このオーステン
パ処理されたものが自動車用のギヤに使用されたり、そ
の他一般用高強度部材ζして使用されている例も多い。

しかしながら、従来のオーステンパ処理は、それが施さ
れるに先立って炉内で鋳鉄全体の均一加熱が行なわれる
こととなるため、必要部位のみでなく不要部位にも熱処
理が行なわれ、またそれによって処理時間が長くなる問
題があった。

一方、必要部位のみ高強度、高硬さを得る方法に高周波
表面焼入れ手法が知られているが、これを鋳鉄に適用す
ると、靭性の劣化を招き、それ故かかる高周波表面焼入
れ手法は鋳鉄類に適用すべくもなかったのである。

本発明は、かかる事情の下に為されたものであって、そ
の目的とするところは、鋳鉄類の必要部位にのみ高い強
度・靭性′・硬さを比較的単時間にて付与し得る熱処理
法を提供することにあり、特に球状黒鉛鋳鉄の必要部位
のみに高硬さ、高強度、高靭性を付与して、自動車の歯
車類などとして有効に用いられ得るようにすることにあ
る。

そして、かかる目的を達成するために、本発明は、球状
黒鉛鋳鉄などの鋳鉄類のオーステナイト化の方法として
高周波誘導加熱を採用し、短時間にその必要部位の表面
部めみを均一オーステナイト化せしめ、そして硬化法と
して、強度・靭性・硬さの高いベイナイト組織とすると
ころのオーステンパ処理を用いたのである。

従って、かかる本発明によれば、強度・靭性・硬さの必
要な部位を高周波誘導加熱できる部品、例えば自動車の
歯車類などが有利に製造され得るのである。即ち、歯車
類においては、歯面は耐摩耗、耐ピツチング性が要求さ
れることから高硬さが必要であり、また歯元は曲げ荷重
あるいは衝撃的な大荷重に対して充分に耐え得る強度・
靭性が必要であるが、これらの要求特性は作用表面部近
傍のみ満足しておれば充分であるため、本発明が有利に
適用されるのである。そして、本発明の適用により、炉
内全体加熱によるオーステナイト化の後に全体硬化を行
なう従来の方法に比較して、ひいては全体の処理時間が
短縮され得ることとなるのである。また、従来の全体硬
化手法と異なり、本発明では表面部近傍のみが硬化され
るものであることから、膨張変態総量が小さくなり、そ
れ放熱処理歪が小さくなって、従来法の約１／２となる
大きな利点が生ずるのである。しかも、本発明において
は、同じ深さの高周波焼入れのものに比べて、約６０％
の歪量に抑えることが出来る利点がある。さらに、本発
明によれば、膨張変態であるところから、通常、表面に
圧縮の残留応力が生じ、これが疲労強度上において極め
て有利となる等の優れた効果も奏するのである。

なお、かくの如き本発明手法の適用される球状黒鉛鋳鉄
、片状黒鉛鋳鉄などの鋳鉄類は、通常の方法によって得
られるものであって、何等特別の組成、構造とする必要
のないものであるが、特に合金元素として０．１〜１．
０％Ｍｏ、０．１〜１．０％Ｎｉ、０．１％１．５％Ｃ
ｕを単独に或は複合添加した組成の鋳鉄類を用いれば、
後のオーステンパ処理を容易ならしめ、より有効な特性
を付与する上において極めて望ましいことである。

そして、かかる鋳鉄類、特に球状黒鉛鋳鉄は、所定の部
品形状において、例えば第１図に示される如く通常の高
周波焼入れに使用されているコイル１を用いて通常の条
件下にて高周波誘導加熱せしめられるが、その際の所要
時間は、通常のオーステナイト化における炉内オーステ
ナイト化に要する時間が２時間程度であるのに対し、数
秒と著しく短縮されるのである。なお、２は、ここでは
、球状黒鉛鋳鉄（パーライト系）　Ｊ　Ｉ　８　ＦＣＤ
７０相当材で加工した歯車である。そして、この加熱が
終了した後、該歯車２を直下のヒータ３により適当な温
度、例えば目的とする硬さの程度に応じて２８０℃〜２
８０℃に加熱、保持されたソルト４中に自由落下せしめ
、常法に従って恒温変態せしめることにより、オーステ
ンパ処理を施すのである。恒温変ａ後、歯車２はソルト
４から取り出され、空冷乃至は水冷される。なお、かか
る熱処理のパターンが第２図に示されており、Ａは高周
波誘導加熱（オーステナイト化）部分、Ｂは恒温変ＩＩ
Ｉ（オーステンパ処理）部分、Ｃは空冷乃至は水冷部分
を示している。

また、第３図には、かかる熱処理後の歯車２の断面組織
がモデル的に示されている。そこでは、内部は素材であ
るＦＣＤ７０相当材そのままとなっているが、強度・靭
性・硬さの必要な歯元や歯面は、斜線で示される部分に
おいてオーステンパされて下部ベイナイト組織となって
おり、Ｈｖが４００〜５００程度の硬さを示すようにな
るのである。なお、かかるベイナイト層（斜線部）の深
さは主に高周波加熱条件で、またベイナイト組織の硬さ
は主に恒温変態の温度でコントロールされることとなる
。

なお、ベイナイトは膨張変態であるため、表面硬化の場
合、表面に圧縮の残留応力が発生し、疲労強度上非常に
有利となるが、更に必要であれば疲労強度をより向上さ
せるため、ショットピーニングを施すことが望ましい。

因みに、排気量が１６００ｃｃの車両用トランスミッシ
ョンギヤを本発明手法に従って試作し、更にショットピ
ーニングを施したものについて、最大トルクで実機運転
したところ、歯曲げ繰返し数１１０７回でも破損せず、
強度上回等問題がないことが認められている。

以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにす
るが、本発明がそれら実施例の記載によって何等の制約
をも受けるものでないことは言うまでもないところであ
る。

実施例　ｌ 内側に歯を持つリング状のギヤを対象部品として、Ｃ：
１７０％、Ｓｉ：２．５６％、　Ｍｎ　：　９．３％。

Ｐ：０．０１％、８：０．００９％、Ｍｇ：０．０４４
％を含む球状黒鉛鋳鉄からなる部品を、それぞれ高周波
焼入れ法、従来のオーステンパ法、本発明法に従って熱
処理し、各々の特徴を比較した。

第１表に、それぞれの手法における条件並びに第１表か
ら明らかなように、本発明法によれば、従来のオーステ
ンパ法よりも大巾に時間の短縮が可能となる他、表面に
圧縮の残留応力が得られ、また内径変化量も他の手法に
比較してかなり小さくなっており、精度の向上を図り得
ることを示している。さらに、本発明法に従って得られ
る部品表面部の硬化部はべ４ナイト組織であるところか
ら、高強度部材にとって重要なポイントである靭性が高
いという大きな利点も生じているのである。

なお、硬さは、高周波焼入れ法よりも若干低くなってい
るが、それでも従来のオーステンパ法と略同程度であっ
て、本テスト品を自動車のオートマチックトランスミッ
ションに組み込んで、連続高速耐久試験を実施した結果
においても、耐摩耗、耐ピッチング性上何等問題のない
ことを確詔している。

実施例　２ ＪＩＳＦＣＤ７０相当材（化学成分として、Ｃ：８．６
５％、８ｉ：２．４６％、Ｍｎ：０．２５％。

Ｐ：ｏ、ｏｔ％、Ｓ：０．００９％、Ｍｇ：０．０４５
％含む）にＭＯ：０，２％を更に添加した材料を用いて
、外歯の歯車を製造した後、本発明手法に従って、約８
秒間高周波誘導加熱してオーステナイト化せしめ、つい
で２８０６Ｃのソルト浴中にて２時間恒温変態せしめる
ことにより、オーステナイト化を施して表面硬化させた
。更に、この表面硬化したものに対して、ショットピー
ニングヲ実施した。

かくして得られた表面硬化歯車の硬化部は、ベイナイト
組織で、マクロ硬さはＨｖ５００、ミクロ硬さはＨＶ６
５０を示し、そして最表面０．２　ａｍまではショット
ピーニングの効果によってミクロ硬さＨｖ　７００が得
られた。

さらに、かかる表面硬化歯車を自動車のマニュアルトラ
ンスミツシーミンに組み込んで、１６００エニンジンの
最大トルクで実機運転した結果、歯元にかかる曲げ応力
は２６ｋｇ／−１接触応力１１０ｋｇ／−を示し、また
歯元曲げ応力繰返し数１０８回運転しても、耐摩耗性、
耐ピツチング性、強度とも何等問題がないことが確詔さ
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う熱処理手法の一例を示す説明図、
第２図は本発明における代表的な熱処理パターンを示す
グラフ、第３図は本発明に従って得られる歯車の断面説
明図である。 １：高周波誘導加熱用フィル ２：歯車　　３：ヒータ　　４：ソルト出願人　　トヨ
タ自動車工業株式会社 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋳鉄を高周波誘導加熱して該鋳鉄の表面部の必要部位の
   みオーステナイト化せしめ、続いてオーステンパ処理を
   施すことを特徴とする鋳鉄の熱処理方法。