JPS59129730A - Production of high strength crank shaft - Google Patents

Production of high strength crank shaft

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JPS59129730A
JPS59129730A JP616183A JP616183A JPS59129730A JP S59129730 A JPS59129730 A JP S59129730A JP 616183 A JP616183 A JP 616183A JP 616183 A JP616183 A JP 616183A JP S59129730 A JPS59129730 A JP S59129730A
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Japan
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crank shaft
cast iron
crankshaft
strength
spheroidal graphite
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Tsutomu Sekiguchi
関口 勉
Ryuichi Masuda
隆一 升田
Yuji Okada
裕二 岡田
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/30Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts

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Abstract

PURPOSE:To improve strength and toughness by incorporating specific alloy elements in a crank shaft made of a spheroidal graphite cast iron, subjecting the shaft to an austemper treatment and further subjecting the fillet part of the pin and journal thereof to surface rolling. CONSTITUTION:A crank shaft is cast of a spheroidal graphite cast iron contg. 3.0-4.5% C, 1.5-3.0% Si, 0.02-0.10% Mg, and further contg. 0.05-1.0% Mo, 0.1-0.7% Ni, 0.1-0.5% Cu and 0.2-1.2% Mn alone or in combination. The crank shaft is heated and held to and at 850-950 deg.C for 0.5-3hr and right thereafter the crank shaft is subjected to an austemper treatment wherein the crank shaft is quickly cooled by dipping the same in a salt bath kept at 300-430 deg.C and is held at said temp. for >=1hr. The crank shaft is then machined according to need and thereafter the fillet part of the pin and journal of the crank shaft is subjected to surface rolling, whereby the strength and toughness of the crank shaft made of the cast iron are improved.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジン用クランクシャフトの1製造技術、特
番こ鋳鉄製クランクシャフトの強度を向ヒする製造技術
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a manufacturing technique for a crankshaft for an engine, and a manufacturing technique for improving the strength of a special cast iron crankshaft.

従来、自動車エンジン用クランクシャフトには。Conventionally, for crankshafts for automobile engines.

鋳鉄製のものと、鋼製のものが用いられている。Cast iron and steel are used.

そして、鋳鉄製クランクシャフトでは、一般に。And with cast iron crankshafts, in general.

JISFCIJ7U、又はFCMP70などの、高強度
材が使用されている。
High strength materials such as JIS FCI J7U or FCMP70 are used.

一方、負荷9高いエンジンでは、素材およびその製造工
程のために製造コストが高いにもかかわらず1強度が高
く安定しているとの理由から、鋼製クランクシャフトが
主に使用されている。
On the other hand, in engines with high loads, steel crankshafts are mainly used because they have high strength and stability despite the high manufacturing costs due to the materials and manufacturing process.

しかも、最近、エンジンの軽量化、高出力化の要求のも
とに、クランクシャフトのピンやジャーナルの軸径を細
くするなどの試みがなされ、鋳鉄製クランクシャフトで
は9強度上の余裕が小さくなり9強度上の安定性に欠け
ることから、鋼製クランクシャフトを使用する傾向が強
まっている。
Moreover, in response to the recent demands for lighter engines and higher output, attempts have been made to reduce the shaft diameters of crankshaft pins and journals, and cast iron crankshafts have less margin in terms of strength. 9. Due to the lack of strength and stability, there is an increasing tendency to use steel crankshafts.

しかし、前述のように、鋼製クランクシャフトは鋳鉄製
クランクシャフトに比較して、大幅な製造コストアップ
となる欠点がある。
However, as mentioned above, a steel crankshaft has the drawback of significantly increasing manufacturing costs compared to a cast iron crankshaft.

本発明は2球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトをオーステ
ンパー処理することにより、クランクシャフト本体の強
度・靭性を向ヒするとともに、クランクシャフトのピン
、ジャーナルのフィレット部に表面ロール加工を施こす
ことにより、クランクシャフトの疲労強度を著しく向上
させた高強度クランクシャフトの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention improves the strength and toughness of the crankshaft body by austempering the crankshaft made of spheroidal graphite cast iron, and by applying surface roll processing to the fillet portions of the crankshaft pins and journals. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-strength crankshaft that significantly improves the fatigue strength of the crankshaft.

このような目的は、C:a、O〜45重量%(以ド同 
1 / )、’Si  コ 1.5〜3.0  % 、
   Mg  :  0.02 〜0.10%。
Such purpose is to reduce C:a, O to 45% by weight (hereinafter the same).
1/), 'Si 1.5-3.0%,
Mg: 0.02 to 0.10%.

残部実質的にF’eからなる主要成分に、 1vlo 
: 0.’05〜1.0%、Ni:Q。1〜0.7%、
 Cu :0.1−0.5%。
1 vlo to the main component with the remainder essentially consisting of F'e.
: 0. '05-1.0%, Ni:Q. 1-0.7%,
Cu: 0.1-0.5%.

Mn : 0.2〜1.2%を単独もしくは複合添加し
てなる輝状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトを、850〜9
50℃に0.5〜3時間加熱・子持した後、300〜4
30℃に急冷して1時間以り保持し、仕上げ加工された
後表面から少なくとも3III11の深さまで、全面ベ
ーナイト組織となるように、オーステンパー処理を行な
い、ついで、仕上げ加工されたクランクシャフトの、ピ
ンおよびジャーナルのフィレット部に1表面ロール加工
するこ′と゛を特徴とした高強度クランクシャフトの製
造方法によって達成される。
Mn: 850-9
After heating and incubating at 50℃ for 0.5 to 3 hours,
After being rapidly cooled to 30°C and held for one hour, the finished crankshaft is austempered to a depth of at least 3III11 from the surface to a bainitic structure. This is achieved by a method for manufacturing a high-strength crankshaft, which is characterized by performing one-surface roll processing on the fillet portions of pins and journals.

以下9本発明にかかるクランクシャフトの製造方法につ
いて詳しく説明する。
The method for manufacturing a crankshaft according to the present invention will be described in detail below.

先ず、クランクシャフト製造用球状黒鉛鋳鉄の化学成分
を、C:3.O〜4.5重量%(以ド同じ)。
First, the chemical composition of spheroidal graphite cast iron for producing crankshafts was changed to C:3. 0 to 4.5% by weight (the same applies hereinafter).

Si : 1.5〜3.0%、Mg : 0.02〜0
.10%、残部実質的にFeからなる主要成分に、 M
o : 0.05〜10%、 Ni : 0.1−0−
7%、 Cu : 0.1〜0.5%、Mn:0.2〜
1,2%を単独もしくは複合添加したものとしている理
由について説明する。
Si: 1.5-3.0%, Mg: 0.02-0
.. 10%, the balance substantially consisting of Fe, M
o: 0.05-10%, Ni: 0.1-0-
7%, Cu: 0.1~0.5%, Mn: 0.2~
The reason why 1.2% is added alone or in combination will be explained.

なお、 C,Si 、 Mgについては、一般に知られ
ている球状黒鉛鋳鉄と同じ範囲にあり、かつその範囲限
定の理由も、よく知られた理由に基づくものであるため
説明を省略する。
Note that C, Si, and Mg are in the same range as generally known spheroidal graphite cast iron, and the reason for limiting the range is also based on well-known reasons, so the explanation will be omitted.

1vio ハ41 ’Ikでも、オーステンパー処理に
伴なう。
1vio C41 'Ik also accompanies the austempering process.

恒温変態処理においてパーライト変態を遅らせる効果が
あり有用であるが、0.05%以五ではその効果が十分
でなく、1.0%を越えて多くなると。
It has the effect of delaying pearlite transformation in isothermal transformation treatment and is useful, but if it exceeds 0.05%, the effect is insufficient, and if it exceeds 1.0%.

鋳鉄基地中に遊離セメンタイトを多量晶出しやすく、か
つ材料コストを高くするので、0.05〜1.0%とし
た。
Since a large amount of free cementite tends to crystallize in the cast iron matrix and increases material cost, the content is set at 0.05 to 1.0%.

CuおよびlNiはMoと同様、恒温変態処理における
パーライト変態を遅らせるのに有効であるが。
Cu and INi, like Mo, are effective in delaying pearlite transformation in isothermal transformation treatment.

MOに比べその効果が弱く、補助的に添加するものとし
テ、ソれぞれNi : 0.2−0.7%、Cu:Q、
1〜0.5%とした。
Its effect is weaker than that of MO, so it should be added as an auxiliary.Ni: 0.2-0.7%, Cu:Q,
The content was set at 1% to 0.5%.

CuおよびMnは、ともに鋳放し状態で基地をパーライ
ト化しやすく、オーステンパー処理を容易ならしめる効
果があるが、Mnは多すぎると鋳鉄基地中に遊離セメン
タイトを晶出しやすいので。
Both Cu and Mn have the effect of easily turning the base into pearlite in the as-cast state and facilitating austempering treatment, but too much Mn tends to crystallize free cementite in the cast iron base.

0.2〜1.2%とした。The content was set at 0.2 to 1.2%.

以ヒのような単独添加の効果に加えて、これらMo 、
 Ni 、 Cu 、 Mn e複合添加することによ
り。
In addition to the effects of single additions such as Mo,
By adding a combination of Ni, Cu, and Mne.

鋳放し状態で基地をパーライト化し、オーステンパー処
理を容易ならしめるとともに、クランクシャフトを必要
に応じて機械加工で仕上げた場合でも1強度の必要な部
位、たとえばピン部、ジャーナル部、及びそれらのフィ
レット部において2表面ド3關以−ヒのベーナイト組織
層の確保を可能としている。
The base is made into pearlite in the as-cast state to facilitate austempering treatment, and even if the crankshaft is finished by machining as necessary, it can be used for parts that require high strength, such as pin parts, journal parts, and their fillets. This makes it possible to secure a bainite structure layer on two surfaces and three sides in the area.

また、複合添加する場合の添加量は、当然クランクシャ
フトの肉厚によって異なるが、オーステンパー処理に伴
なう、恒温変態処理においてパーライト変態を阻止する
程度でよく、言いかえると。
In addition, the amount added in the case of compound addition naturally varies depending on the thickness of the crankshaft, but it is sufficient to prevent pearlite transformation in the isothermal transformation treatment accompanying the austempering treatment, in other words.

機械加工した場合のクランクシャフトに、少なくとも表
面ド311I11以ヒのベイナイト組織層を形成する程
度でよいが、逆に合金元素を多く添加しても。
It is sufficient to form a bainite structure layer at least on the surface of the crankshaft after machining, but it is also possible to add a large amount of alloying elements.

芯部まで均一にベイナイト組織となるだけで、性能ヒは
問題ない。
As long as the bainite structure is uniform all the way to the core, there is no problem with performance.

たyし、単独添加の効果において述べたように。However, as mentioned in the effect of adding it alone.

被削性、耐久性番こ有害な遊離セメンタイトを鋳鉄基地
中に晶出しない程度のIVio 、 Mn 量、ならび
に鋳造性(偏析、ピンホール、ひけ巣など)を害しない
程度のMo 、 Ni 、 Cu 、 Mll iとす
る必要がある。
Machinability and durability: The amount of IVio, Mn is sufficient to prevent harmful free cementite from crystallizing into the cast iron base, and the amount of Mo, Ni, Cu is sufficient to not impair castability (segregation, pinholes, shrinkage cavities, etc.). , Mll i.

これら恒温変態処理における。パーライト化阻止に寄与
する元素の種類および添加量は、製造コストを下げる意
味から+OJ能なかぎり少なくするのが望ましい。
In these isothermal transformation treatments. The types and amounts of elements that contribute to inhibiting pearlitization are desirably as small as possible to reduce production costs.

一ヒ記化学組成からなる球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフ
トを鋳造粗形材状態もしくはあらかじめ荒加工した後、
オーステナイト化条件として850〜950℃で0.5
〜3時間加熱保持した後、すみやかに、300〜430
℃の塩浴中に浸漬・急冷し、1時間以ヒ保持してベイナ
イト変態させたのち、室温まで冷却する。
After a crankshaft made of spheroidal graphite cast iron having the chemical composition described above is cast into a rough shape or rough-processed in advance,
0.5 at 850-950℃ as austenitizing conditions
After heating and holding for ~3 hours, immediately reduce the temperature to 300~430
The sample is immersed and rapidly cooled in a salt bath at ℃, kept for 1 hour or more to undergo bainite transformation, and then cooled to room temperature.

その後、必要に応じて機械加工によって、クランクシャ
フトに仕上げる。
After that, the crankshaft is finished by machining as necessary.

このように、オーステンパー処理後機械加工化、ヒげし
たものは、同じ硬さのJISPCI)70もしくは球状
黒鉛鋳鉄の焼入・焼戻し材に比べ、疲労強lWが20%
以ヒ向ヒするため、低負荷エンジン用には使用可能であ
るが、高負荷エンジン用にはさらに疲労強度を向ヒさせ
る必要がある。
In this way, the material that is machined and shaved after austempering has a fatigue strength lW of 20% compared to the same hardness of JISPCI) 70 or quenched and tempered spheroidal graphite cast iron.
However, for high-load engines, it is necessary to further improve the fatigue strength.

本発明法にかかるクランクシャフトは9強度必要部位の
表面ド3關以上をベイナイト組織とし。
The crankshaft according to the method of the present invention has a bainite structure in three or more of the surface areas where strength is required.

さらに、ピン、ジャーナルのフィレット部に1表面ロー
ル加工することにより9通常のJISk′“C1)70
もしくは球状黒鉛鋳、鉄の焼入・焼戻ししたクランクシ
ャフトに比咬して、疲労強度を著しく向上し、妻面ロー
ル加工しない場合の約300%まで上昇させるものであ
る。
Furthermore, by applying one-surface roll processing to the fillet portions of pins and journals,
Alternatively, by using a crankshaft made of spheroidal graphite cast or quenched and tempered iron, the fatigue strength is significantly improved, increasing to about 300% of that without gable roll processing.

なお、一般的には疲労強度の向上手段として。Additionally, it is generally used as a means of improving fatigue strength.

表面ロール加工のほかショットピーニング等も。In addition to surface roll processing, we also offer shot peening, etc.

育効な手段として適用されることがあるが、クランクシ
ャフトのような部品に対しては、処理面粗度1表向硬化
深さの点で表面ロールには及ばない。
Although it is sometimes applied as an effective means for growth, it is not as good as surface rolls in terms of treated surface roughness 1 surface hardening depth for parts such as crankshafts.

オーステンパー処理後のクランクシャフトの組織状態と
しては、パーライトの混在しないはソ全ベイナイト組8
′&層の深さが1機械加工仕、ヒ後のクランクシャフト
の必要部位において、菱面から深さ3 +n+o以ヒ必
要であり、3mm以ドでは耐久性が十分でない。
The structural state of the crankshaft after austempering treatment is that it is entirely bainite with no pearlite mixed in.
The depth of the layer must be 3 mm or more from the diamond surface in the required part of the crankshaft after machining, and if it is less than 3 mm, the durability will not be sufficient.

つぎに、オーステンパー処理条件の限定理由についで以
ドに説明する。
Next, the reasons for limiting the austempering conditions will be explained below.

オーステナイト化加熱を850〜950°cxO,5〜
3時間としたのは、850℃以下では、クランクシャフ
トのような厚肉部品の場合、オーステナイト化に要する
時間が長くなり、950℃以ヒでは、オーステナイト結
晶粒が粗大化し9強度・靭性が低ドするからである。
Austenitization heating at 850~950°cxO, 5~
The reason for the 3 hours is that at temperatures below 850°C, the time required for austenite formation in thick-walled parts such as crankshafts becomes longer, and at temperatures above 950°C, austenite crystal grains become coarser, resulting in lower strength and toughness. This is because

保持時間は肉厚によって異なるが、クランクシャフトで
オーステナイト化に必要最低時間は0.5時間で、厚肉
品でも3時間保持すれば十分である。
The holding time varies depending on the wall thickness, but the minimum time necessary for austenitizing a crankshaft is 0.5 hours, and even for thick-walled products, holding for 3 hours is sufficient.

恒温変態処理としての塩浴中での保持条件を。Holding conditions in a salt bath as isothermal transformation treatment.

300〜b 以下では硬さがHv350以、ヒになり、 vJ削・孔
あけ加工が困離となるため、ド限を300℃とし、ヒ限
430℃以ヒの温度における処理では、疲労強度があま
り向ヒせず、熱エネルギー的にも不利となるからである
Below 300~b, the hardness becomes Hv350 or higher, making it difficult to perform VJ drilling/drilling. Therefore, the hardness limit is set at 300°C, and when processing at a temperature above 430°C, the fatigue strength decreases. This is because it does not provide much heat and is disadvantageous in terms of thermal energy.

従って、望ましくは被削性と強度のバランスから、Hv
260−320の硬さを得るため、350−390℃の
範囲が最適である。
Therefore, from the balance of machinability and strength, Hv
A range of 350-390°C is optimal to obtain a hardness of 260-320°C.

ベイナイト変態を終了させるのに必要な時間は。How long does it take to complete bainite metamorphosis?

通帛の球状黒鉛鋳鉄の場合でも、1時間程度は必要で、
これより短時間では、残留オーステナイトが存在1−る
か、あるいは未変態オーステナイトが冷却時にマルテン
サイト変態し9強度・靭性カ低ドするので好ましくない
Even in the case of regular spheroidal graphite cast iron, it takes about an hour.
If the time is shorter than this, residual austenite may be present, or untransformed austenite may transform to martensite during cooling, resulting in a decrease in strength and toughness, which is not preferable.

最後に9表面ロール加工の条件について述べる。Finally, the conditions for 9-surface roll processing will be described.

ヘルツの接触応力がa o o ”y、 y 、ヒの範
囲において、疲労強度は特に著しく上昇する。この条件
で表向ロール加工した部位の一&面圧縮残留応力は10
 ”y、、 、残留応力影響深さ0.3mm以ヒとなる
Fatigue strength increases particularly when the Hertzian contact stress is in the range of ao o "y, y,
``y, the residual stress influence depth is 0.3 mm or more.

JISFCD70でも表面ロール加工により、疲労強度
がかなリヒ昇するが、接触応力を高くするとクランクシ
ャフトに曲がりを生じ、実用範囲が限られるの【こ対し
、ベイナイト鋳鉄においては。
Even with JIS FCD70, the fatigue strength can be significantly increased by surface rolling, but increasing the contact stress causes bending in the crankshaft, which limits its practical range.

低接触応力で高疲労強度を得ることがBJ能である。BJ ability is to obtain high fatigue strength with low contact stress.

なお1本発明は高強度のクランクシャフト製造方法を提
供するものであるが9部品本体の強度・靭性が高り、&
面ロール加工を組せることにより著しい疲労強度向−ヒ
が得られるため、類似した条件で使用される他の部品に
対しても、応用できることは明らかである。
Note that the present invention provides a method for manufacturing a high-strength crankshaft, and the strength and toughness of the nine parts are high, and
Since the combination of face rolling provides a significant improvement in fatigue strength, it is obvious that it can be applied to other parts used under similar conditions.

以下添付図面に基づいて1本発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below based on the accompanying drawings.

実施例1゜ 第1図はR1の半円形環状切欠をもった。小野式回転曲
げ疲労試験片を、オーステン、N6−処理したベイナイ
ト球状黒鉛鋳鉄で製作し、−表面ロール加工後、疲労強
度を比較したものである。試験片形状を第2図に、&面
ロール加工条件を第1&番こボす。
Embodiment 1 In FIG. 1, a semicircular annular cutout of R1 was provided. Ono rotary bending fatigue test specimens were made from austen and N6-treated bainitic spheroidal graphite cast iron, and the fatigue strength was compared after the surface was rolled. The shape of the test piece is shown in Figure 2, and the rolling conditions are shown in Figure 2.

試験片素材のYブロックの材質と熱処理条件を第2表に
示す。
Table 2 shows the material and heat treatment conditions of the Y block, which is the test piece material.

熱処理後機械加工により、第2図の形状に仕上げ、第1
表に示す条件にて表面ロール加工した。
After heat treatment, it is finished into the shape shown in Figure 2 by machining.
The surface was rolled under the conditions shown in the table.

疲労試験は4400rpmで行ない、107回の疲労限
を第1図に示す。
The fatigue test was conducted at 4400 rpm, and the fatigue limit of 107 cycles is shown in FIG.

第1図から明らかなように1本発明法にかかるオーステ
ンパー処理したベイナイト*、Wの疲労強度ハ1表面ロ
ール加工しない状態でJ I S FCD70に比べ2
0%以ヒ高く1表面ロール加工【こよって、さらにその
差は顕著となる。
As is clear from Fig. 1, the fatigue strength of bainite* and W subjected to austempering according to the method of the present invention is 2.
One surface roll processing is higher than 0% [Thus, the difference becomes even more remarkable.

本発明法にがかるオーステッパー処理したベイナイト鋳
鉄の疲労強度は、接触応力618 k5/’。の表面ロ
ール加工すると、同一条件で表面ロール加工したJIS
FCI)70の1.5倍となり1表面ロール加工しない
状態のJ I S FCDの約4倍の高疲労強度となる
The fatigue strength of the ausstepper-treated bainitic cast iron according to the method of the present invention is a contact stress of 618 k5/'. JIS surface roll processing under the same conditions
The fatigue strength is 1.5 times that of FCI) 70, and about 4 times that of JIS FCD without rolling on one surface.

表面ロール加工の接触応力をさらに^めることも可能で
あるが、ローラー強度を考慮すると、実用的には600
に!4゜以ドを考慮すれば十分である。
It is possible to further increase the contact stress during surface roll processing, but considering the roller strength, practically 600
To! It is sufficient to consider degrees below 4°.

第1図では9本発明にかかるオーステンノく一処理した
ベイナイト鋳鉄供試財は、硬さHv 275のものの結
果を示したが9球状黒鉛鋳鉄の硬さと疲労強度の関係は
、Hv400程度までは比例して上昇することから、こ
れに表向ロール加工したものにおいても、同様に上昇す
ることが容易に准定できる。
In Figure 1, the austenite-treated bainitic cast iron specimen according to the present invention showed a hardness of Hv 275, but the relationship between the hardness and fatigue strength of spheroidal graphite cast iron is proportional up to about Hv400. Therefore, it can be easily determined that the same rise occurs even in the case of surface roll processing.

第3図に圧縮残留応力のX線測定結果を示す。Figure 3 shows the results of X-ray measurement of compressive residual stress.

本発明にかかるベイナイト鋳鉄がJISFCIJ70と
疲労強度が著しく異なることの主原因は、残留応力レベ
ルの違いによるものと考えられ、第3図から明らかなよ
うにそのような残留応力レベル′差が本発明にかかるベ
イナイト鋳鉄十友面ロール加工によって、得られている
ことを示している。
The main reason why the fatigue strength of the bainitic cast iron according to the present invention is significantly different from that of JIS FCI J70 is thought to be due to the difference in residual stress level, and as is clear from FIG. The results show that this is obtained by the bainite cast iron ten-tomo roll processing.

実施例2 ディーゼル−4気筒エンジンのクランクシャフトを2本
発明にかかるオーステンパー処理したベイナイト鋳鉄で
製作し、表面ロール加工を行ない。
Example 2 Two crankshafts of a diesel four-cylinder engine were made from austempered bainitic cast iron according to the present invention, and the surfaces were rolled.

実機にて苛酷な耐久試験を実施した。A severe durability test was conducted on an actual machine.

供試クランクシャフトは、芯部までベイナイト組織とす
仝ため1通常の球状黒鉛鋳鉄に、0.2%Mo+0.5
%Niを添加した鋳鉄を使用した。
The test crankshaft has a bainite structure up to the core, so it is made of ordinary spheroidal graphite cast iron, 0.2% Mo + 0.5
%Ni-added cast iron was used.

また、供試クランクシャフトは、第2表に示す熱処理を
粗形材状態で行ない、1幾1戒加工仕り後。
In addition, the test crankshafts were subjected to the heat treatment shown in Table 2 in the form of rough shapes, and after being processed for one or more precepts.

ピンとジャーナルのフィレット部に9段面ロール加工し
た。
The fillet portions of the pin and journal were machined with 9-step rolls.

表面ロール加工条件は、ローラ径R7,5mm 、  
ローラ先端半径R1,5mm、ローラ加圧荷重500 
kg 。
The surface roll processing conditions are: roller diameter R7.5mm;
Roller tip radius R1.5mm, roller pressure load 500
kg.

ローラパス回数30回、接触応力490に〜で行なった
The number of roller passes was 30 times, and the contact stress was 490 ~.

耐久試験条件は 4BOOrpmx300時間のエンジ
ン連続高速耐久試験及び700 rpm x 4 se
cと4800 rpm x 4 secの8秒を1ヅイ
クルとして。
Durability test conditions are 4BOOrpm x 300 hours engine continuous high speed endurance test and 700 rpm x 4 se
c and 4800 rpm x 4 sec for 8 seconds is 1 cycle.

20万サイクル繰り返すアップ゛タウン試験の2種類の
条件で実施しlこ。
The uptown test was conducted under two conditions, with 200,000 cycles being repeated.

試験結果を第3表に示す。The test results are shown in Table 3.

第3表 耐久試験結果 試験結果から明らかなように2本発明にかかるオーステ
ンパー処理したベイナイト鋳鉄の表面ロール加工品は、
実機においても従来のJISFCL)70品に比較して
、著しく耐久性に優れていることが確認された。
Table 3 Durability test results As is clear from the test results, the surface rolled product of austempered bainitic cast iron according to the present invention has the following properties:
It was confirmed that the durability of the actual product was significantly superior to that of the conventional JIS FCL 70 product.

実施例3 表面ベイナイト1鍔の深さを種々変化させ、ガソリンエ
ンジン用クランクシャフトを製作し、単品の平面曲げ疲
労試験を実施した。
Example 3 Surface Bainite 1 Crankshafts for gasoline engines were manufactured by varying the depth of the flange, and a single plane bending fatigue test was conducted.

試験条件は、最低荷重1【Onの部分片振り試験で10
’回の繰り返し試験での最大前爪で比較しtコ。
The test conditions were a partial oscillation test with a minimum load of 1 [On] of 10
Compare the maximum front claw after repeated tests.

供試品の表面ロール加工条件は、接触応力を430−の
一定とした。試験結果を第4表に示す・第4表 単品の
曲げ疲労試験結果 表向全ベイナイト組織層が3 mmmトドものは。
The surface rolling processing conditions for the sample were such that the contact stress was constant at 430-. The test results are shown in Table 4. Table 4: Bending fatigue test results for single products.

耐久限度荷重がほとんどヒ昇せず、JISFCIJ70
と同等であるが1表面全ベイナイト組織層を3 mm以
−ヒとしtこものは、耐久限荷重のヒ昇が著しい。
Endurance limit load hardly increases, JIS FCI J70
However, if the entire bainitic structure layer on one surface is 3 mm or more thick, the durability limit load will increase significantly.

以ヒにより明らかなように9本発明にかかるクランクシ
ャフト製造方法によれば、従来の鋳鉄製クランクシャフ
トに比べ、クランクシャフト本体の強度・靭性を向上で
きるばかりでなく、クランクシャフトの疲労強度ヒ最弱
部となる。ピン、ジャーナルのフィレット部における疲
労強度を著しく向ヒさせたクランクシャフトを製造する
ことができる利点がある。
As is clear from the following, the crankshaft manufacturing method according to the present invention not only improves the strength and toughness of the crankshaft body compared to conventional cast iron crankshafts, but also improves the fatigue strength of the crankshaft. It becomes the weak link. There is an advantage in that it is possible to manufacture a crankshaft with significantly improved fatigue strength in the fillet portions of the pins and journals.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明法にかかるベイナイト鋳鉄とJISFC
D70の疲労強度の比較例を示す図、第2図は疲労試験
に用いた試験片形状を示す図、第3図は本発明法にかか
るベイナイト鋳鉄とJISFCD70の妻面ロール加工
後の圧縮残留応力分布の比較例を示す図である。 出  願  人 トヨタ自動車株式会社
Figure 1 shows bainite cast iron and JISFC according to the method of the present invention.
Figure 2 shows a comparative example of fatigue strength of D70, Figure 2 shows the shape of the test piece used in the fatigue test, Figure 3 shows the compressive residual stress after gable roll processing of bainitic cast iron and JIS FCD70 according to the method of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a comparative example of distribution. Applicant Toyota Motor Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)C:3.0〜4.5重量%(以ド同じ)、Si:
15〜3.0%、Mg:o、o2〜0.10%、残部実
質的にFeからなる主要成分に、 Mo : 0.05
−1.0%。 Ni:0.1−0.7%、 Cu :0.1−0.5%
、Mn:0.2−1.2%を単独もしくは複合添加して
なる球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトを、850〜95
0℃に0.5〜3時間加熱・保持した後、300〜43
0℃に急冷して1時間具ヒ保持するオーステンパー処理
を行ない、ついで、仕ヒげ加工されたクランクシャフト
のピンおよびジャーナルのフィレット部に1表面ロール
加工することを特徴とした高強度クランクシャフトの製
造方法。
(1) C: 3.0 to 4.5% by weight (same hereafter), Si:
15 to 3.0%, Mg: o, o2 to 0.10%, the remainder substantially consisting of Fe, Mo: 0.05
-1.0%. Ni: 0.1-0.7%, Cu: 0.1-0.5%
, a crankshaft made of spheroidal graphite cast iron with Mn: 0.2-1.2% added singly or in combination.
After heating and holding at 0℃ for 0.5 to 3 hours, 300 to 43
A high-strength crankshaft characterized by an austempering process in which the material is rapidly cooled to 0°C and held for 1 hour, and then the fillet portions of the crankshaft pins and journals are rolled on one surface. manufacturing method.
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