JPS5917186B2 - 球状黒鉛鋳鉄とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基地組織が微細パーライト及びフェライトの混
合組織（以下微細パーライト地と記す）からなる球状黒
鉛鋳鉄とその製造方法に関する。

基地組織がパーライト地からなる球状黒鉛鋳鉄は鋳放し
状態で容易に得られるため古くから製造され使用されて
きた。

この場合パーライト地球状黒鉛鋳鉄を得るためには目的
とする硬度と製品肉厚に応じてＭｎ量を増減する方法に
よっていたが、Ｍｎはパーライト化を促進すると同時に
セメンタイト（以下炭化物と記す）の晶（析）出を促進
する元素であるため、Ｍｎ含有量が高くなると基地組織
中のパーライト量が増すとともに、炭化物の晶（析）出
もともない局部的に硬度が高くなり、脆くなったり、切
削性が極端に劣化するなどの問題があった。

従って、鋳放し状態で使用されるパーライト地球状黒鉛
鋳鉄を製造する場合炭化物の晶（析）出を防止するため
、一般的にはＭｎ含有量を高めると同時に炭化物品（析
）出を抑制する元素であるＳｉ量も高くする（２．５〜
３．０％）ことによりなされていた。

このような従来の方法によって製造されたパーライト地
球状黒鉛鋳鉄は、Ｍｎ量、Ｓｉ量が高いことに起因して
鋳物の鋳型内での冷却速度やその他の変動要因の影響を
受けやすく、同一製品内でも均一なパーライト組織とな
り得なかった。

即ち同一製品内であっても肉厚が薄く冷却速度が速いと
ころでは、完全パーライト地となり硬度は高い。

逆に厚肉部など冷却速度の遅いところでは、フェライト
地を多量に含んだパーライト地組織となり硬度は低く軟
かくなる傾向が強い。

更に各ヒート間の球状化処理条件、接種効果の差や、各
枠組の注湯終了から型ばらしまでの鋳型内冷却時間の差
、接種効果のフェーディング現象による差など種々の変
動要因の影響により、同一製品を多量生産する場合、製
品毎の組織硬度に大きなばらつきを生じるのが常であり
、材質そのものの信頼性に欠けていた。

これらは偏えにフェライト化促進元素であるＳｉとパー
ライト化促進元素であるＭｎとの作用の相反する元素を
同時に多量に含有しているためである。

従来、鋳放しで製造されてきたパーライト地球状黒鉛鋳
鉄は、このように製造コストは安いが組織及び機械的性
質上のばらつきが大きかったため、信頼性が高く要求さ
れる鋳物品については、熱処理による材質改善が行なわ
れてきた。

この場合の熱処理方法は９００℃以上のオーステナイト
領域に加熱保持し、鋳物各部を均一にオーステナイト化
し、その後適当な冷却速度で冷却する熱処理法であった
。

９００℃以上の高温で完全オーステナイト化しなければ
ならない理由は、従来のパーライト地球状黒鉛鋳鉄が鋳
放し状態では鋳物各部分及び各鋳物品毎によりパーライ
ト量が異なるためである。

９００℃以上の高温加熱は熱処理コストが上昇するばか
りでなく、熱処理時に歪発生をともなうなど決して好ま
しいものではなかった。

又、基地組織を微細パーライト地にするための従来法は
第１図に示す鉄−炭素平衡状態図のＡ点からの急冷に相
当し、この時のオーステナイトは共析炭素量以上を含有
しているため、急冷に際しＡｃｒｒＬ線上で結晶粒界附
近に微細な初析セメンタイトを晶＜ｖｂ出させるか、パ
ーライト中に過飽和炭素を含有することとなり、これが
靭性を低下させる原因となっていた。

本発明は上記の点に鑑み、鋳放しで得られた均一なパー
ライト地球状黒鉛鋳鉄を７５０〜８５０℃のα相とγ相
の共存温度域に加熱し、その温度でα相とγ相が平衡状
態に至らない程度の適当な時間保持し、その温度から急
冷することによりパーライトの均一微細化をはかり、靭
性のすぐれた微細パーライト地球状黒鉛鋳鉄とその製造
方法を提供せんとするものである。

本発明によると最高加熱温度が従来の方法に比べて著し
く低いので熱処理コストの低減がはかれるばかりでなく
、熱処理歪発生の危険性もなく、かつ得られる組織は第
１図のＢ点からの冷却に相当し、過飽和炭素や初析セメ
ンタイトを含まない均一微細パーライト地となり靭性に
富んだものとなし得る。

このように比較的簡単な熱処理により鋳物各部分及び各
鋳物品毎で均一な微細パーライト地を得るためには、鋳
放し状態ですでに均一なパーライト組織にしておく必要
があり、このことは従来のようなＳｉ、Ｍｎ含有量の高
い球状黒鉛鋳鉄では達成困難である。

従って本発明の第一条件である鋳放し状態で均一なパー
ライト組織を得るため、パーライト化安定元素であると
ともに炭化物生成元素であるＭｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃ
ｕ、Ｓｎ等の含有量を炭化物品（析）出限昇竜以下に抑
えるとともに、フェライト化促進元素であるＳｉ含有量
もできる限り低くシ、炭化物生成傾向を持たないパーラ
イト化促進元素であるＮｉを適当量含有させることを特
徴としている。

Ｓｉ含有量が高いと鋳放し時のパーライト量及び熱処理
後のパーライト量が冷却速度の影響を受けやすくなるた
めできる限り低くする必要があるか、通常の球状黒鉛鋳
鉄成分ではＳｉ量が２．２％以下になると薄肉部におい
て炭化物生成傾向が増し、Ｓｉ量を下げることが困難で
ある。

そのため上述のように炭化物品（析）出元素の含有量を
規制せねばならない。

以下本発明を実施例に基いて詳細に説明する。

（実施例 １） 低周波炉で球状黒鉛鋳鉄戻り屑４０％、ソレルメタル（
商品名）２０係、鋼屑４０饅を配合溶解し、昇温、成分
調整後出湯時にＦｅ−Ｆｅ−８ｉ−５％Ｍｇ）で球状化
処理を行なった。

その後Ｆｅ−８ｉで０．６％の接種を施し、肉厚の異な
る板状試験片が放射状にならんだ空隙部を有する砂型鋳
型に鋳込んだ。

なお使用した鋼屑は市販の良質鋼屑である。

このときの化学成分を第１表に示し、第２図、第３図に
板厚１０ｍｍ１７０ｍｍにおける顕微鏡組織を示す。

第２図、第３図で明らかなように板厚１０ｍｍ。

７０朋での組織はパーライトとフェライトの混合したも
のであり、硬度差はブリネルかたさで２７であるが、通
常のＭｎ、Ｓｉの高い球状黒鉛鋳鉄の場合にはこの差が
約６０程度になる。

又第１表の分析結果かられかるように通常のパーライト
地球状黒鉛鋳鉄に多量に含有されるＭ−ｎは０．１６％
と非常に低い含有量となっている。

更に共晶セル境界に偏析し炭化物を晶（析）出させやす
いＣｒＭｏ、Ｖ等の総合有量を０．０４８２％にしたこ
とにより、Ｓｉ量が２．０２％であっても炭化物の晶（
析）出を防止することができた。

この場合Ｓｉ量が２．２％以上、Ｍｎが０．３０％含有
されると、鋳物の冷却速度の影響が犬となり鋳物肉厚に
よる硬度差が大きくなるため、これ以下にする必要があ
る。

又不可避的に含有される各成分それぞれ単独の炭化物を
晶（析）出させる限界含有量はＣｒ。

■で０．１０％であり、Ｍｏは０．２５％である。

Ｎｉを含有させて基地組織の均一なパーライト化を図る
ためには、他のパーライト化促進元素含有量を低く保た
なければ、その相乗効果により基地組織のばらつきを招
くことになる。

例えばＣｕはその含有量が０．２０％まではパーライト
化促進作用は殆んどないが、０．２５％以上になると、
その作用効果が急増してくる。

従ってＣｕ含有量が０．１０％のものと０．３０％のも
のにそれぞれ２，５係のＮｉを含有させると、後者の方
がよりパーライト化が促進され、硬度が高く、引張強さ
も高いものとなる。

これはＣｕ及びＮｉのパーライト化促進作用の相乗的効
果によるものである。

Ｎｉ添加によりヒート間のばらつきの少ない硬度を持っ
た均一なパーライト組織を得るためには、Ｃｕ含有量を
０．２０％以下、Ｓｎ含有量を０．０２０％以下にする
必要がある。

又Ｍｎの炭化物品（析）出促進作用は鋳物の肉厚によっ
ても異なるが、冷却速度の速い薄肉部においては０．３
０％以上になるとその作用が顕著になるため、これ以下
にする必要がある。

このような成分範囲で均一なパーライト組織を得るに必
要なＮｉ量は鋳物の肉厚と目標硬度により多少の差はあ
るが、通常２，０％以下Ｎｉ量ではパーライト化促進作
用が低下し、薄肉部でも充分なパーライト組織を得られ
ない。

また上限の５．０係は厚肉部において完全パーライト組
織にするに必要な量であり、それ以上含有させる必要は
ない。

このようにして得た均一なパーライト組織を持った鋳物
をα相さγ相の共存温度域である８００℃に加熱後、３
時間保持し出炉後衝風冷却（強制空冷）により急冷を行
って得た組織を第４図に示す。

第４図のパーライト組織は第２図、第３図と比較して明
らかなように微細化され、より均一に分散している。

急冷方法としては衝風冷却のほかに液体焼入法があり、
その場合でも同等の効果が得られる。

このようにパーライトを微細化し均一に分散させた球状
黒鉛鋳鉄は第２表に示すような機械的性質を備えている
。

本発明による球状黒鉛鋳鉄は伸び及び衝撃特性において
非常にすぐれており高い靭性をもつ材料であることがわ
かる。

（実施例 ２） 実施例１と同一溶湯で得られた鋳放しパーライト地球状
黒鉛鋳鉄をα相とγ相の共存温度域である８４０°Ｃに
加熱後３時間保持し出炉後油焼入を行ない、更にこの鋳
物を５００℃で焼戻しを行った時の組織を第５図に、機
械的性質を第３表に示す。

基地組織のパーライトは第４図に比べ更に微細化してい
る。

この場合急冷開始温度が実施例１の場合より高いため、
基地組織は殆んどパーライトとなっている。

このような組織をもつ球状黒鉛鋳鉄は同一硬度の鋳放し
パーライト地のものに比べ耐摩耗性、靭性のすぐれたも
のとなる。

実施例１，２のような簡単な熱処理は、従来性なわれて
いるような高温度域ではないため、熱処理中の発生歪も
なくかつ省エネルギー型であり、その経済的効果は著し
いものがある。

以上の説明で明らかなように、炭化物生成傾向の強い元
素の含有量を適切な量以下に抑え、同時にＳｉ含有量を
２．２％以下に低下させ、パーライト化促進元素として
Ｎｉを目標硬度に応じて適当量含有させることにより、
通常のパーライト地球状黒鉛鋳鉄に比べて、組織のばら
つきの少ない鋳物を得て、更にこれをα相とγ相の共存
温度域である７５０〜８５０℃より急冷するか、あるい
は急冷したものを焼戻しする簡単な熱処理により、より
均一な微細パーライト地の靭性のすぐれた極めて有用な
微細パーライト地球状黒鉛鋳鉄を得ることができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は平衡状態図、第２図及び第３図は本発明による
板厚１０朋及び７０朋の組織を示す顕微鏡写真、第４図
は強制空冷した場合の組織を示す顕微鏡写真、第５図は
焼入焼戻組織を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｃ３〜４．２％、Ｓｉ１．３〜２．２％、Ｎｉは
   ２％を超え５％までＭｇ０，０２〜０．０８％とし残部
   Ｆｅ及びＭｎ、Ｃｒ１ ＳｎＳｎ１Ｖ１．Ｃｕなどの不
   純物よりなり微細パーライト組織を有する球状黒鉛鋳鉄
   。 ２Ｍｎ含有量を０．３係以下とする特許請求の範囲第１
   項記載の球状黒鉛鋳鉄。 ３ Ｃｕ＜０．２０％、Ｃｒ＜０．１０％、Ｓｎ＜０
   ．０２％、Ｖ＜０．１０％、Ｍ ｏ ＜ ０．２５％と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の球状黒鉛
   鋳鉄。 ４ Ｃｕ１Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏの総和を０．５０％
   以下とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の球状黒鉛鋳鉄 ５ Ｃ３〜４．２係、Ｓｉ１．３〜２，２％、Ｎｉは
   ２％を超え５％までＭｇ０．０２〜０．０８％とし残部
   Ｆｅ及びＭｎ、 Ｃｒ、 Ｓ ｎ１Ｖ、 Ｍｏなどの不
   純物よりなる球状黒鉛鋳鉄を７５０〜８５０℃のα相γ
   相の共存温度域より急冷することによって得られる微細
   パーライト組織を有する球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 ６Ｍｎ含有量を０．３％以下とする特許請求の範囲第５
   項記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 ７ Ｃｕ＜０．２０％、Ｃｒ＜０．１０％、Ｓｕ＜０
   ．０２％、Ｖ＜０．１０％、Ｍ ｏ ＜０．２５％さす
   る特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の球状黒鉛鋳
   鉄の製造方法。 ８ Ｃｕ、 Ｃｒ、 Ｓ’ｎ、 Ｖ、 Ｍｏの総和を
   ０１５０係以下とする特許請求の範囲第５項ないし第７
   項のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 ９７５０〜８５０℃のα相γ相の共存温度域より強制空
   冷することを特徴とする特許請求の範囲第５項ないし第
   ８項のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 ｉＱ’７５０〜８５０℃のα相γ相の共存温度域より液
   体焼入を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第５項
   ないし第８項のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方
   法。 １１ Ｃ３〜４．２％、Ｓｉ１．３〜２．２％、Ｎｉは
   ２係を超え５％までＭｇ０．０２〜０．０８％とし残部
   Ｆｅ及びＭｎ１Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ１Ｃｕなとの不純
   物よりなる球状黒鉛鋳鉄を７５０〜８５０°Ｃのα相γ
   相の共存温度域より急冷したのち１５０〜５５０℃にて
   焼戻しを行なうことを特徴とする微細パーライト組織を
   有する球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 １２ Ｍｎ含有量を０，３０％以下とする特許請求の範
   囲第１１項記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 ｉ３ Ｃｕ＜０．２０％、Ｃｒ＜０．１０％、Ｓｎ＜０
   ．０２％、Ｖ＜０５１０％、Ｍ ｎ ＜ ０．２５％と
   する特許請求の範囲第１１項又は第１２項に記載の球状
   黒鉛鋳鉄の製造方法。 １４ Ｃｕ１Ｃｒ、 Ｓｎ、 Ｖ、Ｍｏの総和を０．
   ５０％以下とする特許請求の範囲第１１項ないし第１３
   項のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。