JPS5921379B2 - 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（ホ）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（柳川もと
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（柳川を防止するため一
般的にはＭｎ含有量を高めると同時に炭化物品斬り出を
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
枠毎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アライト化促進元素であるＳｉとパ
ーライト促進原素である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
質上のばらつきが太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°Ｃ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’Ｃ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°Ｃ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ＡｃＩｆＬ線上で結晶粒界附
近に微細な初析セメンタイトを晶■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切セメンタ
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０ 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、Ｓ
ｎ等の含有量を炭化物品■出限界量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
低くし、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Ｃｕ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するた
めできる限り低くする必要があるが通常の球状黒鉛鋳鉄
成分ではＳｉ量が２．２係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（柳用元素の含有量を規
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％、ソレルメクル（商品
名）２０係、鋼屑４０係を配合溶解し、昇温、成分調整
後出湯時にＦｅ−８ｉ −Ｍｇ （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妙所鋳
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ＬＯｍｍ、７０ｍｒｎ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１０ｍｒｒｔ。

７０ｍｍ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（」ブリネルかたさで２５であるが、
通常のＭｎ 、 Ｓ ｉ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Ｍｎは０．１８％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■出させやすいＣ
ｒ、Ｍｏ。

Ｖ、Ｓｎ等の総含有量を０．０４９５ ％にしたことに
より、Ｓｉ量が２．０５係であっても炭化物の晶■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■出させる限界含有量はＣｒ、Ｖでｏ、１ｏ ％であ
り、Ｍｏは０．２５ ％である。

しかしながらこれらの元素とＳｎの総和量が０．４０％
を越えると、各元素側々には限界含有量以下であっても
やはり炭化物の晶■出が著しくなるため、この量を越え
てはならない。

又Ｍｎの炭化物品（旬月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０．３０
％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Ｃｕ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０．１５％未満のＣｕ量ではパーライト化促進
作用が低下し、薄肉部でも光分なパーライト組織を得ら
れない。

また上限の０．９％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相と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°Ｃ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（１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（１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Ｍｎ
、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｎ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Ｃｕ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７５０〜８００°Ｃ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１１０７１Ｌ及び７０ｍｍの顕微鏡組織、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（」
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】 １ Ｃ３〜４．２％、Ｓｉ １．３〜２．２％、Ｃｕ
   Ｏ，１５〜０．９％、Ｍｇ０．０２〜０．０８％とし残
   部Ｆｅ及びＭｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ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２
   Ｍｎ含有量を０．３０％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 Ｃｒ＜０．１０ ％ 、 Ｓｎ＜０．０２％、Ｖ
   ＜０．１０％。 Ｍｏ＜０−２５ ％とする特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載の球状黒鉛鋳鉄。 ４ Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏの総計口を肌４０％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％ 、 Ｓｉ １．３〜２．２％
   、 ＣｕＯ０１５〜０．９％、ＭｇＯ，０２〜０．０８
   ％とし残部Ｆｅ及びＭｎ ｖ Ｃｒ ｙ Ｓ ｎ ＊
   Ｖ ｔ Ｍｏなどの不純物よりなる教法黒鉛鋳鉄を７５
   ０〜８５０°Ｃ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。 （３Ｍｎ含有量を０．３係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 Ｃｒ＜０．１０％、Ｓｎ＜肌０２％ 、 ｖ＜０
   ．１ ｏ ％。 Ｍｏ＜ ０．２５ ％とする特許請求の範囲第５項また
   は第６項に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 ３ Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏの総和０．４０’％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°Ｃ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。 １０７５０〜８５０°Ｃ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の製造方法。 １１ Ｃ３〜４．２％、Ｓｉ １．：３〜２．２％、
   ＣｕＯ０１５〜０．９係、Ｍｇ０．０２〜０．０８％と
   し残部Ｆｅ及びＭｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏなどの不純
   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°Ｃ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。 １２Ｍｎ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。 １３ Ｃｒ＜０．１０％、 Ｓｎ＜０．０２％ 、
   Ｖ＜０．１ （１％ 。 Ｍｎ＜０．２５ ％とする特許請求の範囲第１１項また
   は第１２項に記載の球状黒鉛鋳鉄の製造方法。 １４ Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏの総ｉ口をｏ、４ｏ％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。