JPS60187621A

JPS60187621A - 球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法

Info

Publication number: JPS60187621A
Application number: JP4272284A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Taya; 猛好田家; Shunichi Fujio; 藤尾　俊一; Yasuyuki Yamada; 康之山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1984-03-05
Publication date: 1985-09-25

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法に関し、詳しくは
、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の合金元素を含有する合金球状黒
鉛鋳鉄を、オーステンバ処理１機械加工、変態を伴う後
加熱熱処理を巧みに結合させることにより、オーステン
バ処理により得られた靭性を犠牲とすることなく、鋳鉄
部品加工を容易とするとともに高強度、高耐摩耗性を併
せ保有させることのできる球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法に
係る。

〔従来技術〕

鋳鉄において、材料の低コスト性を維持したまま最近の
部品軽量化要求に適合させたり、鋼の代替材料として適
用できるような高強度、高靭性を確保するには、従来の
球状黒鉛鋳鉄では不充分である。

そこで、従来、鋳鉄には焼入焼もどし処理、オーステン
パ処理管種々の熱処理がなされており、とくに、鋳鉄を
オーステンバ処理し°ζ基地組織をオーステンパ処理組
織とするごとにより、強度と靭性が向」−することは既
に知られており、とりわり、球状黒鉛鋳鉄においてそれ
らの特性の向上が著しい。

しかし、ｉ；１記した従来の２つの熱処理には一長−・
短があり、鋳鉄部品への適用は鋼部品への適用稈広くＷ
及していないのが現状である。

即ち、球状黒鉛鋳鉄を焼入して基地組織をマルテンザ・
イト組織とすれば鋳鉄としては最高硬さを得ることがで
き、さらに、焼入後に焼もどし処理を施すごとにより機
械的性質を改善することができることば公知の技術であ
る。

しかし、この球状黒鉛鋳鉄の焼入焼もどし材は、硬さ１
強度ともに熱処理しないものに比較して高いレベルにあ
るが靭性が著しく低く、特に、不完全焼入相の靭性は、
マルテンサイト組織組織中にソルバイト組織、トルース
タイト組織、オーステナイト組織等が散在することから
、熱処理しない球状黒鉛鋳鉄と比較しても著しく劣るも
のとなる。

また、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパ処理することにより
強度と靭性を高め得ることは、その熱処理過程において
残留オーステナイト組＃＆量を自在に調節することがで
きることを含めて既に公知の技術である。

しかし、この球状黒鉛鋳鉄のオーステンパ処理材ば残留
オーステナイト組重量によりその特性が著しく変化する
ものの、焼入焼もどし月に比較すると硬さが低く、耐摩
耗性に劣るという欠点があり、特に、残留オーステナイ
ト組織が存在すると強度、靭性をも劣化させるという欠
点がある。

また、側熱処理ともに従来におい”ζは鋳造相形材を機
械加工した後に熱処理を施すのが通常であるが、熱処理
時の熱応力、変態応力等により鋳鉄部品の変形を発生し
、高い寸法精度が要求される鋳鉄部品においては、熱処
理後に再度機械加工もしくは研削仕上を必要とする場合
が少なくないにもかかわらず、焼入焼もどし材、残留オ
ーステナイト組織量の少ないオーステンパ処理＋４にお
いては、硬さが高いことから被削性が著しく劣るという
欠点があった。

上述のように、従°来の球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法にお
いては、高強度、高靭性、高耐摩耗性がともに要求され
る鋳鉄部品に対しては適用することができず、前記特性
のうらいづれがを犠牲としなげればならないという欠点
があり、とりわけ、熱処理後における被削性が著しく劣
るという欠点は、に記μｍ処理を実施した球状黒鉛鋳鉄
部品を実用的に１ｇ及さゼる上で大きな障害となってい
た。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の従来の球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法の欠
点を解消するためになされたもので、球状黒鉛鋳鉄の組
成を調整するとともに、オーステンバ処理工程９機械加
工工程、後加熱熱処理工程を巧みに結合させて、鋳鉄部
品加工時には被削性に優れ、完成鋳鉄部品としては、そ
の基地組織をべ任ノ゛イト組織＋マルテンザイト組織、
もしくは、ベイナイト組織子マルテンザイト組織＋オー
ステナイト組織の２相もしくは３相の混合組織とするこ
とによゲ乙高強度、高靭性、高耐摩耗性を併−１保有さ
−Ｕることのできる球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法を提供す
ることを目的としている。

〔発明の構成〕

このような目的は、本発明によれば、重量比率で、ＣＩ
３．０〜４．５％、Ｓｉ　；　１．５〜３゜０％、Ｍｎ
　；　０．２〜１．０％、Ｍｇ　；　０．０２〜０．１
０％、残部実質的にＦｅからなる基本成分に、Ｍｏ　；
　０．１〜１．０％、Ｎｉ；０，２〜１．５％、ＣＩに
０．１〜１．５％を含有する合金球状黒鉛鋳鉄を８５０
〜９００℃Ｘ０．５〜３時間のオーステナイト化処理後
、速やかに、２１０〜４３０°Ｃの塩浴中に浸漬・恒温
保持して、基地組織中の残留オーステナイト組織量が体
積比率で２０〜６０％となずオーステンパ処理し、一つ
いで、機械加工仕上した後、３５０〜６００　’（：　
Ｘ　０　。

５〜３時間の加熱保持することによって、残留オーステ
ナイト組織の一部もしくは全部をマルテンサイト組織と
することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法によっ
て達成される。

〔発明の作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

まず、本発明材における各々の合金添加元素の範囲限定
理由について説明する。

なお、Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇにツイテは、一般的な球状
黒鉛鋳鉄組成と同じ範囲であり、かつ、範囲限定理由も
良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。

本発明の球状黒鉛鋳鉄素月は上記通常の化学成分のばか
に、重量比率で、Ｍｏ；０．１〜１．　０％、Ｎｉ　；
０．２〜１．５％、Ｃｕ　；　０．ｌ〜１゜５％を含自
したものである。

以下１．１−記Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕの添加効果および添加
範囲限定理由について説明する。

Ｍｏはパーライト組織生成開始線を長時間側に移行させ
るとともに、ベイナイト組織生成開始線を短時間側に移
行させることからオーステンパ処理におりる恒温変態を
容易とするために有効であるが、０．１％未満ではその
効果が充分でなく、１．０％を越えて添加してもその添
加量に見合ったジノ果の向」二が認められないばかりで
なく過剰なＭｏが炭化物として析出し、材質を脆化する
ことから０，１〜１．０％とした。

ＮｉはＭｏと同様にオーステンパ処理時の恒温変態を容
易にし、また、オーステナイト組織領域を拡げる効果が
あり有効であるが、０．２％未満ではその効果が充分で
なく、一方、１．５％を越えると鋳造性が悪化すること
から、０．２〜１゜５％とした。

また、Ｃｕの焼入性ばＮｉの焼入性の半分程度ではある
が、Ｍｏと共存する場合にはＭｏのチル化傾向を抑制す
る等に有効である。

しかし、０．１％未満ではその効果が充分でなべ、１．
５％を越えると鋳造性を害するとともに球状黒鉛鋳鉄の
強度を低下さセるごとから０．　１〜１，５％とした。

つぎに、熱処理条件の限定理由について説明する。

オーステナイト化処理条件を８５０〜ｂ×０．５〜３時
間としたのは、８５０℃未満の塩度ではオーステナイト
化処理に要する時間が長くなり、９５０℃を越えるとオ
ーステナベ１−組織の結晶粒が粗大化してオーステンバ
処理後のへイナイト組織およびマルテンサイト組織の強
度、靭性が低下するからである。

また、オーステナイト化処理時の保持時間は、熱処理す
る鋳鉄部品を均一なオーステナイト組織とするには０．
５時間は必要であり、３時間を越えるとオーステナイト
組織の結晶粒が粗大化して好ましくない。

゛つぎに、オーステンパ処理のための塩浴浸漬による恒
温保持温度を２１０〜４３０℃としたのは、部品の球状
黒鉛鋳鉄のＭｓ点が２００　”ｃ程度であることから、
２１０℃を下限とした。

そして、」二限温度を４３０　℃としたのは、それを越
えるとベイナイト組織が変化し“ζ材質を軟化するばか
りでなく、熱エネルギ的に不利となるからである。

なお、オーステナイト化における恒温変態のための塩浴
中での保持時間は、オーステンバ処理後において体積比
率で２０〜６０％の残留オーステナイト組織量とする時
間であればよい。

ここで、残留オーステナイト組織量の上限を６０％とし
たのは、それを越えるとヘイナイト組織量が４０％未満
となり球状黒鉛鋳鉄の靭性が低下するからである。

また、残留オーステナイト組織量の下限を２０％とした
のは、それ未満では完全へイナイト組織球状黒鉛鋳鉄と
硬さが殆ど変わらないことがら、被削性が悪く、また後
加熱熱処理後のマルテンザイ１へ組織量が２０％未満と
なり強度、　１Ｉｉ４摩耗性の改善も期待できないから
である。

後加熱熱処理条件を３５０〜６００’ＣＸ０．５〜３時
間としたのは、３５０℃未満ではオーステナイト組織か
らマルテンサイト組織への変態に要する時間が長くなり
、６００　’ｃを越えるとヘイナイト組織が変化し材質
が軟化するからである。

マタ、後加熱熱処理における保持時間はオーステナイト
組織からマルテンサイト組織−・の変態を充分にさせる
には、０．５時間は必要であり３時間を越えるとベイナ
イト組織特性の劣化が著しく好ましくない。

上述のように、本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄をまず機
械荒加工した後、オーステンパ処理し、ついで、機械仕
上加工し、その後、後加熱熱処理の工程を実施すること
になる。

なお、機械荒加工９機械仕上加工は製造する鋳造部品に
められる寸法精度に応して実施されるべきもので、場合
によってはどちらか一方だけでもよい。

また、本発明法において機械仕上加工が容易となるのば
、オーステンパ処理により基地組織中の残留オーステナ
イト組織量が２０〜６０％となり被削性が良好な状態で
加工できるからである。

そして、後加熱熱処理時には鋳造部品の変形は殆どなく
、オーステナイト組織からマルテンザイト組織への変態
に伴う体積膨張程度の寸法変化ですむのである。

また、本発明法により製造した球状黒鉛鋳鉄が高強度、
高靭性、高耐摩耗性をもたらしているのは、後加熱熱処
理した完成鋳鉄部品の基地組織がヘイナイト組織子マル
テンサイト組織もしくはヘイナイト組織子マルテンザイ
ト組織＋オーステナイト組織という２相もしくは３相の
混合組織となるからである。

〔実施例〕以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

本発明法に用いた球状黒鉛鋳鉄材を第１図に示す長さ；
Ｉ５０鰭１幅；５５ｍ＋＋、高さ；１４０關のＹブロッ
クに縫込み、このＹブロックから第２図に示す平行部；
φ１４ｍｍ、チャック部；φ２２朋のテストピースを削
出し、機械加工仕上し、た後本発明法により熱処理を実
施し、引張試験および硬さ試験を行った。

なお、比較のだめ、通常の組成を有する球状黒鉛鋳鉄材
を同様に第１図に示ずＹプロ・７りに鋳込みテストピー
スを削出し機械加工仕りげした後、完全へイナイト組織
とした試料および焼入焼もどし処理した試料についても
引張試験および硬さ試験を行った。

その試験結果を下表に示す。

表から明らかなように、本発明法により熱処理した球状
黒鉛鋳鉄材はオーステンバ処理後の硬さが完全オーステ
ンパ処理材および焼入焼もどし祠に比較して低く、被削
性が改善されていることが理解される。

また、オーステンバ処理した後さらに後加熱熱処理した
球状黒鉛鋳鉄材の硬さは残留オーステナイト組織がマル
テンザイト組織に変態して高硬度となることから完全オ
ーステンパ処理月に比較して引張強度、耐摩耗性にすく
れている。

また、伸び、はオーステンパ処理した後、さらに、後加
熱熱処理した球状黒鉛鋳鉄材でもヘイナイト組織の高靭
性を損なうことがなく、焼入焼もどし材に比較して靭性
にすぐれていることを示している。

以上のように、本発明法により熱処理した球状黒鉛鋳鉄
材は、従来の完全オーステンパ処理材。

焼入焼もどし材に比較していずれの特性においても優れ
た結果を示しており、従来材の欠点を解消したバランス
のとれた球状黒鉛鋳鉄材であるということができる。

〔発明の効果〕

以」二により明らかなように、本発明にかかる球状黒鉛
鋳鉄の熱処理方法によれば、球状黒鉛鋳鉄の組成を調整
するとともに、オーステンパ処理工程２機械加ニーＬ程
、後加熱熱処理工程を巧みに結合させて、鋳鉄部品加工
時には被削性に優れ、完成鋳鉄部品としては、ヘイナイ
ト組織＋マルテンザイト組織、もしくは、ベイナイト組
織→−マルテンザイト組織＋オーステナイト組織の２相
もしくは３相の混合組織とするごとによって、高強度。

高靭性、高耐摩耗性を併せ保有させることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ｕｆ東粗形材の鋳造に使用したＹブ１コック
の（ａｌは正面図、　（ｂｌば側面図。第２図は、本発明材の特性評価に使用したテストピース
の形状を示す図である。（ｄ）（ｂ）第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比率で、Ｃｉ３．０〜４．５％、Ｓｔ、１．．
５〜３．０％、Ｍｒｚｏ、２〜１．０％１Ｍ、ｉ（１，
０２〜０．１０％、残部実質的にＦｅからなる基本成分
に、Ｍｏ；０．１〜１．０％。Ｎｉ　；０．２〜１．５％、Ｃｕ；０．１〜１．５％を
含有する合金球状黒鉛鋳鉄を８５０〜ｂ速やかに、２１
０〜４３０℃の塩浴中に浸漬・恒温保持して、基地組織
中の残留オーステナイト組織量が体積比率で２０〜６０
％となすオーステンバ処理し、ついで、機械加工仕上し
た後、３５０〜ｂことによって、残留オーステナイト組織の一部もし、く
は全部をマルテンサ・イト組織とすることを特徴とする
球状黒鉛鋳鉄の熱処理方法。