JPS60243217A - 高強度、強靭白鋳鉄の製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は白鋳鉄の製造に関するものである６特に白鋳鉄
の脆性を改善し、強靭かつ高強度の白鋳鉄の製法に関す
るものである。

（発明の技術的背景及び問題点） 一般に白鋳鉄は共晶セメンタイトが網目状ないし板状で
、粗大に晶出した組織を有している。このため耐磨耗性
には優れるものＮ、極めて靭性に欠け、その利用範囲は
限られている。

（発明の目的） この網目状又は板状に連続して晶出する共晶セメンタイ
トを鋳造後、熱処理を施こすことによって分断し、基地
中に粒状で均一に析出させることによって脆性を改善し
、かつ高強度の白鋳鉄製造方法を提供しようとするもの
である。

（問題を解決しようとする手段） ところで、白鋳鉄を共析変態点以上の高温で熱処理する
手法は、可鍛鋳鉄の製造に従来から用いられている。そ
の目的は白鋳鉄中のせメンタイトを分解し、炭素をセメ
ンタイトではなく黒鉛として析出させることにある。す
なわち、そこではセメンタイトの黒鉛化が前提となる。

したがって、セメンタイトを黒鉛化させることなく、そ
の形状、分布のみを変化させることには関心が寄せられ
ていなかった。

本発明は熱処理によって共晶セメンタイトの形状と分布
を変える意図で種々検討を加えた結果、第１に門型鋳造
等の急冷によって共晶セメンタイトを事前に微細な網目
状とし、かつ鋳造凝固時、に黒鉛が晶出するいわゆるモ
ットル化を防止し、これによって黒鉛化を促進する元素
、特にＳｉの許容範囲を広げたこと、第２には熱処理の
過程で黒鉛化が生じないよう、黒鉛化抑制元素の添加を
検討ムたが、数多い元素の中でＳｅの添加が有効である
こと、このＳｅは共晶セメンタイトの粒状化を阻害せず
、黒鉛化のみ防止する作用をもつ効果的元素であること
が判った。

（実施例） 本発明はか５る基本的認識に基き発明されたもので、以
下その実施例について説明する。

■）溶解、鋳造方法 （１）金型等による急冷凝固の適用 金型材質は限定されない。すなわち、鋼製、鋳鉄製、銅
製もしくは水冷黒鉛型等を利用し、急冷凝固白鋳鉄とす
る。白鋳鉄の組織は急冷によって微細化す誌。特＞ｅ共
晶セメンタイト相が薄く晶出し、原子空孔、転移等微視
的な欠陥が凍結される。

これらの条件は熱処理過程での共晶セメンタイトの分断
、再分布に有利な要件である。

（２）白鋳鉄の基本組成及びＳｅ添加について；炭素（
Ｃ）は共晶セメンタイトの晶出量に直接影響する。Ｃ量
が多いほど共晶セメンタイト量が増加する。このため白
鋳鉄の硬度、耐磨耗性は高めるが靭性を著しく低下させ
る。特にセメンタイトの粒状均一再分布化には不利な条
件となる。そのためＣ許容範囲は２．０〜３．５％とす
る。特に基地をフェライト化する場合、その段階でセメ
ンタイトの占有率が著増するので、２．０〜２．５％が
適当となる。

珪素（Ｓｉ）は黒鉛化、鋳造性、セメンタイトの粒状化
に影響する。いづれに対してもＳｉの増量はこれを促進
もしくは改善する作用を有している。

本発明の性格上第１に、黒鉛化が生じない範囲とすべき
である。−したがって黒鉛化を抑制するＭｎ、Ｓｅ等の
量を考慮に入れ以下の値を目安どすべきである。

Ｓｅ最少量、　Ｍｎ＜０．３％の場合；　Ｓ　ｉ　＜０
．８％Ｓｅ０．０ｇ−０，１５％、Ｍｎ＜０．０７％の
場合冨Ｓ　ｉ　＜１．８％Ｓ　ｅ　Ｏ，０８〜０．１５
％、Ｍｎ＜０．０７％〜０．３　；　Ｓ　ｉ　＜１．２
％Ｓｅ０．１〜０．１５％、Ｍｎ０．３−１．０％　；
Ｓｔ＜１．２％Ｓ　ｅ　０．１〜０．１５％、Ｋｎ＜０
．０７％　；　Ｓ　ｉ　＜２．０％マンガン（Ｍｎ）は
黒鉛化を抑制する元素ではあるが、その量はＳ、Ｓｅの
量を考慮に入れ決定すべきである。すなわちＭｎはＳ、
Ｓｅと化合し、互いにその作用を中和するからである“
。具体的にはＳ（％）〜１に対しＭｎ（％）〜１．７、
Ｓｓ（％）〜１に対し、Ｍｎ（％）〜０．５２の比率で
最も中和作用が高い。したがって、実用的には上記比率
のＭｎ量に０．２％のＭｎを加えた値以下でＳｅの効果
が発揮されることになる。ゆえにＳｅ量が少ないほどＭ
ｎの値は少くする。

リン（Ｐ）は鋳鉄の靭性を著しく害するのでＰ〈０．１
％とした。

硫黄（Ｓ）は熱処理過程での黒鉛化を抑制するという点
に関しては有利な元素である。しかし、鋳放し組織の指
向性を強め、熱処理による脆化の原因ともなる。さらに
本鋳鉄をフェライト基地とし、利用する場合、フェライ
ト化抑制作用の強い元素であるので、その量をＳ＜０．
１％とする。特に１ｌＩｎ含有量が少量（＜０．０７％
２の場合はさらにＳ＜０．（！３％が好ましい。

セレン（Ｓｅ）は黒鉛化抑制作用に加え、粒状化阻害作
用を示さない元素であることが見い出された。その量は
ＳｅＯ’、０１５〜０．１５％にてＭｎ量を考慮に入れ
決定すると良い。

（３）溶解条件 成分調整に際して特に注意すべきは、Ｓｉ配合後及びＳ
ｅ添加後の出湯ないし鋳造まアの溶湯保持の時間である
。Ｓｉ配合後１０ｍ１ｎ、　Ｓｅ添加後２〜３ｍ１ｎ以
内の保持は、黒鉛化を促進もしくはＳｅの黒鉛化抑制作
用が十分発揮されないようになり好ましくない。

又、鋳込み温度は液相線温度以上１００℃以内が好まし
い。鋳込み温度が高すぎると凝固組織の指向性を強める
。

さらに型バラシ後、７００℃以上で水冷すると黒鉛化を
著しく促進するので、本発明の所期の目的は達せられな
いことになる。

■）熱処理方法 共晶セメンタイト粒状化の処理温度は８００〜１１００
℃とする。低温はど長時間を要するが、セメンタイト粒
の細粒化には有利である。逆に高温では粒状化時間は短
縮されるが、黒鉛化が一方で加速されるため、高Ｓｉ、
Ｓｅ添加量の少ない成分には適しない。処理温度に対す
る焼鈍時間は第１図を目安とする。

焼鈍雰囲気は脱羨防止上非酸化性ガスとする。

すなわちＡ　ｒ　（アルゴン）、Ｎｚ　（窒素）、ｃｏ
（−酸化炭素）の一種もしくはそれらの混合ガスとする
か、これらの一部もしくは全部をＨ２（水素）に置き代
える。Ｈ２は特に黒鉛化抑制作用が顕著なため、これを
用いた場合、白鋳鉄の成分を広く選定可能となる。又、
焼鈍室内部は密閉系とし、製品の大きさに比べその容積
は必要最小限とする。その理由は黒鉛化の抑制にある。

（実験及び試験例）　゛ 以下に示す三種の白鋳鉄をクリプトルミ気炉を用いて溶
製し、これより試験片を採取し材料試験を行なった。

１、白鋳鉄Ａ 成分：Ｃ２，２２％、Ｓｉ　１．１７％、　Ｍｎ　０．
０６２％。

Ｐ＜０．０１％、Ｓ〈０．０２％、５ｅＯ１１２％鋳塊
肉厚：１５ｍ（板状） ２、白鋳鉄Ｂ 成分：Ｃ２，１２％、Ｓｉ　０．７２％、Ｍｎ０１０３
８％。

その他Ａ番二同じ 鋳塊肉厚：　７ｍ、１５ｍ　（いずれも板状）３、白鋳
鉄Ｃ 成分：０２．９５％、５ｉＯ１８６％、Ｍｎ　０．０４
％その他Ａと同じ 鋳塊肉厚：１５ｍ（板状） これらの引張試験、衝撃試験及び硬度測定の結果を表１
に示す。表１には各試験片の基地組織の別を併記した・
これには粒状化処理後の冷却、焼鈍を以下の通りとした
。すなわち、パーライト化は室温までの空冷、フェライ
ト化は７００〜７１０”Ｃまで炉冷し、その温度にて恒
温保持した後室温まで空冷である。

表Ｉ ＊　ＪＩ８３号溝無し試験片 ＊）ＱＰ：パーライト、α：フェライト第２図、第３図
に引張試験による応力−歪曲線のチャート例を示す。鋳
放し試片においてはほとんど塑性歪を生ぜずに破断（第
２図）しているのに対し、セメンタイトの粒状化に加え
フェライト化処理を施こした試片では降伏点を示し、塑
性歪を生じている（第３図）。

写真１と写真２に白鋳鉄の鋳放し状態とセメンタイトを
粒状化した組織状態とを示す。白鋳鉄Ｂ（写真ｌ）の鋳
放し組織（写真１左側）は連続した網目状の共晶セメン
タイト（白色部：３％ナイタール腐食）とパーライト（
黒色部）からなる。

これを本発明の処理を加えた組織では写真１右側の如く
共晶セメンタイトが粒状均一に分散（黒色部ゴピクリン
酸ソーダ腐食）している。写真２の白鋳鉄Ｃ（全てパー
ライト地、３％ナイタール腐食）ではＣ量が多いため、
セメンタイト（白色部）が多い（写真２左側）。本処理
によるセメンタイトの粒状化の度合は、低Ｃ系の白鋳鉄
Ｂに比較すれば良くない（写真２右側）。

（切削加工性） 白鋳鉄の切削加工は非常に困難であるが、本発明の処理
による共晶セメンタイトの粒状化によって、通常の工具
による切削加工が可能となる。特に基地フェライト化を
施した場合に良好な加工性が与えられる。

（効果） 以上本発明によれば、鋳放しての共晶セメンタイトを分
断、粒状化して、均一な分布に変えることにより、脆弱
な白鋳鉄に靭性を与え、高強度の白鋳鉄を得ることがで
きる。又従来の占鋳鉄に比し、そのすぐれた耐磨耗性と
共に、すぐれた機械的性質を併有し、硬くて強く、ねば
い白銑鋳物として１機械構造用耐磨耗部品、粉砕機用耐
磨耗部品、各種のロール、金型等として広い用途を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は共晶化セメンタイトの粒状化処理温度と時間と
の関係グラフ。 第２図は白鋳鉄Ａの鋳放し試片の引張試験チャート。 第３図は白鋳鉄Ａの粒状化処理試片の引張試験チャート
。 写真１は白鋳鉄Ｂの組織写真で左側は鋳放し、右側は処
理後のものを示す。 写真２は白鋳鉄Ｃの組織写真で左側は鋳放し、右側は処
理後のものを示す。　以　玉 出願人　川　野　豊（外１名） 代理人　弁理士　大　橋　勇 ・　第　１展 スを銃１１′ｔＩｆｌ／り 第２図 第３鮫 手続補正書（方式） 昭和５９年９月２７日 特許庁長官　志賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年特　許　願第９８４９３号 ２、発−明の名称　高強度、強靭白鋳鉄の製造方法３、
　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　京都府宇治市木幡赤塚４７−２０氏　名（名称
）　川　野　豊　（外１名）４、代理人 ５、補正命令の日付　昭和５９年８月２８日（発送日）
６、　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 補正事項（特願昭５９−９８４９３） １、明細書第１０ページ下から２行〜１１ページ１１行
を次の如く補正する。 「　弄し１回−と１」ト垣−に白鋳鉄の鋳放し状態とセ
メンタイトを粒状化した組織状態とを示す。白鋳鉄Ｂ（
第４図）の鋳放し組織（ＭＡｉ！Ｌ左側）は連続した網
目状の共晶セメンタイト（白色部：゛３％ナイタール腐
食）とパーライト（黒色部）からなる。 これを本発明の処理を加えた組織では第４図右側の如く
共晶セメンタイトが粒状均一に分散（黒色部：ピクリン
酸ソーダ腐食）している。第５図の白鋳鉄Ｃ（全てパー
ライト地、３％ナイタール腐食）ではＣ量が多いため、
セメンタイト（白色部）が多い（ＩＪＬ左側）。本処理
によるセメンタイトの粒状化の度合は、低Ｃ系の白鋳鉄
Ｂに比較すれば良くない（星旦凰右側）。 ２、明細書第１２ページ１５行〜１８行を次の如く補正
する。 ［第４図は白鋳鉄Ｂの組織写真で左側は鋳放し、右側は
処理後のものを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］次の１）〜３）の工程よりなる高強度、強靭白鋳
   鉄の製造方法。 １）主°成分のＦｅとＣ２，０−３，５％、Ｓｉ＜２．
   ０％、Ｍｎ　Ｏ〜１．０％、Ｐ　＜０．１％、Ｓ　＜０
   ．１％を基本組成とし、これにＳ　ｅ　Ｏ，０１５〜０
   ．１５％を含有させ、金型に鋳造して白鋳鉄とする工程
   。２）これを不活性ガスもしくは不活性ガスに水素を混
   合した雰囲気で８００〜１１００℃にて熱処理する工程
   、３）しかるのち鋳放し状態で網目状で連続して晶出す
   る共晶セメンタイトを分断し、粒状で均一な分布へと変
   化させる工程。 ［２］　Ｓｅ　０．０１５〜０．１５％をＴｅ　Ｏ，０
   ０１−０，０５％またはＢｉ　Ｏ，Ｏ’００５〜０．０
   １５％に置換えたことを特徴とする特許請求の範囲［１
   ］記載の高強度、強靭白鋳鉄の製造方法。 ［３］金型を水冷黒鉛型、水冷窒化硼素量等急冷鋳型に
   したことを特徴とする特許請求の範囲［１］又は［２］
   記載の高強度、強靭白鋳鉄の製造方法。