JPS61133361A - 球状黒鉛鋳鉄およびその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、球状黒鉛粒径が１００μ鴎以下であり、かつ
基地組織が９０％以上のベイナイトと残部マルチ°ンサ
イトとオーステナイトもしくは、フェライトと炭化物の
混合組織（以下ベイナイト組織と称する）からなる球状
黒鉛鋳鉄とその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 球状黒鉛鋳鉄の中で、その組織中にベイナイト組織を有
するものは広く知られており、使用されている。この場
合鋳放し状態でベイナイト組織を得る方法として、Ｎｉ
、Ｃｕ、Ｍｏ等を適量合金化させる方法（特開昭５５−
１２８５６３）　、　　（特開昭５６−９３５４）　、
また、オーステナイト化温度に保持した後急冷し、所定
の温度に保持するといった熱処理による方法（特公昭５
９−１０９８８）が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしこれらのベイナイト系球状黒鉛鋳鉄は、鋳物肉厚
が増し凝固時の冷却速度が小さくなった場合、黒鉛粒の
粗大化が超こり、その粒径が、１００μｍ以上に達し、
また組織も鋳放し状態では、フェライトもしくはパーラ
イト量が増加し、健全なベイナイト組織が得られにくく
なることから、機械特性と加工面の外観に悪影響を及ぼ
すという欠点を有していた。

また黒鉛粒の微細化については、接種処理もしくは、凝
固時の冷却速度を増加させる方法が種々検討されている
が、これらの方法によると、小物の鋳物では、黒鉛粒の
微細化は可能であるが、いずれも厚肉鋳物においては、
黒鉛粒が容易に１００μｍ以上に成長するという欠点を
有していた。

本発明の目的は、前記のような欠点を除き、特に厚肉の
鋳物においても粗大な球状黒鉛が存在せず、かつ鋳放し
状態もしくは、鋳造後の冷却速度の容易な制御により、
健全なベイナイト組織を有する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。

（問題点を解決するための手段） 本発明の球状黒鉛鋳鉄は、重量％で、Ｃ２，０〜４．０
％、３ｉ１．５〜３゜０％２Ｍｎ０．５％以下。

Ｎｉ４．０〜６％、　ＣＩ　　０．３〜２．５％、Ｍｏ
０．２〜１．０％、　ＭｇＯ９０２〜０．０７％、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物よりなり、球状黒鉛粒子径が１
００μｍ以下であり、かつベイナイト組織を有すること
を特徴とするものである。

ざらに、本発明の球状黒鉛鋳鉄の製造法は、重量％で、
Ｃ２，０〜４．０％、３ｉ１．５〜３，０％。

Ｍｎ　　０．５％以下、Ｎｉ４．０〜６％、Ｃｕ０．３
〜２．５％、Ｍｏ０．２〜１．０％、Ｍｇ０．０７％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる球状黒鉛鋳鉄を鋳
造後、冷却過程において７００〜２００℃の温度範囲を
０．１〜ｂ 冷却することを特徴とするものである。

（作　　用） 、（ 次に本発明に係る化学成分組成について説明する。Ｃは
適例の球状黒鉛鋳鉄と同様２．０〜４，０％とする。２
．０％未満では、鋳造品にチルが入り易く、４．０％を
超えると粗大な初晶黒鉛が発生し、球状黒鉛粒子径が１
００μｍを超えるものがでてくるので好ましくない。

３ｉは黒鉛化促進元素であり、１．５％未満ではチルが
入り易り３，０％を超えると初晶黒鉛の発生を助長し、
黒鉛が粗大化する傾向を示すため、１．５〜３．０％と
する。

ＮｉとＣｕについては、それらの含有量が黒鉛粒微細化
とベイナイト化に対し、非常に重要な役割を有しており
、Ｎｉについては、ベイナイト促進元素であるとともに
、第１図に示すように厚肉鋳物における黒鉛粒の微細化
効果を有しており、その効果は第１因に示す通り０．３
〜２．５％のＣ１と同時に含有された場合、Ｎｉ４．０
％以上において著しい黒鉛微細化効果を示し、それは１
０％以上で最も優れたものとなる。しかしながら６％を
超えるＮｉを含有した場合、組織中のマルテンサイト量
が著しく増加し健全なベイナイト組織が得られなくなる
ため、Ｎｉ４．ｏ〜６．０％とした。なお、第１図はＮ
ｉとＣｕの添加が黒鉛粒径に及ぼす効果を示すグラフで
あり、２００φ砂型に各５０ｋｌ！鋳造し鋳放した後、
鋳物中央部のミクロ組織より測定した結果を示している
。

Ｃｕについては、前述の通りＮｉと併用して、黒鉛粒の
微細化効果を有するものであるが、またベイナイト安定
化元素でもあり、Ｃｕが０．３％未満であるとそれらの
効果が得られず、また２、５％を超えると粒界に析出相
が現われるため、−ＣｕＯ１３〜２．５％とした。

次にＭＯについては、ベイナイト化促進元素であるが、
０．２％未満ではその効果は少なく、１．０％を超える
炭化物が形成され易くなり、機械特性に悪影響を及ぼす
ため、１ｖｌｏ　　０．２〜１．０％とした。

Ｍ（＋は黒鉛球状化元素であり、通例の球状黒鉛鋳鉄と
同様０．０２〜０．０７％とした。Ｍｎは０．５％を超
えるとマルテンサイト量が増加するため０．５％以下と
した。

以上の組成よりなる球状黒鉛鋳鉄において、その球状黒
鉛粒径は、鋳放し状態で前述の通りＮ１とＣ１の効果に
より黒鉛の成長が抑えられ、黒鉛粒径が１００μｍ以下
となる。

次に以上の組成よりなる球状黒鉛鋳鉄を、鋳造後の冷却
過程において７００〜２００”Ｃの温度範囲を０．１〜
ｂ より、ベイナイト組織を有する球状黒鉛鋳鉄が得られる
。ここで冷却過程において、７００℃を超える温度域で
はオーステナイト安定領域であり、また２００℃未満の
温度域でベイナイトが安定した状態となることから、７
００〜２００℃の温度範囲を限定した。次にこの温度範
囲において、平均冷却速度が０．１℃／分未満であると
、フェライト及び炭化物が生成され、１０℃／分を超え
ると、マルテンサイト量が増加し硬度ムラが大きく、加
工性、じん性が低下するため、冷却速度を０．１〜ｂと
した。この冷却速度の範囲で自然冷却するような形状の
鋳物であれば、鋳放状態でベイナイト組織を有するもの
となるが、自然冷却では１０℃／分を超える条件となる
小物鋳物については、鋳造後、１０℃／分以上の冷部速
度になるように徐冷することにより、ベイナイト組織を
有する球状黒鉛鋳鉄とすることができる。また、一端鋳
放ししたものを再び７００℃以上のオーステナイト安定
領域で加熱したのち、本条件にて冷却したものでも同様
のベイナイト組織が得られることはいうまでもない。

（実施例） 以下本発明を実施例に基いて説明する。

実施例１ 高周波炉で、高純度鉄、極軟鋼、電解Ｎｉ、電気鋼、Ｆ
ｅ　−Ｍｏ　、Ｆｅ−８ｉを配合し溶解後、Ｎｉ−Ｍｇ
とＦｅ−８ｉにより成分調整し、球状化処理を行なった
。その後、円柱状（内径３００ｍ５　）の砂型鋳型に、
２５０ｋｇの鋳造重量にて鋳込んだ。

（１００〜２００℃の平均冷却速度０．２５℃／１ｎ）
このときの各合金の化学成分を第１表に示し、第２表に
鋳放しにおける鋳物中心部の黒鉛粒径組織を示す。

第２表より明らかなように、比較材１及び２は、黒鉛粒
径が、１００μｍを超え、また組織もベイナイトと１０
％を超える量のフェライトとの混合組織となり、また比
較材３では、Ｎ１の増量により黒鉛粒は微細化されてい
るが、組織は、８０％以上がマルテンサイトとなってい
る。

また、第２表の下段の（）内の数値は、上記の球状化処
理のにおけるカバー材を極軟鋼とし、球状化処理の侵、
Ｆｅ−８ｉで後期接種を行なったものの黒鉛粒径を示し
たものであるが４、本発明合金において、その値は若干
減少しているが、比較材２はとではなく、黒鉛微細化効
果は主にＮｉとＣｕの合金化により起因するものである
といえる。

！ 実施例１の条件にて、溶解１球状化処理を行なった本発
明合金１．３に示す組成よりなる球状黒鉛鋳鉄を、内径
４０１１の円柱状の砂型鋳型に２ｋｇの鋳造重量にて鋳
込み、その後自然冷却させたもの（１００〜２００℃の
平均冷却速度２０℃／１ｎ）と、鋳型ごと９００℃の炉
内に投雪後、炉冷したちの（７００〜２００℃の平均冷
却速度０．５℃／１ｎ）についての黒鉛粒径１組織を第
３表に示す。

第３表より明らかなように、黒鉛粒径は全て、３０μｍ
以下となっているが、自然冷却させたものの組織はベイ
ナイトとオーステナイトとマルテンサイトの混合組織と
なる。また炉冷したものについては全てベイナイト組織
となっている。また、自然冷却させたものを８００℃で
３時間保持後炉冷したものから、同一の黒鉛粒径で、組
織はベイナイトよりなる球状黒鉛鋳鉄が得られた。

実施例１の条件にて溶解１球状化、同時接種を行った本
発明合金１，３を、内径８００＋＋＋ｍの砂型鋳型に２
トンの鋳造重量にて、鋳込んだ。（７００〜２００℃の
平均冷却速度０．１℃／１ｎ）このときの鋳放しにおけ
る鋳物中心部の黒鉛粒径９組織を第４表に示す。

このように肉厚鋳物においても１００μＩを超える球状
黒鉛は存在せず、かつ９０％以上のベイナイトと炭化物
、フェライトの混合組織を有する球状黒鉛鋳鉄が得られ
た。また、この材料を８５０℃で３時間保持後炉冷した
ものから、同一の黒鉛粒径で、組織は１００％ベイナイ
トよりなる球状黒鉛鋳鉄が得られた。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明に係る球状黒鉛
鋳鉄およびその製造法は、厚肉鋳物においても徐冷とい
う容易な方法によりベイナイト組織が得られ、残留応力
も少なく球状黒鉛粒径が微細であることから、優れた機
械特性と良好な加工面外観を得ることができ、産業の発
展に寄与すること極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｎｉ　とＣｕの添加が黒鉛粒径に及ぼす効果
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量パーセントで、Ｃ２．０〜４．０％、Ｓｉ１．
   ５〜３．０％、Ｍｎ０．５％以下、Ｎｉ４．０〜６％、
   Ｃｕ０．３〜２．５％、Ｍｏ０．２〜１．０％、Ｍｇ０
   ．０２〜０．０７％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より
   なる球状黒鉛鋳鉄。 ２、球状黒鉛粒径が１００μｍ以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の球状黒鉛鋳鉄。 ３、基地組織がベイナイト組織よりなることを特徴とす
   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、重量パーセントで、Ｃ２．０〜４．０％、Ｓｉ１．
   ５〜３．０％２Ｍｎ０．５％以下、Ｎｉ４．０〜６％、
   Ｃｕ０．３〜２．５％、Ｍｏ０．２〜１．０％、Ｍｇ０
   ．０２〜０．０１％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より
   なる球状黒鉛鋳鉄を鋳造後、冷却過程において７００〜
   ２００℃の温度範囲を０．１〜１０℃／ｍｉｎの平均冷
   却速度で冷却することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造
   法。