JPS61210151A - 球状黒鉛鋳鉄鋳物 - Google Patents

球状黒鉛鋳鉄鋳物

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JPS61210151A
JPS61210151A JP4966985A JP4966985A JPS61210151A JP S61210151 A JPS61210151 A JP S61210151A JP 4966985 A JP4966985 A JP 4966985A JP 4966985 A JP4966985 A JP 4966985A JP S61210151 A JPS61210151 A JP S61210151A
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graphite
casting
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和雄 佐藤
Yasushi Asai
裕史 浅井
Katsunori Hanakawa
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

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、疲労強度、靭性に優れた球状黒鉛鋳鉄鋳物に
関するものである。
(従来技術) 従来より、球状黒鉛鋳鉄鋳物としては、例えば特公昭5
5−3422号もしくは特公昭59−10988号に開
示されるように、組成として、C9Si 、P、S、M
(1、MO、Mn等を所定の比率で含有し、基地組織が
残留オーステナイトとベイナイトとの混在組織からなる
ものが公知であるが、上記先行例ではMOを0.1%以
上と多量に含有している。このMOはベイナイト化を促
進して靭性の向上が得られるものであるが、MOの含有
]が高いと、自動車部品のように薄肉小物部品では、M
Oの炭化物が鋳造時に晶出し、この炭化物が熱処理(オ
ーステンパー処理)後も分解しないため、逆に疲労強度
、靭性を低下させるとともに、コスト的に不利となるも
のである。
また、特開昭59−129730号に開示されている球
状黒鉛鋳鉄鋳物は、Cuの含有量が0.1〜0.5%と
少ないために、鋳放し状態でフェライトが晶出しやすく
、再加熱時に黒鉛からフェライト基地中への炭素の再固
溶が生じ、ヤング率が低下する問題を有している。
一方、上記のような配合組成の調整によってはそれぞれ
配合量の増減に対して長短があることから、疲労強度、
靭性の向上には限度がある。しかして、上記配合組成に
加えて球状黒鉛の粒径の大きさを調整することにより、
さらに特性の優れた球状黒鉛鋳鉄鋳物が得られることが
判明した。特に、球状黒鉛の粒径を小さくすることが、
疲労強度を向上する効果があるものである。
(発明の目的) 本発明は上記事情に鑑み、MOを少なくする一方、Cu
を多くするように各種組成の配合を調整するとともに、
球状黒鉛の粒径を小さく調整することによって疲労強度
、靭性に優れた球状黒鉛鋳鉄鋳物を提供することを目的
とするものである。
(発明の構成) 本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳物は、fI量比で、C:2.6
〜4.0%、Si  :  1.5〜3.5%、Mn 
:  0.20〜1.0%、Mo :  0,03〜0
.09%、 Cu:0.60〜1.5%、Mg:0.0
05〜0.08%、Fe:実質的残部の組成からなり、
平均黒鉛粒径が35μ以下で、基地組織が残留オーステ
ナイトとベイナイトとの混在組織からなることを特徴と
するものである。
上記Cは、2.6%未満では鋳造性が低下し、健全な製
品がつくれない。また、4.0%を越えると鋳造時、初
晶黒鉛を核として巨大な黒鉛が生成され、これが微細黒
鉛中に多く混在するようになる結果、強度、耐摩耗性が
低下するものである。
Slは、1.5%未満では鋳造性を悪化させるとともに
、チルが生成し易くなり、その結果オーステンパーによ
る寸法変化が大きくなり、寸法管理が困難となる。また
、3.5%を越えるとドロス欠陥が発生しやすくなると
ともに、素材に多量のフェライトが析出し、オーステン
パー処理後の疲労強度および剛性が低下する。
Mnは、0.2%未満では焼入性が低下し、オーステン
パー処理時にパーライトが析出し、疲労強度、靭性が大
幅に低下する。1.0%を越えると炭化物が晶出しやす
く、疲労強度、靭性が低下する。
MOは、焼入れ性を層し、ベイナイトおよび残留オース
テナイトの生成を促進する必須元素であるが、0.03
%未満ではその効果なく、0.09%を越えると粒界に
炭化物として偏析し、疲労強度を低下させる。
Cuは、熱処理前における素材のフェライトの析出を抑
制し、再加熱時に黒鉛から基地中への炭素の再固溶を抑
制して、ヤング率の低下を来たすことなく、オーステン
パー処理を可能にするものである。0.6%未満ではフ
ェライトが多量に析出し、オーステンパー処理によって
ヤング率が低下する。特に黒鉛を微細化するとフェライ
トが非常に析出し易くなるため、0.6%以上添加し、
MOの共存下においてベイナイトを促進し、疲労強度に
有益な残留オーステナイトを増す効果を得るとともに、
鋳放し素材をパーライト化してオーステンパー処理時、
黒鉛から基地中への炭素の拡散を抑制することによって
ヤング率の低下を最少限に抑制する。一方、1.5%を
越えるとその効果が飽和するとともに、球状化を阻害す
る結果、機械的性質を損う。
また、前記球状黒鉛の平均粒径は、粒径の増大とともに
疲労強度が低下しく第2図参照)、35μを越えて粒径
が大きくなると所要の疲労強度が得られず、クランクシ
ャフトなどにおいては、メタルとの耐焼付性が劣化する
。この黒鉛粒径の調整は、金型の急冷効果により、もし
くはインモールド接種により黒鉛を微細化するものであ
る。
さらに、基地組織を残留オーステナイトとベイナイトと
の混在組織とする熱処理いわゆるオーステンパー処理は
、前記組成よりなる溶湯を鋳造後、A1変態点以上で型
ばらしし、A1変態点付近を速やかに冷却することによ
り、実質的に全てパーライト組織とした素材を、800
〜950℃で4時間以内で加熱後、300〜420℃に
急冷し、この温度で15分以上加熱保持するものである
なお、上記球状黒鉛鋳鉄の組成にNiを0.3〜1.5
%添加するようにしてもよい。このNiはCuと同様の
効果があり、肉厚の薄い鋳物では添加する必要はないが
、クランクシャフトのように肉厚の大きい鋳物の場合に
は、この肉厚に応じて添加し、0.3%未満ではその効
果がなく、1.5%を越えると効果が飽和するとともに
コストが高くなる。
また、上記球状黒鉛鋳鉄鋳物は、強度および靭性が要求
される種々の部品への適用が可能である。
さらに、疲労強度を向上させる目的で、球状黒鉛鋳鉄鋳
物の表面にショットピーニング、コイニング、ロール加
工等の一般に知られている強化法を施すようにしてもよ
い。
(発明の効果・) 本発明によれば、Moが0.09%以下と少ないため、
MO炭化物の生成がなく、疲労強度、靭性を向上できる
とともに、CUの0.8%以上の添加によりフェライト
の晶出が抑制され、炭素の再固溶が生じず、ヤング率が
低下しないものである。
また、平均黒鉛粒径が35μ以下と小さいため、疲労強
度をより向上することができるものである。
なお、この黒鉛の微細化による疲労強度の向上は、次の
理由によると考えられる。基地組織はベイナイトと残留
オーステナイトで構成されており、この残留オーステナ
イトは準安定相で極低温あるいは強い歪みを与えるとマ
ルテンサイトに変態し、膨張するものである。一方、黒
鉛は内部切欠として働き黒鉛周囲には歪みが発生してい
ると考えられ、黒鉛粒径が小さくなるに従ってその程度
は増大する。つまり、黒鉛粒径を小さくすることによっ
て黒鉛周囲の歪みが太き(なり、準安定相である残留オ
ーステナイトがマルテンサイトへ変態し、それに伴う体
積膨張で圧縮歪みが形成され、その結果疲労強度が向上
するものと考えられる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
この実施例は、次に示す6種類の配合組成の球状黒鉛鋳
鉄を高周波溶解炉にて溶解し、金型もしくはダイス付シ
ェル型によって鋳造した後、オーステンパー処理を行っ
て、鋳物として1ピン2ジヤーナルのクランクシャフト
を製造したものであり、この鋳物の黒鉛粒径、基地組織
を求めるとともに、平面曲げ疲れ強さを測定したもので
ある。
また、同様に比較例として5種類の配合組成の球状黒鉛
鋳鉄を用意し、金型もしくはシェル型によって鋳造し、
オーステンパー処理したものを同様に測定した結果を示
す。
なお、実施例1.3.4は金型鋳造である。また、実施
例2.5はダイス付シェルモールド鋳造(シェル厚さ5
s+e)で、この場合、黒鉛微細化のため鋳型内に接種
剤を配置したインモールド接種を行った。さらに、実施
例6は通常のシェルモールド鋳造で、インモールド接種
を行っている。
また、上記オーステンパー処理は、890℃に2時間加
熱した後、塩浴急冷して395℃に2時間加熱保持した
後、水洗したものである。
平面曲げ疲れ強さは、鋳物を所定の寸法に機械加工した
後、平面曲げ疲労試験を実施したものである。
実施例1  実施例2  実施例3 組成 C3,513,553,62 S i     2.74    2,70    2
.73M n     O,580,600,95M 
o     O,080,060,04Cu     
1.HG、95    0..81N i     0
.54    −     −M g     O,0
240,040G、022Fe    残部    残
部    残部鋳型     金型   シェルエ  
 金型黒鉛粒径μ  10    20    15硬
さHv   295   290   300疲労強度
  100    90    95残留γ%   3
5    33    38シエルエ:ダイス付シェル
型によるインモールド接種 疲労強度:平面曲げ疲労強度(kg−m)残留γ%:残
留オーステナイト容積率 実施例4  実施例5  実施例6 組成 C3,5g     3.60    3゜55S i
     2.67    2.80    2.77
M n     O,310,900,32M o  
   O,080,O3O,09Cu     1,2
0    0.85    1.15N i     
1,40          1゜45M a    
 O,0190,0420,041Fe     残部
    残部    残部鋳型     金型   シ
ェルエ  シェル■黒鉛粒径μ  13    26 
   35硬6Hv   285   305   2
83疲労強度  100    83    73残留
γ%   41    35    40シェル■:通
常のシェル型によるインモールド接種 比較例1  比較例2  比較例3 組成 C3,543,583,50 S i     2,66    2,71    2
.Fy8M n     O,530,500,51M
 OO,07− Cu           O,980,8ON + 
                o、a。
M Q     O,0230,0400,0201”
e     残部    残部    残部鋳型   
  金型   シェル■   金型黒鉛粒径μ  15
    48    15硬ざHv   320   
290   315疲労強度   65    65 
   70残留γ%         35   −シ
ェル■:通常のシェル型 比較例4  比較例5 組成 C3,513,58 S i       2.75    2.68M n
       O,480,63M o       
O,250,33Cu       O,830,91 Ni       −− M gO,0430,021 Fe       残部    残部 鋳型      シェル■   金型 黒鉛粒径μ    45   13 硬さHv     275   290疲労強度   
  68   63 残留γ%     39   40 上記実施例および比較例において、 オーステンパー処理前の基地組織は、 実施例1〜6PJよび比較例2〜4がパーライト、比較
例1がパーライト+フェライト、 比較例5がパーライト中セメンタイトであり、オーステ
ンパー処理後の基地組織は、 実施例1〜6および比較例2.4がベイナイト+残留オ
ーステナイト、 比較例1,3がベイナイト+残留オーステナイト+パー
ライト、 比較例5がベイナイト+残留オーステナイト+セメンタ
イトである。
上記実施例1による球状黒鉛鋳鉄鋳物の金属組織状態を
第1図の光学顕微鏡による金属組織写真に示す。黒色の
球状体が黒鉛であり、その平均粒径は10μである。ま
た、この黒鉛を取巻く基地組織が、白色の残留オーステ
ナイトと針状のベイナイトとの混在によって構成されて
いる。
また、基地組織が残留オーステナイトとベイナイトとの
混在組織からなる上記実施例1〜6および比較例2,4
による平面曲げ疲労強度と平均黒鉛粒径との関係を第2
図に示す。この第2図から分るように、黒鉛の粒径が小
さく微細なほど、疲労強度が向上するものであり、この
平均粒径は35μ以下に設定するのが例えばクランクシ
ャフトの素材として必要な疲労強度を有するものである
なお、クランクシャフトの場合には、応力が集中して作
用するコーナ一部分には、ロール加工等を施してさらに
疲労強度を向上するものである。
上記実施例1および2の組成は、本発明の代表的配合例
であり、実施例1は金型による鋳造で、この鋳造時に急
激に冷却して黒鉛を微細化したものであり、実施例2は
ダイスの内部にシェルを設け、鋳型内の空間部に接種剤
(球状化処理剤)を挿入し、黒鉛の微細化を行ったもの
である。
また、実施例3の組成は、Mnの上限、MOの下限近傍
の配合で、金型による急冷である。実施例4の組成は、
Mnの下限、Mo、Cu、Niの上限近傍の配合で、金
型による急冷である。実施例5の組成は、Mnの上限、
MOの下限近傍の配合で、ダイス付シェル型によるイン
モールド接種である。さらに、実施例6の組成は、Mn
の下限、Mo、Cu1Niの上限近傍の配合で、シェル
型によるインモールド接種であり、いずれも良好な疲労
強度を有している。
一方、比較例1は、金型で黒鉛微細化をしているが、非
合金で素材のフェライトが80%以上であり、焼入れに
よっても冷却速度の遅いコーナ一部分ではベイナイト組
織が得られなかった比較例2の組成は実施例1と同等で
あり、単なるシェル型で黒鉛粒径が大きく、疲労強度が
低くなっている。
比較例3はMOを含有せず、パーライトが混在してベイ
ナイトの生成が不十分であり、金型で黒鉛粒径は小さい
が、疲労強度は低い値となっている。
比較例4は、MOの含有量が高(、セメンタイトの晶出
および黒鉛粒径が大きいことにより、疲労強度が低いも
のである。
比較例5は、MOの含有量がさらに高く、急冷によりチ
ルが生成し、加工性が悪く、疲労強度も低いものである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における球状黒鉛鋳鉄鋳物の
金属組織を示す光学顕微鏡写真、第2図は平均黒鉛粒径
と平面曲げ疲労強度との関係を示すグラフである。 第1図 *4QO 第21!1 平均黒鉛粒径(μ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量比で、C:2.6〜4.0%、Si:1.5
    〜3.5%、Mn:0.20〜1.0%、Mo:0.0
    3〜0.09%、Cu:0.60〜1.5%、Mg:0
    .005〜0.08%、Fe:実質的残部の組成からな
    り、平均黒鉛粒径が35μ以下で、基地組織が残留オー
    ステナイトとベイナイトとの混在組織からなることを特
    徴とする球状黒鉛鋳鉄鋳物。
JP4966985A 1985-03-13 1985-03-13 球状黒鉛鋳鉄鋳物 Granted JPS61210151A (ja)

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Cited By (5)

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