JPS61279655A - 球状黒鉛鋳鉄 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、自動車部品、産業機械用部品、農業機械用
部品、建設機械用部品、船舶部品等々の各種機械構造物
用部品（製品）の素材として使用される球状黒鉛鋳鉄に
関するものである。

（従来の技術） 球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄溶湯に黒鉛球状化処理および接種
処理を施すことにより、晶出した黒鉛を球状化させた鋳
鉄であり、普通鋳鉄のように片状黒鉛による基地のひび
割れが生じがたＧ１ことから、鋼のような強靭な性質を
もつので、各種の用途に使用されている。

一般に使用される球状黒鉛鋳鉄の成分範囲（主　　　　
；：： として、Ｃおよび５ｉｆｆｉ）は、黒鉛球状化処理に用
いられる処理剤の種類、黒鉛球状化処理条件。

鋳造条件などを考慮して決定されるが、通常の場合には
良好な鋳造性および黒鉛の球状化を得るために、ねずみ
鋳鉄の比較的高強度のものに比べるトＣ，ｌ−３．Ｊ：
ヒｓ　ｉ　ｔｉハ多く　、　ＣＥ（［１ｆｆ７４　、３
％前後’：） のちのが使用され１日木工業規格（Ｊ　Ｉ　Ｓ）にお　
　　　、；；： いてはＦＣＤ４０〜７０の５種類が規定されてい　　　
　・、：１′： る。また、必要に応じて合金球状黒鉛鋳鉄も使用される
。

このような球状黒鉛鋳鉄は・特赦して基地側ｆｉ　　　
　　：ｉがパーライトとなり、Ｓｉ量が増加するに従っ
て　　　　５１基地組織はパーライトからフェライトに
変化し、　　　　　目。

強度が低下して延びを増すようになる・そして・　　　
　１：その中間組織として黒鉛の周囲だけがフェライト
化したプルスアイＩＩ織（Ｂｕ　ｌ　ｌ　’　５−ｅｙ
ｅＳｔ　ｒｕｃｔｕｒｅ；牛眼組ａ）が現われる（゛°
溶解鋳造・鋳物″昭和３９年第５版発行、朝　　　　Ｉ
Ｉ、、１１倉書店第１８７頁参照）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のブルスアイ組織を有す
る球状黒鉛鋳鉄においては、上述のように、フェライト
に囲まれた球状黒鉛がパーライト基地中に分散した組織
となっていたため、フェライト率を減らして引張強さを
例えば約４５ｋｇｆ／ｍｍ２から約６０ｋｇｆ／ｍｍ’
程度まで引き上げようとした場合に、伸びの減少が著し
いものとなり、したがって引張強さの大きな鋳鉄を得よ
うとするときには伸びをある程度犠牲にしなければなら
ないという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので１通常の方法で得られる球状黒鉛鋳鉄と比較し
て、引張強さが同程度であるにもかかわらず伸びが著し
く高い値を示し、したがって耐衝撃性のある新規な球状
黒鉛鋳鉄を提供することを目的としている。

［発明の構成］ Ｃ問題点を解決するための手段） この発明による球状黒鉛鋳鉄は、硬質相に囲まれた球状
黒鉛がフェライト基地中（分散した組織を有することを
特徴としており、実施態様においては、前記硬質相がパ
ーライト、ベイナイト、あるいは焼もどしマルテンサイ
トであり、また、基地中のフェライト率が０．３０〜０
．５５の範囲にあるようにしたことを特徴としている。

この発明による球状黒鉛鋳鉄を製造するにあたっては１
例えば、Ｃ：２．４〜４．２重量％、Ｓｉ：０．８〜６
．０重量％、Ｍｎ：１．０重量％以下、その他必要に応
じて、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍ。

等の合金元素を添加し、かつＭｇ、Ｃａ、ＲＥＭ系の黒
鉛球状化処理剤により黒鉛球状化処理したのちＦｅ−５
ｉ等により接種処理した鋳鉄溶湯を使用し、この鋳鉄溶
湯を鋳型内に流し込んで鋳塊を製造する０次に、この鋳
塊をオーステナイト化温度に加熱したのち、オーステナ
イト以下の温度まで炉冷し、そのまま等温保持したのち
若干炉冷したあと空冷するフェライト化焼鈍を行う。

なお、上記の製造過程において、鋳塊をオーステナイト
化温度に加熱したあとそのまま放冷するとほぼ全面パー
ライト組織となり、また、フェライト化焼鈍した鋳塊で
は上記オーステナイト化以下の温度における等温保持時
間に応じてフェライト率の異なるプルスアイ組織となる
。そして１等温保持を長時間（例えば１５時間）行った
鋳塊ではほぼ全基地面がフェライトとなる。

次に、上記のフェライト化焼鈍によって完全にフェライ
ト化した球状黒鉛鋳鉄を再度加熱してオーステナイト化
し、このオーステナイト化の途中で空冷することによっ
て、硬質相に囲まれた球状黒鉛がフェライト基地中に分
散している逆ブルスアイ組織を有する球状黒鉛鋳鉄が得
られる。

（実施例） この実施例では、Ｃ：３．５重量％、Ｓｉ：２．７重量
％、Ｍｎ：０．５重量％、残部実質的にＦｅからなり、
Ｍｇ系の黒鉛球状化処理剤により黒鉛球状化処理したの
ちＦｅ−３ｉにより接種処理した鋳鉄溶湯（Ｍｇ残量は
０．０４重量％）を使用し、この鋳鉄溶湯な厚さ５０　
ｍ　ｍ　、長さ２５０ｍｍのＪＩＳ　　Ｂ号Ｙブロック
内に流し込んで鋳塊を製作した。この鋳塊は、体積率に
して１１％の球状黒鉛を有し、黒鉛の平均粒径は約３０
７ｚｍであった。また、鋳放し状態では基地が全面パー
ライトとなっていた。次に、この鋳塊を９００℃Ｘ３Ｈ
ｒ加熱してオーステナイト化したのち、７２０℃まで炉
冷し、さらにそのまま等温保持したのち７２０℃から６
９０℃まで炉冷したあと空冷するフェライト化焼鈍を行
った。

なお、上記の製造過程において、鋳塊をオーステナイ“
ト化温度に加熱したあとそのまま放冷した鋳塊はほぼ全
面パーライト組織となり、また。

フェライト化焼鈍した鋳塊では上記７２０℃における等
温保持時間に応じてフェライト率の異なるブルスアイ組
織となった。そして、このブルスアイ組織をもつ素材か
らＪＩＳ　　１４Ａ号引張試験片（直径７ｍｍ、標点圧
＠３５ｍｍ）を作成した。なお、等温保持を長時間１例
えば１５時間行った場合にほぼ全基地面がフェライトと
なった。

次に、上記のフェライト化焼鈍によって完全にフェライ
ト化した球状黒鉛鋳鉄からなる試験片を再度１０５０℃
に加熱してオーステナイト化し。

このオーステナイト化の途中で空冷することによって、
第１図に示すように、硬質相であるパーライトに囲まれ
た球状黒鉛がフェライト基地中に分散している逆ブルス
アイ組織を有する球状黒鉛鋳鉄からなる試験片を得た。

このように、逆ブルスアイ組織を得るために、フェライ
ト基地球状黒鉛鋳鉄を上記のように高温に加熱してオー
ステナイト化すると１球状黒鉛の周囲からα→γの変態
が開始されるため、この反応が非平衡の状態で冷却され
ると１球状黒鉛の周囲のオーステナイト化した部分のみ
がパーライト変態し、これによって、フェライト基地中
に、パーライトに囲まれた球状黒鉛が分散した逆プルス
アイ組織となる。ここで、第１図に示す組織では、基地
中のフェライト率は４８％であった。

なお、この実施例では、上記のオーステナイト化に流動
層炉を使用することによって高い昇温速度を得るように
した。この流動層炉を使用した加熱では、加熱開始から
約２分弱で１０５０℃に達した。そして、その後の保持
時間を２０分まで変化させることによってフェライト化
率を変化させることができ、参考までに２０分間保持し
た場合にはほぼ全基地面がパーライトとなった。

（比較例） この比較例では、Ｃ：３．５重量％、Ｓｉ：２．７重量
％、Ｍ　ｎ　：　０　、５重量％、残部実質的にＦｅか
らなり、Ｍｇ系の黒鉛球状化処理剤により黒鉛球状化処
理したのちＦｅ−３ｉにより接種処理した鋳鉄溶湯（Ｍ
ｇ残量は０．０４重量％）を使用し、この鋳鉄溶湯を厚
さ５０　ｍ　ｍ　＋長さ２５０ｍｍのＪＩＳ　　Ｂ号Ｙ
ブロック内に流し込んで鋳塊を製作した。この鋳塊は、
体積率にして１１％の球状黒鉛を有し、黒鉛の平均粒径
は約３０ｐｍであった。また、鋳放し状態では基地が全
面パーライトとなっていた０次に、この鋳塊を９００”
ＣＸ３Ｈｒ加熱してオーステナイト化した　　　　□の
ち、７２０℃まで炉冷し、さらにそのまま等温　　　　
□□ 保持したのち７２０℃から６９０℃まで炉冷したあと空
冷するフェライト化焼鈍を行った。

なお、上記の製造過程において、鋳塊をオーステナイト
化温度に加熱したあとそのまま放冷した鋳塊はほぼ全面
パーライト組織となり、また、フェライト化焼鈍した鋳
塊では上記７２０℃における等温保持時間に応じてフェ
ライト率の異なるブルスアイ組織となった。そして、こ
のプルスアイ、ｍｓをもつ素材からＪＩＳ　　１４Ａ号
引張試験片（直径７　ｍ　ｍ　、標点孔＠３５ｍｍ）を
作成した。なお、参考までに等温保持を長時間１例えば
１５時間行った場合にほぼ全基地面がフェライトとなっ
た。

（実験例） 上記の実施例および比較例により製作した各引張試験片
を用いて引張試験を行い、基地中のパーライト率（１０
０−フェライト率）毎に引張試験を行って引張強さおよ
び伸びを測定した。この結果を第２図に示す。なお、第
２図において、実線は本発明例、破線は比較例の結果を
示す。

第２図に示すように、通常のブルスアイ組織を有する試
験片を用いた場合（破線で示す）に、その伸びと強さは
ともにパーライトとフェライトの　　　　：混合剤から
ずれており、そのずれは伸びにおいて　　　　：とくに
著しくなっている。また、伸びの急激な減　　　　□ｉ
少はパーライト率２５％から４０％の間で起って　　　
いる、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１゜ゎ、ヵ、ア、ケラ、つ３アイ□ッ、。ツい　　
　［： 片を用いた場合（実線で示す）においても、その　　　
　゛伸びと強さはともにパーライトとフェライトの混合
剤からずれており、かつそのずれは伸びにおい　　　　
）て著しくなっている点で、上記のブルスアイ組織　　
　パ′：）。

の試験片と同様の傾向を有しているが、伸びの急　　　
・：・激な減少がパーライト率７０％付近において起つ
ている点で上記のブルスアイ組織の場合と太きく、、・
異なっている０、ｊ 次に、上述した組織の差が材料特性のバランス　　　１
゜に及ぼす影響を明確にするために、伸びと引張強　　
　□）１、 さとの関係で整理したところ、第３図に示す結果　　　
　□が得られた。　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　・ζ、１ 第３図に示すように、同一の引張強さで比較すると、実
線で示した逆ブルスアイ組織を有する材料の方が、破線
で示したブルスアイ組織を有する材料よりも伸びがかな
り大きくなっていることが明らかである。第３図には、
プルスアイ組織から逆プルスアイ組織となることによる
伸びの増加量を曲線（イ）で表わしたが、その値は引張
強さ６０　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｍ　ｍ２弱のところで最も
大きくなっており、伸びは約ｌＯ％から２０％へと約２
倍程度も増加していることが明らかである。

さらに、＄３図に示す曲線（ロ）は、通常のプルスアイ
組織の伸びの２割に相当する値を表わすものである。こ
こで１曲！！ｔ（イ）が曲線（ロ）よりも上にある引張
強さ約５３〜６８ｋｇｆ／ｍ　ｍ　’の範囲では、同一
の引張強さで比べた場合に、逆プルスアイ組織の方が伸
びが２０％以上大きいことになる。この引張強さ約５３
〜６８ｋ　ｇ　ｆ　／　ｍ　ｍ　’という値は、逆ブル
スアイ組織ではパーライト率が約４５〜７０％に相当し
、フェライト率では、約３０〜５５％となる。すなわち
、フェライト率０．３０〜０．５５の範囲の逆プルスア
イ組織を持つ球状黒鉛鋳鉄は、通常のブルスアイ組織を
有する球状黒鉛鋳鉄に比べ、引張強さが同じである場合
においてかなり高いレベルの伸びを有する材料であるこ
とがわかる。したがって、耐衝撃性が改善されることが
わかる。

このような大きな相違が現われたのは１通常のブルスア
イ組織では、伸びの大きなフェライトが孤立相となって
いるのに対し、逆ブルスアイ組織では伸びの大きなフェ
ライトが連続相となることによるものと考えられる。ま
た、伸びのパーライトとフェライトの混合則からのずれ
が、強さのずれよりも著しく太きくなっていることも上
記のような相違をもたらす重要な因子であると考えられ
る。

したがって、この発明による球状黒鉛鋳鉄においては、
従来の球状黒鉛鋳鉄と同じ強度レベルである場合に伸び
が大きな値を示すためには、パーライトに囲まれた球状
黒鉛がフェライト基地中に分散した逆ブルスアイ組織と
なっていることであり、とくに好ましくは、フェライト
率が０．３０〜０．５５の範囲であり、かつフェライト
が連続相になっていることである。

それゆえ、上記の組織を得ることができるならば、具体
的な製法はどのようなものであってもさしつかえない０
例えば、上述したこの実施例ではフェライト化焼鈍によ
ってフェライト化したのち高いオーステナイト化温度領
域まで加熱し、非平衡な状態で（すなわち、一部フエラ
イトを残した状態で）冷却を開始することにより逆ブル
スアイ組織を得るようにしたが、そのほか、Ｓｉ量を増
加するなどによってＡ、変態点温度区域を広げた材料を
使用し、この温度範囲に保持することによってα＋γの
平衡状態を得るようにすることもできる。また、黒鉛を
とり囲む硬質相がパーライトに限らず、ベイナイトや焼
もどしマルテンサイトであってもさしつかえない、そし
て、これらの相を硬質相とすることにより、伸びの値を
低下させずにざらに引張強さを増大させることもできる
。さらに、上記の実施例では、フェライト基地となって
いる球状黒鉛鋳鉄を流動層炉に投入することにより急速
加熱と試料内外部のオーステナイト化時間の均一化とを
図ったが、この目的に塩浴や金属浴などを用いてもさし
つかえない、しかし、この発明をもたらすような検討が
これまで行われなかったのは、このような塩浴や金属浴
に危険性、公害性１作業性等の面で問題があったためで
ある。その点から考えれば流動層炉を用いる方が適切で
あると考えられる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明による球状黒鉛鋳鉄
は、硬質相に囲まれた球状黒鉛がフェライト基地中に分
散した組織を有しているものであるから、通常の方法で
得られる球状黒鉛鋳鉄に比べ、同一の引張強さにおいて
著しく高い伸びの値を持たせることが可能であり、引張
強さの大きな鋳鉄を得ようとするときでも従来のように
伸びを犠牲にすることがないという非常に優れた効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による逆ブルスアイ組織を有
する球状黒鉛鋳鉄のミクロ金属組織ｍ微鏡写真、第２図
はこの発明の実施例および比較例により得た球状黒鉛鋳
鉄の引張強さおよび伸びをパーライト率との関係で測定
した結果を示すグラフ、第３図は第２図に示した結果を
伸びと引張強さとの関係で示したグラフである。 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　小　　塩　　　豊 シ１ １′ 第２図 ０　　２０　４０　　６０　　８０　　ｔｏ。 ｌ〜０−ライト率、　％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）硬質相に囲まれた球状黒鉛がフェライト基地中に
   分散した組織を有することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄。