JPS6179718A - Method for austempering cast iron - Google Patents

Method for austempering cast iron

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JPS6179718A
JPS6179718A JP20347584A JP20347584A JPS6179718A JP S6179718 A JPS6179718 A JP S6179718A JP 20347584 A JP20347584 A JP 20347584A JP 20347584 A JP20347584 A JP 20347584A JP S6179718 A JPS6179718 A JP S6179718A
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cast iron
austempering
spheroidal graphite
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bainite transformation
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Abstract

PURPOSE:To improve the toughness and fatigue strength of spheroidal graphite cast iron by quenching the cast iron once to the Ms point or below to form martensite only in the surface layer before bainite transformation is completed in bainite transformation subjecting the cast iron to beat treatment, quenching and isothermal holding. CONSTITUTION:Spheroidal graphite cast iron is heated at a temp. in the austenitizing temp. range of 810-980 deg.C for >=5sec, and it is quenched to 220-460 deg.C and held at the temp. to carry out bainite transformation. The cast iron is then cooled. Thus, the cast iron is austempered. During the bainite transformation, the cast iron is quenched once to the Ms point or below to convert untransformed austenite into martensite. By expansion caused by the transformation, compressive stress is produced up to the desired depth. By this treatment, high fatigue strength as well as high toughness is provided to the cast iron.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〉 本発明は、球状黒鉛鋳鉄の靭性および疲労強度を向上す
るためのオーステンパー処理方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to an austempering method for improving the toughness and fatigue strength of spheroidal graphite cast iron.

(従来技術) 従来より、球状黒鉛鋳鉄の靭性を高めるために基地組織
をベイナイト化するオーステンパー処理が、米m特si
T 4,222,793j3、特開昭57− 1932
0号持間昭5f> −13H53@等によって開示され
ている。
(Prior art) Traditionally, austempering treatment, which converts the matrix structure into bainite, has been used to improve the toughness of spheroidal graphite cast iron.
T 4,222,793j3, Japanese Patent Publication No. 57-1932
No. 0 Mochima Sho 5f> -13H53@ and others.

また、上記オーステンパー処理したものでは、表面硬度
が低く疲労強度が不足する場合に、上記先行例に見られ
るように、ショットピーニングによって鋳鉄表面に加工
歪みを与えて表面硬度を高め、疲労強度を改善するよう
にした技術がある。
In addition, when the above austempered material has low surface hardness and lacks fatigue strength, shot peening is used to apply processing strain to the cast iron surface to increase surface hardness and improve fatigue strength. There are techniques to improve it.

また、A−ステンパー処理した球状黒鉛鋳鉄の疲労強度
を向上させるその他の方法として、ロール1」0工を行
うもの、切削時に残留オーステナイトをマルテンサイト
に誘起変態させるもの、残留オーステナイトの深冷処理
によるマルテンサイト化するもの、浸炭等で表面硬化す
るものなどがあるが、これらの方法ではいずれもオース
テンパー処理とは別途の処理行程を必要とし、その処理
作業が煩雑となって全体の処理時間も長くなるとともに
、そのための処理膜幅を必要とり−るなどの問題を有り
−る。
Other methods for improving the fatigue strength of A-stempered spheroidal graphite cast iron include rolling 1"0 machining, inducing transformation of retained austenite into martensite during cutting, and deep cooling treatment of retained austenite. There are methods that convert the material to martensite, and methods that harden the surface through carburization, etc., but all of these methods require a separate treatment process from the austempering process, making the process complicated and reducing the overall processing time. As the length increases, there are problems such as the need for a processing film width for this purpose.

(発明の目的) 本発明は上記事情に鑑み、ショットピーニング等の表面
硬化法によらず、オーステンパー処理中に疲労強度を向
上する処理を一連に行うようにした鋳鉄のオーステンパ
ー処理方法を提供することを目的とするものである。
(Object of the Invention) In view of the above circumstances, the present invention provides a method for austempering cast iron in which a series of treatments for improving fatigue strength are performed during austempering, without using surface hardening methods such as shot peening. The purpose is to

(発明の構成) 本発明のオーステンパー処理方法は、球状黒鉛鋳鉄を8
10〜980℃のA゛−ステナイト化温度域に少なくと
も5秒間以上加熱保持し、この状態から220〜460
℃の温度に急冷しこの温度に恒温保持してベイナイト変
態を行い、その後冷却するオーステンパー処理において
、上記ベイナイト変態開始時期からベイナイト変態が完
了するまでに、一度Ms点以下の温度に急冷し、表面層
のみをマルテンサイト化して疲労強度を向上することを
特徴とするものである。
(Structure of the Invention) The austempering method of the present invention is a method for treating spheroidal graphite cast iron with a
Heat and hold for at least 5 seconds in the A-stenitizing temperature range of 10 to 980°C, and from this state
In an austempering treatment in which the material is rapidly cooled to a temperature of °C, kept constant at this temperature to undergo bainite transformation, and then cooled, the material is rapidly cooled once to a temperature below the Ms point from the start of the bainite transformation to the completion of the bainite transformation, It is characterized by improving fatigue strength by making only the surface layer martensite.

上記オーステティ1−化は810〜980℃の温度域で
5秒間以上加熱保持するものであるが、温度が810℃
未満では十分なオーステナイト化が得られず、980℃
を越えると結晶粒が粗大化して強度の低下を招くもので
あり、また、5秒未満では高周波焼入れ等表面部分のみ
オーステナイト化し、局部的にオーステンパー処理する
にしても十分かつ均一なオーステナイト化を得ることが
困難であるため、上記のような範囲で行うものである。
The above-mentioned Austety 1-ization involves heating and holding in a temperature range of 810 to 980°C for 5 seconds or more, but when the temperature is 810°C
If the temperature is less than 980℃, sufficient austenitization cannot be obtained.
If the temperature exceeds 5 seconds, the crystal grains become coarse and the strength decreases, and if it is shorter than 5 seconds, only the surface part will be austenitized by induction hardening, and even if local austempering treatment is performed, sufficient and uniform austenitization will not be achieved. Since it is difficult to obtain, it is carried out within the above range.

ベイナイト変態を行う恒湿処理は、オーステナイト化し
た後の球状黒鉛vI鉄を恒温ソルト浴に浸漬焼入れする
ことなどにより行い、恒温保持温度を220〜460℃
に設定する。この処理温度は、球状黒鉛鋳鉄を220℃
より低い温度に急冷すなわち焼入れするとマルテンサイ
ト変態を起こして膨張が大きく、焼入れ時に焼割れを発
生するか、か、形状が複雑な場合には寸法変化が大きく
なる。
The constant humidity treatment for bainite transformation is performed by immersing and quenching the austenitized spheroidal graphite vI iron in a constant temperature salt bath, and maintaining the constant temperature at 220 to 460 degrees Celsius.
Set to . This treatment temperature is 220℃ for spheroidal graphite cast iron.
When rapidly cooled to a lower temperature, that is, quenched, martensitic transformation occurs and expansion becomes large, resulting in quench cracking during quenching, or large dimensional changes when the shape is complex.

また、460’Cを越える温度では、パーライトあるい
は炭化物の生成によって靭性の低下をIn <ものであ
る。
Furthermore, at temperatures exceeding 460'C, the toughness decreases due to the formation of pearlite or carbides.

次に、上記オーステンパー処理の途中でベイナイト変態
開始時期からベイカイト変(ぶが完了するまでに、一度
M s点(マルテンサイト変ff3開始温度)以下に水
冷等によって急冷するものであるが、ベイナイト変態開
始直後に行うのが効果が大きく好ましい。ベイナイト変
態開始時期の前にMs点以下に急冷り−ると、未変態状
態のオーステナイトのマルテンサイトへの変態が速く、
靭性および圧縮応力をI’/るための冷IJIコントロ
ールが内勤となる。一方、ベイナイト変態が完了した後
では、この慕地相械がベイフィトと残ILIiオーステ
ナイ1−となり、残留オーステナイトは準安定な組織で
あるため、変態温度より一80℃以下の温度に長時間維
持づる必要があり、ff1T![!時間が良くなる。
Next, in the middle of the austempering process, from the start of bainite transformation to the completion of baikite transformation, the bainite transformation is rapidly cooled to below the M s point (martensite transformation FF3 starting temperature) by water cooling or the like. It is preferable to carry out the process immediately after the start of transformation because it is highly effective.If the process is rapidly cooled to below the Ms point before the start of bainite transformation, the transformation of untransformed austenite to martensite is rapid;
Cold IJI control for toughness and compressive stress I'/ is in-house. On the other hand, after the bainite transformation is completed, this austenite becomes beyphyte and the remaining ILIi austenite, and since the retained austenite has a metastable structure, it is difficult to maintain the temperature at -80°C below the transformation temperature for a long time. There is a need, ff1T! [! Time gets better.

また、Ms点以下の温度に表面部のみ急冷するのは、ベ
イナイト変態の過程にある未変態オーステナイ1〜をM
s点以下の温度に冷却することによって、この未変態の
オーステナイトをマルテンサイト化し、この変態による
膨張によって所望の深さまで圧縮応力を付与し、その結
果、靭性と同時に特に高い疲労強度を得るためであって
、少なくとも表面から所望の深さがMs点以下に達しな
ければならない。この冷却は、ベイナイト変態中の球状
黒鉛鋳鉄を、沸湯水、衝撃風、ミストあるいは0℃以下
の雰囲気中に短時間(好ましくは10分以内)冷却する
もの等が好適である。
In addition, rapidly cooling only the surface part to a temperature below the Ms point means that the untransformed austenite 1~ in the process of bainite transformation is
By cooling the untransformed austenite to a temperature below the s point, the untransformed austenite becomes martensite, and the expansion caused by this transformation applies compressive stress to a desired depth, resulting in particularly high fatigue strength as well as toughness. Therefore, at least a desired depth from the surface must reach the Ms point or below. This cooling is preferably performed by cooling the spheroidal graphite cast iron undergoing bainitic transformation in boiling water, impact air, mist, or an atmosphere at 0° C. or lower for a short time (preferably within 10 minutes).

さらに、上記1vls点以下の冷却を行った後に、ベイ
ナイト変態温度に5分間ないし8時間程度恒温処理を行
うのが好ましい。すなわら、Ms点以下への急冷によっ
て表面から所望の深さの未変態オーステナイトをマルテ
ンサイト化した後、この時点での未変態オーステナイト
を引続き恒温処理することによりベイナイト化するもの
である。5分以上の恒温処理で靭性および疲労強度の向
上が同時に得られ、8時間を越える処理は靭性低下およ
び熱エネネギの損失が増大づ゛る。つまり、ベイプイト
変態を行う恒温処理は、MsJた以下の冷却後に少むく
とも5分間あって、全体として8時間を越えないように
するのが好ましい。
Further, after cooling to the above-mentioned 1vls point or less, it is preferable to perform constant temperature treatment to the bainite transformation temperature for about 5 minutes to 8 hours. That is, after the untransformed austenite at a desired depth from the surface is turned into martensite by rapid cooling to below the Ms point, the untransformed austenite at this point is turned into bainite by subsequent constant temperature treatment. A constant temperature treatment for 5 minutes or more can improve toughness and fatigue strength at the same time, whereas a treatment for more than 8 hours will cause a decrease in toughness and an increased loss of thermal energy. That is, the isothermal treatment for vapyite transformation is preferably carried out for at least 5 minutes after cooling below MsJ, and does not exceed 8 hours in total.

ベイナイト変態後の冷却は、自然放冷などによって行う
。その際、球状黒鉛&8鉄のS +Il+ 、腺は、非
合金の場合は左側に移行し、1vln、Cu、 Mo。
Cooling after bainite transformation is performed by natural cooling or the like. At that time, S +Il+ glands of spheroidal graphite & 8 iron migrate to the left side in the case of unalloyed, 1vln, Cu, Mo.

N1等を3有する高合金の場合は右側に移行する。In the case of a high alloy having 3 N1 etc., it shifts to the right side.

左側に移行ツる場合、焼入れ性は低下りる反面、ベイナ
イト変態開始時期は早くなり、ベイナイト変態終了時間
も早くなる。よって短時間でベイナイト地つまり未変態
オーステナイトのベイナイト化が完了する。一方、高合
金の場合は、これとは逆に長時間となる。この現象にお
いて、Ms点以下での冷却後の自然放冷によっても、要
求特性を満足するものが得られる。また、自然放冷では
次工程よCの時間的ロスが大きくなるのぐ、ベイナイト
変態後の冷却は水洗あるいは湯洗等によって(テうよう
にしてもよい。
If it shifts to the left, the hardenability decreases, but on the other hand, the time to start bainite transformation becomes earlier, and the time to end bainite transformation also becomes earlier. Therefore, the conversion of bainite ground, that is, untransformed austenite, to bainite is completed in a short time. On the other hand, in the case of high alloys, on the contrary, it takes a long time. In this phenomenon, a product satisfying the required characteristics can also be obtained by natural cooling after cooling below the Ms point. Furthermore, since natural cooling results in a large time loss in the next step, cooling after bainite transformation may be carried out by washing with water or hot water.

上記の如<Ms点以下への冷IJを含むオーステンパー
処理を行った球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄表面から少なくとも
内部50μ以内に残留する圧縮応力が、10〜120 
kQ r/ ff1m2の1直を有すルヨうに処理する
。疲労強度の向上は少なくとも10kOf、’ mm2
以上の圧縮応力を形成することによって得られ、この値
より引張方向の応力では疲労強度の大幅な向上は得られ
ず、また、120 kgf/mm2を越える圧縮応力を
得るためには、Ms点以下への6111時の熱歪み、変
態歪みによって割れが発生することになる。
Spheroidal graphite cast iron that has been subjected to austempering treatment including cold IJ to below the Ms point as described above has a compressive stress of 10 to 120
It is processed in a manner having one shift of kQ r/ff1m2. The improvement in fatigue strength is at least 10kOf,' mm2
The stress in the tensile direction cannot significantly improve the fatigue strength, and in order to obtain a compressive stress exceeding 120 kgf/mm2, the stress must be below the Ms point. Cracks will occur due to thermal strain and transformation strain at 6111.

特に、繰返し応力集中を受ける部分は、表面の疲労が原
因で割れを発生することから、表面下近傍の圧縮応力が
効果的に作用するため、少なくとも表面下50μ以内に
6いて、前記10〜120kgf/mm2の圧縮応力が
残留しているようにするのが好ましい。
Particularly, in areas subject to repeated stress concentration, cracks occur due to surface fatigue, and compressive stress near the surface acts effectively. Preferably, a compressive stress of /mm2 remains.

本発明における球状黒鉛vJ鉄の化学組成は、例えば自
動車部品のミッションギヤー、シフト類、店動部材等に
使用されているものであり、焼入れ性が低い非合金材料
によって十分な疲れ強さを発揮し得る圧縮応力の形成と
、耐摩耗性を得ることができるものである。また、鋳物
の肉屋が大きい」9合には、焼入れ性を確保する必要性
から、0.2〜0,9%M n 、  QJ〜l、5%
CLJ、  0.03〜4.0%MO,0,2〜3.5
%N1を2種以上併用するものである。
The chemical composition of the spheroidal graphite vJ iron in the present invention is that used, for example, in automobile parts such as transmission gears, shifts, moving parts, etc., and exhibits sufficient fatigue strength due to the non-alloy material with low hardenability. It is possible to form compressive stress and obtain wear resistance. In addition, for large casting butchers, 0.2~0.9%Mn, QJ~l, 5% due to the need to ensure hardenability.
CLJ, 0.03-4.0% MO, 0.2-3.5
%N1 is used in combination of two or more types.

さらに、本発明オーステンパーff1l!!方法と、従
来公知の表面硬化法としてのロール加工、ショットピー
ニング等を併用吏るど、更に安定かつ高い疲れ強さがi
qられるものである。
Furthermore, the present invention austemper ff1l! ! By combining this method with conventionally known surface hardening methods such as roll processing and shot peening, even more stable and high fatigue strength can be achieved.
It is something that can be admired.

(発明の効果) 本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄のオーステンパー処理後
の疲労強度向上を、このA−ステンバー逃理と一連の急
冷1t!l理により表面層に圧縮応力を残留させること
によって得るようにしたので、その処理が短時間で容易
に実行でき、処理能率の向上を図って、膜幅も簡単なも
ので実施できるものである。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the fatigue strength of spheroidal graphite cast iron after austempering can be improved by using this A-Stenbar relief and a series of rapid cooling 1t! Since the film is obtained by leaving compressive stress in the surface layer using a process, the process can be easily carried out in a short time, improving processing efficiency, and can be carried out with a simple film width. .

(実施例) 以下、本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below.

実施例1 この実施例は球状黒鉛鋳鉄によるクランクシャフトのオ
ーステンパー処理の例を示す。
Example 1 This example shows an example of austempering treatment of a crankshaft using spheroidal graphite cast iron.

使用した球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、次に示す通りであ
る。
The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron used is as shown below.

CSi   Mn    P     S3.53  
2,45  0−29  0.021  0.007C
u   Mo   Ni    MgO9830,08
0,480,042 実施したオーステンパー処理のヒートパターンを第1図
に示す。ずなわら、球状黒鉛鋳鉄を加熱して、890℃
のオーステナイト化温度に2.5時間保持した後、38
0℃の恒温ソルト浴中に浸漬してベイナイト化を開始し
、30分後にMs点以下の100℃の沸渇水中へ約3秒
間浸漬した後、380℃の電気炉に装入゛してベイナイ
ト化を進行し、90分促持した後に水冷してなる。
CSi Mn P S3.53
2,45 0-29 0.021 0.007C
u Mo Ni MgO9830,08
0,480,042 The heat pattern of the austempering treatment performed is shown in FIG. Zunawara heated spheroidal graphite cast iron to 890℃.
After holding for 2.5 hours at the austenitizing temperature of 38
It is immersed in a constant temperature salt bath at 0°C to start bainite formation, and after 30 minutes it is immersed in boiling water at 100°C below the Ms point for about 3 seconds, and then charged into an electric furnace at 380°C to form bainite. After 90 minutes of cooling, the mixture is cooled with water.

上記の如き化学組成からなる素材を、第1図のヒートパ
ターンでオーステンパー処理し、ピン径51mm、ジャ
ーナル径5Qmm、クランク半径43mm、ピンJ3よ
びジャーナルフィレット部R3,0に機械加工後、平面
曲げ疲労試験を行った結果を、比較例(従来のオーステ
ンパー処理のみ)と共に第2図に示す。
The material with the above chemical composition was austempered using the heat pattern shown in Figure 1, machined into pin diameter 51 mm, journal diameter 5 Q mm, crank radius 43 mm, pin J3 and journal fillet R3,0, and then flat bent. The results of the fatigue test are shown in FIG. 2 together with a comparative example (conventional austempering only).

この平面曲げ疲労試験は、クランクシャフトの一端を固
定し、他端に曲げモーメントを作用させて、各種曲げモ
ーメントにおける試料の破断に至るまでの繰返し曲げ回
数Nを計測したものである。
In this plane bending fatigue test, one end of the crankshaft is fixed, a bending moment is applied to the other end, and the number of times N of repeated bending is measured until the sample breaks under various bending moments.

また、比較例は、前記と同様の組成の球状黒鉛鋳鉄をオ
ーステンパー処理しただけのものである。
In addition, the comparative example is one in which spheroidal graphite cast iron having the same composition as above was simply austempered.

すなわち、890℃x2.5)−1rのオーステナイト
化の後、380℃x2Hrのベイナイト化し、その後空
冷してなる。
That is, after austenitizing at 890°C x 2.5)-1r, bainizing at 380°C x 2 hours, and then air cooling.

第2図から明らかなように、比較例のものに比べて本発
明によるクランクシャフトは、曲げ疲労強度が増大して
いる。
As is clear from FIG. 2, the bending fatigue strength of the crankshaft according to the present invention is increased compared to that of the comparative example.

さらに、前記第1図のヒートパターンにおけるベイナイ
ト化の恒温温度を250℃と370℃とに2伸類に変更
し、その他は同様に処理した試料(直径45+nm、長
さ100mm)の表面からの距離と残留圧縮応力の分布
状態を求めた結果を第3図に示す。
Furthermore, the constant temperature for bainitization in the heat pattern shown in Figure 1 was changed to 250°C and 370°C, and the distance from the surface of the sample (diameter 45+nm, length 100mm) was otherwise treated in the same manner. Figure 3 shows the results of determining the distribution of residual compressive stress.

この第3図において、特性■の250℃のベイナイト化
温度によるものが、特性■の370℃のものに比べて表
面近傍での残留圧縮応力が大きく、疲労強度が高くなる
ことが分る。
In FIG. 3, it can be seen that the specimen with a bainitic temperature of 250° C. (characteristic (2)) has a larger residual compressive stress in the vicinity of the surface and has a higher fatigue strength than the specimen (characteristic (2) at 370° C.).

実施例2 この実施例は球状黒鉛鋳鉄によるコンロッドのオーステ
ンパー処理の例を示す。
Example 2 This example shows an example of austempering treatment of a connecting rod using spheroidal graphite cast iron.

使用した球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、次に示す通りであ
る。
The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron used is as shown below.

CSi    Mn     P 3.46   2.17   0,23   0.02
73     CLI    MO 0,0060,730,041 実施したオーステンパー処理のヒートパターンを第4図
に示す。球状黒鉛鋳鉄を加熱し、870℃のオーステナ
イト化温度に2時間保持した後、375℃のtHWソル
ト浴中に浸漬してベイナイト化を開始し、25分後にM
s点以下の90〜100℃の温水中へ約2秒間浸漬した
後、375℃の電気炉に装入してベイナイト化を進行し
、85分保持した後に空冷してなる。
CSi Mn P 3.46 2.17 0.23 0.02
73 CLI MO 0,0060,730,041 The heat pattern of the austempering treatment performed is shown in FIG. Spheroidal graphite cast iron was heated and held at an austenitizing temperature of 870°C for 2 hours, then immersed in a tHW salt bath at 375°C to start bainitizing, and after 25 minutes M
After being immersed in hot water at 90 to 100° C. below the s point for about 2 seconds, it is placed in an electric furnace at 375° C. to proceed with bainite formation, held for 85 minutes, and then air cooled.

上記の如き化学組成からなる素材を、第4図のヒートパ
ターンでオーステンパー処理し、大端部から小端部まで
のロッド部分の良さが80ff1mのコンロッド累(A
を1;I、これに対し平面曲げ疲労試験を行った結果を
、比較例(鋳、殻し)と共に第5図に示ず。
The material with the above chemical composition was austempered using the heat pattern shown in Figure 4, and a connecting rod (A
1; I, the results of a plane bending fatigue test on this are not shown in FIG. 5 together with comparative examples (casting and shelling).

この平面曲げ疲労試験は、コンロッド素材の一端を固定
し、他端に所定長さのアームを介して荷重を負荷して曲
げ七−メントを作用させ、各種負荷荷重における試料の
破断に至るまでの繰返し曲げ回1IINを計測したもの
である。また、比較例は、前記と同様の組成の球状黒鉛
鋳鉄をl造しただけで、オーステンパー処理していない
ものである。
In this plane bending fatigue test, one end of the connecting rod material is fixed, a load is applied to the other end via an arm of a predetermined length, and a bending member is applied, and the test is performed until the specimen breaks under various applied loads. This is a result of measuring 1 IIN of repeated bending. In addition, the comparative example is one in which spheroidal graphite cast iron having the same composition as the one described above was simply manufactured, but was not subjected to austempering treatment.

第5図から明らかなように、比較例のものに比べて本発
明によるコンロッドは、曲げ疲労強度が大幅に増大して
いる。
As is clear from FIG. 5, the bending fatigue strength of the connecting rod according to the present invention is significantly increased compared to that of the comparative example.

実fM  1列 3 この実施例は球状黒#i1 Si鉄によるキ)7−のオ
ーステンパー処理の例を示す。
Actual fM 1 row 3 This example shows an example of austempering treatment of g) 7- using spherical black #i1 Si iron.

使用した球状黒鉛鋳鉄の化学組成は、次に示す通りであ
る。
The chemical composition of the spheroidal graphite cast iron used is as shown below.

CSi    Mn     P 3.62   2.53   0.30   0.03
1S     Cu    Mo     〜1g06
006   0.72   0.08   0,042
実施し7jオーステンパー処理のヒートパターンを第6
図に示す。球状黒鉛鋳鉄を加熱し、890℃のオーステ
ナイト化温度に2時間保持した後、270℃の゛恒温ソ
ルト浴中に浸漬してベイナイト化を開始し、60分後に
Ms点以下の180℃のソルト浴中へ約15秒間浸漬し
た後、270℃の電気炉に装入してベイナイト化を進行
し、60分保持し、放冷後湯洗してなる。
CSi Mn P 3.62 2.53 0.30 0.03
1S Cu Mo ~1g06
006 0.72 0.08 0,042
The heat pattern of the 7j austempering process was
As shown in the figure. Spheroidal graphite cast iron is heated and kept at an austenitizing temperature of 890°C for 2 hours, then immersed in a constant temperature salt bath of 270°C to start bainitizing, and after 60 minutes, it is soaked in a salt bath of 180°C below the Ms point. After being immersed in the water for about 15 seconds, it is placed in an electric furnace at 270°C to proceed with bainite formation, held for 60 minutes, left to cool, and then washed with hot water.

上記の如き化学組成からなる素材を、ギヤー比3.85
0、歯数17枚、モジュール2.25 、外径200m
+++からなるヘリカルギA7−に加工し、第6図のヒ
ートパターンでオーステンパー処理し、少なくとも歯底
に圧縮応力を付与した後、動力循環式歯車試験機にで疲
労試験を行った結果を、比較例(従来のオーステンパー
処理のみ)と共に第7図に示す。
A material with the above chemical composition is used with a gear ratio of 3.85.
0, number of teeth 17, module 2.25, outer diameter 200m
After processing the helical gear A7- made of +++, austempering it with the heat pattern shown in Figure 6, and applying compressive stress to at least the tooth bottom, we compared the results of a fatigue test using a power circulation gear testing machine. It is shown in FIG. 7 along with an example (conventional austempering only).

この疲労試験は、負荷トルク15.2kgmのちとに試
料の破断に至るまでの繰返し噛合回数Nを計測したもの
である。また、比較例は、前記と同様の組成の球状黒鉛
鋳鉄をオーステンパー処理しただけのものである。すな
わら、890℃X 21−1 rのオーステナイト化の
後、270℃×2Hrのベイナイト化し、その後空冷し
てなるものである。
In this fatigue test, the number of repeated engagements N until the sample breaks after a load torque of 15.2 kgm was measured. In addition, the comparative example is one in which spheroidal graphite cast iron having the same composition as above was simply austempered. That is, after austenitizing at 890°C x 21-1 r, bainizing at 270°C x 2 hours, and then air cooling.

第7図から明らかなように、比較例のものに比べて本発
明ヘリカルギヤーは、疲労強度が増大している。
As is clear from FIG. 7, the fatigue strength of the helical gear of the present invention is increased compared to that of the comparative example.

さらに、上記ギヤーに使用したのと同様の化学用成から
なる球状黒鉛鋳鉄を、第8図に示すヒートパターンでオ
ーステンパー処理した場合の金属粗織状態を、第9図お
よび第10図の光学顕微鏡による金属組織写真に示す。
Furthermore, the state of metal coarse weave when spheroidal graphite cast iron made of the same chemical composition as that used for the gear was austempered using the heat pattern shown in FIG. 8 was shown in FIGS. 9 and 10. This is shown in the metal structure photograph taken with a microscope.

オーステンパー処理は、球状黒鉛鋳鉄を加熱し、890
 ’Cのオーステナイト化温度に 1.5時間保持した
後に、230℃の恒温ソルト浴中に浸漬してベイナイト
化を開始し、30分後にMs点以下の30’Cの水中へ
約2秒間浸漬した後、230℃の電気炉に装入してベイ
ナイト化を進行し、90分保持し、空冷後水洗してなる
Austempering treatment involves heating spheroidal graphite cast iron to a temperature of 890
After holding at an austenitizing temperature of 'C for 1.5 hours, it was immersed in a constant temperature salt bath at 230°C to start bainitization, and 30 minutes later, it was immersed in water at 30'C below the Ms point for about 2 seconds. Thereafter, it is placed in an electric furnace at 230°C to proceed with bainite formation, held for 90 minutes, cooled in air, and then washed with water.

第9図は表面近傍の組織を示し、Ms点以下の温度に急
冷された部分のものであり、黒色の球状体が黒鉛であり
、この黒鉛を取り巻くマトリックスが、ベイナイト変態
で生成された針状のベイナイトと、Ms点以下への急冷
で生成された白色のマルテンサイトとの混在によって構
成されている。
Figure 9 shows the structure near the surface, which was rapidly cooled to a temperature below the Ms point. It is composed of a mixture of bainite and white martensite produced by rapid cooling below the Ms point.

このマルテンサイトによって圧縮応力が付与され疲労強
度が向上されている。
This martensite imparts compressive stress and improves fatigue strength.

これに対し、第10図はMs点以下への急冷の影響を受
けていない内部の組織を示し、黒色の球状体が黒鉛であ
り、この黒鉛を取り巻くマトリックスが、ベイナイト変
態で生成された針状のベイナイトで均質に構成されてい
る。このベイナイトによって靭性が付与されている。
On the other hand, Figure 10 shows the internal structure that has not been affected by rapid cooling below the Ms point. It is homogeneously composed of bainite. This bainite provides toughness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例におけるクランクシャフ
トのオーステンパー処理方法のヒートパターンを示す説
明図、 第2図は第1の実施例によるクランクシャフトの平面曲
げ疲労試験の結果を比較例と共に示り“グラフ、 第3図はベイナイト化温度を変更した場合における試料
表面からの深さと圧縮応力の分布状態を示すグラフ、 第4図は本発明の第2の実施例におけるコンロッドのオ
ーステンパー処理方法のヒートパターンを示す説明図、 第5図は第2の実fU例によるコンロッドの平面曲げ疲
労試験の結果を比較例と共に示すグラフ、第6図は本発
明の第3の実施例にJ3けるギヤーのオーステンパー処
理方法のピー1〜パターンを示す説明図、 第7[’lは第3の実施例によるギヤーの疲労試験の結
果を比較19+と共に示すグラフ、第8図は金属組織写
真用の試料に施したオーステンパー処理方法のヒートパ
ターンを示す説明図、第9図はオーステンパー処理処理
後の試料の表面近傍の金属組織の一例を示す光学顕微鏡
写真、第10図はオーステンパー処理処理後の試料の内
部の金属組織の一例を示ず光学顕微鏡写真である。 第1図 第2図 締画しl!lφ肝阪N 第3図 表パシグ50距5裏 (pm) 第4図 第5図 第6図 第7図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the heat pattern of the austempering method for the crankshaft in the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a comparative example of the results of the plane bending fatigue test of the crankshaft according to the first embodiment. Figure 3 is a graph showing the depth from the sample surface and the distribution state of compressive stress when the bainitization temperature is changed. An explanatory diagram showing the heat pattern of the treatment method, FIG. 5 is a graph showing the results of a plane bending fatigue test of connecting rods according to the second actual fU example together with a comparative example, and FIG. Fig. 7 is a graph showing the results of the fatigue test of the gear according to the third embodiment along with comparison 19+, Fig. 8 is for metallographic photographs. An explanatory diagram showing the heat pattern of the austempering method applied to the sample, Fig. 9 is an optical micrograph showing an example of the metal structure near the surface of the sample after the austempering process, and Fig. 10 shows the austempering process. This is an optical micrograph showing an example of the internal metallographic structure of the sample. Fig. 1 Fig. 2 Closing l!lφKyosaka N Fig. 3 Pasig 50 distance 5 back (pm) Fig. 4 Fig. 5 Figure 6 Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)球状黒鉛鋳鉄を810〜980℃のオーステナイ
ト化温度域に少なくとも5秒間以上加熱保持し、この状
態から220〜460℃の温度に急冷しこの温度に恒温
保持してベイナイト変態を行い、その後冷却するオース
テンパー処理において、上記ベイナイト変態開始時期か
らベイナイト変態が完了するまでに、一度Ms点以下の
温度に急冷し、表面層のみをマルテンサイト化して疲労
強度を向上することを特徴とする鋳鉄のオーステンパー
処理方法。
(1) Spheroidal graphite cast iron is heated and held in the austenitizing temperature range of 810 to 980°C for at least 5 seconds, then rapidly cooled from this state to a temperature of 220 to 460°C, kept constant at this temperature to undergo bainite transformation, and then In the cooling austempering treatment, the cast iron is rapidly cooled to a temperature below the Ms point from the start of bainite transformation to the completion of bainite transformation, and only the surface layer is turned into martensite to improve fatigue strength. Austempering method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1434889A1 (en) * 2001-10-12 2004-07-07 BorgWarner Inc. High-hardness, highly ductile ferrous articles

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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