JPS6223956A

JPS6223956A - 耐摩耗性鋳鉄

Info

Publication number: JPS6223956A
Application number: JP16323585A
Authority: JP
Inventors: Shiyouji Akaike; 赤池　生司; Masahiko Hara; 原　雅彦; Masao Yasuda; 安田　正夫; Hideo Hatano; 籏野　秀雄; Toru Kimura; 徹木村
Original assignee: NAIGAI MARIABURU KK; Atsugi Motor Parts Co Ltd
Current assignee: NAIGAI MARIABURU KK; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1985-07-23
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1987-01-31
Also published as: JPH0565578B2

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、ｍｌ摩耗性鋳鉄に関し、特にベーン型回転圧
縮機のカムリング製造用素材として採用される耐摩耗性
鋳鉄に関する。

（従来の技術）図は、ベーン型回転圧縮機におけるカムリングの従来例
の１つである。これによると、カムリング１ε才吸入ボ
ート２および吐出ボート３等を有した複雑な構造である
ために、従来からねずみ鋳鉄によって鋳造されるのが一
般的である。このカムリング１は内部に楕円状のカム面
１ａが形成され、カムリング１の内部ではロータ４が回
転する。即ち、このロータ４には放射状に複数のベーン
５が出没自在に取り付けられ、これらベーン５の各々が
カム面１ａに摺接しながら、吸入ボー１−２から吸収さ
れた作動流体を２枚のベーン同士による作動室のポンプ
作用で圧縮し、この圧縮された作動流体を吐出ボート３
から吐出する構造である。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、かかる構造においては、ベーン型回転圧
縮機の運転時のポンプ作用で生じる高温、高圧のために
、カム面１ａとベーン５のそれぞれの摺接面に塑性およ
び弾性変形が生じて互いの摺接面積が拡大し、その結果
両部材同土間で発熱、およびミクロ的凝着、摩耗などが
促ｉｆされる。また、ベーン５を介して伝達される熱に
よってロータ４が熱膨張し、このため小円弧部１ｂにお
けるカム面１ａとローフ４との微小クリアランスＣがな
くなって、カム面１ａに対してローフ４が当接して摩擦
することにより、焼イ」けなどの焼）■を生起せしめる
と言った問題点がある。

このように、カムリング１としては、特に耐摺動摩耗性
ならびに負荷時の耐変形性が要求されるものであって、
同時に、その部品構成」二の機能からして、巣などの内
部欠陥あるいは被切削性をそこなう様な大きさのチルの
発生が許されないものである。したがって、その製造に
おいては、部品として要求される性能を備えるだけでな
く、材質的な健全性を確保しかつ被削性を損なうチルの
発生を防ぎ得るものでなければならない。

（発明が解決しようとする問題点）上記問題点を解決することを目的として、本発明による
耐摩耗性鋳鉄は、炭素を３．０〜３．９％、硅素を１．
５〜２．５％、マンガンを０．３〜０．８％、硫黄を０
．２％以下、燐を０．２％以下、クロムを０゜１〜０．
３５％、および銅を０．１〜０．６％含有しかつ片状黒
鉛を分布した低合金ねずみ鋳鉄に熱処理を施して基地を
ツルハイｌ−Ｍｉ織にし、この基地中に微細炭化物を分
散することによって、ブルネル硬さをＨＢ＝２１０〜２
９０とした。

但し、ここに言うツルパイ日、■織とは、後込する実施
例の鋳鉄に対して施される熱処理において、４００℃以
上の温度で焼戻しを行なって得られる焼もどしソルバイ
トを意味している。

また、微細炭化物とは、微粒セメンタイト（Ｆｅｚｃ）
等炭素と鉄（Ｆｅ）、あるいはクローム（Ｃｒ）、ある
いはマンガン（Ｍｎ）の何れがとの化合物を意味してい
る。

（実施例）以下、本発明による耐摩耗性鋳鉄の一実施例について説
明する。

実施例のカムリング１及びｒＪＩＳ８号Ｂ」引張試験片
に使用した耐摩耗性鋳鉄の金属元素含有量は次の通りで
ある。

Ｃ（炭素）；３．５７％　　Ｓｉ（硅素）ｉｌ、９２％
Ｍｎ（マンガン）；０．５６％　Ｓ　（硫黄）；０．０
３％Ｐ　（燐）　　；０．０５％　　Ｃｒ　　（クロム
）；０．２０％Ｃｕ　　（銅）；０．２５％である。残部成分はＦｅ（鉄）と通常のねずＺノ鋳鉄が
含有する不純物元素とからなっている。ここで、通常の
ねずみ鋳鉄とは、鋳鉄がこれに含有されるＣ、Ｓｉ　Ｏ
■と、そしてこれらが凝固するときの冷却速度とを最大
の因子として、白鋳鉄になるかまたはまだら紡夕失か、
それともねずみ鋳ｉ失になるかに関係する場合、特殊元
素を配合しないで、片状黒鉛が分布した状態の普１ｆｆ
ｌ鋳鉄の意味している。

つぎに、上記各金属元素の含有量について順次説明する
。

まず、Ｃについては、鋳造時の内部欠陥（巣）とデル発
生防止のためには、３．０％以上の含有量が必要である
が、３．９％を上まわると、必要とされる硬さおよび機
械的強度を維持し得ない。また耐摺動摩耗性の点からめ
て、黒鉛組織は均一に分布するＡ型黒鉛が望ましく、３
゜０％以下ではこの組織を得ることが難しくなる。

Ｓｉ　は、巣欠陥およびチル発生を防くために、含有量
が１．５％以上必要であるが、２．５％を超えると、鋳
造時にフェライト相が多くなり、これがために、焼入に
際して均一なオーステナイト相を得るのに、より長い時
間あるいはより高い温度が必要となる。

Ｍｎは、含有量が０．３％以下では、焼入性の向上と焼
戻し時の基地の安定化に大きな効果はなく、０．８％を
超過すると、巣とチルが発生し易くなる。

また上限をこえると、基地中に存在する炭化物の量が多
くなりかつ粗大化し、被削性を損なう。

Ｃｒは、含有量の上下限設定理由はＭｎのそれに同じで
ある。

Ｃｕは、」二記したように、ＭｎとＣｒはチルおよび炭
化物の生成傾向の強い元素であるが、Ｃｕはチル生成を
妨げる働きがある。また固溶して基地を強化するととも
に、焼入性を改善する元素でもあり、カムリング材料に
とって有効な合金成分である。含有量の下限以下では、
このような効果は小さく、上限をこえれば、Ｃｕ粒とし
て基地中に析出して軟かい相を形成する。

ＳとＰについては、１ｆｆｌ常のねすめ鋳鉄が含有する
範囲である。

このように、実施例の鋳鉄は、主要な合金元素としての
Ｃ，、Ｓｉ　、、　Ｍｎ　、、Ｃｒ　、、Ｃｕ　Ｌｙ）
ｉ有■範囲をその特徴としており、この結果、鋳造時の
巣およびチルの発生が防止されて健全な品質のものが得
られかつ後工程の熱処理を施すことによって、要求され
る性能を備えた鋳物部品の製造が可能となる。

即ち、上記した含有量の各金属元素による実施例鋳鉄の
溶湯を砂型に鋳込み、図に示されるよ゛うなカムリング
Ｉを鋳造する。これと同時に、「ＪＩＳｇ号Ｂ」引張試
験片を採取する。この結果得られた「実施例鋳鉄」製に
よる供試品カムリングおよびＪＩＳ供試片、そして通常
の「ねずみ鋳鉄」製による」二記、Ｊ　Ｉ　Ｓ供試片に
ついて、それぞれの強度試験の結果を別表１で比較して
示す。

但し、実施例鋳鉄製の供試品カムリング１に対する熱処
理条件は、焼入温度（°Ｃ）　　・・・・・・８４５℃保持時間（
分）　・・・・・・　３０分焼戻温度（”Ｃ）　　・・
・・・・５３５°Ｃ保持時間（分）　・・・・・・　３
０分である。

なお、熱処理の必要性については、単に実施例鋳鉄の硬
さのみに着目すれば、それを高くする方策は種々ある。

例えば ■　硬さを上げる合金元素を多量に添加する。

■　鋳造時にＡｒ＋変態点温度以上で鋳型と鋳物の分離
を行なう。

■　焼ならし熱処理を施す。

などがある。

しかしながら、■の方法では、巣やチルの発生、あるい
は、多量の炭化物の生成があるだけで被削性の低下を招
くだけでなく、製造コスト的に非経済的である。また、
■の方法では、実際の鋳造工場で分離温度を完全にコン
トロールすることは容易でなく、品質のバラツキを大き
くするだけでな（、多量生産用としては現実的でない。

また、■の方法では、通常のねずみ鋳鉄あるいは実施例
鋳鉄の成分では、カムリングに要求される高度の耐摩耗
性と耐変形性を得るに必要なブリネル硬度（ＨＩ＋＝２
１０〜２９０）を安定して得ることは困難である。これ
は、上記■、■の各方法においても同様である。また、
その他の耐摺動性および耐摩耗性のみに着目して、高硬
度のものが要求される場合は、硬質クロムメッキ、窒化
、表面焼入、および燐酸塩被膜の付与などの方法がある
。しかしながら、これらに加えて更に要求される性質の
１つである耐変形性（特に、カムリング１に必要とされ
ることは既述の通りである）を満足させるには、得られ
る製品全体に亘って、高強度であること、均一な基地組
織であることが要求される。これより、実施例のように
、焼入れ焼戻しの熱処理が最も経済的かつ好適な手段で
あることは明らかである。

また、周知のように、焼入性改善には、焼入性向上元素
の複合添加が経済的かつ効果的である。

実施例鋳鉄ではこの意味において、Ｍｎ、、Ｃｒおよび
Ｃｕを焼入性向上ならびに基地強化のための元素として
選定し複合添加したものであり、その含有量レベルは、
巣、チル発生、炭化物の多量生成、焼割れなどの防止を
考慮しつつ、必要な性能を得られるように決定されてい
る。また、Ｍｎ、Ｃｒ　％　Ｃｕは合金元素として比較
的安価であることも重要な要素となっている。

そこで、実施例鋳鉄について、その硬さと耐摩耗性を考
察すれば、特にベーン型凹転圧縮機においては、凝着摩
耗量がカムリング１のカム而】ａとベーン５との真実接
触面積に比例し、この真実接触面積が硬さに反比例する
ことから、硬さが所定値以上の方が摩耗量を少なくする
ことができる。

また、カムリング１のように摩擦面が高精度に加工され
たものでは、塑性変形が生じ難い方が相手材のベーン５
と馴染み易いことを意味する。これより、所定値上の硬
度を要求されることが明らかである。

次に、強度向上と耐変形性について考察すれば、別表１
に示されるように、硬さあるいは引張強さの増加に伴な
い、ヤング率の増加がみられる。ヤフグ率はＸ、■織中
の黒鉛量によって変化するが、炭素量を一定として、非
合金非熱処理のねず０ｌｊｉノを鉄と実施例鋳鉄のヤン
グ率をみると、前者か１１５ＧＮ　／　ｍであるに対し
て後者は１３６ｃＮ／＝であって約１７％の増加が認め
られる。

また、熱伝導率について考察すれば、鋳鉄中に存在する
黒鉛は良熱伝導体であるが、片状黒鉛を有するねずみ鋳
鉄は黒む）片が連続したスケルトン構造になっているた
め、黒鉛が球状でありかつ１個１個地鉄中に独立して存
在している球状黒ｆ）′！鋳鉄に肚較して熱伝導率が大
きい。摺動摩耗現象において、摺動部の塑性変形６才、
摺動が増加して発熱による部品の温度上昇が見られろよ
うな状況ではより促進されるが、この点において熱伝導
率の大小は摺動部の凝着程度に対して無視出来ない影響
を与えるものと考えられる。実施例鋳鉄は前述のように
、その黒鉛Ｎ、■織は片状であって良好な熱伝導性を有
している。

別表２は、片状黒鉛の分布したねずみ鋳鉄による実施例
鋳鉄と、球状黒鉛鋳鉄との熱伝導率の測定結果である。

したがって、実施例鋳鉄によるベーン型回転圧縮機のカ
ムリング１においてｔｉｔ、カムリング１とベーン５と
の先端接触部同士が高温、高圧の条件下でも、製性およ
び弾性変形する■が減少し、互いの接触面積が拡大する
のが押えられる。この結果、接触部同士の摺接に伴なう
発熱、摩耗、そしてミクロ的凝着が少なくなって、カム
リング１とロータ４の外周面との少円孤部におｉＪる微
少クリアランスが維持されて、接触による焼イ」け等の
焼損を防止することができる。

（発明の効果）上記したことから理解されるように、本発明による耐摩
耗性鋳鉄は、片状黒鉛を分布した低合金ねずみ鋳鉄に焼
入焼戻熱処理を施して基地をソルバイトＭｉ織にし、こ
の基地中に微細炭化物を分散したので、表面硬度が高め
られたブリネル硬さくＴ（Ｅ）で２１０〜２９０のもの
が得られる。よって、耐摺動摩耗性および負荷時の耐変
形性が向」−シ、特にこれら両性質が要求されるベーン
型回転圧縮機のカムリングに適用されてその効果を顕著
に発揮する。

【図面の簡単な説明】

図はベーン型回転圧縮機の従来例の断面図である。１・・・・・・カムリング、１ａ・・・・・・カム面、４・・・・・・ロータ、５・・・・・・ベーン。

Claims

【特許請求の範囲】

炭素を３．０〜３．９％、硅素を１．５〜２．５％、マ
ンガンを０．３〜０．８％、硫黄を０．２％以下、燐を
０．２％以下、クロムを０．１〜０．３５％、および銅
を０．１〜０．６％含有しかつ片状黒鉛を分布した低合
金ねずみ鋳鉄に熱処理を施して基地をソルバイト組織に
し、この基地中に微細炭化物を分散することによって、
ブルネル硬さをＨ＿Ｂ＝２１０〜２９０としたことを特
徴とする耐摩耗性鋳鉄。