JPS6249348B2

JPS6249348B2 -

Info

Publication number: JPS6249348B2
Application number: JP58020862A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Fukuhara; Shinichi Oohama
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1983-02-10
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1987-10-19
Also published as: JPS59145759A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は耐熱性に優れたNi・Mn・Si系オー
ステナイト球状黒鉛鋳鉄の改良に係り、更に詳し
く言えば炭素含有量を低くし、繰返し熱サイクル
による割れ発生に対する耐性を大きくしたNi・
Mn・Si系オーステナイト球状黒鉛鋳鉄に係る。例えばヂーゼルエンジンやガソリンエンジンの
出力上昇に伴いターボチヤージヤケーシングの使
用条件は一層厳しくなつて来ている。このため材
料に対しても高い耐熱性が要求され、オーステナ
イト基地組織のニレジスト球状黒鉛鋳鉄が使用さ
れるようになつて来ており、現在これがターボチ
ヤージヤ材料の主流である。発明者は先にこれに代つてNi含有量の一部を
Mnで代替したNi・Mn・Siオーステナイト球状黒
鉛鋳鉄を提示した（特願昭56−127177）。これら
材料で通例の場合耐熱性は充分であるが、使用条
件の厳しい場合には更に耐熱性の高い標準成分組
成2C・35Ni・2Cr・5SiでMn1％以下の高Ni低Ｃ
のNi・Si・Cr鋳鉄（ドイツ規格GGG−3552）が
使用され始めている。この材料は従来の材料に比
して耐熱性が最も優れているが、鋳造性が悪い上
にNi含有量が多いので価格が高くなる欠点があ
る。本発明は先に提示したNi・Mn・Siオーステナ
イト球状黒鉛鋳鉄（以下先行出願という）の改良
であつて、上記GGG−3552のNi・Si・Crオース
テナイト球状黒鉛鋳鉄に比してNi含有量が低
く、安価であるにも拘わらず、耐熱性が同等な材
料を提供することを目的とし、Ｃ 1.6％以上２
％未満、Mn ３〜11％，Ni ４〜18％，Si 4.5〜
７％で、Ni，MnおよびSi含有量が（Ni＋７）（Mn＋３）≧12Si＋65 で示される範囲内にあり、球状化処理元素0.2％
以下、残部実質的にFeよりなることを特徴とす
る耐熱性オーステナイト球状黒鉛鋳鉄に係る。
（本明細書においては特に記載しなければ通例の
とおりパーセントはすべて重量パーセントで示し
てある。）前記先行出願のオーステナイト球状黒鉛鋳鉄で
はC2〜3.8％であり、比較的多量の炭化物の晶出
がみられ、これが強度や靭性に対して悪い影響を
及ぼしているものと考えられ、強度、靭性或いは
熱サイクルに対する耐性を改善するためには炭化
物量を低減すると共に、基地を強化することが必
要であると考えられた。本発明者はこれについて研究を続けた結果、Ｃ
含有量を減ずることによつてこれらの要求が満た
されることを知つた。第１図は本発明材料についてＣ含有量と基地の
オーステナイトの硬さとの関係を示しているが、
およそ2.1％Ｃ以下でオーステナイト硬さが上昇
し、特に２％以下になると急激に上昇するのが認
められる。一方第２図に示すように炭化物の量はおよそ
2.3％Ｃで最大を示し、2.1％以下で著しく減少し
ており、その結果伸びが顕著に改善される。なお
第２図の炭化物の面積割合は顕微鏡組織写真から
種々の形状の炭化物を近似の長四角形におき換
え、その面積の総和を視野面積で除して求めたも
のである。第３図はＣ含有量と伸びの関係を示し、およそ
2.2％以下で伸びが上昇に転じ、２％Ｃ以下で急
上昇していることが判る。また第４図に示すよう
に引張強さも同様におよそ2.1％Ｃ以下で上昇に
転じ、２％Ｃ以下で顕著に上昇していることが明
らかになつた。従つてＣ含有量を２％未満にすれ
ば基地を強化し、炭化物の晶出を減ずることが出
来ると考えられる。本発明においてはＣ含有量の下限は1.6％とす
る。基地の硬さ、炭化物量、伸び、引張強さ等の
改善はおよそ1.6％近くで一定値に近づき、かつ
マルテンサイト生成のおそれがあるからである。 Si含有量について言えば酸化増量との関係を調
べた第５図からも明らかなようにNi，Mnの含有
量に関係なく主としてSi含有量によつて耐酸化性
が決まり、Si含有量を4.5％以下とすると従来の
ニレジストD2の耐酸化性に劣るようになるし、
他方７％以上とすれば伸びの改善がみられず、返
つて低下するようになるので4.5〜７％とする。 Ni含有量は18％以上としても基地の硬さの増
加が認められず、またMn含有量を11％以上とす
るとMn炭化物が多量に発生して靭性が非常に悪
くなる。Ni，Mn含有量の下限について言えば、
Ni4％以下では伸びの低下がみられ実用上不適当
であり、またMn含有量を３％以下にすると認め
るほどのNiの節約にはならない。 Ni，Mn，Siの関係については次のとおりであ
る。本発明の球状黒鉛鋳鉄は高温用途であるから
使用温度で組織に変化が起こらず、高温強度が高
く、かつ熱サイクルの繰返しによつて割れを生じ
ないようにするためオーステナイト組織であるこ
とが望ましい。Ni，Mn，Si含有量と基地組織と
の関係は先行出願におけると同様に第６図に示す
とおりであり、基地組織は（Ni＋７）（Mn＋３）≧12Si＋65 の範囲内でオーステナイト(A)またはオーステナイ
ト(A)＋マンガン炭化物（MC）となる。この式よ
りも下の範囲ではオーステナイト(A)＋マルテンサ
イト（Ｍ）またはマルテンサイト（Ｍ）の組織と
なる。このようにNi，Mn，SiはNi4〜20％，Mn3〜12
％，Si4.5〜７％で、（Ni＋７）（Mn＋３）≧12Si＋65 を満足する範囲のものとする。これをグラフで示せば第７図のＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅに囲まれた斜線を施した範囲に相当する。本発明のオーステナイト鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄で
あるから通例の球状黒鉛鋳鉄の溶解法によつて溶
製し、黒鉛を球状化するため通例のとおりCa，
Mgおよび希土類元素のうち一種または二種以上
を0.2％以下含有し、残部は実質的にFe及び不純
物である。

【表】

【表】次に本発明に係る材料および対比材の試料の化
学成分、機械的性質および熱サイクル試験結果の
一例について述べる。第１表は試験に用いた試料の化学成分組成を、
第２表は同じく機械的性質を示している。なお試
料Ａ１，Ａ２は本発明に係る球状黒鉛鋳鉄、Ｂ，
Ｃは先行出願の球状黒鉛鋳鉄、ＤはニレジストＤ
２相当品、ＥはGGG−3552相当品である。試料Ａ１，Ａ２の代表的な顕微鏡組織を第９図
に示す。黒鉛がこまかな球状に晶出しており、灰
色の島状に析出しているのが炭化物（主として
Mn炭化物）である。次ぎにこれら材料について熱サイクル試験を行
つた結果について述べる。試験は全長160mm、平
行部10丸×30mmの大きさの試験片の両端を固定し
ておいて310℃と820℃とに１サイクル５分で繰返
し加熱し、破断するまでの繰返し回数を調べた。
その結果を示したものが第８図である。本発明に係る試料Ａ１，Ａ２はＣ（先行出願）
およびＤ（ニレジストＤ２）よりも強く、特にSi
とNiを多少高めたＡ２はＥ（GGG−3552）と同
等の繰返し回数を示し、優れた熱サイクル耐性を
有することが理解されよう。以上述べたように本発明に係る低ＣのNi・
Mn・Siオーステナイト球状黒鉛鋳鉄は機械的性
質も優れ、繰返し加熱を受ける部品用の金属材料
の主流であるニレジストに比較しては勿論のこ
と、現在此の種用途に対して最高級の材料と考え
られているNi・Cr・Siオーステナイト球状黒鉛
鋳鉄（GGG−3552）と同等の熱サイクル耐性を
有し、而もこれに比してNiをMnで代替すること
によりNiを著しく節約した優れた材料であつ
て、ターボチヤージヤケーシングやその他の自動
車用部品例えば排気マニホールド等、或いはター
ビンケーシング等の使用温度の高い熱サイクルを
受ける用途に対して割れ発生を減じ、割れの伝播
を小さくして寿命を延長する等その効果はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る球状黒鉛鋳鉄のＣ含有量
とオーステナイト基地の硬さとの関係の１例を示
すグラフ、第２図はＣ含有量と炭化物の面積との
関係の１例を、第３図はＣ含有量と伸びとの関係
の１例を、第４図はＣ含有量と引張強さとの関係
の１例を、第５図はSi含有量と酸化増量との関係
の１例を、第６図はNi，Mn，Siの含有量と基地
組織との関係を、第７図はNi含有量とMn含有量
との関係を、第８図は熱サイクル試験結果の１例
を対比材の成績と対比して示す各グラフであり、
第９図は顕微鏡組織の１例を示す写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ 1.6％以上２％未満、Mn ３〜11％，Ni
４〜18％，Si 4.5〜７％で、Ni，MnおよびSi含
有量が（Ni＋７）（Mn＋３）≧12Si＋65 で示される範囲内にあり、黒鉛球状化処理元素
0.2％以下、残部実質的にFeよりなることを特徴
とする耐熱性オーステナイト球状黒鉛鋳鉄。