JPS626612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は疲労強度の高い球状黒鉛鋳鉄の製造法
に関するものである。 従来より、このような高疲労強度球状黒鉛鋳鉄
の製造法として下記のようなものがある。その一
つとして、USP4222793号公報に開示されている
ように、球状黒鉛鋳鉄よりなる素材に焼鈍処理を
施して加工性を高めた後、製品形状に機械加工
し、次に、恒温変態処理（オーステンパー処理）
を施して硬度、耐摩耗性、疲労強度を上げ、最後
にシヨツトピーニング処理を施して所定の疲労強
度に高めるようにしたものが知られている。しか
し、この第１の方法では、最終的にシヨツトピー
ニング処理することによりある程度の疲労強度が
得られるが、末だ製造された球状黒鉛鋳鉄の疲労
強度は充分でなく鍛造鋼に比べて低いため、自動
車の足回り部品やエンジン部品等のように高い疲
労強度を要求される部品の素材としては今一つ不
満があつた。 また、第２の方法として、特開昭57―19320号
公報に開示されているように、上記第１の方法の
焼鈍処理に代えて焼準処理を施し、チル分解およ
び恒温変態処理時のオーステナイト化に要する時
間の短縮を図つたものが提案されている。しかる
に、この第２の方法では、焼準後の硬度が高いた
め、クランクシヤフトの如き丸棒形状のものに対
しては適用可能であるが、歯切り加工を要する歯
車等の製造には加工技術的に不向きであり、適用
対象が限定されるという欠点があつた。 そこで、本発明はかかる点に鑑みてなされたも
のであり、機械加工を行う前に焼鈍処理を施して
加工性を高める一方、恒温変態処理前の基地組織
をパーライト地にすれば恒温変態処理後の疲労強
度が大巾に向上することに着目して上記機械加工
後恒温変態処理前に焼準処理を施し、よつて加工
性と疲労強度という相反する特性を両立させるよ
うにすることを目的とするものである。 この目的を達成するため、本発明の製造法は、
球状黒鉛鋳鉄を素材とし、該素材を850〜1000℃
で0.5〜8.0時間加熱保持した後大気放冷ないし炉
冷し、つぎに再度700〜760℃で0.5〜8.0時間加熱
保持した後大気放冷ないし炉冷する焼鈍処理を施
し、その後、上記焼鈍された素材を製品形状に機
械加工し、次に、850〜1000℃で３秒〜8.0時間保
持した後700℃まで冷却する焼準処理を施し、さ
らにつづいて、850〜1000℃に３秒〜8.0時間保持
した後220〜390℃まで急冷し、この温度で0.5〜
8.0時間保持する恒温変態処理を施すことによ
り、歯切り加工等の機械加工時には基地をフエラ
イト化して加工性を得、その後の焼準処理と恒温
変態処理との組合せによつて疲労強度を大巾に向
上させるようにしたものである。 以下、本発明について詳細に説明する。 本発明において素材として用いるのは球状黒鉛
鋳鉄であり、組成は特に限定されない。 この球状黒鉛鋳鉄素材を、先ず850〜1000℃で
0.5〜8.0時間加熱保持した後大気放冷ないし炉冷
し、つぎに再度700〜760℃で0.5〜8.0時間加熱保
持した後大気放冷ないし炉冷する焼鈍処理を施
す。そのことにより、素材のチル等を分解すると
ともに基地組織をフエライト化し、双方の作用に
より硬度が低下して加工性が高められる。 ここにおいて、最初の加熱温度を850〜1000℃
の範囲に限定する理由は、850℃以下ではチルの
分解が困難となり、一方、1000℃以上ではチルの
分解は行えるが結晶粒の粗大化を招き強度低下を
起すことによる。また、その際の加熱保持する時
間を0.5〜8.0時間に限定するのは、0.5時間以下で
はチル等の分解が不充分となり加工性を阻害し、
一方、８時間以上では均一なオーステナイト化は
図れるが結晶粒が成長して粗大化してしまうため
である。さらに、その際の冷却方法は大気放冷な
いし炉冷によつて行われるが、好ましくは大気放
冷である。これはオーステナイト領域から炉冷
（徐冷）すると結晶粒界に不純物質が析出して粒
界を脆くし、その結果後述する恒温変態処理後の
疲労強度に多少悪影響を及ぼすためである。しか
も、大気放冷の場合、結晶粒が微細化されるの
で、上記同様恒温変態処理後の疲労強度を確保す
る上で有利となる。 また、再度加熱する温度を700〜760℃の範囲に
限定する理由は、700℃以下ではセメンタイトを
黒鉛化するとともに基地を切削性に優れたフエラ
イト地にするのに長時間を要し、一方、760℃以
上では処理時間に関係なく基地組織がパーライト
地になり加工性が悪化することによる。そして、
その際の加熱保持する時間を0.5〜8.0時間に限定
するのは、0.5時間以下ではセメンタイトを分解
して黒鉛化するとともに基地をフエライト化する
のに不十分となり加工性が悪化する。一方、8.0
時間以上ではセメンタイトの黒鉛化および基地の
フエライト化に対しては十分であり、その効果が
飽和し経済的でないことによる。尚、その冷却方
法は大気放冷または炉冷のいずれでも良いが生産
効率の面で大気放冷が好ましい。 次いで、このような焼鈍処理後、素材を製品形
状に機械加工する。その際、素材のチル等の分解
および基地のフエライト化によつて硬度が低下し
ているので歯切り加工等の機械加工をも容易に行
うことができる。 以上の処理を施した後、本発明のの特徴とし
て、上記機械加工した素材を、850〜1000℃で３
秒〜8.0時間保持した後大気中または無酸化雰囲
気中で放冷または強制冷却により700℃まで冷却
する焼準処理を施す。そのことにより、基地組織
がフエライト地からパーライト地に変わる。この
焼準処理を施す理由は、後述の恒温変態処理によ
つて得られるベイナイト地の疲労強度の点で恒温
変態処理前における基地組織がフエライト地であ
るよりパーライト地である方が極めて効果的であ
るからである。そのひとつの根拠は、パーライト
地の基地組織を恒温変態処理によりオーステナイ
ト化すると、パーライト中のセメンタイトが炭素
の供給源となつてオーステナイト中へ炭素が均一
に拡散され、以後の恒温変態処理により得られる
ベイナイト地を均一なものとなし、このベイナイ
ト地の均一分布が疲労強度を著しく向上させるこ
とである。もうひとつの根拠は、パーライト処理
はフエライト処理に比べて結晶粒界に不純物が析
出し難く結晶粒界が脆くなるのを防止できるとい
うことである。 この場合、加熱温度を850〜1000℃の範囲に限
定するのは、850℃以下から冷却するとブルース
アイ（球状あるいは塊状の黒鉛のまわりをフエラ
イトが囲み、基地がパーライトとなつた組織）を
生じ、一方、1000℃以上では結晶粒の粗大化を招
くという理由による。また、その際の加熱時間を
３秒〜8.0時間の範囲に限定する理由は、３秒以
下ではオーステナイト中への炭素の拡散が不充分
となり、一方、8.0時間以上では結晶粒の粗大化
を招くためである。さらに、その冷却方法を放冷
または強制冷却としたのは、フエライトの生成を
抑制するためである。 また、850〜1000℃で３秒〜8.0時間保持した後
700℃まで冷却するのは、一般に焼準処理は所定
範囲の冷却速度でA₁変態点以下まで冷却して基
地組織をパーライト組織にするものであるので、
均一なパーライト組織を得るにはA₁変態点以下
の700℃まで所定範囲の冷却速度で冷却すればよ
いためであり、このため700℃まで冷却するよう
に設定している。 しかる後、上記焼準処理後の素材を850〜1000
℃に３秒〜8.0時間保持した後220〜390℃まで急
冷し、この温度で0.5〜8.0時間保持する恒温変態
処理（オーステンパー処理）を施す。そのことに
より、基地組織が均一なベイナイト地となり、疲
労強度、耐面圧強度、耐摩耗性が著しく高められ
る。 この場合、加熱温度を850〜1000℃の範囲に限
定するのは、850℃以下では基地組織のオーステ
ナイト化が均一かつ充分に行われずパーライトと
ベイナイトとの２相組織となり機械的性質が低下
し、一方、1000℃以上では結晶粒が粗大化し強度
低下を招くという理由による。また、その際の加
熱時間は均一かつ充分なオーステナイト化を図る
に充分な時間として３秒以上で8.0時間以内であ
る。さらに、急冷する温度を220〜390℃の範囲に
限定する理由は、220℃以下まで急冷するとマル
テンサイトが生成されて疲労強度の大巾低下、熱
処理変形の増大、焼割れを起し、一方、390℃以
上ではベイナイト地とパーライト地との混在組織
となり靭性を阻害するためである。また、その急
冷温度での保持時間を0.5〜8.0時間に限定するの
は、0.5時間以下ではベイナイト化が充分行われ
ず、引上げ後未変態オーステナイトがマルテン化
を起し疲労強度等の低下を招き、一方、8.0時間
以上では目的とする性質を得るに充分な時間では
あるが生産性の低下を招くという理由による。 したがつて、このように焼鈍処理により素材の
硬度を下げた後機械加工するので加工性が高まり
歯車の歯切り加工等加工精度の要求される加工を
も容易に行うことができる。しかも、このように
して最終的に得られた球状黒鉛鋳鉄は、焼準処理
により基地組織をフエライト地からパーライト地
に変えた後恒温変態処理を施すので、フエライト
地から恒温変態処理を施したものに比べると疲労
強度は５〜10倍へ飛躍的に向上し、その結果、フ
エライト地から恒温変態処理を経てシヨツトピー
ニング処理を施したものとほぼ同等以上の疲労強
度を示す。 加えて、上記恒温変態処理後ロール加工およ
び／またはシヨツトピーニング処理を施せば、疲
労強度は一層高くなり、鍛造鋼以上の疲労強度が
得られる。よつて従来、鍛造加工により製造して
いた足回り部品や歯車、クランクシヤフト、コン
ロツド、高速回転軸等エンンジン部品であつて繰
り返し応力を受ける部品に対しても適用可能とな
り、成形性の向上および主に設備面でのコストダ
ウン化を図ることができる。 次に、具体的実施例について説明するに、まず
従来の製造法による試験材は、下記第１表に示し
た化学組成の素材Ａ〜Ｄを920℃で3.0時間加熱保
持した後大気放冷し、その後720℃で5.0時間加熱
保持した後大気放冷する焼鈍加工を施し、この素
材を機械加工して第１図に示す小野式回転曲げ疲
労試験片に成形し、次に890℃で70分間脱炭酸化
防止のため侵炭性雰囲気（CO₂＝0.15〜0.2％）で
オーステナイト化後260℃に保温されたソルト浴
中に浸漬しこの温度で2.0時間保持する恒温変態
処理を施した。さらに、下記第２表に示す条件で
シヨツトピーニング処理を施した後、回転曲げ疲
労試験に供した。

【表】

【表】

【表】 一方、本発明の製造法による試験材は、上記と
同一の素材Ａ〜Ｄに上記従来の製造法による場合
と同一条件で焼鈍処理および機械加工を施して試
験片に成形し、その後900℃で2.0時間保持した後
大気放冷する焼準処理を施し、つづいて上記従来
の製造法による場合と同一条件で恒温変態処理お
よびシヨツトピーニング処理を施し、回転曲げ疲
労試験に供した。 これらの試験片を回転曲げ疲労試験し、その試
験結果を第２図に示す。尚、第２図は、応力40
Kg／mm²の時の破断までの繰り返し回数を表わした
ものである。同図より、Ａ〜Ｄ各素材とも本発明
の製造法によるものは、従来の製造法によるもの
に較べて破断までの繰り返し回数が数倍の値を示
しており、疲労強度が著しく向上していることが
判る。 以上説明したように、本発明の高疲労強度球状
黒鉛鋳鉄の製造法によれば、素材に焼鈍処理を施
して基地組織をフエライト地にした後機械加工
し、その後、焼準処理を施して基地組織をパーラ
イト地にした後恒温変態処理するようにしたの
で、機械加工の際には加工性を高めることができ
るとともに最終的に得られる球状黒鉛鋳鉄の疲労
強度を大巾に向上させることができ、よつて加工
性と疲労強度という相反する特性を両立させた球
状黒鉛鋳鉄材を製造することができ、実用上優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転曲げ疲労試験片の側面図、第２図
は回転曲げ疲労試験の試験結果を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 球状黒鉛鋳鉄を素材とし、該素材を850〜
   1000℃で0.5〜8.0時間加熱保持した後大気放冷な
   いし炉冷し、つぎに再度700〜760℃で0.5〜8.0時
   間加熱保持した後大気放冷ないし炉冷する焼鈍処
   理を施し、その後、上記焼鈍された素材を製品形
   状に機械加工し、次に、850〜1000℃で３秒〜8.0
   時間保持した後700℃まで冷却する焼準処理を施
   し、さらにつづいて、850〜1000℃に３秒〜8.0時
   間保持した後220〜390℃まで急冷し、この温度で
   0.5〜8.0時間保持する恒温変態処理を施すことを
   特徴とする高疲労強度球状黒鉛鋳鉄の製造法。