JPS63260666A - 鉄系鋳造品の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉄系鋳造品の製造法に関し、特に非調質鋳鋼或
いは球状黒鉛鋳鉄の鋳造品をロストワックス鋳型を用い
て製造する方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来、鉄系鋳造品としては、鋳鋼と鋳鉄とが用いられて
おり、引張り強度８０ｋｇ／ｗ”以上の鋳鋼鋳造品は、
一般に調質鋳鋼又は非調質ｖｆ＃Ｉで製造される。

上記調質鋳鋼は、ＭｏやＮｉなどの焼入れ向上元素を含
む鋳鋼材料で鋳造後、焼入れ・焼戻し或いは焼なましな
どの熱処理を施すことにより微細パーライト基地ｍ織中
のパーライトの粒界に微細フェライトを析出させた金属
組織となっている。

上記非調質鋳鋼は、Ｖ、Ｎ、　、Ｔ、及びＺ、、などの
炭窒化物析出硬化元素を含む鋳鋼材料で鋳造後、所定の
冷却速度で冷却させるごとにより、凝固後のオーステナ
イト化状態においてＶ等の炭窒化物を析出させ、その炭
窒化物を核としてフェライトを析出させ、オーステナイ
ト粒内に細粒化したフェライト・パーライト組織を形成
したもので、この非調質鋳鋼鋳造品では、鋳造後の熱処
理を施す必要がないので、熱処理コスト及び熱処理に伴
なう熱歪の面でも有利である。

上記！Ｐｉ質鋳鋼の鋳造品を鋳造する為の鋳型として、
砂型、金型以外にロストワックス鋳型を用いることは一
最に知られている。しかし、非調質鋳鋼の鋳造品を鋳造
するのにコストワックス鋳型を用いることは未だ提案さ
れていない。

一方、引張り強度８０ｋｇ／＋ｕ”以上の鋳鉄鋳造品を
製造するのに、パーライト形球状黒鉛鋳鉄を用いる場合
も多く、この球状黒鉛鋳鉄は、黒鉛球状化元素とし、て
のＭ９の他にＣｕなどの合金元素及びＣ，、Ｃ，などを
含んだ鋳鉄材料を鋳造し、強度に優れたパーライト基地
Ｍｉ織中の球状黒鉛の周囲にフェライトを析出させたも
のである。　上記球状黒鉛鋳鉄の鋳造品を鋳造する為の
鋳型として、ロストワックス鋳型を用いることは未だ提
案されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記ロストワックス鋳型は、ジルコニアとシリカの層の
外面側に複数層のアルミナとシリカの層を焼成にて形成
した約４龍程度の薄肉のシェル構造のものであるが、こ
のロストワックス鋳型を用いて非調質鋳鋼の鋳造品を鋳
造すると、鋳造品の厚肉部が冷却されにくく所定の冷却
速度で冷却されず、■等の炭窒化物を核とする微細フェ
ライトの析出が得られずにフェライトが粗大化し、所期
の硬さ及び強度の鋳造品が得られないという問題がある
。

一方、上記ロストワックス鋳型を用いて球状黒鉛鋳鉄の
鋳造品を鋳造すると、鋳造品の厚肉部が冷却されにくく
所定の冷却速度で冷却されず、球状黒鉛が粗大化して疲
労強度が低下するだけでなく、フェライトが多量に析出
して硬さ及び強度が低下するという問題がある。

そこで、鋳造後口ストワックス鋳型を除去し、厚肉部を
エアプローなどで強制的に冷却するごとも考えられるが
、その場合局部的な不均一な冷却になりやすく均一な金
属Ｍｉ織を得ることが難しいこと、不均一冷却により熱
歪が生じやすいこと、などの問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る鉄系鋳造品の製造法は、鉄系鋳造品を製造
するに当り、ロストワックス鋳型内に溶湯を鋳込み、そ
の鋳込み後鋳造品の厚肉部を鋳型の外部から強制的に冷
却するものである。

〔作用〕

本発明に係る鉄系鋳造品の製造法においては、ロストワ
ックス鋳型内に溶湯を鋳込み、その鋳込み後鋳造品の厚
肉部を鋳型の外部から強制的に冷却するので、鋳造品の
厚肉部の冷却速度を薄肉部の冷却速度と同程度の必要な
冷却速度にまで高めて所期の金属組織とすることが可能
となり、また鋳型の外部より冷却するので鋳型の熱伝導
の作用で間接的に均一に冷却して鋳造品の金属組織を全
体的に均一化することが出来るだけでなく、シェル状の
ロストワックス鋳型の拘束作用により鋳造品の熱歪を抑
制することが出来る。

〔発明の効果〕

本発明に係る鉄系鋳造品の製造法によれば、以上説明し
たように、鋳込み後鋳造品の厚肉部をロストワックス鋳
型の外部から冷却するという筒車な構成により、厚肉部
を所期の金属組織とし、鋳造品の全体に互って均一な金
属組織で、熱歪の少ない鉄系鋳造品を得ることが出来る
。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例及び第２実施例について図面
を引用しつつ説明する。

（第１実施例） この実施例は非調質鋳鋼を用いて自動車用エンジンのコ
ンロッドの鋳造品を製造する場合の実施例である。

最初に、非調質鋳鋼材料としては、Ｆ、以外に次のよう
な金属元素を含むものを用いることが望ましい。

Ｃ：　０．３０〜０．６０（ｗｔ％） Ｃは鋳鋼の引張り強さを確保するため、０．３０％以上
含有する必要がある。Ｃが高くなると、フェライ＋−ｉ
が減少して、炭窒化物の析出によって、高強度を得るこ
とができなくなるため、０．６０％以下に限定する。

Ｓｔ；０．２０〜０．．６０（ｗｔ％）Ｓ、は溶解時強
力な脱酸作用を有する必須元素で、またフェライト強度
を増すために０．２％以上含有する必要がある。また、
０．６％を超えると、靭性が低下するためこれを上限と
する。

Ｍｎ　１．５０〜１．５０（ｗｔ％） Ｓ、と同じく溶解時の脱酸用として必須元素であるほか
、フェライト強化元素であるため、０゜５％以上含有す
る必要がある。また、１．５％を超えると炭化物が多く
なり靭性が低下して被切削性が著しく損われるためこれ
を上限とする。

Ｖ：０．０５〜０．２０（ｗｔ％） 微細炭窒化物の析出硬化元素として、本発明を適用する
非調質鋳鋼では必須元素であり、０．０５％以下では効
果的な強度上昇をもたらすことができない。また、０．
２％以上ではＶの炭化物が発生して靭性が低下するため
これを上限とする。

Ｃ，：０．０５〜０．５０（ｗｔ％） Ｃｒはパーライト化元素として、０．０５％以上含有す
る必要がある。０．５％を超えると被切削性が悪化し、
また鋳放してベーナイトを生じるため、これを上限とす
る。

次に、上記非調質鋳鋼材料を用いてコンロッドの鋳造品
を製造する方法について説明する。

第１工程において、第１図・第２図に示すようなロスト
ワックス鋳型からなるコンロッド鋳型を既存の周知の方
法で製作する。

このコンロッド鋳型１は、４個のコンロッド鋳造部２と
、注湯部３と、コンロッド鋳造部２の大端部２ａの一例
部に溶湯を導く湯路形成部４と、上記大端部２ａの他側
部及び小端部２ｂの上端か“らガスを外部へ導くガス抜
き路形成部５などを中空のシェル状に一体形成したもの
で、注湯部の上端の注湯口から溶湯が注湯されると、そ
の溶湯が場路形成部４内の湯路を流れて大端部２ａの一
側部からコンロッド造形空洞内へ流入して充満するとと
もに、コンロッド造形空洞内の空気とその他のガスがガ
ス抜き路形成部５内のガス抜き路からｉＩ＋出されるよ
うになっている。

上記コンロッド鋳型１は浅い箱状のモールド固定台上６
に立設保持し、モールド固定台６内には砂７を収容して
おく。

上記コンロッド鋳型を製作する場合、ワックスパターン
をジルコニア液にディッピング後シリカをサンディング
し、更にアルミナン夜へのディッピングとシリカのサン
ディングを５回繰返し、最後にアルミナ液へのディッピ
ングを施したものを約１０００°Ｃで焼成することによ
りワックスを焼失させて、中空で厚さ約３〜４　ｎ＋の
シェル状に形成する。

次に、第２工程において、前記非調質鋳鋼材料を溶解炉
で約１７００℃に溶解し、その約１５５０°Ｃの溶湯を
焼成後の約１０００℃の上記コンロノド鋳型１の上端の
注湯口から鋳型内部の造型空洞へ鋳込みコンロッドを鋳
造する（第３図参照）。

次に、第３工程において、第１図に示すように、コンロ
ッド鋳型１の大端部２ａを鋳型の外部から強制的にミス
ト冷却する。

この場合、コンロッド鋳造品大端部の冷却速度が１１０
０〜６００℃の範囲にわたって５０〜ｂる。ミスト冷却
の手段としては、第１図に図示のようなミスト発生器８
を用い、鋳込み完了１分後よりそのミストノズル８ａへ
例えば５００ＣＣ／分の加圧水と５　ｋｇ　／　ｃｉの
エアとを供給して水とエアのミストを発生させ、ハンド
ル８ｂを握り所定の動作速度でミスト発生器８を移動さ
せながら大端部２ａの外面全域へ均一にミストを供給し
、例えば１２０℃／分の冷却速度で約５分間均一に強制
冷却する。

上記コンロッド鋳型１内のコンロフト鋳造品の小端部及
びロンド部は比較的薄肉なので、鋳型１の外側の大気に
より約り０℃／分の冷却速度で自然に冷却されることに
なるが、上記コンロッド鋳造品の大端部は厚肉なので上
記のように強制的にミスト冷却しないと約り０℃／分の
冷却速度となり、所期の金属組織が得られない。

この点について捕捉説明すると、上記の組成の非調１！
を鋳鋼を鋳造後、１１００〜６００℃の範囲に互ってコ
ンロッド鋳造品の冷却速度を５０〜ｂのオーステナイト
化状態において■の炭窒化物が析出し、その炭窒化物を
核としてフェライトが析出し、それがオーステナイト粒
内に細粒化したフェライト・パーライト組織が得られ、
硬さ・強度・靭性に優れたものとなる。

しかし、１１００〜６００℃の範囲における冷加速度が
５０℃／分未満である場合には、微細フェライトの析出
が得られずにフェライトが粗大化し、所期の金属組織と
することが出来な（なる。

また、１５０℃／分よりも高い冷却速度で強制冷却する
とパーライトが緻密になりすぎて硬さがＨｖ≧３００に
もなり、加工性が悪化するので好ましくない。

上記のミスト冷却方法では、鋳型１の外部より間接的に
冷却するのでミストの供給が多少バラついても鋳型１に
より冷却のバラツキが緩和され、大端部２ａの全体を均
一に冷却し、コンロッド鋳造品の全体に亙って所期の金
属組織とすることが出来る。

また、上記コンロッド鋳造品の冷却時、コンロッド鋳造
品はシェル状の剛性のある鋳型１で覆われているので、
熱歪で変形しないように拘束されることになる。

次に、第４工程において、６００℃以下に冷却後、鋳型
１を解体し、コンロフト鋳造品をプラスト処理する。

上記のようにして、非調質鋳鋼類のコンロッドを製造す
ることが出来るのであるが、この非調質鋳鋼類のコンロ
ッドでは鋳造後熱処理を施す必要がないので、それだけ
製作コスト面で有利である。

以下、ロストワックス鋳型を用いて上記同様の方法で非
調質鋳鋼の鋳造品を製造した２つの実験例及び調質鋳鋼
の鋳造品を製造した比較例について説明する。

く第１実験例〉 （１）非調質鋳鋼材料組成 （２）鋳造品の寸法・形状：第４図・第５図参照（３）
冷却条件：ミスト冷却（１２０℃／分）（４）テストピ
ース採取位置：第５図の符号ＴＰ。

の位置 （５）　　テストピースの金属組織（１００倍拡大）：
第６図参照 第６図に示すように黒色のパーライト基地組織中に、■
の炭窒化物を核とする白色の微細フェライトが形成され
ている。

（６）テストピースの機械的性質： ビッカース硬さＨｖ”２７０ 引張り強さ　　σｇ＝８５ｋｇ／鰭２ く第２実験例〉 （１）非調質鋳鋼材料組成 （２）鋳造品の寸法・形状：第７図・第８図参照（３）
冷却条件：鋳造後熱処理９のみを強制冷却（エ　　アブ
ローにより冷却）したもの、強制冷却し　　ないもの。

（４）　　テストピース採取位置： 第１テストピース・・・第８図ＴＰ、の位置第２テスト
ピース・・・第８図ＴＰ、の位置（５）テストピースの
金属組Ｉａ（１００倍拡大）、第９図・・・強制冷却な
しの第１テストピース第１０図・・・強制冷却有りの第
１テストピース第１１図・・・強制冷却なしの第２テス
トピース第９図のものでは厚肉部９を強制冷却しなかっ
たので、冷却速度が低くなりすぎて、白色のフェライト
が粗大化し且つ多量に析出していることが判る。

第１０図のものでは、微細な白色のフェラーイトが黒色
のパーライト基地中に析出し、フェライトの蛍も適量で
ある。

第１１図のものでは、第９図のものと比較してフェライ
トの析出量が幾分少ないようであるが、第１０図のもの
と比較するとフェライトが多少粗大化しているようであ
る。

従って、鋳造品の厚肉部９を強制冷却するのと並行して
、鋳造品の薄肉部に対しても強制冷却を施すことが望ま
しいものと考えられる。

（６）テストピースの機械的性質： （第１１図のもの−Ｈｖ＝　２７１ （比較例〉 （１）調質鋳鋼材料′Ｘ、１１成 （２）鋳造品の寸法・形状：第４図・第５図参照（３）
熱処理条件：第１２図参照 （４）テストピース採取位置：第５図の符号ＴＰ。

の位置 （５）　　テストピースの機械的性質：ビンカース硬さ
　ＨＶ＝２７２ 引張り強さ　　　σ、＝８６ｋｇ／鰭２上記第１及び第
２実験例及び比較例から判るように、本願の非調質鋳銅
製の鋳造品の製造方法によれば、ロストワックス鋳型で
鋳込んだ後で鋳造品の厚肉部を鋳型の外部から強制的に
冷却するという簡単な方法によって、調質鋳鋼製の鋳造
品と同等の機械的性質を有する非調質鋳鋼鋳造品を製造
することが出来る。

（第２実施例） この実施例では、パーライト形球状黒鉛鋳鉄の鋳鉄材料
を用いる点及び鋳込み後鋳造品の厚肉部を強制冷却する
冷却速度において前記実施例の場合と異なるだけで、前
記と同様の方法でパーライト形球状黒鉛鋳鉄鋳造品を製
造する。

球状黒鉛鋳鉄では、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒｓ　Ｍｏなどの合
金組成によりフェライトｌが大きく異なるため上記冷却
速度を規定することは難しい。

以下、実験例について簡単に説明する。

ｆｌ）　　球状黒鉛鋳鉄材料組成 （２）鋳造品の寸法・形状：第７図・第８図参照（３）
冷却条件：ミスト冷却（１０℃／分）（４）　　テスト
ピース採取位置：第８図のＴＰ、の位置 （５）　　テストピースの金属組織（１００倍拡大）：
第１３図参照 第１３図に示すように、黒色のパーライト基地Ｍｉ織中
に、微細な球状黒鉛及び球状黒鉛の周囲に析出した白色
のフェライトが形成されていることが判る。

適度の冷却速度で冷却したことにより、微細な球状黒鉛
が析出して疲労強度に優れた金属組織となり、またフェ
ライトの析出が過剰にならず硬さと強度に優れた金属Ｍ
ｉ織となっていることが判る。

尚、上記実施例では鋳造品を冷却するのにミスト冷却で
行なったが、エアブロ−冷却で冷却してもよいし、オイ
ルミスト冷却で行なってもよいし、水やオイルなどで冷
却してもよい。

要するに、鋳造品の厚肉部の形状・寸法に応じて最適の
冷却方法を採用すればよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例及び比較例に係るもので、第１図
・第２図は夫々ロストワックス鋳型製のコンロッド鋳型
の側面図及び正面図、第３図は非調質鋳鋼鋳造品製造時
の温度条件の説明図、第４図・第５図は夫々第１実験例
に係る鋳造品の正面図と側面図、第６図は第１実験例に
係る鋳造品の金属Ｍｉ織の１００倍拡大写真、第７図・
第８図は夫々第２実験例に係る鋳造品の正面図と側面図
、第９図〜第１１図は夫々第２実験例に係る鋳造品の金
属組織の１００倍拡大写真、第１２図は比較例に係る調
質鋳鋼品製造時の温度条件の説明図、第１３図は第２実
施例に係る第１Ｏ図相当図である。 １・・コンロッド鋳型、　２ａ・・大端部。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第１図 第３図 ＋７００”Ｃ溶解 第１２図 １フｏｏ”ｃ溶解 弔１３図 第７図　　　　第８１ 第９図 第１０図 第１１図 昭和６２年７月　３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系鋳造品を製造するに当り、ロストワックス鋳
   型内に溶湯を鋳込み、その鋳込み後鋳造品の厚肉部を鋳
   型の外部から強制的に冷却することを特徴とする鉄系鋳
   造品の製造法。