JPS63483B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、パーライト基地バーミキユラー黒鉛
鋳鉄を製造するための鋳鉄用添加剤に関するもの
である。 バーミキユラー黒鉛鋳鉄は鋳造性に優れ、熱伝
導性および減衰能等黒鉛に起因する物性はねずみ
鋳鉄に近く、しかも機械的性質はねずみ鋳鉄より
著しく優れていることから新しい鋳鉄材料として
期待されており、その物性、強度に関しては多く
の報告がなされている〔エバンス、ドーソンおよ
びラリツシユ（Evans、Dawson and Lalish）
「インターナシヨナル キヤスト メタルス ジ
ヤーナル（International Cast Metals
Journal）」、第13〜18頁（1976年）並びにリポサ
ンおよびゾフロニ（Riposan and Sofroni）「イ
ンターナシヨナル キヤスト メタルス ジヤー
ナル（International Cast Metals Journal）」、
第23〜28頁（1978年）参照〕。 その製造方法としては、従来下記の３つの代表
的方法が知られている。すなわち、 (1) 球状化促進元素Mgを球状黒鉛の生成には不
足する量添加する方法および、 (2) 球状化促進元素Mgと球状化阻害元素Tiを含
むMg−Ti系単一合金を添加する方法〔米国特
許第4036641号明細書、特開昭53−61513号公報
参照〕および、 (3) カルシウム量を多くしたCa系合金を添加す
る方法〔特願昭54−037421号明細書参照〕が知
られている。 上記従来方法のうち、製造方法(1)は、Mgの黒
鉛球状化能が著しく強いため、わずかな工程上の
バラツキによりMg添加量あるいは有効Mg量に
過不足が生じ易く、過剰量を添加すると黒鉛の組
織は完全に球状となつてしまい、不足量を添加す
ると鋳鉄の組織は片状黒鉛のみとなつてしまうた
め工程管理が困難であり、製造方法(2)はインゴツ
トモールドのような厚いもの、すなわち比較的均
一な30mm以上の肉厚を有する鋳造品ではほぼ良好
なバーミキユラー黒鉛組織が得られるが、自動車
部品に代表されるような肉厚差の大きい複雑形状
あるいは薄肉の鋳造品の場合には、鋳造時の冷却
速度あるいは鋳物の肉厚による影響を受け易く肉
厚感受性に劣り、良好なバーミキユラー黒鉛鋳鉄
を得ることができないうえ、バーミキユラー黒鉛
鋳鉄本来の特徴である良好な鋳造性が得られず、
ねずみ鋳鉄並の鋳造方案では製造困難である等の
問題があつた。一方、製造方法(3)は上記問題点を
解決した添加剤ではあるが、Ca含有量が10〜30
％と高いため、パーライト化促進元素を添加して
も鋳放しではほぼ完全にパーライト基地からなる
組織を得ることができないという問題があつた。 本発明者等は以上の状況に鑑み、広範な試験検
討を行なつた結果、以下に示す組成の新規添加剤
を使用することにより、複雑形状の鋳造品の場合
にも前記添加剤(3)を使用した場合と同等の良好な
肉厚感受性が得られ、ねずみ鋳鉄並の鋳造方案に
よつても引け巣を生ずることなく良好な鋳造性が
得られ、しかもCu、Sn等のパーライト化促進元
素を比較的少量使用するだけで鋳放しのままでも
１次セメンタイトが晶出せず、ほぼ完全にパーラ
イト基地からなる組織を有するバーミキユラー黒
鉛鋳鉄を容易に安定して製造することが可能であ
ることを見出した。 本発明の鋳鉄用添加剤は、重量比でカルシウム
１〜10％、マグネシウム２〜10％、セリウム等の
希土類元素３％以下および鉄30％以下を含有し、
かつジルコニウム１〜15％、またはジルコニウム
１〜15％、チタン１〜10％およびアンチモン１〜
10％からなる群より選ばれる元素二種以上を合計
20％以下含有し、残部は実質的に珪素からなるこ
とを特徴とする。 次にパーライト基地バーミキユラー黒鉛鋳鉄製
造用の本発明添加剤における各元素の使用量およ
び使用理由について説明する。 Caは脱酸、脱硫および球状化促進のため使用
される。鋳放しでパーライト基地を得るためには
Ca≦10％が望ましいが、Ca＜１％ではセメンタ
イトを晶出させないためのＣおよびSi量の選択範
囲が著しく狭くなるため、１％≦Ca≦10％とし
た。 Mgは脱酸、脱硫効果および強い球状化促進効
果を有するため使用されるが、Mg含有量が10％
を越すと球状化率の管理が困難となり、かつチル
化傾向が大きくなるため10％以下とした。一方、
本発明の添加剤ではCaおよび希土類元素例えば
Ceの含有量が抑えられているため、Mg＜２％と
すると球状化剤としての作用が著しく弱まるので
２％≦Mg≦10％とした。 希土類元素例えばCeは、球状化促進効果を有
するため使用されるが、３％を越すとチル化傾向
が強くなり好ましくないので３％以下とした。 Feは添加剤の骨材として、Ca−SiあるいはCa
−SiとFe−Siとの混合物あるいはCa−SiとFe−
Si−Mgとの混合物等を使用するため、30％以下
含有されるが、添加剤の性質に大きく影響するこ
とはない。 Zr、Ti、Sbはいずれも球状化阻害元素である。
Zrは引け巣低減（鋳造性の改善）および肉厚感
受性の改善の両者に効果があり、Tiは特に肉厚
感受性の改善、Sbは引け巣低減に特に効果があ
る。各元素とも１％以下では引け巣および肉厚感
受性の改善に効果が無いが、Zrは15％以上含有
させると得られる鋳鉄の黒鉛組織が片状黒鉛のみ
となつてしまうので好ましくない。一方、Zrよ
り球状化阻害能の強いTiおよびSbは10％以上含
有させると、添加剤中のCa含有量が低いことも
あり、目的とするバーミキユラー黒鉛組織が得ら
れない。またこれら三元素の合計が20％を越して
も片状黒鉛組織となつてしまい、バーミキユラー
黒鉛組織は得られない。したがつてこれら球状化
阻害元素の使用量を前記のように決定した。な
お、TiおよびSbは単独でなく、Zr、TiおよびSb
から選ばれる別の球状化阻害元素と一緒に使用さ
れる。 本発明による新規鋳鉄用添加剤は、本来バーミ
キユラー黒鉛鋳鉄の長所であるべき良好な鋳造性
を、一般ねずみ鋳鉄並に改良し、肉厚感受性に優
れたバーミキユラー黒鉛鋳鉄を球状黒鉛鋳鉄並の
容易な工程管理で製造することを可能にしたばか
りでなく、鋳放しでパーライト基地組織を得るこ
とをも可能にした、実用的価値の非常に高い添加
剤である。 本発明の鋳鉄用添加剤を得るには、適当な粒
度、例えば粒径３〜７mmのCa−Si単独、Fe−Si
単独あるいはCa−SiとFe−SiあるいはCa−Siと
Fe−Si−Mgの混合物を骨材とし、この骨材表面
にマグネシウムまたは希土類元素を弗化物系フラ
ツクスとして用い、その他の組成分は化合物、珪
素合金または鉄合金として更に骨材表面にコーテ
イングして製造する。 本発明の添加材の粒径は大き過ぎると使用の際
に溶解性が悪くなり、小さ過ぎると溶鉄表面に浮
いて歩留りが低下してしまうため、20mm以下、好
ましくは１〜20mmとする。 以下に実施例により本発明について更に詳しく
説明する。実施例中パーセントは重量パーセント
を表わす。 実施例 １ 炭素、珪素および硫黄含量を調整した、球状黒
鉛鋳鉄とスチールスクラツプ９：１の配合物を溶
解原材料として用い、これを25Kg高周波誘導炉中
で最高加熱温度1500℃で溶解し、溶湯を出湯温度
1500℃で予め本発明添加剤を元湯量に対し0.3〜
1.5％投入した夫々の取鍋中に置き注ぎ処理し、
Fe−75％Siを0.5％接種し、かつCuおよびSnの所
定量を合金化した後、1400℃の注湯温度で直径75
mmの球形引け試験片を、また1380℃の注湯温度で
第６図に示す形状の鋳造品１を得ることによつ
て、３、６、15および30mmの肉厚感受性試験片を
鋳造した。第６図中、２，３，４、および５はそ
れぞれ３、６、15および30mmの試験片部分を示
し、６は中子部分、７は保温部を示す。実施例に
おける元湯と処理後のバーミキユラー黒鉛鋳鉄の
化学組成の一例を第１表に、該鋳鉄の組織写真を
第１図に示す。

【表】 本実施例における全溶解試験は下記第２表に示
す組成の添加剤を使用し、CE値4.35〜4.50、合金
添加は主としてCu0.5％、Sn0.06％で実施した。

【表】 第２図に本実施例における75mmφ球外引け量の
試験結果を示す。 図中の白丸は本発明添加剤を使用した場合、黒
丸は本発明外の添加剤を使用した場合を表わす。
同一条件で測定したバーミキユラー黒鉛鋳鉄の外
引け量は添加剤の組成により異なり、Mg系添加
剤（黒丸Ａ）およびZr、TiおよびSbを含まない
Ca系添加剤（黒丸Ｂ）を使用して得られた鋳鉄
の外引け量は、同一CE値、同一注湯温度での球
状黒鉛鋳鉄の値（図示せず）に比べれば優れてい
るものの、Zr、Tiを含むCa系添加剤（黒丸Ｃ）
および本発明添加剤（白丸Ｄ〜Ｉ）を使用して得
られた鋳鉄の外引け量よりは大きい。本発明添加
剤によるバーミキユラー黒鉛鋳鉄の外引け量は、
CE値3.9の一般的ねずみ鋳鉄の値と同等であり極
めて優れている。 次に前記で得た肉厚感受性試験鋳造品の各肉厚
部の球状化率を、定量TV画像解析法によつて測
定し、最高および最低球状化率の差を求めた。各
添加剤について得られた上記の球状化率の差を第
３図に示す。 本発明外の添加剤ＡおよびＢを使用した場合、
球状化率の差は約20％と大きいのに対し、Zrお
よびTiを含有するCa系添加剤（黒丸Ｃ）および
本発明添加剤Ｄ〜Ｉを使用して得られたバーミキ
ユラー黒鉛鋳鉄の球状化率の差は10〜15％と良好
であり、複雑かつ薄肉鋳造部品でも均質な黒鉛組
織が得られる。 なお、肉厚感受性試験鋳造品の各肉厚部品の硬
さも、本発明添加剤を使用した場合は、Hv（20
Kg）10以内の差で大変良好である。 第４図に本実施例におけるCu0.5％、Sn0.06％
添加時の基地中のパーライト面積率（定量TV画
像解析法による）の添加剤による影響を示す。
Mg系添加剤（黒丸Ａ）および本発明添加剤（白
丸Ｄ〜Ｉ）使用の場合は97％以上と実質的に完全
にパーライト組織となる。一方、Ca含有量の高
い添加剤（黒丸Ｃ）を使用するとフエライト面積
率が10％以上に増加してしまい、パーライト化す
るために熱処理が必要となる。 第５図には各添加剤使用の場合のチル深さを示
す。本発明添加剤はMg系添加剤（黒丸Ａ）と比
較してチル化深さが少ないため、CE値4.3でもセ
メンタイト晶出が認められず、Mg系添加剤より
広範なCE値の選択が可能である。 実施例 ２ 1.5トンの低周波誘導炉中で、球状黒鉛鋳鉄お
よびスチールスクラツプを溶解原材料として用
い、最高加熱温度1500℃で予め本発明添加剤を元
湯量に対して0.8％添加投入した取鍋中に置注ぎ
処理し、Cu0.5％、Sn0.08％およびFe−Si0.5％を
接種した後、1400〜1370℃の注湯温度でシリンダ
ーブロツクを鋳造した。得られた鋳造品は鋳巣の
ない均質なバーミキユラー黒鉛組織を有し、ボア
部のパーライト面積率も鋳放しのままで約98％の
高い値であつた。その耐摩耗性につき、通常のね
ずみ鋳鉄製シリンダーブロツクと比較すると、摩
耗量が約40％減少しており良好であつた。 本実施例の元湯および得られた鋳造品の化学組
成を第４表に示す。

【表】 以上説明したとおり、本発明添加剤は、従来ね
ずみ鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄双方の長所を有するため
注目されているバーミキユラー黒鉛鋳鉄を複雑形
状や肉薄部品の場合にも容易に製造し、かつ熱処
理を行なうことなく鋳放しのままで完全にパーラ
イト組織よりなる基地を得ることを可能にしたも
のである。 したがつて、本発明添加剤は耐摩耗性が要求さ
れる鋳造品、例えばシリンダーブロツク、デイス
クブレーキローター、フライホイール等の自動車
部品に特に適する。上記の利点に加え、本発明添
加剤によつて得られた鋳鉄は、球状黒鉛鋳鉄に比
べて良好な被削性を有することをも特徴とする。 本発明添加剤を使用することにより、従来困難
であつたバーミキユラー黒鉛鋳鉄の工程管理が容
易になるだけでなく、従来公知の添加剤を使用す
る場合に比べて、得られたパーライト基地バーミ
キユラー黒鉛鋳鉄の外引け量を減少させ、肉厚感
受性を改善する等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明添加剤により得られたバーミキ
ユラー黒鉛鋳鉄組織を表わす顕微鏡写真、第２図
は添加剤組成による75mmφ球外引け量の相違を表
わすグラフ、第３図は添加剤組成による球状化率
の肉厚感度の相違を表わすグラフ、第４図は添加
剤組成による基地中のパーライト面積率の相違を
表わすグラフ、第５図は添加剤組成によるチル深
さの相違を表わすグラフ、第６図は各種肉厚を有
する肉厚感度試験鋳造品の斜視図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量比でカルシウム１〜10％、マグネシウム
   ２〜10％、希土類元素３％以下、鉄30％以下を含
   有し、かつジルコニウム１〜15％またはジルコニ
   ウム１〜15％、チタン１〜10％およびアンチモン
   １〜10％からなる群より選ばれる元素二種以上を
   合計20％以下含有し、残部は実質的に珪素からな
   る鋳鉄用添加剤。