JPS6360255A - 低熱膨張鋳鉄とその製造法 - Google Patents

低熱膨張鋳鉄とその製造法

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JPS6360255A
JPS6360255A JP20307186A JP20307186A JPS6360255A JP S6360255 A JPS6360255 A JP S6360255A JP 20307186 A JP20307186 A JP 20307186A JP 20307186 A JP20307186 A JP 20307186A JP S6360255 A JPS6360255 A JP S6360255A
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JP
Japan
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cast iron
thermal expansion
graphite
low thermal
less
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JP20307186A
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English (en)
Inventor
Makoto Suenaga
末永 允
Fumio Obata
文雄 小幡
Masaaki Koga
正明 古閑
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

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〕 本発明は超精密加工用工作機部材等に用いるのに適した
低熱膨張鋳鉄とその製造法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、工作機用ベッドなどには片状黒鉛鋳鉄が使用され
ていた。この材質の物理的性質及び機械的性質はRT〜
100℃の熱膨張係数が10〜12XIF’程度、引張
強さが10〜20 k5f/ mm”程度である。近年
、工作機による加工精度の要求が飛w的に厳しくなり、
これに伴って工作機を構成する材料も気温による寸法変
化の少い低熱膨張材が要求されるようになっている。
これらの要求に応えるRT〜100°Cの外形張係数が
5.0〜6.0X10−’程度のU鉄材料は。
片状黒鉛系としてはミノ−バー鋳鉄、球状黒鉛系として
はニレジス8村夫(D−5)などが以前から存在してい
る。これら工作機を構成する材料の熱膨張係数低減の要
求は近年更に厳しくなり、これに応えるものとしてRT
〜100℃の熱膨張係数が3.0〜4.OX 10−’
程度の紡鉄材にNiおよびCOを添加した材料が供給さ
れている。
このNi及びGoを含有する鋳鉄の黒鉛形状は、例えば
特公昭60−51547号公報で開示されているように
片状のものと、Mgを添加することにより黒鉛を球状化
したものとの2種類がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、片状黒鉛系材質は、工作機部材に要求される他
の性質である減衰能は大きいものの、引張強さが2Qk
gf/mm”以下と低く、20kgf/mm”以上の要
求機能部品には適用困雅である。
一方1球状黒鉛鋳鉄系材質は引張強さは40kgf/m
m”以上と高い値を示すが、工作機部品に屡々要求され
る減衰能が低く、要求に応え得ない場合がある。
従来通常用いられているMg系の球状化剤を用いて黒鉛
の球状化処理を行った場合、共品状思鉛又は部分的な球
状化不良黒鉛を屡々発生し、このため機械的性質が著し
く低下することがある。更には球状化処理後の溶湯処理
の有無およびその方法の優劣によって、部品の薄肉部に
はセメンタイトの発生による熱膨張率の増大と機械的性
質および加工性の劣化が、厚肉部においては粗大黒鉛の
発生による機械的性質の劣化などの不具合が生じる。
本発明の目的は、まず熱膨張係数が極めて低く、しかも
引張強さが片状黒鉛系低熱膨張鋳鉄より大きく、更に付
随機能としては減衰能が球状黒鉛系低熱膨張鋳鉄よりも
大きいCV黒鉛低熱膨張鋳鉄と本鋳鉄を高品質水準に安
定して製造する方法とを提供するものである。
ついで、熱膨張係数が極めて低く、しかも肉厚変化によ
る黒鉛形状の変動が小さい球状黒鉛低熱膨張鋳鉄と本鋳
鉄を高品質水準に安定して製造する方法とを提供するも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は化学組成が、重量%でC1,O〜2.7%、S
i0.8〜3.0%、Ni29〜33%、 C。
4.5−6.5%、Mn1.0%以下、Cr3.0%以
下、Ti1.0%以下、残部は鉄及び不可避的元素より
なる溶湯にその残留量が0.5%以下となるように希土
類元素(RE)を添加した後、Fe−Siを基合金とす
る接種剤でその添加総量が81当量で0.05%以上と
なるような接種を1回以上行なうことを特徴とする低熱
膨張鋳鉄の製造法と、本製造法で製造され黒鉛組織が球
状化率30%以上70%未満のCV黒鉛低熱膨張鋳鉄、
および黒鉛組織が球状化率70%以上である球状黒鉛低
熱膨張鋳鉄である。
次に本発明の低熱膨張鋳鉄の化学組成数値限定理由につ
いて説明する。
C:組織中に黒鉛が発生する限界は約0.8%であるが
、1.0%未満では組織中の黒鉛量が著しく減少し、鋳
造性および加工性が低下する。
267%を超えると特に厚肉鋳物においてキッシュ黒鉛
が多量に晶出して引張強さが低下し、また、鋳造欠陥も
発生し易くなる。
Si:0.8%未満では本来の黒鉛化促進機能が発揮さ
れず組織中の黒鉛量が著しく減少し、場合によってはセ
メンタイト発生の恐れが生じる。
3.0%を超えると熱膨張係数を低位に抑制することが
困難になると共に、C址によってはキッシュの発生を促
進する。
Ni:他の化学組成が本特許請求の範囲においてNiが
29%未満の場合あるいは33%を超えた場合、何れも
RT〜100”Cの熱膨張係数が5 x L O−″5
以上となり本発明の目的と合致しなくなる。
CO:他の化学組成が本特許請求の範囲において、Co
が4.5%未満の場合あるいは6.5%を超えた場合、
何れもRT〜100℃の熱膨張係数が5×10−5以上
となり、本発明の目的と合致しなくなる。本発明の機能
上の特徴は5×10−5以下の低熱膨張係数であること
であり、このためにはNiの組成範囲とCoの組成範囲
が各々本特許請求の範囲にあることが必要である。
Mn:Mnは鋳鉄溶湯を清浄にし、鋳造欠陥を防止する
ために必要な元素であるが、1%を超えると熱膨張係数
が5X10””以上となり目的に合致しない。
Cr:Crは耐食性を向上するが3%を超えると黒鉛の
晶出が著しく困難になり、薄肉鋳物においては屡々セメ
ンタイトを晶出し熱膨張係数が大となる。また硬度が上
昇し切削性が低下する。
Ti : Tjは黒鉛の形状を安定してCV化するに有
効な元素であるが、1%を超えると黒鉛の晶出を阻害す
ると共に切削性を低下させる。なお、Tiは球状黒鉛系
鋳鉄には原則として添加しない。
希土類元素(RE):REは低熱膨張鋳鉄の黒鉛形状を
球状化率30以上70%未満のCV状または球状化率を
70以上の球状にするために含有させるものである。C
v黒鉛低熱膨張鋳鉄を得るためには通常REを0.01
〜0.08%含有せしめる。
更にTiを0.05〜0.3%含有せしめることによっ
て一層安定したCv状黒鉛組織を得ることができる。
球状黒鉛低熱膨張鋳鉄を得るには通常REを0005〜
0.3%含有せしめる。しかしREが0.5%を超える
と、接種による溶湯黒鉛化促進処理を行なっても薄肉鋳
物においてはセメンタイトが晶出し易くなり、熱膨張係
数の増大と切削性の低下が起る。
従来、一般の球状黒鉛鋳鉄および球状黒鉛低熱膨張鋳鉄
には、球状化剤としてMg系合金が使用されていたが、
既述の如く問題があった。本発明は希土類元素を含有さ
せることによって、製造ロット問および肉厚差による組
織の変動とそれによる諸性質の変動を大幅に低下させる
ことに成功したものである。
続いて製造法である接種の効果について説明する。第1
表は本発明による球状黒鉛低熱膨張鋳鉄の接種前溶湯化
学組成を示したものである。第2表は本鋳物の肉厚を変
えて接種の効果を調べたものである。−次接種は何れも
Fe−8i(75)をSi当量にて0.2%添加し、二
次接種はFe−Si(73)−Ca(2)−Al(3)
合金をSi当量で0.1%添加したものである。
第1表     (wt%) 第2表 注=()はセメンタイト発生 発明者等は、実験によって5mmの肉厚鋳物において注
湯流に対しSi当量で0.05%の接種を行なうことに
より、セメンタイトが消失することを確認した。尚、こ
こでは球状黒鉛低熱膨張鋳鉄における結果を例示したが
、CV黒釦低熱膨張鋳鉄においても接種による黒鉛粒数
の増加および球状化率の肉厚差での安定性は同様の傾向
を示すことを確認している。
以下本発明の実施例をさらに詳細に説明する。
〔実施例、1〕 NiおよびCoを含む戻り肩、金J3!NiおよびC。
合金を主体とする原料を高周波炉にて熔解し、RE金合
金てCV化処理の後、接種をせずに肉厚25mmおよび
75+++mのYブロックを鋳造し試験に供した。試料
の分析結果は、鉄と不可避的不純物と第3表に示す通り
であった。
第3表      (wt%) 第4表に熱膨張係数、球状化率、黒鉛粒数及び機械的性
質を示す。
第4表 (注)熱膨張係数はXl0−’である。
〔実施例、2〕 NiおよびGoを含む戻り屑、金属NiおよびCO合金
を主体とする原料を高周波炉にて熔解し、R8合金にて
CV化処理の後、−次接種はFe−3i(75)をSi
当量で0.2%添加し、二次接種はFC−Si(73)
  Ca(2)  Al(3)合金をSi当量で0.1
%をYブロックへの注湯流へ添加した。
Yブロックの肉厚は25mmおよび75mmである。
試料の分析結果は、鉄と不可避的不純物と第5表に示す
通りであった。 第5表    (wt%)第6表に熱
膨張係数、球状化率、黙釦粒数及び機械的性質を示す。
第6表 熱膨張係数は×101熱膨張係数の測定温度は
20〜100℃である。
〔実施例、3〕 NiおよびCOを含む戻り屑、金属NiおよびC。
合金を主体とする原料を高周波炉にて熔解し、R8合金
にて球状化処理の後、接種をせずに肉厚25羽および7
5+nmのYブロックを鋳造し試験に供した。試料の分
析結果は、鉄と不可避的不純物と第7表に示す通りであ
った。
第7表      (wt%) 第8表に熱膨張係数、球状化率、黒鉛粒数及び機械的性
質を示す。
第8表 (注)熱膨張係数はXl0−’である。
熱膨張係数の測定温度は20〜100℃である。
〔実施例、4〕 NiおよびGoを含む戻りH1金属NiおよびCO合金
を主体とする原料を高周波炉にて熔解し、R8合金にて
球状化処理の後、−次接種はFe−Si(75)にてS
i当量で0.3%添加し、二次接種はFe−8i(73
)−Ca(2)−Al(3)合金をSi当量で0.1−
%をYブロックへの注湯流へ添加した。
Yブロックの肉厚は25叩および73mmである。
試料の分析結果は、鉄と不可避的不純物と第9表に示す
通りであった。
第9表   (wt%) 第10表に熱膨張係数8球状化率、黒鉛粒数1機械的性
質を示す。第10表 熱膨張係数はXl0−1′熱膨張
係数の測定温度は20〜100℃である。
〔発明の効果〕
以上、思εイ)の形状についてはCV、%鉛と球状黒鉛
、接種については処理の有りおよび無しについて各々肉
厚25mmおよび75mmについて計4例を実施例とし
て示した。
何れの合金も他の合金系鋳鉄には見られない低い熱膨張
係数を示した、 次に黒鉛形状についてはRE金合金Tiを含有させるこ
とによって安定してCv黒鉛を得ることができた。これ
により従来の片状黒鉛系鋳鉄では得られない20kgf
/mm2以上の引張り強さが得られた。
球状黒鉛はRE元素の含有量を増すことによって得られ
、これにより肉厚鋳物についても30kgf/mm”以
上の引張り強さが確保できた。
さらに、接種の効果については〔実施例、1〕と〔実施
例、2〕および〔実施例、3〕と〔実施例、4〕を比較
すると明らかなように接種することにより熱膨張係数を
阻害することなく、同一肉厚鋳物においては構造材とし
ての諸性質が大幅に向上し、しかも肉厚の増大によるこ
れら諸性質の劣化が著しく抑制される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、化学組成が、重量%でC1.0〜2.7%、Si0
    .8〜3.0%、Ni29〜33%、Co4.5〜6.
    5%、Mn1.0%以下、Cr3.0%以下、Ti1.
    0%以下、希土類元素(RE)0.5%以下、残部は鉄
    及び不可避的元素よりなる低熱膨張鋳鉄。 2、黒鉛組織が球状化率30%以上70%未満である特
    許請求の範囲第1項記載の低熱膨張鋳鉄。 3、黒鉛組織が球状化率70%以上である特許請求の範
    囲第1項記載の低熱膨張鋳鉄。 4、化学組成が、重量%でC1.0〜2.7%、Si0
    .8〜3.0%、Ni29〜33%、Co4.5〜6.
    5%、Mn1.0%以下、Cr3.0%以下、Ti1.
    0%以下、残部は鉄及び不可避的元素よりなる溶湯にそ
    の残留量が0.5%以下となるように希土類元素(RE
    )を添加した後、Fe−Siを基合金とする接種剤でそ
    の添加総量がSi当量で0.05%以上となるような接
    種を1回以上行なうことを特徴とする低熱膨張鋳鉄の製
    造法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994013847A1 (en) * 1992-12-15 1994-06-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing cast iron of high strength and low expansion
EP0690341A1 (en) * 1994-06-08 1996-01-03 Fuji Photo Film Co., Ltd. Material of construction of a coating apparatus and use of said apparatus
US6846368B2 (en) 2001-01-05 2005-01-25 Hitachi Metals, Ltd. Casting steel having high strength and low thermal expansion
WO2009108181A1 (en) * 2008-02-25 2009-09-03 Wescast Industries Incorporated Ni-25 heat-resistant nodular graphite cast iron for use in exhaust systems

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