JPS6383245A - 黒鉛鋳鉄部材およびその製造方法 - 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】 この発明は自動車の変速機に使用されるギヤ等の如く、
表面層の耐ピツチング性・耐疲労強度が高いことが要求
される部材として好適な鋳鉄部材およびその製造方法に
関するものである。

従来の技術 周知のように自動車の変速機等に使用されるギヤ等には
、従来は鍛鋼が使用されることが多かったが、鍛鋼から
なる部材はその製造コストが高く、特に複雑な形状のも
のを得ようとすれば一層そのコストが高くならざるを得
なかった。また自動車の変速機のギヤ等では、振動・騒
音の防止のために振動減衰能が高いことが望ましいが、
鍛鋼ではこの点でも不充分でめった。

一方、鍛鋼と比較して鋳鉄はその製造コストが安くしか
も複雑な形状の部材も容易に作成可能でかつ振動減衰能
も高い。そして鋳鉄のうちでも、比較的強度が高く靭性
も優れている鋳鉄としては、白銑鋳物をミルスケールな
どの酸化鉄とともにポットの中に入れて表面の炭素を酸
化脱炭させた白心可鍛鋳鉄（例えば日刊工業新聞社発行
［鋳物用語辞典Ｊ　ｐ２０２）や、白銑鋳物に対して黒
鉛生焼なましを施してフェライト基地中に黒鉛（テンパ
ーカーボン）を析出させた熱心可鍛鋳鉄（例えば前損害
ｐ８８）があり、また最近では球状黒鉛鋳鉄や片状黒鉛
鋳鉄にオーステンパー処理を施して基地をベイナイト相
生体の組織とした鋳鉄も知られている。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来の高純度、高靭性を目的とした鋳鉄の
うち、白心可＠鋳鉄は基本的に黒鉛析出量が少ないため
、他の鋳鉄と比較して振動減衰能に劣り、また表面層が
比較的軟質なフェライト相でおるため、耐疲労強度が低
く、ギヤ等の繰返し応力が加わる部品には不適当であっ
た。また魚心可鍛鋳鉄も基地組織がフェライトであるこ
とから、表面の耐疲労強度が劣る問題があるほか、特に
表面近くまで黒鉛が存在するため、ギヤ等に使用した場
合、ピッチング（切欠き）が生じてしまう問題がある。

さらにオーステンパー処理を施した鋳鉄は、基地組織が
ベイナイトであるため魚心可鍛鋳鉄よりも高強度で高靭
性であるが、魚心可鍛鋳鉄と同様に表面近くまで黒鉛が
存在するため、ギヤ等に使用した場合に黒鉛が切欠きと
して作用してピッチングが生じ易く、また表面の耐疲労
強度も低いという問題がおった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、強
度、靭性に優れたオーステンパー鋳鉄をざらに改良して
表面の耐ピツチング性および耐疲労強度を向上させ、こ
れによってコスト面および複雑な形状の部品が容易に得
られる点さらには振動減衰能が優れているなどの面から
鍛鋼よりもギヤ等に有利な鋳鉄を実際に自動車の変速機
のギヤ等に適用し得るようにした黒鉛鋳鉄を提供するこ
とを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明の黒鉛鋳鉄部材は、母材が片状黒鉛鋳鉄もしく
は球状黒鉛鋳鉄からなり、かつ表面層の少なくとも一部
は、黒鉛が実質的に析出しておらずかつ基地組織がベイ
ナイトおよび残留オーステナイトからなる組織とされて
いることを特徴とするものである。

またこの発明の黒鉛鋳鉄部材製造方法は、表面の少なく
とも一部をチル化した球状黒鉛鋳鉄もしくは片状黒鉛鋳
鉄を作成し、次いでその鋳鉄に対し、オーステナイト化
処理と恒温変態処理とを組合わせたオーステンパー処理
を行なうにあたってオーステナイト化処理を脱炭雰囲気
中で行なうことを特徴とするものである。

作　　用 先ｆ製造方法の発明について説明する。

この発明の鋳鉄部材を製造するにあたっては、最初に片
状黒鉛鋳鉄もしくは球状黒鉛鋳鉄の成分組織の溶湯を所
要の形状に鋳造する。この鋳造にあたっては、冷し金等
を用いて表面層の少なくとも一部をチル化させる。この
ように鋳造することによって内部は片状黒鉛鋳鉄もしく
は球状黒鉛鋳鉄からなり、かつ表面層の少なくとも一部
がチル化層となった部材が得られる。ここでチル化層は
、急冷効果によって、黒鉛が実質的に晶出していない共
晶セメンタイト（遊離セメンタイト）およびパーライト
からなるいわゆるデル組織となっている。またここで、
チル化層の形成は上述のような鋳造時の冷し金等の適用
によらずに、鋳造後に鋳物表面の少なくとも一部にレー
ザヤ丁ＩＧアーク、電子ビーム、プラズマアークなどの
高密度エネルギを照射してその表面層を再溶融させ、続
いて高密度エネルギの照射停止もしくは照射位置移動に
より再溶融層の熱を母材へ急速移動させ、急冷凝固させ
ることによってチル化させても良い。なお鋳鉄の成分組
成自体は従来の一般的な片状黒鉛鋳鉄もしくは球状黒鉛
鋳鉄と同様であれば良く、特に限定しないが、通常はＣ
を２．０〜４．０％程度含有するとともにＳｉを３％程
度以下含有し、さらに特に球状黒鉛鋳鉄の場合はＭＣｔ
、Ｑｅ等の黒鉛球状化元素を所定量添加した組成とすれ
ば良い。

また球状黒鉛鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄のいずれの場合におい
ても、焼入れ性を向上させるためにＭＯｌｃｒ、ｖ等の
焼入れ性向上元素をそれぞれ１，０％程度以下添加して
も良い。

上述のようにして表面層の少なくとも一部をチル化させ
た片状黒鉛鋳鉄もしくは球場黒鉛鋳鉄に対し、オーステ
ンパー処理として、第１図に示すように脱炭雰囲気中で
のオーステティ１〜化処理と、ベイナイト化のための恒
温変態処理とを行なう。

ここで、オーステナイト化処理を脱炭雰囲気で行なうこ
とにより、基地組織がオーステナイト化されると同時に
、表面層の脱炭が進行する。続いてオーステナイト化処
理温度から急冷して恒温変態処理温度で保持することに
より、基地組織のオーステナイトの大部分がベイナイト
化し、一部は残留オーステナイトとして残る。

以上の過程において、表面層は予めチル化されておりか
つその表面層はオーステナイト化処理時に脱炭が進行す
るから、最終的な恒温変態処理後の表面層の組織は、黒
鉛のないベイナイト＋残留オーステナイトの組織となる
。ここで、予めチル化を行なわずに脱炭を行なった場合
、すなわち表面層にまで黒鉛が存在する鋳鉄に対して脱
炭を行なった場合には、表面層に存在していた黒鉛が脱
炭時に分解・脱出した痕跡の穴、すなわち黒鉛脱出孔が
残るが、この発明の場合には予めチル化してから脱炭す
るため、脱炭はチル化層における共晶セメンタイトおよ
びパーライト中のセメンタイトの分解によってなされ、
このセメンタイトの分解は分子レベルでの炭素のガス化
分離・脱出によってなされるため、脱炭後に黒鉛脱出孔
は残らない。

一方、表面層を除いた内部の組織については、通常の片
状黒鉛鋳鉄もしくは球状黒鉛鋳鉄に対してオーステンパ
ー処理を施した場合と同じであって、片状黒鉛もしくは
球状黒鉛はほぼそのままで残り、基地組織は一部オース
テナイト化されてからベイナイト化され、一部残留オー
ステナイトが残る。

なおオーステンパー処理にあける恒温変態処理の温度や
鋳鉄の成分組成によっては、ベイナイトに一部マルチン
サイトが含まれることもあるが、若干のマルテンサイト
が混入することはこの発明においても許容される。

さらにオーステンパー処理における条件について説明す
れば、オーステンパー処理にお（ブる第１段目の加熱で
必るオーステナイト化処理は既に述べたように脱炭雰囲
気で行なう必要があるが、この脱炭雰囲気はカーボンポ
テンシャル０．７％以下の雰囲気とすることが好ましい
。カーボンポテンシャルが０．７％を越えれば脱炭が進
行しにくくなり、そのため最終的に黒鉛が存在しないベ
イナイト士残留オーステナイトからなる表面層の厚さを
充分に確保できなくなる。またオーステナイト化処理で
の加熱温度は、８７０〜１０５０’Ｃの範囲内として、
その温度での保持時間を３０分以上とすることが好まし
い。加熱温度が８７０℃より低ければ脱炭の進行が遅く
なって生産性を阻害するとともに、均一なオーステナイ
ト相が得られなくなるおそれがある。一方１０５０°Ｃ
を越える高温ではオーステナイト粒が粗大化して最終的
に微細なベイナイト化が得難くなり、また内部の炭素固
溶量が多くなって脆化するおそれがある。さらに加熱保
持時間が３０分より短かければ、オーステナイト化が不
充分となるおそれがある。

一方オーステナイト化処理後の恒温変態処理は、２００
〜４００’Ｃの範囲内の温度で１０分以上保持すること
が好ましい。２００’Ｃ未満ではマルテンサイト変態が
進行して材質が脆くなってしまうおそれがあり、一方４
００’Ｃ：を越える温度では粗大な組織となって強度が
低下してしまうおそれがあり、ざらに保持時間が１０分
未満ではベイナイト化が充分に進行せず、材質が脆くな
るおそれがある。

以上のようにして、表面層の少なくも一部は、黒鉛が実
質的に存在せずかつ黒鉛の脱出孔も存在せず、ベイナイ
ト化主体で一部残留オーステナイトを含む組織となって
おり、また内部は従来のオーステンパー鋳鉄と同様に片
状黒鉛もしくは球状黒鉛が析出しかつ基地組織がベイナ
イト化を主体とし一部に残留オーステナイトを含む組織
となっている鋳鉄を得ることができる。このような鋳鉄
は、表面層は黒鉛や黒鉛脱出孔が存在しないためそれら
の黒鉛や黒鉛脱出孔が切欠きとして作用することがなく
、したがってギヤ等に使用してもピッチングが生じるお
それが極めて少なく、またベイティ１〜相主体の組織で
あるため繰返し応力に対する疲労強度も高い。また内部
は黒鉛か析出しているため従来の通常の黒鉛鋳鉄と同様
に優れた振動減衰能を有し、かつ基地組織がベイナイト
相主体の組織となっているため高強度、高靭性を有する
。

なお黒鉛および黒鉛脱出孔が存在しないベイナイト士残
留オーステナイトからなる表面層の厚みは、部材の用途
、適用箇所などに応じて定めれば良いか、通常は０．１
〜１ｍｍ程度とすれば良い。

実施例 ［実施例１］ Ｃ３，７％、Ｓｉ２．４％、Ｍｎ０．４％、Ｍ　Ｃ７０
，０４％、１ｖｌｏＯ，１％、残部実質的にＦｅよりな
る球状黒鉛鋳鉄を鋳造するにあたり、冷し金を用いて表
面をチル化した。次いでその鋳鉄部材に対し、カーボン
ポテンシャル０．４５％の脱炭雰囲気中において９５０
℃×３時間加熱保持（オーステナイト化処理）した後、
続けて２３０　’Ｃのソルトバス中に投入して３時間保
持（恒温変態処理）するオーステンパー処理を施した。

［比較例１］ 実施例１の球状黒鉛鋳鉄と同一の成分組成の球状黒鉛鋳
鉄を鋳造するにあたって、チル化しないように冷し金を
用いずに鋳造した。その鋳鉄部材に対し、脱炭か進行し
ないようにカーボンポテンシャル０．７８％の雰囲気で
９５０°ＣＸ　３時間加熱保持（オーステナイｊ・化処
理）した後、２３０℃のソルトバス中に入れて３時間保
持（恒温変態処理）するオーステンパー処理を施した。

［実施例２］ Ｃ３，５％、３ｉ２．２％ＭｎＯ，３５％、残部実質的
にＦｅよりなる片状黒鉛鋳鉄を鋳造するにあたり、冷し
金を用いて表面をチル化した。次いでその鋳鉄部材に対
し、カーボンポテンシャル０．４％の脱炭雰囲気中にて
９４０°ＣＸ　３時間加熱保持（オーステナイト化処理
）シ、続いて２３０°Ｃのソルトバス中に入れて３時間
保持（恒温変態処理）するオーステンパー処理を施した
。

［比較例２］ 実施例２の片状黒鉛鋳鉄と同一の成分組成の片状黒鉛鋳
鉄を鋳造するにあたって、デル化しないように冷し金を
用いずに鋳造した。その鋳鉄部材に対し、脱炭が進行し
ないようにカーボンポテンシャル０．７９％の雰囲気で
９４０°ＣＸ　３時間加熱保持（オーステナイト化処理
〉し、続いて２３０℃のソルトバス中に入れて３時間保
持（恒温変態処理）するオーステンパー処理を施した。

以上の実施例および比較例のうち、実施例１により得ら
れた鋳鉄部材の断面金属組織写真を第２図に、また実施
例２により得られた鋳鉄部材の断面金属組織写真を第３
図に示す。これらの組織写真から明らかなように、実施
例１．２により得られたこの発明の鋳鉄部材においては
、いずれも表面近傍に黒鉛の析出がなく、一部に残留オ
ーステナイトを含むほぼ均一なベイナイト組織となって
いることが確認された。

また各実施例および各比較例によって得られた鋳鉄部材
表面の耐ピツチング強度を調べた結果を第１表に示す。

ここで各実施例の耐ピツチング強度は、ピッチングが生
じる接触面圧を調べ、これを同じ成分組成の比較例にお
いてピッチングが生じた接触面圧に対する比で指数化し
て示した。すなわち実施例１の耐ピツチング強度は、比
較例１の鋳鉄でピッチングが生じた接触面圧を１として
、それに対する比で表わしたもの、また実施例２の耐ピ
ツチング強度は、比較例２の鋳鉄でピッチングが生じた
接触面圧を１として、それに対する比で表わしたもので
ある。

第１表 第１表に示すように、この発明の実施例１および実施例
２により得られた鋳鉄部材は、いずれもチル化とオース
テナイト化処理時の脱炭とを行なわなかった比較例１お
よび比較例２と比較して、耐ピツチング性に著しく優れ
ていることが明らかである。

発明の効果 この発明による黒鉛鋳鉄部材は、既に）ホへたところか
ら明らかなように、表面層の少なくとも一部は黒鉛のな
い（かつ黒鉛脱出孔もない）ベイナイト相十残留オース
トナイトの組織となっており、したがって耐ピツチング
性が優れるとともに耐疲労強度にも優れ、また内部は片
状黒鉛もしくは球状黒鉛が析出しているため振動減衰能
にも優れており、さらに鍛鋼と比較すれば低コストで製
造することができるとともに複雑な形状の部材も容易に
得ることができる。

したがってこの発明の鋳鉄部材は、耐ピツチング性や耐
疲労強度の点から従来鍛鋼を使用せざるを得なかった用
途、例えば自動車変速機のギヤ等に好適に使用すること
ができ、その場合従来よりもコスト低減を図るとともに
形状設計の自由度が増し、かつまた振動減衰能が高いこ
とから振動・騒音の低減にも有効となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造方法におけるオーステンパー処
理のヒートパターンを示す線図、第２図は実施例１によ
り得られた鋳鉄部材の金属断面組織写真（倍率１００倍
）、第３図は実施例２により得られた鋳鉄部材の金属断
面組織写真（倍率１００倍）である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）母材が片状黒鉛鋳鉄もしくは球状黒鉛鋳鉄からな
   り、かつ表面層の少なくとも一部は、黒鉛が実質的に析
   出しておらずかつ基地組織がベイナイトおよび残留オー
   ステナイトからなる組織とされていることを特徴とする
   黒鉛鋳鉄部材。
2. （２）表面の少なくとも一部をチル化した球状黒鉛鋳鉄
   もしくは片状黒鉛鋳鉄を作成し、次いでその鋳鉄に対し
   、オーステナイト化処理と恒温変態処理とを組合わせた
   オーステンパー処理を行なうにあたってオーステナイト
   化処理を脱炭雰囲気中で行なうことを特徴とする黒鉛鋳
   鉄部材の製造方法。