JPS6396212A - 鋳鉄の再溶融チル化処理方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明はクランクシャフト、カムシャフトなどの各種
自動車部品その他各種機械部品等に使用される鋳鉄の表
面再溶融チル化処理方法に関するものである。

従来の技術 従来から、鋳鉄からなる部材の表面の一部を硬化させて
耐摩耗性等の特性を向上させる方法として、耐摩耗性を
向上させるべき部分の表面層をＴＩＧアーク等の高密度
加熱エネルギにより局部的に加熱してその表面層を再溶
融させ、その後の母材側への熱移動による急速冷却によ
って表面層をチル化させる再溶融チル化処理法が知られ
ている。

この再溶融チル化処理法は、他の表面硬化方法と比べて
、合金元素の節約、操作の簡便性、あるいは希望する部
位だけを著しく硬化し得るなどの多くの特徴を有してい
る。

ところでこのような再溶融チル化処理法によって鋳鉄部
材表面のめる長さの領域をチル化させる場合、例えば特
開昭５５−８１３７８号公報、あるいは「鋳物」第５７
巻（１９８５）第１０＠ｐ４３〜ｐ４８の［イナー１−
・ガス・アーク再溶融法による球状黒鉛鋳鉄の表面硬化
」と題する論文中のｐ４４に記載されているように、処
理すべき鋳鉄部材と高密度加熱エネルギ源を相対的に連
続移動させて、高密度加熱エネルギの印加位置を連続移
動させるのが通常である。

発明が解決すべき問題点 前述のように鋳鉄部材表面のある長さの領域を再溶融チ
ル化させるために高密度加熱エネルギの印加位置を連続
移動させる場合、その移動方向に逐次溶融・凝固を繰返
しながらチル化層が形成されることになる。すなわち第
９図に示すように鋳鉄部材１の表面層を再溶融チル化さ
せるために鋳鉄塞材１に対して高密度加熱エネルギ源、
例えばＴＩＧアーク用トーチ２を図の矢印へ方向に連続
移動させてＴＩＧアーク３の印加位置を連続移動させれ
ば、その印加位置の前進に伴なって鋳鉄部材表面が逐次
溶融されて新たな溶融プール４が形成される一方、印加
位置前進方向に対し後方では溶融プール４の溶融金属が
逐次急速凝固されて、チル化層５が形成されて行く。

ところで鋳鉄の再溶融チル化処理においては、高密度加
熱エネルギによって再溶融させた後の凝固過程がチル化
層の金属組織を決定付ける重要な要因となっている。す
なわち正常なチル組織は、晶出黒鉛のないレーデブライ
１〜＋パーライトからなる組織で必って、このような組
織とすることによって耐摩耗性向上等のチル化の目的を
連成することができるが、このような組織の生成には、
再溶融後の凝固速度および凝固後の高温域での冷却速度
が大きな影響を及ぼす。しかるに前述の如く逐次溶融・
凝固を繰返しながらチル化層を形成させる従来の処理方
法では、凝固・冷却速度に対して、鋳鉄母材側への熱拡
散のみならず、溶融プールからの熱影響や既に凝固が完
了した部分からの熱影響が大きな影響を及ぼす。そして
この場合溶融プールの状況および既凝固部分の状況は常
に一定ではなく、溶融・凝固の逐次進行に伴なって変化
するから、凝固・冷却速度は処理すべき部位の長さ方向
くビードの長さ方向）にばらつき、その結果チル化層の
組織もその長さ方向に不均一となることが多い。待にチ
ル化層としては黒鉛が晶出していないことが耐摩耗性向
上のために重要であるが、前述のような処理方法では凝
固・冷却速度の不均一によって黒鉛が局部的にあるいは
層状に晶出し、その結果充分な耐摩耗性が得られなかっ
たり、おるいは耐摩耗性が不均一となったりすることが
多かった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、鋳
鉄表面のある長さの領域にわたって再溶融チル化処理を
施すにあたって、その領域の全長にわたり均一かつ正常
なチル組織が得られるようにした再溶融チル化処理方法
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 この発明は、鋳鉄表面に高密度加熱エネルギを印加して
その表面層を再溶融させ、引続く急冷凝固により鋳鉄表
面層をチル化させる鋳鉄の再溶融チル化処理方法におい
て、鋳鉄表面の１０ｍ以上の長さの領域をチル化させる
ためにその領域に高密度加熱エルギを印加するにあたり
、高密度加熱エネルギの印加位置を前記領域の長さ方向
にほぼその全長にわたり往復移動させて、その領域の全
体を一様に溶融状態とし、続いてその状態でその領域に
対する高密度加熱エネルギの印加を停止させて、溶融プ
ール全体を実質的に同時に冷却凝固させることを特徴と
するものである。

作　　用 この発明の再溶融チル化処理方法においては、再溶融さ
せるために鋳鉄表面に高密度加熱エネルギを印加するに
あたって、その印加位置を処理すべき１０ａｎ以上の長
さの領域の長さ方向にその全長にわたって繰返し往復移
動させる。このように往復移動させることによって、そ
の領域に対する高密度加熱エネルギの印加期間中は実質
的に凝固が開始されることなく、その領域の全長にわた
って一様な溶融状態となる。そして所要の深さまで一様
な溶融状態となった状態、すなわち処理すべき領域の全
長にわたり一様な溶融プールが形成された状態で高密度
加熱エネルギの印加を停止する。

これによって処理すべき領域の全長にわたる溶融プール
が、母材側への熱拡散によって実質的に同時に冷却；疑
問される。すなわち、冷却凝固過程では、従来法の場合
のような現住所たに溶融されつつある部分や既に凝固し
てしまった部分からの不寮定な熱影響を受けることがな
く、もっばら母材側への熱拡散のみによって凝固速度が
定まるため、溶融プールは長さ方向の全体が一様な凝固
速度、冷却速度で凝固・冷却し、そのため均一なチル組
織が得られ、局部的あるいは層状に黒鉛が晶出してしま
うことを有効に防止できる。

発明の実施のための具体的説明 第１図〜第３図に、高密度加熱エネルギとしてＴＩＧア
ークを用いた場合においてこの発明の再溶融チル化処理
を行なっている状況の一例を示す。

第１図において、鋳鉄部材１の表面における処理すべき
領域（長さ！の部分）の上方にＴＩＧアーク用トーチ２
が配されている。そして１−−チ２を処理すべき領域の
長さ方向にほぼその全長にわたって往復運動させること
によって、トーチ２と鋳鉄部材１の表面との間に発生し
ているアーク３の位置、すなわち高密度加熱エネルギの
印加位置が処理すべき領域の長さ方向に往復移動し、こ
れによって処理すべき領域の表面層が均一に溶融されて
、長さ！の全長にわたって一様な溶融プール４が形成さ
れる。そして所要の深さまで一様に溶融された時点で第
２図に示すようにトーチ２の電流を切ってアーク３を消
滅させれば、）容融プール４の全体にわたって実質的に
同時に凝固が進行しく第２図中の矢印は凝固方向を表わ
す）、第３図に示すチル化層５が形成される。

ここで、ＴＩＧアーク等の高密度加熱エネルギの印加位
置を往復移動させて同時に凝固させる領域の長さ！、す
なわち高密度加熱エネルギ印加位置の往復移動距離！が
１０履未渦の場合は、往復移動させるメリットが特にな
いから、往復移動距離！は１０馴以上とした。すなわち
、長さ１０＃未満の領域では、高密度加熱エネルギの印
加位置を移動させずに固定していてもその領域全体を同
時に再溶融・凝固させることができるからである。

また特に高密度加熱エネルギとしてＴＩＧアークを用い
る場合には、前記往復移動距離！の上限を３０ｍとし、
かつ高密度加熱エネルギ（ＴＩＧアーク）の往復移動周
波数（Ｈｚ）と高密度加熱エネルギ（ＴＩＧアーク）の
往復移動路ＩＩ（すなわち処理すべき部位の長さりとを
、アーク電流に応じて第４図、第５図に示すような範囲
内とすることか好ましい。またＴＩＧアークのアーク電
流は１５０〜４００Ａの範囲内とすることが好ましい。

それらの理由は次の通りである。

すなわちこの発明の処理方法の場合、高密度加熱エネル
ギの印加位置の往復移動により処理領域の全長にわたっ
て一様な溶融状態とならなければならいないが、一様な
溶融状態とするための要因としては、高密度加熱エネル
ギの往復移動距離！と、往復移動速度（往復周波数）お
よびアーク電流値の各条件がある。そして先ず往復移動
路＠！が３０Ｋｍを越える場合には、ＴＩＧアークの往
復移動速度を極端に速くしなければ一様に溶融プールを
保持しておくことができないが、そのように往復移動速
度を極端に速くすればアークが安定せず、溶融が不均一
となる。したがってＴＩＧアークの往復移動距離！は３
０ｗＩ！ｒ１以下（前述の１０ｓｉ以上の条件と合わせ
て１０〜３０ｍの範囲内）とすることが好ましい。

またＴＩＧアークの往復移動距離！が１０〜３０ｍの範
囲内であっても、その距離！に対して往復移動速度（往
復移動周波数）が低過ぎれば溶融プールを一様に保持し
ておくことが困難となり、またその関係はアーク電流値
によっても変化し、アーク電流値が少ないほど往復移動
速度を高めなければならない。具体的には、アーク電流
値が３００Ａの場合、往復移動距離！が１０ｍでは往復
移動周波数が１．５Ｈ２未満となれば一様に溶融プール
を保持することが困難となり、また同じくアーク電流値
が３００Ａの場合、往復移動距離！が３０ｍでは往復移
動周波数が３Ｈｚ未満となれば一様に溶融プールを保持
することが困難となる。そしてアーク電流値が３０ＯＡ
で往復移動距離！が１０〜３０Ｍの間でも、往復移動距
離！によって一様に溶融プールを保持することが可能な
往復移動周波数の下限が定まり、結局第４図の斜線領域
内の往復移動周波数とすることが好ましい。このような
関係を、１５０〜４００Ａの範囲内のアーク電流値を５
０Ａごとに区分して安全サイドに見積って示したものが
第５図でおる。

すなわち第５図において、アーク電流値１５０Ａ以上２
０ＯＡ未満の場合は曲線Ｐ１の上側の領域、２００Ａ以
上２５ＯＡ未満の場合は曲線Ｐ２の上側の領域、２５Ｏ
Ａ以上３００Ａ未満の場合は曲線Ｐ３の上側の領域、３
００Ａ以上３５０Ａ未満の場合は曲線Ｐ４の上側の領域
、３５０Ａ以上４００Ａ以下の場合は曲線Ｐ５の上側の
領域がそれぞれ好ましい往復移動周波数の範囲となる。

ざらにアーク電流値自体については、その値が１５０Ａ
未満では鋳鉄表面層の再溶融が不充分となるおそれがあ
る。一方４００Ａを越えれば過熱されすぎて凝固速度が
遅くなり、完全なチル組織が生成されずに黒鉛が晶出し
てしまうおそれがある。

したがってアーク電流値は１５０〜４００Ａの範囲内と
することが好ましい。

またＴＩＧアークによる処理時間が３０秒を越えれば過
熱されすぎて凝固速度が遅くなり、黒鉛が晶出してしま
うおそれがある。したがってＴＩＧアーク処理時間は３
０秒以内とすることが好ましい。

なお以上の説明では高密度加熱エネルギとしてＴＩＧア
ークを用いる場合について示したが、ＴＩＧアークに限
らず、レーザ、電子ビーム、プラズマアーク等を高密度
加熱エネルギとして用いても良いことは勿論である。ま
たこの発明の処理方法は、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄
など任意の鋳鉄に適用することができる。

実施例 ［実施例１］ ＪＩＳ　Ｆｅ１２からなる片状黒鉛鋳鉄によって５０Ｍ
×３０ｓ　Ｘ　３０＃の試験片を作成し、その試験片の
５０ａｎ×３０＃の面の長さ方向中央部に、ＴＩＧアー
クを用いて長さ２０＃の領域にわたって再溶融チル化処
理を施した。このＴＩＧ再溶融チル化処理にあたっては
、アーク電流を２００Ａとし、トーチを前記領域の長さ
方向にその全長（２０ｍ）にわたり３Ｈｚの周波数で往
復移動させてその領域の表面層を一様に溶融させ、２０
秒経過時に電流を遮断してアークを切り、領域全体を一
様に凝固・冷却させ、チル化層を生成させた。なおＴＩ
Ｇアーク用の電極としては３．２ｍφのタングステン電
極を用い、シールドガスとして２０ｉ／ｎ＋＋ｎのＡｒ
ガスを流し、またアーク長は３廐とした。

［実施例２コ アーク電流を３００Ａとした以外は実施例１と同じ条件
でＴＩＧ再溶融チル化処理を行なった。

［比較例１］ 実施例１で用いた試験片と同様な試験片の長さ２０＃の
領域にわたってＴＩＧアークによる再溶融チル化処理を
施すにあたり、アーク電流を２００Ａとし、トーチを前
記領域の長さ方向の一方の端部から他方の端部へ向けて
一方向に０．５ｓ／Ｓｅｃの速度で連続移動させて、そ
の領域の一端から他端へ向けて逐次溶融・凝固を進行さ
せる従来法による再溶融チル化処理を施した。なおＴＩ
Ｇアーク電極、シールドガス、アーク長は実施例１と同
様とした。

［比較例２］ アーク電流を３００Ａとした以外は比較例１と同様にし
てＴＩＧ再溶融チル化処理を行なった。

以上の実施例１および２、比較例１および２によるＴＩ
Ｇ再溶融チル化処理によって得られた各チル化層の深さ
と、そのチル化層の組織を調べた結果を第１表に示す。

また実施例２のＴＩＧ再溶融チル化処理よって得られた
チル化層の金属組織写真を第６図に示す。ざらに比較例
２のＴＩＧ再溶融チル化処理によって１９られたチル化
層の模式図を第７図に示し、また第７図のＡ部の組織写
真を第８図（Ａ＞に、第７図のＢ部の組織写真を第８図
（Ｂ）に示す。ここでＢ部は層状に共晶状黒鉛が晶出し
た部分でおる。

第　　１　　　表 以上の結果から明らかなように、チル化層の深ざが浅い
場合は比較例１の従来法でも正常なチル化層が得られた
が、チル化層の深さが深くなれば比較例２について第７
図、第８図（Ａ＞、（Ｂ）に示したように層状に共晶状
黒鉛晶出層Ｂが形成されてしまった。これに対しこの発
明の処理方法による場合は、実施例１、実施例２（第６
図）に示したように、チル化層の深さが深い場合でも黒
鉛晶出のない正常なチル粗織が得られた。

発明の効果 この発明の再溶融チル化処理方法によれば、鋳鉄の表面
における処理すべき領域の全体にねたつて一様に溶融状
態としてから、その溶融プール全体を実質的に同時に冷
却凝固させてチル化層を形成するため、従来法の如く処
理領域の長さ方向に層間速度、冷却速度のばらつきが生
じることがなく、均一な凝固速度、冷却速度で凝固・冷
却させることができ、そのためチル化層の組織にばらつ
きが生じることがなく、特に黒鉛の局部的な晶出や層状
の晶出などが生じるおそれが少ないから、黒鉛晶出のな
い均一でかつ正常なチル組織を有するチル化層を形成す
ることができる。したがってこの発明の再溶融チル化処
理法を適用すれば、耐摩耗性向上等、チル化層形成の目
的を充分に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図まではこの発明の再）容重チル化処理
方法を実施している状況の一例を段階的に示す模式的な
断面図、第４図は高密度加熱エネルギとしてＴＩＧアー
クを用いた場合のアーク電流３００Ａにおけるアークの
往復移動距離と往復移動周波数の適正範囲を示す線図、
第５図は同じく高密度加熱エネルギとしてＴＩＧアーク
を用いた場合の各アーク電流値におけるアークの往復移
動距離と往復移動周波数の適正範囲を示す線図、第６図
は実施例２により形成されたチル化層の断面金属組織写
真（倍率２００倍）、第７図は比較例２により形成され
たチル化層の断面状況を模式的に示す略解図、第８図（
Ａ＞は比較例２における第７図のＡ部の断面金属組織写
真（倍率２００倍）、第８図（Ｂ）は比較例２における
第７図のＢ部の断面金属組織写真（倍率２００倍）、第
９図は従来の再溶融チル化処理方法を実施している状況
の一例を示す模式的な断面図である。 １・・・鋳鉄部材、　２・・・高密度加熱エネルギ源と
してのＴＩＧアーク用トーチ、　３・・・高密度加熱エ
ネルギとしてのＴＩＧアーク、　４・・・溶融プール、
５・・・チル化層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋳鉄表面に高密度加熱エネルギを印加してその表面層を
   再溶融させ、引続く急冷凝固により鋳鉄表面層をチル化
   させる鋳鉄の再溶融チル化処理方法において、 鋳鉄表面の１０ｍｍ以上の長さの領域をチル化させるた
   めにその領域に高密度加熱エルギを印加するにあたり、
   高密度加熱エネルギの印加位置を前記領域の長さ方向に
   そのほぼ全長にわたり往復移動させて、その領域の全体
   を一様に溶融状態とし、続いてその状態でその領域に対
   する高密度加熱エネルギの印加を停止させて、溶融プー
   ル全体を実質的に同時に冷却凝固させることを特徴とす
   る鋳鉄の再溶融チル化処理方法。