KR101727426B1 - 고강도 고감쇠능 주철 - Google Patents

Abstract

강도와 진동 감쇠능을 양립시킨 고강도 고감쇠능 주철을 제공한다. 고강도 고감쇠능 주철은, 용탕에 흑연 구상화 처리를 행하는 것을 포함하는 방법에 의해 얻어지고, C:2∼4％, Si:1∼5％, Mn:0.2∼0.9％, P:0.1％ 이하, S:0.1％ 이하, Al:3∼10％, Sb:0∼1％, Sn:0∼0.5％, Mg:0.02∼0.10％, RE:0∼0.5％(Ce, La), 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

Description

고강도 고감쇠능 주철 {HIGH-STRENGTH, HIGH-DAMPING-CAPACITY CAST IRON}

본 발명은 강도 및 진동 감쇠성이 우수한 고강도 고감쇠능 주철에 관한 것이다.

현상에서는, 소음은, 전형 7공해인 대기 오염, 수질 오염, 토양 오염, 진동, 소음, 지반 침하, 악취의 고충 건수의 상위에 있다. 소음에 관한 고충 건수 중, 건설 작업 소음은 큰 비율을 차지하고 있다. 그러한 고충은 도시부에 집중하고 있어, 도시형 건설 기계의 소음 저감이 급선무로 되어 있다. 또한, 세계적인 대환경성 중시 지향 가운데, 판매 규제를 수반하는 EU의 소음 규제도 점점 엄격하게 되어 있어, 지금까지의 기술의 연장으로는, 소음 저감이 소음 규제의 강화에 미치지 못하게 되었다. 앞으로, 지구 규모에서의 환경 대응 중시의 트렌드에 대응해 가기 위해, 저소음 차량을 세계 기준 차량으로 해간다고 하는 흐름이 있다. 이미 건설 기계에는 자동차와 같은 정도의 저소음화가 요구되고 있고, 엔진, 팬, 머플러 등의 착실한 저소음화가 도모되고 있다. 앞으로는, 유압 시스템 전체의 저소음화에 대처해야 한다.

유압 시스템의 저소음화를 달성하기 위해, 중기 유압 부품의 소재에 진동 감쇠 성능을 갖게 하는 것이 고려된다. 그러나, 진동 감쇠 성능(저소음 효과)을 갖는 편상 흑연 주철은, 주철제 중기 유압 부품에 응용하기 위해서는 강도가 작다. 그로 인해, 종래 사용되고 있는 구상 흑연 주철에 상당하는 강도를 갖는 재료가 필요하다.

중기 유압 부품에서 유래하는 소음은, 구체적으로는, 컨트롤 밸브, 모터의 커버 등에 있어서 발생하고, 중기의 엔진 소리의 저하에 수반하여 상대적으로 현저해진다. 어느 부품도 구상 흑연 주철 또는 CV(Compacted Vermicular) 흑연 주철로 되어 있고, 그들의 강도는 400∼500㎫이다. 이에 반해, 편상 흑연 주철에서는 350㎫ 이상의 강도를 내는 것은 어렵다.

특허문헌 1 및 2에는, 높은 진동 감쇠능을 나타내는 고강성 고감쇠능 주철이 기재되어 있다. 그러나, 이들은 편상 흑연 주철이므로 강도가 부족하다.

특허문헌 3에는, 희토류-Si-철 합금을 첨가함으로써 얻어지는, 미세화된 흑연을 갖는 주철이 기재되어 있다. 특허문헌 3의 주철은, 강도를 저하시키지 않고 진동 감쇠능을 향상시킨, FC200 클래스의 주철에 상당한다. 그러나, 이 주철의 강도는 FC200과 동일한 정도의 것에서밖에 없다.

특허문헌 4에는, 편상 흑연에 더하여 미세 기공을 가짐으로써, 우수한 진동 감쇠능을 나타내는 주철 재료가 기재되어 있다. 이 주철 재료에서는, 기지 조직에 있어서의 기공률을 증가시킴으로써, 진동 감쇠능을 향상시킬 수 있다. 그 반면, 기공률의 증가와 함께 강도가 감소한다.

특허문헌 5는, 진동 감쇠능과 강도의 양쪽이 우수한 주철 재료를 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 이 문헌에는, 편상 흑연과 함께 스테다이트를 분산시켜 진동 감쇠능을 높이는 것이 기재되어 있다.

그러나, 특허문헌 1∼5에 기재되어 있는 고감쇠능 주철은, 건설 기계의 중기 유압 부품에 요구되는 400㎫ 이상의 강도를 갖고 있지 않다.

일본 특허 출원 공개 제2008-223135호 일본 특허 출원 공개 제2009-287103호 일본 특허 출원 공개 제2002-146468호 일본 특허 출원 공개 제2001-200330호 일본 특허 출원 공개 제2000-104138호

본 발명은 높은 강도와 높은 진동 감쇠능을 양립시킨 고강도 고감쇠능 주철을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 관한 고강도 고감쇠능 주철은, C:2∼4％, Si:1∼5％, Mn:0.2∼0.9％, P:0.1％ 이하, S:0.1％ 이하, Al:3∼10％, Sb:0∼1％, Sn:0∼0.5％, Mg:0.02∼0.10％, RE:0∼0.5％, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서 ％는 중량％(또는 질량％)를 나타낸다. 또한, RE라 함은 레어 어스를 말하며, Ce(셀레늄) 및/또는 La(란탄)로 이루어진다.

이 구상 흑연 주철의 제조에 있어서, 구상화 처리에 의해 흑연을 구상화함으로써, 구상 흑연 주철 및 CV 흑연 주철이 얻어진다. 흑연의 구상화 처리에는, 주입 처리(샌드위치법), 턴디쉬법, 와이어 처리법 등 공지의 모든 구상화 처리법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 많이 사용되고 있는 주입법에서는, 다음과 같이 흑연 구상화 처리를 행한다. 우선, 레이들 저부의 반응 홈(포켓)에 구상화제를 충전하고, 커버제(철 부스러기, Fe-Si 등)로 완전히 덮는다. 그 후, 1400∼1500℃의 용탕을 이 레이들에 주탕하여 구상화 처리한다. 이 구상화 처리에는, Mg와 RE(Ce, La)를 함유한 일반적인 구상화제를 사용할 수 있다.

또한, 이 용탕에 Ca:0∼0.01％ 및/또는 Ba 0∼0.01％를 포함하는 접종제를 첨가함으로써 강도의 향상이 예상된다.

또한, 900℃ 이상의 열처리(켄칭, 노멀라이징, 어닐링)에 의해, 기지 조직을 개질 및 균일화해도 된다. 이 열처리의 결과, 구상 흑연 주철의 진동 감쇠 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 Al 첨가 구상 흑연 주철의 조직도 사진.
도 2는 종래형의 Al 첨가 편상 흑연 주철의 조직도 사진.
도 3은 어닐링을 행하고 있지 않은, 본 발명의 실시 형태에 관한 Al 첨가 구상 흑연 주철의 조직도 사진.
도 4는 1000℃에서 어닐링을 행한, 본 발명의 실시 형태에 관한 Al 첨가 구상 흑연 주철의 조직도 사진.
도 5는 피스톤 펌프의 개략적 사시도.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 생주물로도 높은 강도와 높은 진동 감쇠능을 양립할 수 있다. 또한 열처리를 행함으로써, 진동 감쇠능의 개선 효과를 안정화시킬 수 있다. 구체적으로는, 진동 감쇠능이 우수한 종래의 편상 흑연 주철과 동일한 정도의 진동 감쇠능을 가짐과 동시에, 높은 강도를 나타내는 고강도 고감쇠능 주철이 얻어진다. 이 실시 형태는, 흑연의 구상화 처리를 포함하는 방법을 사용하여, 상술한 조성의 주철을 주조함으로써 얻어지는, 높은 강도 및 고감쇠능을 갖는 Al 첨가 구상 흑연 주철을 제공한다. 이 Al 첨가 구상 흑연 주철은, 예를 들어 도 1의 조직도 사진에 나타내는 바와 같은 조직 구조를 갖는다.

고강도화에는 흑연 형상의 제어가 불가결하다. 강도 저하의 원인으로 되는 편상 흑연의 형성을 억제하고, 주철 내의 흑연을 구상 흑연 또는 구상 흑연＋CV 흑연으로 할 필요가 있다. 도 1에서는, 검고 둥근 부분이 구상 흑연이며, 검고 작은 덩어리가 CV 흑연이다.

또한, 흑연 주철에의 Al(알루미늄)의 첨가에 수반하여, 기지 조직 내에서 Fe-Al 탄화물이 형성된다. 이 Fe-Al 탄화물에 의해, 주철의 진동 감쇠능이 개선된다. 도 1에서는, 회색의 부분이 Fe-Al 탄화물이며, 이것이 페라이트 기지 조직(흰 부분)에 비해 보다 많이 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 형태에 관한 주철은, 강도가 요구되는 주철제 부품, 예를 들어 중기용 유압 부품 혹은 자동차용 구조 재료 등으로서 사용한 경우에, 그것들의 제진성을 높이고, 그로 인해, 소음 억제에 유효하다. 또한, 이 주철은 Al을 다량으로 포함하고 있으므로, 고온에 있어서의 내산화성이 통상의 주철보다 우수한 것이 예상된다.

도 2는 Al 첨가 편상 흑연 주철의 조직도 사진을 나타내고 있다. Al 첨가 편상 흑연 주철은, Al 첨가 구상 흑연 주철과 마찬가지로, 기지 조직의 대부분이 Fe-Al 탄화물로 이루어진다. 그러나, 그 이름이 나타내는 바와 같이, Al 첨가 편상 흑연 주철에서는, 흑연이 편상의 것이다. 도 2에 있어서, 검고 가늘고 긴 부분이 편상의 흑연이다. 편상 흑연은, 도 2와 같이, 연속적으로 확산된 박편이다. 편상 흑연은 이러한 형상을 갖고 있으므로 절결 효과를 가져오고, 주철의 기계적 강도를 저감시킨다. 이와 같이, 흑연 주철에 있어서 편상 흑연이 강도 저하의 원인으로 되므로, 흑연은 구상화할 필요가 있다.

Al 첨가 흑연 주철에 있어서, Al 첨가에 의한 Fe-Al 탄화물의 형성에 의해 진동 감쇠능이 개선되는 한편, Al은 흑연의 구상화를 저해하는 원소이기도 하다. Al 첨가량은 3∼10％, 바람직하게는 3∼7％이다. 주철에 첨가하는 Al의 양을 서서히 늘려 가면, Al 첨가량이 3％로 된 시점으로부터 기지 조직의 진동 감쇠능이 개선되기 시작한다. 그러나, 첨가량이 7％를 초과하면 진동 감쇠능은 오히려 저하된다. 또한, 상술한 바와 같이, Al의 첨가에 수반하여 흑연의 구상화가 저해되고, 강도가 저하되어 버리므로, 과잉의 첨가는 바람직하지 않다.

그러나, 본 발명자들은, 기지 조직에 형성되는 Fe-Al 탄화물에 대해 Si(실리콘), Sb(안티몬) 또는 Sn(주석)을 적량 첨가하면, Fe-Al 탄화물의 형성과 흑연의 구상화가 모두 촉진되는 것을 발견하였다. 이 지견에 기초하여, Al 첨가 흑연 주철에 Si, Sb 또는 Sn을 적량 첨가함으로써, 진동 감쇠능을 가지면서 고강도화를 실현할 수 있는 것을 구명하는 것에 이르렀다. 즉, Si, Sb 또는 Sn을 적량 첨가하면, Al의 첨가량이 7％를 초과한 경우라도, Al 첨가 흑연 주철의 진동 감쇠능 및 강도가 Al의 첨가에 수반하여 개선된다. 단, Al의 첨가량이 10％를 초과하면, Fe-Al 금속간 화합물이 형성되어, 주철이 매우 취약해진다고 하는 문제를 발생시킬 가능성이 있다.

또한, Al 첨가에 의한 편상 흑연 주철의 진동 감쇠능의 개선 기구에 관해서는, Al을 고용한 철 합금의 형성에 의한 것으로 하는 설과, Fe-Al 탄화물의 형성에 의한 것으로 하는 설이 있다. 어느 설에 있어서도, 진동 감쇠능이, Al 첨가에 의해 형성되는 이들 물질의 강자성형의 감쇠 기구에 의해 개선되는 것으로 추측되고 있다. 본 발명의 실시 형태에 관한 Al 첨가 구상 흑연 주철의 진동 감쇠능은, 후자의 설과 마찬가지로 Fe-Al 탄화물의 감쇠 기구에 의해 개선되고 있는 것으로 생각된다.

Sb:0∼1％, Sn:0∼0.5％로 규정하는 것은 다음의 이유에 의한다. Sb 또는 Sn을 첨가하지 않는 경우라도, Fe-Al 탄화물이 형성되므로 주철은 진동 감쇠 성능을 나타낸다. 그러나, 상술한 바와 같이 Sb나 Sn을 첨가함으로써, 흑연 구상화 작용에 의한 강도 향상 효과 및 진동 감쇠능의 개선 효과가 얻어지고, 주철의 성능이 개선된다. Sb 및 Sn의 첨가량을 늘려 가면, Sb가 약 0.2％, Sn이 약 0.1％인 경우에, 강도, 진동 감쇠능의 개선에 효과가 나타나고, Sb가 약 0.5％, Sn이 약 0.1％인 경우에 가장 현저한 효과가 나타난다. Sb 또는 Sn의 첨가량이 많아지면 점차 효과가 저감된다. Sb가 1％를 초과하거나, 또는 Sn이 0.5％를 초과하면, 개선 효과가 얻어지지 않는다. 또한, Sb나 Sn의 첨가량이 많으면, 주철에 수축공 등의 결함이 발생하기 쉬워진다. 또한, Sb 및 Sn을 첨가하지 않아도, 각각이 불가피 성분으로서 주철에 0.01％ 정도 포함되어 버릴 가능성이 있다. 그로 인해, Sb 및 Sn을 의도적으로 첨가한 경우, Sb는 0.01％ 이상이며, Sn은 0.01％ 이상인 것이 통상이다.

Sb나 Sn의 첨가에 의한 개선 효과의 기구에 대해서는, 다음과 같이 생각된다. 상술한 바와 같이, 주철에 Al을 첨가하면, 철과 Al과 탄소의 반응에 의해 Fe-Al 탄화물이 형성된다. 또한, Fe-Al 탄화물은, 강자성체이므로, 강자성체형의 진동 감쇠 기구를 발현한다. 본 발명자들의 연구에 의하면, Al의 첨가량을 늘려 가면, Fe-Al 탄화물이 증가해 간다. 그러나, 약 6％의 Al 첨가량에서 Fe-Al 탄화물이 증가하지 않게 된다. 엄밀하게는 7％까지는 Fe-Al 탄화물의 형성량이 증가하지만, 6％를 초과하면, 6％ 이하까지에 비해, Al 첨가량의 증가에 대해 Fe-Al 탄화물이 증가하는 비율이 적다. 또한, 이 Al 첨가량의 영역에서는, 기지 조직이 매우 단단해지므로 바람직하지 않다. 그러나, Sb 또는 Sn을 첨가하면, Al 단독의 첨가에 비교하여 보다 많은 Fe-Al 탄화물이 형성되게 된다. 이와 같이, Fe-Al 탄화물이 증가하므로, 진동 감쇠능을 개선하는 효과가 나타나는 것으로 생각된다. 또한, Al 첨가에 의해 청키 흑연이 형성되지만, Sb나 Sn을 첨가함으로써 이 청키 흑연의 형성을 억제할 수 있다. 그러나, Sb나 Sn의 첨가량이 과잉으로 되면 흑연의 구상화가 저해된다. 따라서, 상기 범위의 첨가량으로 최적의 기지 조직, 흑연 조직이 얻어진다.

종래의 편상 주철에 비해, 구상 흑연 및 CV 흑연을 갖는 주철이 우수한 강도를 갖는 이유는 이하와 같다. 편상 흑연 주철에서는, 기지 조직 내의 편상 흑연이 연속적으로 확산된 박편과 같은 형상을 갖고 있으므로 절결 효과를 초래한다. 이 절결 효과에 의해 편상 흑연 주철의 기계적 강도가 저하된다. 흑연을 구상화함으로써, 흑연의 연속적인 형상이 상실되고, 절결 효과가 없어진다. 그로 인해, 흑연이 구상화된 주철에서는 기계적 강도를 확보할 수 있다. 특히, 주철에 포함되는 흑연 중, 구상화에 의해 형성된 구상 흑연 및 CV 흑연이 차지하는 수의 비율, 즉, 구상화율이 40％ 이상으로 되면, 흑연의 구상화에 의한 주철 강도의 개선 효과가 나타난다. 또한, 여기서 말하는 흑연의 구상화율이라 함은, JIS G 5520(2001)에 정의되어 있는 것을 말한다.

본 발명의 실시 형태의 고강도 고감쇠능 주철은, 상기 Al, Sb, Sn 이외에, C, Si, Mn, P, S, Mg, RE(Ce, La)를 포함하고 있다.

Al 첨가 흑연 주철에 있어서, C는 흑연 및 Fe-Al 탄화물의 형성에 영향을 미치고, Si는 흑연 형상에 영향을 미친다. C의 함유량은 통상의 구상 흑연 주철과 마찬가지로 2∼4％이다. Si는 1∼5％ 첨가할 수 있다. 단, Si를 포함하는 흑연 주철에 Al이 첨가된 경우, 흑연의 구상화가 저해되어 청키 흑연이 형성된다. 이 청키 흑연의 원인으로 되는 Si의 첨가량은 1∼2％가 바람직하다. 또한, Si의 첨가량이 1.0％ 이하인 경우, 주철이 수축공이 발생되기 쉬워지므로 바람직하지 않다.

Mn의 함유량은 통상의 구상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.2∼0.9％로 한다. 0.2％ 이상의 Mn 함유량에서는, 주철의 강도 및 경도가 증가한다. 한편, Mn의 함유량이 0.9％를 초과하면, 최종 응고부에 조대한 시멘타이트가 형성되므로, 기계적 성질이 저하된다.

P의 함유량은, 통상의 구상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.1％ 이하로 되도록 제어한다. 이 이유는, P는 함유량이 0.1％를 초과하면, 철과 반응하여 단단한 화합물인 스테다이트를 형성하고, 주철을 취약하게 하기 때문이다.

S의 함유량은, 통상의 구상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.1％ 이하로 되도록 제어한다. 이 이유는, S 함유량이 0.1％를 초과하면, 흑연 구상화를 저해하고, 강도 저하의 원인으로 되기 때문이다.

Mg의 첨가량은 구상화가 가능해지는 0.02∼0.10％로 한다. 0.10％ 이상에서는 흑연의 구상화가 저해되고, 주조 시의 반응이 심해지므로 실용적이지 않다.

RE(Ce, La)를 첨가하지 않는 경우라도 구상 흑연은 형성되지만, RE는 흑연 형성의 핵을 형성하므로, 첨가량을 0.001∼0.500％로 한다. 단, 0.001％ 이하에서는 흑연의 구상화율이 저하되고, 0.050％ 이상에서는 후육 주조품에 있어서 청키 흑연 형성을 조장한다. 그로 인해, 0.001∼0.050％가 바람직하다. 흑연의 핵으로 되는 화합물을 형성하는 RE로서, Ce 및 La가 유효한 것이 일반적으로 알려져 있다. 본 발명의 실시 형태에 있어서 Ce 및 La의 어느 것을 사용해도 된다. 또한, Ce 또는 La를 단독으로 사용해도, 혹은 임의의 비율로 Ce 및 La를 병용해도 된다. 또한, 종래의 주철과 마찬가지로, Ce 또는 La를 단독으로 사용한 경우와, 양자를 (어떠한 비율을 사용하여)병용한 경우에, 흑연 구상화의 결과에 영향을 미치지 않는다.

Ca나 Ba의 첨가는 필수는 아니지만, 0.0001∼0.01％의 Ca 및/또는 Ba를 첨가하면, 접종 효과에 의해 강도가 더욱 향상된다. 0.01％ 이상의 첨가는, 주조 시의 드로스의 발생이나 후육 주조품에 있어서의 청키 흑연 정출을 촉진하므로, 바람직하지 않다. 또한, Ca 및 Ba는 어느 한쪽을 단독으로 사용해도 되고, 혹은 임의의 비율로 병용해도 된다. 또한, 일반적으로 접종 효과는 접종 직후가 가장 높고, 예를 들어 스트림법 등의 탕 유동 접종법이나 인몰드법 등의 주형 내 접종법에 의해 접종제를 주탕 후반에 첨가하는 후기 접종이 보다 효과적이다.

이상의 화학 조성을 갖는 주철은, 생주물에서도 높은 강도와 고감쇠능을 겸비하고 있지만, 이 주철에 대해 900℃ 이상의 어닐링 등의 열처리를 행함으로써, 진동 감쇠 성능이 더욱 향상된다. 고온의 열처리에 의해 주철의 진동 감쇠능이 개선되는 이유는, 기지 조직이 개질 및 균일화되기 때문이다. 통상의 주철은 800℃ 정도의 열처리로 조직 제어를 행한다. 그러나, 본 발명에 있어서는 대량의 Al을 첨가하고 있으므로 공석 온도가 상승하고 있다. 따라서, 900℃ 이상의 열처리 온도를 필요로 한다. 또한, 열처리 온도를 상승시킴으로써, Fe-Al 탄화물이 균일화됨과 함께 미세화되고, 주철의 진동 감쇠성이 더욱 향상된다. 따라서, 950℃나 1000℃ 이상의 열처리에 의해, 진동 감쇠 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.

도 3은 어닐링을 행하고 있지 않은 Al 첨가 구상 흑연 주철의 기지 조직의 조직도 사진을 나타내고 있다. 도 4는 1000℃에서 어닐링을 행한 Al 첨가 구상 흑연 주철의 기지 조직의 조직도 사진을 나타내고 있다. 도 3의 기지 조직과 도 4의 기지 조직을 비교하면, 어닐링에 의해 Fe-Al 탄화물이 미세화되고, 기지 조직 내의 전역에 걸쳐 보다 균일하게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 1개 이상의 고강도 고감쇠능 주철을 포함한, 건설 기계 등의 부품을 제공한다. 본 발명의 실시 형태에 관한 주철을 포함한 부품은, 예를 들어 중기 유압 부품이다.

도 5는 케이싱(11), 샤프트(12) 및 실린더 블록(13)을 구비한 피스톤 펌프(1)의 개략적 사시도이다. 본 발명의 실시 형태에 관한 건설 기계의 부품의 일례로서, 케이싱(11)을, 본 발명의 실시예에 관한 1개 이상의 고강도 고감쇠능 주철로 구성할 수 있다. 이러한 케이싱(11)은 높은 제진성을 가지므로, 피스톤 펌프(1)의 소음을 효과적으로 억제한다.

다음으로, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 비교예와 함께 설명한다.

우선, 고주파 용해로를 사용하여 용탕을 조제하였다. 다음으로, 흑연 도가니에 선철, 가탄재, 페로망간을 넣어 용해하였다. 그 후, 페로실리콘과 가탄재로 탄소량, 실리콘량을 조정하고, 용해량을 약 5㎏으로 하였다. 단, 얻어지는 주조품의 Al량은 알루미늄 잉곳을 첨가하여 조정하였다. Sb량, Sn량은 순 안티몬, 순 주석을 첨가하여 조정하였다. 또한, RE를 첨가하는 경우에는, RE원으로서 시판되고 있는 미슈 메탈(Ce:La의 중량비가 2:1인 합금 제품)을 사용하였다. 또한, 용해 온도는 약 1450℃로 하였다. 레이들에서 구상화 처리 및 용탕에의 접종제의 첨가를 행하고, 용탕을 φ30×200㎜의 푸란 자경성 주형에 주입하였다. 또한, 접종제에는 Ca＋Ba를 사용하였다. 또한, 실시예 12 및 13에서는, 레이들에 있어서의 용탕에의 접종제의 첨가에 더하여, Ca＋Ba를 접종제에 사용하여 후기 접종을 행하였다.

얻어진 주조품을 4×20×200㎜로 가공하여, 강도 및 진동 감쇠능을 평가하였다. 강도의 평가값으로서 인장 강도를 구하였다. 인장 시험은, 주조품을 4호 시험편(JIS Z 2201)으로 가공하고, 만능 시험기로 평가하였다. 또한, 진동 감쇠능의 평가값으로서 대수 감쇠율을 구하였다. 진동 시험 방법은, JISG0602에 준거하였다. 즉, 시험편을 2점 매달아 전자 가진기로 1×10^{－ 4}ε의 변형 진폭을 부여하고, 그 후, 가진을 멈추어 자유 감쇠시켜, 대수 감쇠율을 구하였다. 이와 같이 하여 얻어진 주조품의 특성을, 그것들의 조성과 함께 하기 표 1 및 표 2에 나타낸다. 표 1은 본 발명의 실시예의 특성 및 조성을 나타내고 있고, 표 2는 종래 재료 및 비교예의 특성과 조성을 나타내고 있다.

또한, 「고강도 주철」이라 함은, FC300(인장 강도 300㎫)과의 상대 평가로 1.5∼2.5배 정도인 것을 나타낸다. 본 발명의 실시 형태에 있어서, 400㎫ 이상의 인장 강도를 고강도로 한다. 또한, 「고감쇠 주철」이라 함은, FCD450(대수 감쇠율 20∼30Np×10^{－ 4})과의 상대 평가로 2∼4배 정도인 것을 나타낸다. 본 발명의 실시 형태에 있어서, 40Np×10^－4의 대수 감쇠율을 고감쇠로 한다. 즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 고강도 고감쇠 주철이라 함은, 400㎫ 이상의 인장 강도와 40Np×10^－4 이상의 대수 감쇠율을 겸비하고 있는 것을 말한다.

<실시예>

실시예 1 및 2는, Sn과 Sb가 첨가되어 있지 않고(각각의 첨가량이 0.00％), 열처리가 행해져 있지 않은 시료이다. 이들 시료는, 상기에서 정의한 고강도 및 고감쇠 성능을 만족시키고 있다.

실시예 3 및 6은 Sn을 적량 첨가한 것, 실시예 9는 Sb를 적량 첨가한 것이다. 이들 시료는, 실시예 1 및 2와 마찬가지로, 고강도 고감쇠 주철로서의 수준을 만족시키고 있다.

실시예 4 및 5는, 실시예 3과 동일한 조성의 주조품을 사용하여, 어닐링의 효과를 검토한 것이다. 마찬가지로, 실시예 7 및 8은, 실시예 6과 동일한 주조품에 어닐링을 행한 것이다. 실시예 10은, 실시예 9와 동일한 주조품에 어닐링을 행한 것이다. 900℃ 이상의 어닐링을 행하면, 인장 강도가 약간 감소하지만, 대수 감쇠율이 향상된다. 또한, 실시예 4에서는 열처리 온도가 900℃, 실시예 5에서는 열처리 온도가 1000℃였다. 실시예 4와 실시예 5의 비교가 나타내는 바와 같이, 보다 높은 열처리 온도를 사용함으로써, 대수 감쇠율의 개선 효과가 더욱 좋아진다. 실시예 7과 8의 비교도 마찬가지의 결과를 나타내고 있다.

실시예 11은 진동 감쇠능이 비교적 낮다. 실시예 12는, 실시예 11과 동일한 조성의 용탕에, 접종제로서 Ca＋Ba를 사용하여 후기 접종을 행한 것이다. 실시예 13은, 접종제의 양을 늘려 후기 접종을 행한 것이다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 후기 접종을 행함으로써 진동 감쇠율이 향상되었다. 실시예 11∼13의 결과는, 후기 접종에 의해 성능의 편차가 억제되는 것을 나타내고 있다.

<종래예>

표 2로부터 명백해진 바와 같이, 종래 재료의 어느 것에도 고강도와 고감쇠 성능을 겸비하고 있는 주철은 없다.

<비교예>

비교예 1 및 2는, Al을 첨가하고 있지만, 흑연을 구상화하고 있지 않은 시료이다. 즉, 비교예 1 및 2는 Al 첨가 편상 흑연 주철이다. 흑연이 편상인 이들 시료는, 높은 진동 감쇠 성능을 나타내지만, 인장 강도가 낮다.

비교예 3은 Sb의 첨가량이 1％를 초과하고 있고, 비교예 4는 Sn의 첨가량이 0.5％를 초과하고 있다. 비교예 3 및 4에서는 수축공이 발생해 버려, 결함이 있는 주철이 얻어졌다.

비교예 5는 Al의 첨가량이 3％ 미만인 예이다. 표 2와 같이, 비교예 5의 인장 강도도 대수 감쇠율의 어느 쪽도 본원 발명의 수준에 달하고 있지 않다.

이상의 결과가 나타내는 바와 같이, Al을 다량으로 함유한 편상 흑연 주철, 즉, Al 첨가 편상 흑연 주철에서는 높은 강도가 얻어지지 않았다. 흑연을 구상화하여 Al 첨가 구상 흑연 주철을 주조함으로써, 높은 강도를 갖는 고강도 고감쇠능 주철이 얻어졌다.

Claims (13)

1. 용탕에 흑연 구상화 처리를 행하는 것을 포함하는 방법에 의해 얻어지고, C:2∼4％ 및 Si:1∼5％, Mn:0.2∼0.9％, P:0.1％ 이하, S:0.1％ 이하, Al:3∼7％, Sb:0∼1％, Sn:0∼0.5％, Mg:0.02∼0.10％, 임의의 비율의 Ce 및/또는 La로 이루어지는 RE:0.001∼0.500％, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는, 고강도 고감쇠능 주철.
2. 제1항에 있어서, Sb:0.2∼1％ 또는 Sn:0.1∼0.5％인, 고강도 고감쇠능 주철.
3. 제1항에 있어서, Sb:0.5∼1％인, 고강도 고감쇠능 주철.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, RE:0.001∼0.050％인, 고강도 고감쇠능 주철.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 주철에 있어서 Ca:0.0001∼0.01％ 또는 Ba:0.0001∼0.01％로 되도록, Ca 및 Ba 중 적어도 한쪽의 원소를 포함하는 접종제를 상기 용탕에 첨가하는 접종 처리를 더 포함한, 고강도 고감쇠능 주철.
6. 제5항에 있어서, 상기 접종 처리는, 후기 접종을 포함하는, 고강도 고감쇠능 주철.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 켄칭, 노멀라이징 또는 어닐링을 900℃ 이상에서 행하는 것을 더 포함한, 고강도 고감쇠능 주철.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 켄칭, 노멀라이징 또는 어닐링을 1000℃ 이상에서 행하는 것을 더 포함한, 고강도 고감쇠능 주철.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 흑연 구상화 처리에 의한 흑연의 구상화율이 40％ 이상인, 고강도 고감쇠능 주철.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 고강도 고감쇠능 주철로 이루어지는, 주철제 부품.
11. 제10항에 있어서, 건설 기계의 부품인, 주철제 부품.
12. 제10항에 있어서, 유압 부품인, 주철제 부품.
13. 삭제

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