JPH01108342A

JPH01108342A - 高強度、高剛性、高靱性を有する鉄系鋳物およびその製造法

Info

Publication number: JPH01108342A
Application number: JP26590087A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Asai; 裕史浅井; Takeshi Okazaki; 健岡崎; Yasuo Uosaki; 靖夫魚崎
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2567258B2

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、高強度、高剛性、高靭性を有する鉄系鋳物お
よびその製造法に関するものであり、とくに、自動車の
クランクシャフト、コンロッド、カムシャフトなどの部
品用材料に適した、鋳造性が良好で、高強度、高剛性、
高靭性を有する鉄系鋳物およびその製造法に関するもの
である。

先行技術近年、自動車用部品においては、軽量化のニーズから、
材料の高強度化が、また、振動、騒音対策の面から、材
料の高剛性化が、それぞれ求められている。

今日、自動車用部品として多く用いられている球状黒鉛
鋳鉄は、優れた鋳造性を有し、また、オーステンパー処
理などによって高強度化が図られているが、この球状黒
鉛鋳鉄は、通常、２．５重量％以上の炭素を含んでいる
ため、弾性係数が低く、剛性の面で劣るという問題があ
った。また、鋳鋼は、強度、剛性面で優れているが、製
造がしにくく、加工性に劣るという欠点があった。

このような状況下で、特開昭６１−１７４３５８号公報
は、Ｆｅ−Ｃ−３ｉ系の過共析組成を有し、マグネシウ
ム、カルシウム、セリウムなどの球状化元素を加えるこ
とにより球状化した黒鉛とベイナイト組織からなる低炭
素の球状黒鉛鋳鉄を提案している。

発明の解決しようとする問題点しかしながら、このようにマグネシウム、カルシウム、
セリウムなどの球状化元素を加えることにより黒鉛の球
状化を図るときは、球状化処理時に激しい反応や温度低
下が生じて、歩留まりが悪く、また製造上の管理が困難
であるだけでなく、球状黒鉛が微細化しにくく、疲労強
度に劣るなど、自動車のクランクシャフト、コンロッド
、カムシャフトなどの部品に使用するには、十分な強度
が得られないという問題があった。

また、自動車のクランクシャフトやコンロッド、サスペ
ンションのナックル部などの部材には、エンジンの運転
中に、引張りおよび圧縮荷重やねじり荷重が繰り返し加
わるため、クラッタなどの発生を防止する上で、靭性を
向上させて疲労強度を高めることが必要であるが、十分
な強度、剛性を備え、かつ、高靭性を有する鉄系鋳物は
、得られていなかった。

発明の目的本発明は、鋳造性が良好で、高強度、高剛性、高靭性を
有する鉄系鋳物およびその製造法を提供することを目的
とするものである。

本発明の別の目的は、自動車のクランクシャフト、コン
ロッド、カムシャフトなどの部品用材料に適した、鋳造
性が良好で、高強度、高剛性、高靭性を有する鉄系鋳物
およびその製造法を提供することにある。

発明の構成本発明のかかる目的は、０．５〜２．５重量％の炭素、
１．０〜４．０重量％の珪素、０．６重量％以下のマン
ガン、０．０５重量％以下のイオウ、０．０１〜０．１
重量％の硼素を含み、オーステンパー処理によって、基
地をベイナイトと残留オーステナイトとの混在組織とし
、球状黒鉛が分散した組織とすることによって達成され
る。

本発明において、オーステンパー処理は、通常のオース
テンパー処理と同様に、オーステナイト化処理と恒温変
態処理とからなり、これにより、基地をベイナイトと残
留オーステナイトとの混在組織とするためのものである
。オーステナイト化処理は、８３０〜９８０℃で５〜１
２０分間、鋳物素材を保持したのち、恒温変態処理温度
に保ったソルト浴などに浸漬しておこなうことが好まし
い。オーステナイト化処理保持温度が、８３０℃未満で
は、均一、安定なオーステナイト化が達成されないため
、所望の強度、靭性を得ることができず、他方、９８０
℃を越えると、結晶粒が粗大化し、靭性および延性を低
下させてしまう。また、オーステナイト化保持時間が、
５分未満では、所望のオーステナイト化が実現できず、
他方、１２０分を越えても、意味がない。オーステナイ
ト化処理は、電気炉などで直接加熱保持する方法によっ
てもよい。また、恒温変態処理は、オーステナイト化さ
れた鋳物素材を、ソルト浴などで、２３０〜４５０℃の
温度で、３０〜１８０分間、恒温保持することによって
おこなうことが望ましい。２３０℃未満では、マルテン
サイトを多量に形成してしまい、所望の基地組織を得る
ことができず、他方、４５０℃を越えると、パーライト
組織が生じ、靭性の低下を招いてしまう。また、保持時
間が、３０分未満では、多量の不安定なオーステナイト
が残留し、空冷の過程で、マルテンサイトが生成して、
靭性が低下するし、他方、１８０℃を越えると、残留オ
ーステナイトの分解が促進され、炭化物の析出が生じて
しまう。

本発明において、炭素は、珪素とともに、黒鉛の生成を
促進する元素である。炭素の含有量が、０．５重量％未
満では、鋳造性、とくに、流動性および引は性が悪化す
るとともに黒鉛の生成が少なく、炭化物が多く析出し、
延性が低くなってしまう。他方、２．５重量％を越える
と、黒鉛の析出が多くなりすぎ、強度が低下するととも
に弾性係数が低下して、剛性を十分高めることができな
くなる。

本発明において、珪素は、黒鉛の生成を促進する元素で
あり、この含有量が、１．０重量％未満では、黒鉛の生
成が少なく、炭化物が多く析出すにとともに、鋳造性が
著しく悪化し、他方、３．０重量％を越えると、黒鉛、
フェライトが多く析出し、強度および剛性が低下してし
まう。

本発明において、マンガンは、炭化物の生成を促進する
元素であるが、この含有量が、０．６重量％を越えると
、黒鉛の生成が阻害され、また、不純物であるイオウと
化合して、ＭｎＳを作り、黒鉛の球状化が不十分となり
、延性も悪化させてしまうだけでなく、オーステンパー
処理した基地の組織の靭性を著しく低下させてしまう。

本発明において、イオウは不純物であり、マンガンと化
合して、ＭｎＳを作り、黒鉛の球状化を悪化させるので
、０．０５重量％以下に抑えることが必要である。

本発明において、硼素は、黒鉛の球状化を促進させる元
素である。硼素を添加することにより、基地中に適度な
黒鉛核が生成し、鋳造性が著しく改善されるとともに微
細な球状黒鉛が組織中に分散され、強度が大幅に向上す
る。硼素の含有量が、０．０１重量％未満では、かかる
効果が十分でなく、また、０．１重量％を越えて添加し
ても、かかる効果が飽和してしまうので、意味がない。

本発明において、さらに、必要に応じて、ビスマス、チ
タンおよびテルルのうち、少なくとも１種を、０．０５
重量％以下、添加してもよい。硼素のみでは、黒鉛は比
較的粗大となるため、機械的性質が必ずしも十分でない
場合があるが、これらを添加すると、黒鉛のより一層の
微細化を図ることができ、好ましい。

また、本発明において、さらに、鋳物素材の肉厚が厚い
場合などに、内部まで十分急冷されずにパーライト組織
などが生成されることを防止して、焼入れ性を向上させ
るために、必要に応じ、銅、ニッケル、モリブデン、バ
ナンウムなどの元素を添加してもよい。これらの元素の
添加量は、０．０５〜０．２重量％が好ましい。

実施例以下、本発明の効果を、より一層明確にするため、実施
例を掲げる。

実施例第１表に示す組成のＪ［Ｓ４５．　Ｎｏ、　１２に規定
される試験片サンプルを作り、機械的特性を調べた。サ
ンプル＃１〜５は、本発明の実施例にかかり、サンプル
＃６．７は、比較例である。第１表の化学組成中、りん
（Ｐ）は、不純物である。鋳型としては、２００ｍ＋ｎ
Ｘ　２０ｍｍＸ　４０ｍｍのＹ型ブロック形状の鋳型で
、サンプル＃１は、金型を用い、その他のサンプルは、
シェル型を用いた。また、溶解炉としては、１０ｋｇ高
周波溶解炉を用いた。鋳造後、サンプル＃６は、調質処
理（焼入れ後、焼戻し処理）を施したが、その他のサン
プルについては、オーステンパー処理をおこなった。オ
ーステンパー処理は、サンプルを９００℃で、１時間３
０分、オーステナイト化処理をおこなったのち、３８０
℃で、１時間３０分、ソルト浴に浸漬することによって
おこなった。

こうして得られた本発明の実施例にかかるサンプル＃１
〜５は、いずれも、残留オーステナイトとベイナイトの
混在した基地組織に球状黒鉛が分散した組織を形成して
いた。軍１図に、サンプル＃１の組織を示す写真が示さ
れている。第１図の写真において、黒い円形の部分は球
状黒鉛を、灰色の部分はベイナイトを、また、その他の
白い部分は残留オーステナイトを、それぞれ、示してい
る。

また、第２表には、これらのサンプルの機械的性質を測
定した結果が示されている。

第２表第２表中、硬さＨｖは、ビッカース硬度を示す。

第２表より明らかなように、本発明の実施例であるサン
プル＃１〜５は、いずれも所望以上の引張り強度、ヤン
グ率（剛性を示す）、硬さを備え、また、靭性を示す伸
びも所望以上であることがわかった。これに対し、比較
例であるサンプル＃６は、剛性、靭性は所望以上である
ものの、引張り強度および硬さが十分でなく、また、＃
７は、靭性および硬さは所望以上であるものの、引張り
強度および剛性が劣っていることがわかった。さらに、
サンプル＃６は、鋳鋼であり、鋳造性も悪かった。

以上の実施例より、本発明にかかる鉄系鋳鉄は、高強度
、高剛性および高靭性という要求を同時に満足するもの
であることが判明した。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が゛可能
であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであ
ることはいうまでもない。

発明の効果本発明によれば、製造が容易で、高強度、高剛性、高靭
性を有する鉄系鋳物を得ることが可能となり、軽量で、
かつ高い強度、剛性および靭性が同時に要求される自動
車のクランクシャフト、コンロッド、カムシャフトなど
の８品に適した鉄系鋳物を容易に得ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ＩＪ実施例におけるサンプル＃１の組織を示す写
真である。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）０．５〜２．５重量％の炭素、１．０〜４．０重
量％の珪素、０．６重量％以下のマンガン、０．０５重
量％以下のイオウ、０．０１〜０．１重量％の硼素を含
み、オーステンパー処理により、基地がベイナイトと残
留オーステナイトとの混在組織からなり、球状黒鉛が分
散していることを特徴とする高強度、高剛性、高靭性を
有する鉄系鋳物。
（２）０．５〜２．５重量％の炭素、１．０〜４．０重
量％の珪素、０．６重量％以下のマンガン、０．０５重
量％以下のイオウ、０．０１〜０．１重量％の硼素を含
む鉄系鋳物素材をオーステンパー処理し、基地をベイナ
イトと残留オーステナイトとの混在組織とし、球状黒鉛
を分散させたことを特徴とする高強度、高剛性、高靭性
を有する鉄系鋳物の製造法。