JPH0210218B2

JPH0210218B2 -

Info

Publication number: JPH0210218B2
Application number: JP11524181A
Authority: JP
Inventors: Yukio Shikada; Tomohiko Sato; Kanemitsu Sato
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1990-03-07
Also published as: JPS5834160A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は金型鋳造による耐摩耗鋳鉄に係り、更
に詳しくは実用上、高速、高面圧負荷下の摺動部
など過酷な摩耗条件下においても、優れた耐摩耗
性を発揮する、金型鋳造による耐摩耗鋳鉄に関す
る。内燃機関のシリンダ部或いはロータリーエアコ
ンのローラ等の摺動機械部品など、過酷な摩耗条
件下で使用される各種機械部品の基材として耐摩
耗鋳鉄が汎用されている。これらの摺動部品は、
通常、高速、且つ高面圧負荷下で摺動する為に、
部品表面において微小部分の強度低下から機械的
破壊を生じて異常摩耗を起こしたり、或いは発生
する熱により潤滑剤の焼付けを起こすといつた不
都合がある。そこで、かかる摺動部品としては、高硬度、高
強度で耐摩耗性に優れていることもさることなが
ら、部品表面の凹凸も極力少なく、微小部分の破
壊といつた不都合が生じないものが好ましい。特公昭53−6929号公報には、かかる異常摩耗と
いつた不都合を解消すべく、その成分を調整した
耐摩耗鋳鉄が開示されている。この鋳鉄は、鋳放
しの状態の組織中における、軟質のフエライト相
の析出を抑さえ、且つ主としてバナジウム添加効
果により、析出黒鉛を粗大化して、かかる粗大黒
鉛の初期摩耗時の破砕により生成する微小黒鉛に
より潤滑性を高めるものである。ところが、かかる粗大黒鉛が、高面圧負荷下、
高速で摺動する部品の摺動面に存在し、該摺動面
の表面粗さが大となつていると、寧ろ前述の異常
摩耗といつた不都合が生じ易いという難点があ
る。本発明者等は、かかる微小部分の破壊による異
常摩耗といつた不都合のない耐摩耗鋳鉄を開発す
べく鋭意研究した結果、一般に、かかる鋳鉄とし
ては、基地組織中に軟質のフエライト相を有して
おらず、且つ析出黒鉛が粗大化していないものが
好ましく、更に限定すれば、基地金属がパーライ
ト組織（フエライトとセメンタイトの層状組織）
となつており、且つ黒鉛が、例えば米国鋳物協会
−米国材料試験協会（AFS−ASTM）の制定に
よる、黒鉛形態のＤ型（無方向配列）の如く、微
細且つ分散した共晶状黒鉛の析出相を有している
ものが好ましいという結論に達した。従来、かかる共晶状黒鉛を有し、且つ基地がパ
ーライト組織である鋳鉄を砂型鋳造で得る為に
は、鋳鉄の炭素含有量を3.0重量％以下、硫黄含
有量を0.05重量％以下とし、微量のTi、Mo、
Ni、Cr、Cu等を合金元素として含ませたものが
製造されていた。ところが、かかる組成において
も、黒鉛が全て共晶状とはならず、或いは砂型の
ため表面と内部において黒鉛形状および組織が不
均一である。一方金型鋳造の場合、一般に、砂型鋳造と比べ
て凝固速度が大となる為に、セメンタイト
（Fe₃C）の晶出と共に黒鉛組織の不均一化が起こ
り、或いは、共晶状黒鉛が晶出すると共にフエラ
イト相が析出するといつた不都合があつた。従来、かかる金型鋳造による耐摩耗鋳鉄の組成
としては、C3.1〜3.5重量％、Si1.6〜2.6重量％を
含み、他の成分としてCu0.05〜0.5重量％、
Sn0.01〜0.1重量％を合金元素として含むものが
汎用されていた。この組成によると、共晶状黒鉛
の周辺になおわずかなフエライトが析出し、1000
℃以下からの焼入れによつても基地組織が全マル
テンサイト化されにくい。従つて、実用上、鋳鉄
の耐摩耗性が十分なものとならない。本発明の目的は、従来の耐摩耗鋳鉄が有してい
た上述の不都合を解消して、鋳放しの状態で、基
地がパーライト組織であり、且つ共晶状黒鉛の析
出相を有する組織形態を有し、また、1000℃以下
の焼入れによつてかかるパーライト基地が、容易
に全マルテンサイト組織となり、従つて、高速、
高面圧負荷下の摺動部など、過酷な摩耗条件下に
おいても、優れた耐摩耗性を発揮する、金型鋳造
による耐摩耗鋳鉄を提供することにある。即ち、本発明の金型鋳造による耐摩耗鋳鉄は、
炭素（Ｃ）2.2〜2.4重量％、ケイ素（Si）3.6〜4.4
重量％、マンガン（Mn）0.3〜0.5重量％、リン
（Ｐ）0.1重量％以下、イオウ（Ｓ）0.1重量％以
下、クロム（Cr）0.3〜1.0重量％及びチタン
（Ti）0.05〜0.20重量％を含み、残部鉄（Fe）の
組成から成り、鋳放しの状態で基地組織がパーラ
イトであつて、該基地組織中に微細な共晶状黒鉛
が析出していることを特徴とするものである。以下、本発明の金型鋳造による耐摩耗鋳鉄の組
成限定理由を説明する。本発明の鋳鉄を上記組成
に限定した主たる理由は、鋳放しの状態の鋳鉄の
基地組織を全てパーライト化し、析出する黒鉛を
微細な共晶状黒鉛とする為であり、またかかる鋳
鉄に調質熱処理を施して、基地組織を全てマルテ
ンサイト化する為である。更に詳しく説明する
と、炭素含有量の下限を2.2％（重量％、以下、
単に「％」と記す）としたのは、2.2％未満であ
ると、セメンタイト（Fe₃C）が晶出する為であ
り、上限を2.4％としたのは、2.4％を超えると、
析出黒鉛が粗大化する為である。ケイ素含有量を3.6〜4.4％と限定したのは、3.6
％未満では、チル化してセメンタイトが析出し、
4.4％を超えるとフエライト相が析出する為であ
る。マンガン、リン、イオウの含有量は、通常の範
囲、即ち、夫々、Mn0.3〜0.5％、P0.1％以下、
S0.1％以下としている。このうち、マンガンは、
パーライト組織安定化元素であり、0.3％未満で
はこの効果の現出は難しく、また0.5％を超えて
添加配合するとセメンタイトを晶出させる。クロムの含有量を0.3〜1.0％としたのは、0.3％
未満ではフエライト相が析出し、1.0％を超える
とチル化してセメンタイトが晶出する為である。
同様に、チタン含有量を0.05〜0.20％としたの
は、0.05％未満ではフエライト相が析出し、0.20
％を超えるとチル化してセメンタイトが晶出する
為である。本発明の鋳鉄を鋳造するにあたつては、高周波
溶解炉等を用いて、例えば、各々所定量の、軟鋼
材、加炭材、フエロシリコン（Siを75重量％含む
市販のものなど）、フエロマンガン（Mnを75重
量％含む市販のものなど）、フエロクロム（Crを
65重量％含む市販のものなど）を配合して溶解
し、更には、セメンタイトもしくはフエライトの
晶出を抑さえる為に、鋳込み前に前記のフエロシ
リコンをSi量として0.2〜0.3重量％接種
（inoculation）するなどして、前記組成の溶湯を
作製する。次いで、得られた溶湯を所望の金型に
鋳込む。使用される金型の金型比〔金型の最大肉
厚と鋳造物の（最大肉厚×1/2）との比〕は、３
〜10であることが好ましい。３未満であると、金
型の寿命が低下し、割れなどが生じ易く、10を超
えると金型重量が大となり不経済となる為であ
る。かくして得られた鋳造品に、更に焼入れ、焼
戻しなどの熱処理を加えたり、或いは、そのまま
鋳放しの状態で使用することができる。本発明の金型鋳造による耐摩耗鋳鉄によれば、
鋳放しの状態において、基地組織が全てパーライ
ト化すると共に、基地中に析出する黒鉛が、微細
な共晶状黒鉛となる為に、鋳放しの状態において
も、高硬度、高強度であり、耐摩耗性に優れてい
る。また、この鋳鉄に、更に焼入れ、焼戻し等の
熱処理を施すと、パーライト組織が、更に高硬度
のマルテンサイトとなり、耐摩耗性が更に向上す
ると共に、基地中にフエライトが存在する場合と
比べて、焼入れの加熱温度を900〜1000℃と比較
的低温にすることができ、また冷却速度を高めて
残留フエライトの減少に努める必要などがないと
いう利点をも有する。従つて、本発明の金型鋳造による耐摩耗鋳鉄
は、内燃機関のシリンダ部、或いはロータリーエ
アコンのローラ等の摺動機械部品など、過酷な摩
耗条件下で使用される各種機械部品の基材として
極めて有用である。実施例実施例１〜３、参考例１〜５として、表に示し
た組成を有する各溶湯（湯温1350℃）を、350〜
400℃に予熱した鋳鉄製金型（肉厚50mm）に鋳込
み、金型比約７の条件下で、径50mm、厚さ15mmの
円板状鋳造品を得た。尚、溶湯を金型に鋳込むに
際しては、金型表面にNi80−Al20合金の粉末を
約0.2mmの厚さで塗布し、更にアセチレンすすを
その上に塗布した。

【表】かくして、実施例１〜３として得られた、本発
明の金型鋳造による耐摩耗鋳鉄、及び参考例１〜
５として得られた鋳鉄の、夫々の鋳放しの状態に
おける組織形態を、金属顕微鏡を用いて観察した
ところ、実施例１〜３として得られた本発明の鋳
鉄は、全て、基地がパーライト組織であり、析出
黒鉛も共晶状の微細なものであつた。一方、参考
例１及び参考例２として得られた鋳鉄は何れも表
面がチル化してセメンタイトが晶出した。また、
参考例３及び参考例４として得られた鋳鉄は何れ
も基地組織中にフエライト相が析出し、析出黒鉛
も一部粗大化した。更に参考例５として得られた
鋳鉄は、参考例３、４に比べ、フエライトおよび
粗大黒鉛の析出量が多いものとなつた。次に、実施例１〜３、及び参考例１〜５として
得られた鋳放しの状態の各鋳造物に、更に950℃
の油焼入れ処理、次いで400℃の焼戻し処理を施
した。かかる処理を施した各鋳鉄の基地金属の組
織状態を、金属顕微鏡を用いて観察したところ、
実施例１〜３の鋳鉄は、全て基地金属がマルテン
サイト組織となつていたが、参考例１〜５の鋳鉄
の場合は、基地中に一部フエライト相が残留して
いた。前記実施例２として作製された、鋳放しの状態
の鋳鉄（以下試料ａという）、前記実施例１〜３、
及び比較例３〜５として作製された鋳鉄に、更に
上述の焼入れ・焼戻し処理を施したもの（以下、
試料ｂ〜ｇという）の夫々の鋳鉄から15×12×10
mmの摩耗試験片を切り出し、これらをアムスラー
形摩耗試験機に懸け、以下の条件で摩耗試験を行
つた。〈試験条件〉相手材：S55C（JIS機械構造用炭素鋼、直径40
mm、厚さ10mm）荷重：70Kg 速度：2.5〜2.7m/sec 潤滑油：タービン油90番上記試料ａ〜ｇの摩耗量を図面に示した。図中、曲線Ａ、点Ｂ，Ｃ，Ｄ、及び曲線Ｅ〜Ｇ
は夫々、試料ａ〜ｇにおける試験距離と摩耗量の
関係を示したものである。

【表】

【表】図面から明らかな様に、本発明の金型鋳造によ
る耐摩耗鋳鉄は、鋳放しの状態、或いは更に焼入
れ、焼戻し処理等を施した状態において優れた耐
摩耗性を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は、「実施例」において作製された、鋳放
しの状態の鋳鉄か、又はこの鋳鉄に焼入れ、焼戻
し処理を施したものである、本発明の金型鋳造に
よる耐摩耗鋳鉄、及び参考例の耐摩耗性を比較し
て示した図であり、曲線Ａ、点Ｂ，Ｃ，Ｄは本発
明実施例、曲線Ｅ，Ｆ，Ｇは参考例の各鋳鉄の耐
摩耗性を表わす。

Claims

【特許請求の範囲】

１炭素2.2〜2.4重量％、ケイ素3.6〜4.4重量％、
マンガン0.3〜0.5重量％、リン0.1重量％以下、イ
オウ0.1重量％以下、クロム0.3〜1.0重量％及びチ
タン0.05〜0.20重量％を含み、残部鉄の組成から
成り、鋳放しの状態で基地組織がパーライトであ
つて、該基地組織中に微細な共晶状黒鉛が析出し
ていることを特徴とする金型鋳造による耐摩耗鋳
鉄。