JPH02166257A - 球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法に関し、特に
高強度と高靭性で、且つ、高い疲労強度を有する球状黒
鉛鋳鉄及びこのような球状黒鉛鋳鉄を製造する方法に関
する。

（従来の技術） 自動車用エンジンのブラケットやスピンドルナックル等
は、繰返し応力を受けるので、高強度や高靭性の他に高
い疲労強度も要求されている。

ところが、高強度や高靭性を得るため或いは作業性の向
上のために球状黒鉛鋳鉄素材を熱処理すると、次のよう
な問題が発生する。すなわち、オーステンパー処理をす
ると処理後に変形が生じることがあり、また、被削性改
善の目的でオーステンパー処理の前に焼鈍や規準をした
り、或いは、浸炭雰囲気でオーステンパー処理をすると
、表面に酸化又は脱炭現象が生じて表面異常層が発生し
、疲労強度が著しく低下する。この疲労強度の低下につ
いては、正常晶の疲労強度が３８　Ｋｇｆ’　／ｍｍ２
であるのに対して異常品の疲労強度は３３〜１５Ｋｇｆ
　／ｍｍ２程度である。

この対策として、熱処理時の雰囲気を調整したり、熱処
理炉を改善することによって表面異常層の発生を防止す
ることは可能であるが、通常行われている程度以上の雰
囲気調整或いは熱処理炉の改善は、生産性の悪化を招く
と共にコストアップの原因になるので実用的でない。

また、高強度や高靭性を得るため、特開昭６０２６２９
４０号公報に示されるように、重量比でＣ：３．Ｑ〜４
．５％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．
０％、Ｍｇ：０．０２〜０．１０％、残部がＦｅからな
る組成であって、ベイナイトと残留オーステナイトとを
所定割合含有してなる高ケイ素ベイナイト球状黒鉛鋳鉄
も提案されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このようにＳｉを多量に添加すると、衝撃強
度を向上させる効果が有る反面、オーステンパー処理前
の金属組織中にフェライトが多量に析出するため、オー
ステンパー処理後の炭素固溶度が少なくなってベイナイ
トの硬さが低下したり、或いは、フェライトが残留して
疲労強度が低下したりする。例えば、オーステンパー処
理前の金属組織がパーライトである場合には疲労強度が
２１Ｋｇｆ／ｍｍ”であるのに対してフェライトである
場合には１５Ｋｇｆ／什ｍ２である。

前記に鑑みて、本発明は、高強度や高靭性を維持しつつ
、球状黒鉛鋳鉄の疲労強度を向上させることを目的とす
る。また、このような球状黒鉛鋳鉄を簡易に製造する方
法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記の目的を達成するため、請求項（１）の発明は、Ｓ
ｔと共にＣｒが所定量配合された組成にすると共に、金
属組織中にフェライトが含まれないようにするものであ
る。

具体的に請求項（１）の発明の講じた解決手段は、球状
黒鉛鋳鉄を、重量比でＣ：３．Ｏ〜４，５％、Ｓ　ｉ　
：　３．　２〜４．６％、Ｍｎ　：　０．　３〜１．　
０％、Ｃｒ　：　０．　１〜１．　０％、Ｍｇ：０．０
１〜０．１０％、残部がＦｅからなる組成であって、フ
ェライトを含まないでベイナイトと残留オーステナイト
とからなる金属組織にする構成とするものである。

また、請求項（２）の発明は、前記請求項（１）の発明
の球状黒鉛鋳鉄を得るに当って、球状黒鉛鋳鉄素材中の
ＳｉとＣｒの配合量を限定すると共に、この素材を所定
温度下で保持してオーステナイト化するものである。

具体的に請求項（２）の発明の講じた解決手段は、重量
比でＣ：３，０〜４．５％、Ｓｉ：３．２〜４．６％、
Ｍｎ　：　０．　３〜１．　０％、Ｃｒ：０゜１〜１．
０％、Ｍｇ：０．．０１〜０．１０％、残部がＦｅから
なる組成の球状黒鉛鋳鉄素材を、９２０〜１０００℃で
保持してオーステナイト化した後、恒温変態処理して、
フェライトを含まないでベイナイトと残留オーステナイ
トとからなる金属組織を得る構成としたものである。

（作用） 請求項（１）の発明により、Ｓｉが所定量配合されてい
るため、高強度及び高靭性が維持されると共に、素材の
耐酸化性及び耐脱炭性が向上しオーステンパー時の酸化
、脱炭が防止されて表面異常層が発生しないので疲労強
度の低下を招かない。また、Ｓｉが多量に配合されてい
るにも拘らず、Ｃｒが所定量配合されているため、フェ
ライトの発生が防止されるので、疲労強度が向上する。

請求項（２）の発明により、球状黒鉛鋳鉄素材中にＳｔ
とＣｒとが所定量配合されているため、高強度及び高靭
性が維持されると共に、オーステンパー時の酸化、脱炭
が防止されて表面異常層の発生が防止される。また、素
材を９２０〜１０００°Ｃの温度下で保持してオーステ
ナイト化するためフェライトの発生が防止される。この
ようにして、高強度及び高靭性が維持されると共に、疲
労強度の高い球状黒鉛鋳鉄が得られる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に係る球状黒鉛鋳鉄は、重量比でＣ：３゜０−４
．５％、Ｓ　　ｉ　　：　　３．　２−４．　６％、Ｍ
ｎ　：０．３〜１．０％、Ｃｒ：Ｏ，コ−〜１，０％、
Ｍｇｏｏ、０１〜０．１０％、残部かＦｅからなる組成
であって、フェライトを含まないでベイナイトと残留オ
ーステナイトとからなる金属組織を有しているもめであ
る。

球状黒鉛鋳鉄の組成を前記のように限定した理由は次の
通りである。

Ｓｉについては、熱処理時の耐酸化性を向上させるため
に、通常よりも多く配合するものであって、配合量につ
いては、３．２重量％未満では耐酸化性が不十分であり
、また、４．６重量％を超えると耐酸化性が飽和する一
方、製造が困難になるので、３．２〜４．６重量％の範
囲が好ましい。

Ｃｒを添加するのは次の理由である。すなわち、前記の
ようにＳｔが通常より多く配合されているため、球状黒
鉛鋳鉄素材の金属組織中に多量のフェライトが析出し、
オーステンパー処理後の基地中の炭素固溶度が減じ、ベ
イナイトか軟化して疲労強度が低下してしまう。そこで
、Ｃｒを添加することにより、オーステンパー処理前の
金属組織をパーライト化し、且つ、熱処理時の耐酸化性
を向上させるのである。

Ｃｒの配合量については、０゜１重量％未満ではオース
テンパー処理前の金属組織をパーライト化したり、或い
は耐酸化性を向上させるには不十分であるためであり、
また、１．０重量％超では前記の効果が飽和すると共に
、高硬度な炭化物を析出して被削性を悪化させるので０
．　１〜１０重量％の範囲が好ましい。

Ｃの配合量については、通常の球状黒鉛鋳鉄と同様であ
り、３．０重量％未満では鋳造性が悪くなり、また、４
゜５重量％超では球状黒鉛の粒径が大きくなって疲労強
度が低下するので３．　０〜４．５重量％の範囲が好ま
しい。

Ｍｎについては、通常、組成中にＳが配合されているが
、このＳは球状化阻害元素であるので、Ｍｎを添加する
ことによりＭｎＳを形成させて、素材中のＳの量を適正
化するために配合するものである。このＭｎの配合量に
ついては、通常の球状黒鉛鋳鉄と同様であって、０．　
３重量％未満では黒鉛の球状化が十分に図れず、また、
１．０重量％超ではＦｅ５Ｃが多くなってチル化し易く
なり加工性が劣るので、０．３〜１．０重量％の範囲が
好ましい。

Ｍｇは球状化元素であって、その配合量についでは、通
常の球状黒鉛鋳鉄と同様であって、０゜０１重量％未満
では黒鉛が球状化せず、また、０゜１０重量％超では球
状化が飽和する一方チル化し易くなるので、０．０１〜
０．１０重量％の範囲が好ましい。

以上のように、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄はＳｉが所定
量配合されているので、従来どおり高強度と高靭性を有
していると共に、累月の耐酸化性及び脱炭性が向上し、
オーステンパー時の酸化、脱炭が防止されて表面異常層
が発生しないため疲労強度の低下を招かない。また、Ｓ
ｉが多量に配合されているにも拘らず、Ｃｒが所定量配
合されているので、球状黒鉛鋳鉄素材にフェライトが析
出しないためオーステンパー処理後にベイナイトの硬さ
が減少せず、また、オーステンパー処理後にフェライト
が残留して疲労強度の低下を招くこともない。

以下、球状黒鉛鋳鉄の製造方法について説明する。

まず、前記の組成からなる球状黒鉛鋳鉄素材を９２０〜
１０００℃で保持してオーステナイト化する。このよう
な温度下でオーステナイト化する理由は次の通りである
。すなわち、９２０℃未満では前記のＳｔの影響により
Ａ１点が上昇しているので、素材のオーステナイト化が
不十分となり、オーステンパー処理後にフェライトが残
留して疲労強度が低下するためであり、１０００　’Ｃ
超では製造が困難になると共に、結晶の粗大化によって
緒特性が低下するためである。

次に、オーステナイト化した球状黒鉛鋳鉄素材を恒温変
態処理であるベイナイト化処理をして、フェライトを含
まないでベイナイトと残留オーステナイトとからなる金
属組織を有する球状黒鉛鋳鉄を得る。

〜　１１ 以下、本発明の効果を評価するために行なったテスト結
果について、前記の第１表〜第４表に基づいて説明する
。

まず、第１表の具体例及び比較例１〜３に示す配合とな
るように調整した溶湯を、直径１２ｍの平滑小野式回転
曲げ疲労試験片型に鋳込み、球状黒鉛鋳鉄素材を得た。

この素材の鋳放し状態における金属組織は第１表の第７
欄に示すとおりであった。

次に、これらの素材を各々第２表の第２欄に示すオース
テナイト化処理及び第３欄に示すベイナイト化処理をし
た後、試験のための掴み部を加工して疲労試験片を得た
。

第３表は、このようにして得た疲労試験片に対して行な
った小野式回転曲げ疲労試験の結果を示し、各々の評価
は次のとおりである。

すなわち、具体例のものは、第１表に示すように、Ｓｔ
を多量に配合している一方でＣｒを所定量配合している
ので、ＳｌとＣｒによる耐酸化性の向上が図られて異常
層の発生が防止されると共に、Ｃｒによりオーステンパ
ー処理前の球状黒鉛鋳鉄素材の金属組織がパーライト化
され、また、第２表に示すように、適切な温度下で保持
されているため十分にオーステナイト化処理されている
。

このため、第３表に示すように、基地組織はフェライト
が含まれないベイナイトと残留オーステナイトとの混在
組織であるから、高度の硬さを有すると共に、表面に異
常層が発生しないで疲労強度が高い。

比較例１のものは、第１表に示すように、Ｓｉを多量に
配合しているにも拘らずＣｒを配合していないので、球
状黒鉛鋳鉄素材の基地組織にフェライトが析出している
。このため、第２表に示すようなオーステンパー処理を
しても・ベイナイトが軟化して、第３表に示すように、
所望の硬さが得られず、また、疲労強度が劣る。

比較例２のものは、第１表に示すように、具体例と同様
にＳｉと共にＣｒが配合されているが、第２表に示すよ
うに、オーステナイト化処理の温度が低いので金属組織
が十分にオーステナイト化せず、第３表に示すように、
基地組織にフェライトが残留し、硬さ及び疲労強度の点
で具体例のものよりも劣る。

比較例３のものは、第１表に示すようにＳｉの配合が少
なくＣｒが配合されていないため、耐酸化性が悪くなり
、また、第２表に示すようなオステンパー処理をしても
、第３表に示すようにオステンパー処理時に異常層が発
生して鋳造欠陥等の影響を受は易くなること等の理由に
よって疲労強度が劣る。

第４表に示す比較例４は、Ｓｉが配合されているにも拘
らずＣｒを配合していないが、オーステンパー処理にお
いて酸化しないような厳格な炉の雰囲気条件を設定した
ものであって、高い疲労強度を得ている。しかし、前記
のようにこのような条件設定は極めて困難なので生産性
が悪い。ところが、具体例のようにすると、前記のよう
な厳格な条件設定無しで比較例４と同様の疲労強度が得
られる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明に係る球状黒
鉛鋳鉄によると、Ｓｉ及びＣｒが所定量配合されている
と共に金属組織中にフェライトが含まれていないため、
素材の耐酸化性及び耐脱炭性が向上して表面異常層の発
生が防止されるので、高強度や高靭性が維持されつつ疲
労強度が向上する。

また、請求項（２）の発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方
法によると、球状黒鉛鋳鉄素材中にＳｉとＣｒとが所定
量配合されているため、素材の耐酸化性及び耐脱炭性が
向上して表面異常層の発生が防止され、且つ、所定の温
度下で保持してオーステナイト化されているため、フェ
ライトの発生が防止されるので、高強度や高靭性が維持
されつつ疲労強度の高い球状黒鉛鋳鉄を簡易に得ること
ができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比でＣ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：３．２〜
   ４．６％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：０．１〜１
   ．０％、Ｍｇ：０．０１〜０．１０％、残部がＦｅから
   なる組成であって、フェライトを含まないでベイナイト
   と残留オーステナイトとからなる金属組織であることを
   特徴とする球状黒鉛鋳鉄。
2. （２）重量比でＣ：３．０〜４．５％、Ｓｉ：３．２〜
   ４．６％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：０．１〜１
   ．０％、Ｍｇ：０．０１〜０．１０％、残部がＦｅから
   なる組成の球状黒鉛鋳鉄素材を、９２０〜１０００℃で
   保持してオーステナイト化した後、恒温変態処理して、
   フェライトを含まないでベイナイトと残留オーステナイ
   トとからなる金属組織を得ることを特徴とする球状黒鉛
   鋳鉄の製造方法。