JPH03104841A

JPH03104841A - 球状黒鉛鋳鉄

Info

Publication number: JPH03104841A
Application number: JP24039689A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Nanjiyou; 南條　活己; Toru Sakurada; 桜田　徹
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-09-16
Filing date: 1989-09-16
Publication date: 1991-05-01

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、特に高周波焼入特性が優れた
球状黒鉛鋳鉄に関するものである。

（従来の技術）従来から自動車用エンジンの製造コストの低減及び＠量
化を図るために、クランク軸及びカム軸等を球状黒鉛鋳
鉄によって製造することが試みられている。上記エンジ
ン用クランク軸及びカム軸等に適する高強度の球状黒鉛
鋳鉄（例えばＪＩＳ　−ＦＣＤ７０　，　ＦＣＤ８０等
）を用いて鋳造素材を製造したのち必要な機械加工を施
して得られた製品は、耐摩耗性及び疲労強度に訃いて従
来使用されてきた鍛造品と較べ可成劣ることが確認され
ている・球状黒鉛鋳鉄製クランク軸及びカム軸等の耐摩
耗性及び疲労強度を改善するために、例えばカム軸のカ
ム面等必要部分に高周波焼入れを行なう試みがなされた
。しかしながら、通常の球状黒鉛鋳鉄鋳造粗材は、その
ミクロ組織が、一例として第２図｛Ｎの金属組織を示す
写真に示されているように、黒鉛ｇと・ぞーライトｐ（
基地）とフエライトｆとからなυ、フエライトが多いた
めに、炭素鋼鍛造品と同様の要領で短時間の高周波焼入
れを行なった場合、第２図ＦＢ）の金属組織を示す写真
に示されているように、析出したマルテンサイトｍ（基
地）内に相当量のフエライトｆが残存し、この結果、表
面硬度のばらつきが著しく、昔た疲労強度も十分に改善
されないことが確認された。

（発明が解決しようとする課題）球状黒鉛鋳鉄の鋳造粗材に高周波焼入れを施して所望の
耐摩耗性及び疲労強度を得ようとする場合、加熱時間を
上記炭素鋼鍛造品の高周波焼入れにふ・ける加熱時間の
２倍以上とする方法があるが、加熱時間が長いために生
産性が低く、当然製造コストの増大を招くだけでなく、
焼入れ深さのコントロールが困難になり、品質上のばら
つきが大きくなる不具合がある。１た、球状黒鉛鋳鉄の
鋳造粗材に例えば８６０℃、２時間の焼準を行ない鋳放
し組織中のフエライトの可及的大部分（好１しくはフエ
ライト量を面積率として５多以下とする）を・ぞーライ
ト化したのち、研磨代を残して所要部分の機械加工を行
ない、当該機械加工部分に高周波焼入れを施したうえ、
更に必要に応じ低温度例えば５００〜５５０℃、２時間
の焼鈍を行ない、その後研磨を行なう方法もあるが、焼
準、焼鈍等の熱処理に多犬の設備、処理時間、工程間の
ハンドリング等を必要とするので、製造コストの増大を
免れない欠点がある。

本発明は、上記事情に鑑み創案されたもので、球状黒鉛
鋳鉄の成分元素に工夫を加えることによって、鋳放し粗
材に釦けるフエライト量を５多以下（面積率）に抑制し
、過大な高周波加熱時間及び面倒な熱処理を必要とする
ことなく優れた高周波焼入れ特性を得ることができる球
状黒鉛鋳鉄を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は、炭素３．　０〜４
．０係、シリコン１．７〜２．４％、マンガン０．４〜
０．７係、銅０．５〜１．３％、マグネシウム０．０２
〜０．０５係、燐０．　１　％以下、硫黄０．０２％以
下、クロム０．　１　５　％以下、モリブデン０．１５
％以下、ニッケル０．１５％以下（何れも重量係）を含
み、残部鉄よりなることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄を提
案するものである。

（作用）本発明によれば、通常の球状黒鉛鋳鉄の成分元素中、特
にマンガンを０．４〜０．７　％　（重量）とし、かつ
銅を０．５〜１．３多とすることによって、鋳造粗材中
のフエライト量を５多以下（面積率）に抑制することが
でき、高周波焼入れを行なうことによって基地組織の殆
どをマルテンサイト化し、高硬度でしかも硬度のばらつ
きが少なく、更に均等かつ制御された深さの焼入れ表面
を得ることができる。渣た、鋳造粗材のパーライト基地
がマルテンサイトに変化する際に膨張するために、非焼
入れ部分と焼入れされた表層部分との間の組織の関係で
焼入れ部分に圧縮応力が発生し、疲労強度が向上する。

（実施例）以下本発明を実施例について具体的に説明する。

下記第１表に夫々の化学成分を示した種々の組成の球状
黒鉛鋳鉄Ａ乃至Ｊを用いて、自動車用ディーゼルエンジ
ンのカムシャフトを鋳造した。

上記第１表中、試験材料Ｄ，Ｅ及びＨ，Ｉ，Ｊが本発明
の実施例であって、何れもそれ自体安価な合金成分であ
るマンガン０．４〜０．７％、銅０．５〜１．３係を含
有する点に特徴があシ、その他の試験材料Ａ，Ｂ，Ｃ及
びＦ　．Ｇはマンガン又は（及び）銅の含有量が上記範
囲から逸脱している参考材料である。捷た、前述したよ
うに金属組織中のフエライトの存在が高周波焼入れ特性
を損なうことが認められていたので、上記各試験材料に
よシカムシャフトを鋳造を行なうに当り、鋳込み後でき
るだけ早く型ばらしを行ないフエライトの析出を抑制す
る手段がとられた。

上記第１表所載の試験材料Ａ乃至Ｊで鋳造された鋳放し
カムシャフトのプリンネル硬度、金属組織におけるフエ
ライト率多（面積）及び高周波焼入れ前１ｃ必要な機械
加工を行ない得るかどうか、即ち被剛性について調べた
結果が、下記第２表に示されている。

第　　２表第２表から明らかなように、本発明に属する試験材料Ｄ
，Ｅ及びＨ，Ｉ，Ｊは、フエライト率が５多以下で硬度
（ＨＢ　）ぱ２４０乃至２７７であシ、被削性も良好又
はやや不良であって、機械加工の点で実用性があること
が認められた。参考試験材料のうち、過剰量の銅を含む
Ａ及びＦは、硬度（ＨＢ）が２８５以上で被削性が悪く
、高周波焼入れ特性を調べる壕でもなく、既に機械加工
の点で実用性に欠けることが認められた。壕た、参考試
験材料のうち、特に過少量の銅を含むＢ及びＣは、フエ
ライト率が極めて高〈、かつ硬度（ＨＢ）が２２０以下
で非常に軟かく、一例として試験材料Ｂの鋳放し粗材の
金属組織は第２図（Ａｔに示すと釦りであって、既に説
明したように、黒鉛ｇとその周辺に析出した多量のフエ
ライトｆと・ぞーライトｐ（基地）とからなっている。

一方、本発明に属する試験材料では、一例として試験材
料ｄの鋳放し粗材の金属組織を示す第１図（Ａ）から明
らかなように、ノＲ−ライ｝ｐ（基地）内に球状黒鉛ｇ
が分散した組織になってふ・り、フエライトｆは僅かし
か析出していない。

次に、上記試験材料Ａ乃至Ｊで鋳造された鋳放しカムシ
ャフトのカム面に機械加工を施したのち、炭素鋼鍛造品
と実質的に同一の条件で高周波焼入れを行ない、カムノ
ーズ部の表面硬さ及び金属組織を調べた結果が、下記第
３表に示されている。

第　　　３　　　表上記第３表に示されているように、被削性の点で既に実
用性に欠よる試験材料Ａ及びＦを除く参考試験材料Ｂ，
Ｃ及びＧは、鋳放し粗材に訃けるフエライト率が７〜２
０’ｌと高いために、通常の高周波焼入れを行なった場
合、金属組織中にフエライトの残存が認められ、その一
例として材料Ｂの高周波焼入れ後の金属組織が第２図（
Ｂ）に示されている。捷た、これら参考材料Ｂ，Ｃ及び
Ｇはカムノーズ表面硬さ（　ＨＶ　）が低〈、従って圧
縮残留応力が小さく、疲労強度も当然に小さい。

一方、本発明に属する試験材料Ｄ，Ｅ及びＨ，Ｉ，Ｊで
は、鋳放し粗材の組織内に実質的にフエライトが析出し
ていないために、一例として第１エ図（Ｂ）に試験材料材の高周波焼入れ後の金属組織が示
されているように、パーライトｐ（基地）が実質的にす
べてマルテンサイトｍに変化し、カムノーズ表面の硬化
（ＨＶ）も平均的に高く、従って圧縮残留応力が大きく
、つれて疲労強度も大きいことが示されている。

以上の結果として、第３表の最右欄「判定」の項に記載
されているように、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄Ｄ，Ｅ及
びＨ，Ｉ，Ｊは、炭素鋼鍛造品と略同等の高周波焼入れ
特性も具えていて、耐摩耗性及び疲労強度が優れて釦り
、しかも面倒な熱処理や長い高周波加熱時間を必要とせ
ず、筐た高価な合金成分を含捷ないので、製造コストが
安く、かつ焼入深さ（通常３〜５　ｍ　）を効果的に制
御し得る利点を有し、実用に適することが確認されたの
である。

（発明の効果）叙上のように、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄は、炭素３．
０〜４．０％、シリコン１．７〜２．４％、マンガン０
．４〜０．７多，銅０．５〜１．３％、マグネシウム０
．０２〜０．０５％、燐０．１多以下、硫黄０．０２％
以下、クロム０．１５％以下、モリブデン０．１５φ以
下、ニッケル０．１５％以下（何れも重量予）を含み、
残部鉄よりなることを特徴とし、自動車用エンジンのカ
ム軸やクランク軸等の製造に適する高周波焼入れ特性を
具えた球状黒鉛鋳鉄を安価に提供することができるので
、産業上極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　；ｔ本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の鋳放し
粗材にふ・ける金属組織を示した写真、第１図（Ｂ）は
第１図（Ａ）に示した鋳放し粗材に高周波焼入れを施し
たものの金属組織を示した写真、第２図（Ａ）は本発明
に含１れない球状黒鉛鋳鉄の鋳放し粗材における金属組
織を示した写真、第２図（Ｂ）は第２図（Ｎに示した鋳
放し粗材に高周波焼入れを施したものの金属組織を示し
た写真である。ｇ・・・黒鉛、ｆ・・・フエライト、ｐ・・・パーライ
ト、ｍ・・・マルテンサイトオ１図（Ａ）オｌ図（Ｂ） ρ］　　呂才２図（Ａ）ト　ｆ　　　　乙＋２図（Ｂ）ｍｇ’ｆ手　　続　　補　　正　　書（自発）平成２年２月７　日１　事件の表示平或１年特許願第２４０３９６号２発明の名称球状黒鉛鋳鉄３補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　　東京都港区芝五丁目３３番８号名称　　（６２
８）三菱自動車工業株式会社代表者　　中　村　裕４．代理人郵便番号　　　２２７別紙１特許請求の範囲炭素３．０〜４．０％、シリコン１．７〜２．４％、マ
ンガン０．４〜０．８％、銅０、５〜１．３％、マグ不
シウム０．０２〜０．０５％、燐０．１％以下、硫黄０
．０２％以下、クロム０．１５％以下、モリブデン０．
１５％以下、ニッケル０．１５％以下（何れも重量％）
を含み、残部鉄よりなることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄自６補正の対象発明細書の特許請求の範囲の欄別紙２本願明細書中１．第３頁第１３行ないし同頁第１５行に「更に必要に
応じ・・方法もあるが」とあるを「研磨を行い、更に必
要に応じ低温度例えば１６０〜２００゜Ｃ、２時間の焼
鈍を行う方法もあるが」に訂正する。２，第４頁第９行目、同頁第１７行目、第７頁第３行目
及び第１２頁第６行目に「０．７％」とあるを「０．８
％」に夫々訂正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

炭素３．０〜４．０％、シリコン１．７〜２．４％、マ
ンガン０．４〜０．７％、銅０．５〜１．３％、マグネ
シウム０．０２〜０．０５％、燐０．１％以下、硫黄０
．０２％以下、クロム０．１５％以下、モリブデン０．
１５％以下、ニッケル０．１５％以下（何れも重量％）
を含み、残部鉄よりなることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄