JPH032927B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳鉄部品の熱処理方法に関するもので
ある。

一般に鋳鉄部品を固溶体形成温度（830〜1000
℃）に一定時間加熱保持してオーステナイト化し
た後、急冷して例えば220〜400℃の温度に所定時
間恒温保持するいわゆるオーステンパー処理を施
すと、この鋳鉄部品がベイトナイト組織となつて
その靭性が大巾に向上することは周知である。そ
して、かかる熱処理を施した鋳鉄部品としては、
例えば強靭性を要求されるステアリングナツク
ル、コンロツド、差動機のリングギヤなどの自動
車用部品等がある。

従来、上記オーステンパー処理を施すにあたつ
ては、鋳鉄部品をオーステナイト化した後、例え
ばベイナイト生成温度に保持した塩浴中に焼入
れ、ここで組織が完全にベイナイトに変化するま
で保持する方法が一般にとられている（例えば特
公昭55−3422号公報参照）。つまり、冷却とオー
ステンパー処理とを一つの浴で行なう方式である
が、かかる方式では全体の処理時間が長くならざ
るを得ない。そこで、従来は、冷却とオーステン
パー処理とを別々の手段で行ない、冷却浴の温度
をオーステンパー処理温度よりも低くして急冷せ
しめることにより全体の処理時間を短縮すること
も行なわれている。

しかるに、かかる急冷を行なう場合、鋳鉄部品
の表面温度がオーステンパー処理温度に達する前
に冷却浴から引き上げて恒温保持しないと、表面
部にマルテンサイトが多量に混在して鋳鉄部品の
機械的性質を損う結果となる。しかも、鋳鉄部品
の表面と内部では温度降下速度が異なるため、冷
却浴からの引き上げ時点で両者の温度差が例えば
200度以上にもなることがあり、この状態で鋳鉄
部品を恒温処理炉に投入しても前記温度差が解消
されるのに例えば10分以上かかることがある。そ
の間、内部では高温での変態が進行する結果、強
度の低いベイナイトが生じたり、さらにはパーラ
イト、羽毛状ベイナイトが生成することになる。
すなわち、冷却浴からの鋳鉄部品の引き上げタイ
ミングを誤まると所期のベイナイトが生成され
ず、このタイミングをはかるのが難しいという問
題がある。

本発明は、かかる点に鑑み、オーステナイト化
温度からオーステンパー処理温度までの冷却にオ
ーステンパー処理温度よりも低い温度の流動床炉
を用い、鋳鉄部品がオーステンパー処理温度より
も上の所定温度になつた時点で流動床炉における
流動を停止し、流動用粒体の断熱効果を利用して
徐冷することにより、鋳鉄部品の表面部の過冷を
防止するとともに、該表面部と内部の温度差を短
時間でなくし、該鋳鉄部品がオーステンパー処理
温度になつた時点で流動床炉から取り出して恒温
処理炉でオーステンパー処理を行なうことによ
り、安定したベイナイト組織が得られるようにし
た鋳鉄部品の熱処理方法を提供するものである。

以下、本発明の構成を実施例につき図面に基づ
いて説明する。

第１図は本発明で使用する流動床炉の一例を示
す。すなわち、同図の流動床炉１において、２は
炉体で下部に分流板３が取り付けられ、該分流板
３の上に流動用粒体４がある。分流板３には流動
用エアのみが通ることができる孔が分流板３の全
体にわたつて均等に開設されている。炉体２の外
周には加熱ヒータ５が設けられ、また炉体２の底
部にはエアポンプ７が通気管６で連結されてお
り、該通気管６にはバルブ８が介設されている。
９は鋳鉄部品である。

流動用粒体４としては、セラミツク、例えば、
Al₂O₃，SiO₂，ZrO₃，MgOなどの金属酸化物、
TiC，BaCなどの炭化物、サーメツト類が用いら
れる。流動用気体としては空気の他、窒素、アル
ゴン、炭酸ガスなどを用いてもよい。

鋳鉄部品９の熱処理工程は第２図に示されてい
る。

第１工程においては、鋳鉄部品９を高温加熱炉
に装入し、オーステナイト化温度（850〜1000℃）
に加熱する。高温加熱炉の雰囲気としては、大気
状態、真空状態、アルゴンや窒素などの不活性ガ
スあるいは浸炭性ガスを充満させた状態のいずれ
でもよい。

第２工程においては、高温加熱炉から取り出し
た鋳鉄部品９を流動床炉１へ装入し、急冷する。
流動床炉１は炉体２内の温度がオーステンパー処
理温度（200〜400℃）よりも低い温度となるよう
に加熱ヒータ５およびエアポンプ６からのエアの
供給により調節しておく。また、流動用粒体４は
分流板３の下方からのエアの供給により浮遊流動
した状態にある。この第２工程では、鋳鉄部品９
を表面温度がオーステンパー処理温度よりも上の
所定温度（450℃以下）になるまで冷却する。こ
の所定温度については後述する。

第３工程においては、鋳鉄部品９の表面温度が
前記所定温度に達した時点で、炉体２内へのエア
の供給を止め、流動用粒体４の流動を停止した状
態で鋳鉄部品９の徐冷を行なう。この徐冷におい
ては、流動を停止した流動用粒体４が断熱作用を
呈し、鋳鉄部品９の表面温度の降下速度が極めて
遅くなるとともに、内部温度は比較的短時間で表
面温度と等しくなる。この第３工程では、鋳鉄部
品がオーステンパー処理温度になるまで徐冷す
る。

第４工程においては、鋳鉄部品９が所期のオー
ステンパー処理温度の±20度の範囲になつた時点
で、該鋳鉄部品９を流動床炉１から取り出して恒
温処理炉へ入れ、該恒温処理炉でオーステンパー
処理を行なう。

第５工程においては、鋳鉄部品９のオーステン
パー処理が完了した時点で、該鋳鉄部品９を恒温
処理炉から取り出し、炉外で冷却する。

なお、恒温処理炉は例えば大気、窒素あるいは
真空の雰囲気とする。

次に、鋳鉄部品の流動床炉での冷却につき、第
３図に示す比較試験結果に基づいて説明する。

供試材は直径35mm、高さ35mmの内柱状鋳鉄部品
で、Cuを0.8重量％、Moを0.08重量％含有するダ
クタイル鋳鉄製のものである。試験は、上記鋳鉄
部品の表面と中心部とにそれぞれ熱電対を取り付
け、該鋳鉄部品を920℃から流動床炉に焼入れた
ときの冷却曲線をみるものである。比較は、流動
床炉の温度を常温（11℃）として鋳鉄部品がオー
ステンパー処理温度よりも上の所定温度で流動を
停止した本発明例と、オーステンパー処理温度
（250℃）に保持した流動床炉で焼入れした比較例
１と、流動床炉は常温で途中で流動を停止するこ
となく冷却を続行した比較例２との間で行なつ
た。第３図に示す冷却曲線において、K₁，K₂は
本発明例、L₁，L₂は比較例１、M₁，M₂は比較例
２にかかるもので、それぞれK₁，L₁，M₁は表面
部、K₂，L₂，M₂は中心部に関する。

本発明例の場合、K₁で示される表面部の温度
がオーステンパー処理温度（250℃）よりも40度
程度高い時点、つまり、焼入れ後、１分強経過し
た時点ａで流動を停止している。この時点では表
面部と中心部の温度差は200度近くあるが、流動
用粒体の断熱作用により表面部の過冷が抑えられ
る結果、５分後には前記温度差が完全に解消して
いる。そして、冷却速度がゆるやかになるため、
250℃の恒温処理炉に移すタイミングも鋳鉄部品
と恒温処理炉との温度差を±５℃として60秒程度
の時間的余裕があり、タイミングをとりやすい。

これに対し、比較例１の場合、急冷速度が遅い
ため、表面部の冷却曲線L₁のｂおよび中心部の
冷却曲線L₂のｃにおいてA₁変態停点が明確にあ
らわれており、冷却時間が長くなるとともに焼入
れ不良を生じ易い。

比較例２の場合、冷却曲線M₁で示される表面
部の温度は約５分で常温に達する。このダクタイ
ル鋳鉄のMS点（マルテンサイト組織が析出する
温度）は約200℃であり、その温度に達する前、
つまり約1.2分を経過する前に流動床炉から取り
出さなければならない。さらには、中心部にA₁
変態が生じなくなる時点ｄから表面部温度がMS
点を越えない時点ｅまでの極めて短時間のうちに
鋳鉄部品を取り出さなければならない。しかも、
そのときでも表面部と中心部とでは温度差が200
度程度あるため、このまま鋳鉄部品を恒温処理炉
へ投入しても温度差は10分以上解消されず、所望
のベイナイト組織と異なる組織が生じ易い。

第４図は、流動停止のタイミングを変えた場合
の冷却曲線を示すもので、供試材および測温方法
は前記比較試験と同様である。

同図の冷却曲線において、P₁，P₂は流動停止
を表面部温度が350℃の時点で行なつた例であり、
また、Q₁，Q₂は流動停止をMS点の直前で行なつ
た例である。P₁，Q₁は表面部、P₂，Q₂は中心部
に関する。

流動停止が早い場合は、冷却曲線P₂上でｆで
示される如く中心部にA₁変態が観察される。ま
た、流動停止が遅い場合は、表面部と中心部との
温度差が解消される時点でMS点以下の温度とな
つている。従つて、流動停止のタイミングは、所
期のオーステンパー処理温度よりも高温でしかも
その温度より上方100度未満がよい。つまり、所
期のオーステンパー処理温度よりも100度以上の
時点で流動停止すると、所期のオーステンパー処
理温度に達するのに長時間を要するとともに、高
温での変態が進行する結果、強度の低いベイナイ
トが混在することになり、さらに中心部ではパー
ライトや羽毛状ベイナイトが生成し易くなり好ま
しくない。また、所期のオーステンパー処理温度
よりも低い温度で流動を停止すると、恒温処理炉
において所期のオーステンパー処理温度に到達す
るのに時間がかかり、さらに、所期のベイナイト
組織よりも硬くてもろいベイナイトが混在する結
果となり好ましくない。

また、鋳鉄部品を流動床炉から引き上げるタイ
ミングは、鋳鉄部品各部の温度がオーステンパー
処理温度の±20度の範囲にあるときである。例え
ば、大気を雰囲とする恒温処理炉では、塩浴と違
つて熱伝達量が非常に小いため、鋳鉄部品が恒温
処理炉の温度と等しくなるのに時間がかかる。従
つて、鋳鉄部品の温度が恒温処理炉の温度にでき
るだけ近くなつた時点で引き上げるのが良く±20
度を越えると直径25mm、高さ25mm程度の小さなも
のでも恒温処理炉の温度に達するまでに180秒程
度かかり好ましくない。

なお、ダクタイル鋳鉄としてはFCD45相当の
ものやこれにMo，Niなどの合金元素を含有した
ものでもよく、また、本発明はダクタイル鋳鉄以
外の他の鋳鉄にも適用することができる。

また、本発明が鋳鉄部品全体を均一な組織にす
る場合だけでなく、表面より所定深さまでの層に
のみオーステンパー処理を施す場合にも適用でき
ることはもちろんである。

以上のように、本発明によれば、鋳鉄部品がオ
ーステンパー処理温度よりも上の所定温度になつ
た時点で流動床炉における流動を停止して徐冷す
るようにしたから、鋳鉄部品表面部の過冷を流動
用粒体の断熱作用により抑えつつ、表面部と内部
との温度差を短時間で解消することができ、ま
た、過冷が抑えられる結果、流動床炉から鋳鉄部
品を恒温処理炉に移すタイミングもとり易くな
り、恒温処理炉でのオーステンパー処理により所
期の金属組織が得易くなるという優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を例示し、第１図は流
動床炉の全体構成図、第２図は熱処理工程図、第
３図は本発明方法と他の熱処理方法との冷却曲線
を示すグラフ図、第４図は流動停止時期を変えた
場合を示すグラフ図である。 １……流動床炉、４……流動用粒体、７……エ
アポンプ、８……バルブ、９……鋳鉄部品。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳鉄部品をオーステナイト化温度に加熱し、
   次いで該鋳鉄部品をオーステンパー処理温度より
   も低い温度の流動床炉に入れ、該鋳鉄部品がオー
   ステンパー処理温度よりも上の所定温度になつた
   時点で流動を停止して徐冷し、該鋳鉄部品がオー
   ステンパー処理温度になつた時点で該鋳鉄部品を
   流動床炉から取り出して恒温処理炉へ入れ、該恒
   温処理炉でオーステンパー処理を行なうことを特
   徴とする鋳鉄部品の熱処理方法。