JPH04147941A

JPH04147941A - フェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04147941A
Application number: JP27274090A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Iki; 壱岐　芳秋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1990-10-11
Publication date: 1992-05-21

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、曲げ延性及び曲げ疲労強度に優れたフェライ
ト系球状黒鉛鋳鉄鋳物及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

球状黒鉛鋳鉄は、その発明以来材質改善及び生産技術の
改良が重ねられ、ＪＩＳＧ５５０２によると、強度面で
は引張強さ８０ｋｇｆ／ｍｍ”延性面では伸び１７％と
いうようになり、自動車用強度部品にも広く採用されて
いる。このような部品にかかる負荷の種類としては、引
張、圧縮、曲げ、ねじり等がある。そのうち最も頻度が
高く、応力レベル的にも影響度の大きい負荷は曲げ荷重
である。この曲げ荷重による破壊の場合には、材料力学
の理論が示す通り、表面部に農大応力が発生する。部品
の強さは、その部品の表面部の機械的性質、硬度、残留
応力及び表面粗さ、表面欠陥等の特性の影響を強く受け
る。特に、鋳肌のまま使用される球状黒鉛鋳鉄鋳物部品
には、鋳肌表面の強度が非常に重要になってくる。従っ
て、鋳肌の表層には強度の低下を招くような欠陥や異常
組織が存在してはならない。

従来の球状黒鉛鋳鉄鋳物では、鋳造時に鋳型中に含まれ
るＳのような球状化阻害元素の影響、鋳型境界部に発生
するガスの影響、或いはフエイディング等により鋳肌表
面付近に片状黒鉛やバーミキュラー黒鉛のような本来の
球状黒鉛以外の異常な黒鉛が生成されたり、砂入り、接
種剤の溶は残り等々の介在物欠陥が多く見られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

球状黒鉛鋳鉄鋳物の鋳肌の表層に、前記の異常黒鉛や介
在物が存在する場合、その異常黒鉛が鋭い切り欠きとし
て作用したり、介在物欠陥部がボイドとし作用したりし
て、部材の大幅な強度低下を招く原因となる。鋳肌のま
ま使用される自動車用の懸架装置部品では、前述のよう
な表面層の欠陥の存在が曲げ延性及び曲げ疲労強度に悪
影響を与える。

鋳肌のまま使用する球状黒鉛鋳鉄鋳物の曲げ延性及び曲
げ疲労強度を向上するため、ショットピーニング処理が
広く行われている。このショットピーニング処理を施し
た場合、加工硬化及び表面の圧縮残留応力の効果で、表
面層に異常黒鉛や介在物欠陥が存在する球状黒鉛鋳鉄に
おいても、疲労強度は若干ではあるが向上する。しかし
、鋼球を表面に叩きつけるハンマー効果だけのショット
ピーニング処理では、鋳肌表面層に存在する異常黒鉛や
介在物欠陥までは取り除くことは出来ない。

従って、この場合も異常黒鉛が切り欠きとして作用し、
曲げ延性及び曲げ疲労強度に悪い影響を与える。

また、鋳造時、球状黒鉛鋳鉄鋳物の表層に前記の異常黒
鉛を発生させないために、接種量を増やす、表層付近を
急速凝固させ溶融状態で鋳型との接触時間を出来る限り
短くして鋳・型内に含まれる球状化阻害元素との反応を
起こさせない、鋳物砂中の水分を減らす、或いは球状化
阻害元素を減らす等の方法があるが、鋳造時に特別な管
理が必要となる。表層の異常黒鉛の発生には他にも多く
の要因があり、前述のような特別な管理を十分に行って
も、完全に表層の異常黒鉛の発生を止めることは難しい
。同様に表層部の介在物欠陥を完全に無くすことも困難
である。

また、品質管理の面から見ても、表層の異常黒鉛或いは
微小欠陥は、その発生の場所、発生の量とも殆ど予測が
できず、表層のみの欠陥を検査して品質を保証すること
は極めて困難である。

本発明の目的は、表面の少なくとも一部を旋削等の加工
を施さず、鋳肌のまま強度部材として使用するフェライ
ト系球状黒鉛鋳鉄鋳物において、表層の欠陥影響を少な
くし、曲げ延性及び曲げ疲労強度を格段に向上し、安全
性が要求される部品に適用できるするフェライト系球状
黒鉛鋳鉄鋳物及びその製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本箱１の発明は、フェライト
系球状黒鉛鋳鉄鋳物であって、鋳肌粗材の黒皮表面の少
なくとも一部の表面層が研削加工除去され、該表面層の
欠陥の主応力方向の投影面積の大きさが０．１ｍｍ”以
下であることを特徴とする。

そして、前記欠陥は表面からの深さが５００μｍ以下に
存在する。

また、本フェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物は、黒皮表面の
少なくとも一部が、引張の曲げ応力を受−ける部位を有
する自動車の懸架装置に用いる。

次に、本箱２の発明は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物
の製造方法であって、鋳肌粗材の黒皮表面の少なくとも
一部の表面層の加工硬化層を研削加工により除去し、該
表面層の欠陥の主応力方向の投影面積の大きさを０．ｌ
ｆｎｍ”以下とすることを特徴とする。

そして、前記研削加工はグリットブラスト、ウェットブ
ラスト及び液体ホーニングのうちの１種以上の組合せか
らなる。

〔作用〕

鋳肌の黒皮表面の少なくとも一部の表面層を研削加工除
去し、該表面から５００μｍ以下の層の欠陥を、主応力
方向の投影面積の大きさが０．　１ｍｍ”以下にすると
、欠陥の影響が大きく減少し曲げ延性及び曲げ疲労強度
が向上する。この曲げ延性及び曲げ疲労強度が向上した
フェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物は自動車の懸架装置とし
て用いることが出来る。

研削加工方法として、グリットブラスト、ウェットブラ
スト及び液体ホーニングのうちの１種以上の組合せによ
れば、極く表層のみに発生する異常黒鉛、表面介在物等
の部材の曲げ延性に大きく影響する表面欠陥を除去でき
、しかも、短時間、低コストで製造することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

（実施例１）本発明の効果を明らかにするために、本発明のものと従
来のものの曲げ延性の比較を試験片を用いて行った。

試験条件は次の通りである。

（１）試験片形状断面の直径３０ｍｍ、長さ４５（１ｍｍの丸棒試験片（２）試験片の材質ＪＩＳＧ５５０２　　ＦＣＤ３７０相当硬度　ＨＢ１４
３〜１６３化学成分を第１表に示す。

（３）試験片の製作方法（Ａ）鋳造後、メツシュ９０番のスチールグリッドを使
用して３分間のブラスト処理を施し、続いて２時間で９
００℃まで昇温し、この温度で２時間保持した後炉冷し
た本発明のもの。

（Ｂ）鋳造後、２時間で９００℃まで昇温し、この温度
で２時間保持した後、２時間で７２０℃まで降温し、こ
の温度で２時間保持した後炉冷した従来のもの。

試験片作製の工程において、メツシュ９０番のスチール
グリッドを使用して３分間のブラスト処理の工程は、表
面層の欠陥を除去するためのもので、２時間で９００℃
迄昇温した後、この温度で３時間保持した後炉冷する熱
処理は、比較実験において、基地組織を完全なフェライ
ト地にするための熱処理であると同時に、スチールグリ
ッドを使用したブラスト処理における加工効果及び残留
の圧縮応力の影響を取り除くための熱処理であり、（Ａ
）、（Ｂ）の試験片について同じ温度条件で行った。

また、（Ａ）、（Ｂ）の試験片は表面粗さの影響を取り
除くために、前記の熱処理直前にショットピーニングに
よって表面粗さをＲｚ＝４５〜５１μｍに合わせている
。即ち、試験片（八）は、スチールグリッドを使用した
ブラスト処理により表面層の欠陥が除去されたものであ
り、試験片（Ｂ）は表面層の欠陥が除去されていないも
のである。

（４）試験方法静的曲げ試験方法は、第１図にて行った。

第１図において、支持スパンＬ＝２５０ｍｍで試験片ｌ
を支点２にて自由支持し、負・筒用治具３の先端Ｒ＝１
２−　　ｓｍｍで、中央部に静的な荷重Ｐを負荷し、試
験片破断までの負荷点の変位量を、（Ａ）本発明品及び
（Ｂ）従来品につき各３回測定した。

各試験片ごとの試験片破断までの変位量の結果を第２表
に示す。

第２表第２表より、（Ａ）本発明品は、（Ｂ）従来品に比べ、
試験片破断までの変位量が平均で約２゜５倍多く、曲げ
延性に優れていることがわかる。

（実施例２）次に、表面欠陥面積が曲げ延性に及ぼす影響について試
験した結果を示す。

試験条件は、次の通りである。

（１）試験片形状実施例１と同じ。

（２）試験片の材質実施例１と同じ。

（３）試験片の製作方法鋳゛造後、試験片中央部をメツシュ９０番のスチールグ
リッドを使用して０．１，３．５．１０分間と処理時間
を変えてブラスト処理を施し、表面層の欠陥面積を種々
変化させ、次いでショットピーニング処理を１５分間行
い、続いて２時間で９００℃まで昇温し、この温度で２
時間保持した後、２時間で７２０℃まで降温し、この温
度で２時間保持した後炉冷した。

試験片作製の工程において、メツシュ９０番のスチール
グリッドによるブラスト処理の工程は、表面層の欠陥を
除去するためのもので、また１５分間のショットピーニ
ング処理は、実験において試験片の表面粗さを全て同じ
レベルにするためめものである。更に２時間で９００℃
迄昇温し、この温度で２時間保持した後、２時間で７２
０℃まで降温し、この温度で２時間保持した後炉冷する
熱処理は、基地組織を完全なフェライト地にするための
熱処理であると同時に、スチールグリッドを使用したブ
ラスト処理及びショットピーニング処理による加工硬化
及び残留の圧縮応力を取り除くための熱処理であり、全
ての試験片について同じ条件で行った。

（４）試験方法静的曲げ試験方法は実施例１と同様である。

第２図に、欠陥面積（ｍｍ”　）に対する曲げ起点部伸
び（％）の試験結果を示す。第２図の示す欠陥面積は、
試験片の疲労亀裂の発生起点における欠陥の主応力方向
への投影面積である。

第２図に示すように、欠陥面積が０．１ｍｍ”より小さ
くなるに従い、起点部の伸びが１０％〜２０％向上する
。

発明者は、この結果より、フェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳
物の表面欠陥は、主応力方向への投影面積で０．１ｍｍ
”以下より小さくすることが、曲げ延性向上につながる
との新しい知見を得た。

（実施例３）次に、本発明と従来のフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物の
曲げ疲労強度の比較を試験片を用いて行った。

試験条件は次の通りである。

（１）試験片形状実施例１と同じ。

（２）試験片の材質実施例１と同じ。

（３）試験片の製作方法（Ａ）鋳造後、試験片中央部をメツシュア０番のスチー
ルグリッドを使用して５分間のブラスト処理を施し、表
面層の欠陥で主応力方向の投影面積が０．１ｍｍ２以下
とした本発明のもの。

（Ｂ）鋳造後、メツシュア０番のスチールグリッドを使
用して５分間のブラスト処理を施し、続いて１時間で６
５０℃迄昇温し、この温度で３時間保持した後炉冷した
本発明のもの。

（Ｃ）鋳造後そのまま試験する従来のもの。

（Ｄ）鋳造後、１時間で６５０℃迄昇温し、この温度で
３時間保持した後炉冷した従来のもの。

試験片作製の工程において、メツシュア０番のスチール
グリッドを使用して５分間のブラスト処理の工程は、表
面層の欠陥を除去するためのもので、１時間で６５０℃
迄昇温した後、この温度で３時間保持した後炉冷する熱
処理は、比較実験においてスチールグリッドを使用した
ブラスト処理における加工効果及び残留の圧縮応力の影
響を取り除くための熱処理であり、（Ｂ）、（Ｃ）の試
験片について同じ温度条件で行った。

即ち、試験片（Ａ）及び（Ｂ）はスチールグリッドを使
用したブラスト処理により表面層の欠陥が除去されたも
のであり、このうち試験片（Ｂ）は研削の効果のみを調
べるため、試験片（Ａ）において表面層に残っている、
スチールグリッドを使用したブラスト処理による加工硬
化及び残留の圧縮応力を取り除くための熱処理を施した
ものである。試験片（Ｃ）は表面層に異常黒鉛が存在し
、試験片（Ｄ）は試験片（Ｃ）に試験片（Ｂ）と同じ熱
処理を施したものである。

（４）試験方法曲げ疲労試験は、第１図に示す方法で行った。

第１図において、支持スパンＬ＝１５０ｍｍで試験片ｌ
を自由支持し、負荷用治具３の先端Ｒ＝１２．５ｍｍで
、中央部に片振りの繰返し荷重Ｐを加える三点曲げの片
振り疲労試験である。

試験結果を第３表に示す。

第３表から、本発明の（Ａ）（Ｂ）は、従来の（Ｃ）、（Ｄ）に比較して、破断までの繰返し数が約
５〜２０倍大きく、疲労強度に優れているこることがわ
かる。

（実施例４）次に、表面欠陥面積が曲げ疲労強度に及ぼす影響につい
て試験した結果を示す。

試験条件は、次の通りである。

（１）試験片形状実施例１と同じ。

（２）試験片の材質実施例１と同じ。

（３）試験片の製作方法鋳造後、試験片中央部をメツシュア０番のスチールグリ
ッドを使用して０，１．３，５．１０分間と処理時間を
変えてブラスト処理を施し、表面層の欠陥面積を種々変
化させ、続いて１時間で６５０℃まで昇温し、この温度
で３時間保持した後炉冷した。

試験片作製の工程において、メツシュア０番のスチール
グリッドによるブラスト処理の工程は、表面層の欠陥を
除去するためのもので、１時間で６５０℃迄昇温し、こ
の温度で３時間保持した後炉冷する熱処理は、比較実験
においてスチールグリッドを使用したブラスト処理によ
る加工硬化及び残留の圧縮応力を取り除くための熱処理
である。

（４）試験方法曲げ疲労試験は、実施例３と同様、第１図に示す方法で
行った。

第１図において、支持スパンｌ、＝１５０ｍｍで試験片
ｌを自由支持し、負荷用治具３の先端Ｒ＝１２．５ｍｍ
で、中央部に片振りの繰返し荷重Ｐを加える三点曲げの
片振り疲労試験である。

第３図に、欠陥面積（ｍｍ２）に対する曲げ疲労寿命（
回数）の試験結果を示す。第３図に示す欠陥面積は、試
験片の疲労亀裂の発生起点における欠陥の主応力方向へ
の投影面積である。

第３図に示すように、欠陥面積が０．１ｍｍ”を越える
と、曲げ疲労寿命（回数）が減少していることがわかる
。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明のフェライト系球
状黒鉛鋳鉄鋳物は、鋳肌の黒皮表面の少なくとも一部を
研削加工除去し、該表面層の欠陥で主応力方向の投影面
積の大きさが０．１ｍｍ”以下であることを特徴とする
もので、表面層の片状、バーミキュラー黒鉛のような異
常黒鉛や表層の介在物などの表面特有の微小欠陥を除去
し、欠陥の存在による切り欠き作用をなくすことにより
、曲げ延性及び曲げ疲労強度を大幅に改善し、これを鋳
肌のまま使用され、しかも高い曲げ延性及び曲げ疲労強
度が要求される自動車用の懸架装置に適用することによ
り、安全性の向上に多いに役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は曲げ延性及び曲げ疲労試験方法を示す図、第２
図は欠陥面積と曲げ起点部伸びの試験結果を示す図、第
３図は欠陥面積と曲げ疲労試験結果を示す図である。 ■ ：試験片、：支点、：負荷用治具、：荷重。第図欠陥面履（Ｍ宜り

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋳肌粗材の黒皮表面の少なくとも一部の表面層が
研削加工除去され、該表面層の欠陥の主応力方向の投影
面積の大きさが０．１ｍｍ＾２以下であることを特徴と
するフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物。
（２）前記欠陥は表面からの深さが５００μｍ以下に存
在することを特徴とする請求項１記載のフェライト系球
状黒鉛鋳鉄鋳物。
（３）自動車の懸架装置に用いることを特徴とする請求
項１記載のフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物。
（４）前記黒皮表面の少なくとも一部が、引張の曲げ応
力を受ける部位であることを特徴とする請求項１乃至３
記載のフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物。
（５）鋳肌粗材の黒皮表面の少なくとも一部の表面層の
加工硬化層を研削加工により除去し、該表面層の欠陥の
主応力方向の投影面積の大きさを０．１ｍｍ＾２、とす
ることを特徴とするフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物の製
造方法。
（６）前記研削加工がグリットブラスト、ウェットブラ
スト及び液体ホーニングのうちの１種以上の組合せから
なることを特徴とする請求項５記載のフェライト系球状
黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。