JPH04147942A - フェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物及びその製造方法 - 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、粗材表面を特殊処理することにより延性を向
上する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、ＪＩＳ　　Ｇ　　５５０２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も
のは曲げ荷重である。そして、曲げ荷重によ破壊の場合
には、材料力学の理論が示す通り、表面部に最大応力が
発生する。部品の強さ及び延性は、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
鋳鉄鋳物部品に限っていえば、鋳肌表面の強度が非常に
重要になってくる。

従来の砂型で鋳造したフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物の
鋳造後、熱処理もショツトブラスト清浄もしない鋳放し
状態の表面粗さは、Ｒｚで１００μｍ程度である。この
鋳放し状態の球状黒鉛鋳鉄鋳物に、砂落としや酸化スケ
ール除去の目的で施されるショツトブラスト清浄や、通
常部材表面層に圧縮の残留応力を生じさせる目的で行わ
れる、ショットピーニング処理（例えば、ＪＳＭＡショ
ットピーニング作業基準に示されるよ゛うな処理）を施
すと、表面粗さはかなり改善され、表面粗さはＲｚで８
０μｍ程度になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように球状黒鉛鋳鉄鋳物部材の表面粗さは、部
材の強度、延性に大きな影響を与える。

例えば、フェライト系球状黒鉛鋳鉄丸棒試験片の三点曲
げ試験において、試験片破面までの試験片の曲がり量を
調査した発明者の研究結果では、表面粗さがＲｚ＝６０
μｍの試験片の曲がり量は約５０ｍｍで２５％向上する
。更に、Ｒｚ＝４０μｍのものは約１５０％、Ｒｚ＝５
μｍのものは約２５０％、それぞれ曲がり量が向上する
ことが確認できた。つまり、部材の表面粗さの増加とと
もに曲げ延性は低下するというこであり、砂型で鋳造し
た鋳肌面の表面粗さがＲｚでせいぜい１００μｍ程度で
あることは、部材の曲げ延性を考えた場合大きな問題で
ある。そこで、より高延性が要求される球状黒鉛鋳鉄部
材については、表面粗さの改善が必要となるわけである
が、前述したような、砂落としや酸化スケール除去の目
的で行われる通常のショツトブラスト清浄や部材表面に
圧縮の残留応力を生じさせる目的で行われ通常のショッ
トピーニング処理は、積極的に表面粗さを改善しようと
したものでないため、表面粗さがＲｚで８０μｍ程度で
あり、延性向上にはあまり効果はない。その上、通常の
ショットピーニング処理は、部材表面に圧縮の残留応力
を生じさせて、疲労強度を向上するのが目的であり、こ
のような処理を施しただけでは、部材表面層に加工硬化
層が発生するために、延性面から見るとあまり好ましく
ない結果となる。

表面粗さを改善する方法としては、機械加工や表面研磨
等が考えられるが、これらの方法は、工数とコストがか
かり問題がある。

本発明は、砂型で鋳造したフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳
物の鋳肌の表面粗さを改善し、曲げ延性を向上したフェ
ライト系の高延性球状黒鉛鋳鉄鋳物及びその製造方法を
提供すること′を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本箱１の発明は、延性を向上
したフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物であり、砂型で鋳造
したフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物粗材の黒皮表面の少
なくとも一部がブラスト処理により、その表面粗さがＲ
ｚで８０μｍ以下で、該表面に加工硬化層がないことを
特徴とする。

本箱１の発明において、前記黒皮表面の少なくとも一部
は、引張の曲げモーメントの作用する部位である。また
、亀裂発生点の歪量が２０％以上である。そして、自動
車の懸架装置に用いることを特徴とする。

次に、末弟２の発明は、延性を向上したフェライト系球
状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法であり、砂型で鋳造したフェ
ライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物粗材の黒皮表面の少なくとも
一部をブラスト処理により、その表面粗さをＲｚで８０
μｍ以下とし、しかる後に、加工硬化層除去焼鈍を施す
ことを特徴とする。

末弟２の発明において、前記ブラスト処理は、グリット
ブラスト及びショツトブラストの一種以上の組合せから
なる。そして、前記ブラスト処理は前記黒皮表面の引張
側を含めた近傍に施す。

〔作用〕

砂型鋳造したフェライト系球状黒鉛鋳鉄粗材の黒皮表面
をブラスト処理により、その表面粗さをＲｚが８０μｍ
以下で、加工硬化層がないと、曲げ延性が大幅に向上す
る。

表面粗さをＲｚ＝８０μｍ以下とするのは、Ｒ２−８０
μｍを越えた付近まででの改善では、延性の向上があま
り期待できないためであり、表面粗さ改善の効果を大い
に期待するときは、Ｒｚ＝６０μｍ以下とすることが望
ましい。

また、亀裂発生点の歪量が２０％以上であれば、安全性
を要求される自動車の懸架装置に用いることができる。

〔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） 曲げ延性に関して、本発明の効果を明らかにするために
、表面粗さを変化させた試験片を用いて、曲げ試験を行
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３０　ｍ　ｍ　Ｎ長さ４５０ｍｍの丸棒試験
片 （２）試験片の材質 ＪＩＳ　　Ｇ　　５５０２　　ＦＣＤ３７０相当硬度　
ＨＢ　１４３〜１６３ 化学成分を第１表に示す。

第１表　　（ｗｔ％） （３）試験片の製作方法 （Ａ）　　鋳造後、表面粗さ改善のためのブラスト処理
を施した後、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、３時間で６８０℃まで降温し
て放冷する熱処理を施した、表面粗さがＲｚ＝７６〜３
５μｍの本発明のもの。

（Ｂ）　　鋳造後、試験片（Ａ）と同じ条件の熱処理を
施した、表面粗さがＲｚ＝１０４〜１２８μｍの従来の
もの。

ここで、試験片製作工程中に行った熱処理は、酸化によ
り鋳肌の表面粗さだでわらないように真空中で行った。

また、試験片製作工程中で、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、３時間で６８
０℃まで降温して放冷する熱処理は、基地組織を完全な
フェライト組織とするためのものであると同時に、ブラ
スト処理による加工硬化及び残留の圧縮応力の影響を取
り除くために行った熱処理であり、（Ａ）、（Ｂ）の試
験片で同じ条件で行った。

（４）試験方法 曲げ試験方法を第１図に示す。

第１図において、支持スパンｌ、＝２５０ｍｍで試験片
ｌを先端Ｒ＝１２．５ｍｍの支点２にて自由支持し、負
荷用治具３で、中央部に荷重Ｐを加える三点曲げ試験で
あり、試験片破断までの負荷点の変位量を測定し、それ
を各試験片の最大曲げ変形量とした。

試験結果を第２図に示す。第２図に示すように最大曲げ
変形量は、表面粗さの減少に伴って向上することがわか
る。ブラスト処理を施さない鋳造したままの表面粗さを
持つ従来の試験片（Ｂ）比べ、本発明の試験片（Ａ）の
最大曲げ変形量は、Ｒｚ＝６０μｍ付近まで改善したも
ので約１．　６倍、Ｒｚ＝４０μｍ付近まで改善したも
ので約２゜４倍と大幅に向上していることがわかる。

第３図は、破断した試験片の破断起点の伸びを示す。表
面粗さをＲｚ＝８０μｍ以下に改善すると起点部の伸び
が２０％を越え、従来の試験片（Ｂ）の約２倍もの伸び
が得られたことになる。

（実施例２） 第４図に、乗用車用コントロールアーム（別名トランス
バースリンク、ロアーアーム等の呼称がある）の曲げ延
性の改善実施例を示す。

試験条件は次の通りである。

（１）対象部品 対象部品は、乗用車用コントロールアームで、本部品は
前輪駆動乗用車用の主要懸架部品の一つでタイヤからの
前後力、左右力を受け、安全性を要求される重要保安部
品である。要求強度としては疲労強度は勿論であるが、
万一の事故の場合には所定の曲がりまでは絶対に亀裂が
入ってはならないという要求があり、高い曲げ延性を要
求される部品である。

（２）部品材質 ＪＩＳ　　Ｇ　　５５０２　　ＦＣＤ３７０相当。

（３）部品の製造方法 （Ａ）部品を鋳造後、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、３時間で６８０℃ま
で降温して放冷する第１の熱処理を施し、次いで負荷時
に大きな曲げモーメントが作用する第５図Ａ部のみに表
面粗さ改善のためのブラスト処理を施した後、２時間で
６００℃まで昇温し、この温度で２時間保持した後炉冷
する第２の熱処理を施した、表面粗さがＲｚ＝４３〜５
５μｍの本発明のもの。

（Ｂ）鋳造後、試験片（Ａ）と同じ条件の第１の熱処理
と第２の熱処理を施した、表面粗さがＲｚ＝１１３〜１
２２μｍの従来のもの。

ここで、部品製造工程中に行った熱処理は、酸化等によ
る表面変化の影響がないように真空雰囲気中で行った。

また、試験片製作工程中で、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、３時間で６８
０℃まで降温して放冷する第１の熱処理は、基地組織を
完全なフェライト組織とし、材質自体の延性を向上させ
るための処理であり、また２時間で６００℃まで昇温し
、この温度で２時間保持した後炉冷する第２の熱処理は
ブラスト処理による表面の加工硬化及び残留の圧縮応力
を取り除くために行った熱処理である。この２つの熱処
理は（Ａ）、（Ｂ）の試験片で同じ条件で行った。

（４）試験方法 曲げ延性の評価は第５図に示すように、２点を固定し、
タイヤからの前後力を想定した荷重を負荷し、亀裂発生
までの曲げ変形量（δ）を測定した。

試験結果を第２表に示す。この結果から（Ａ）本発明品
の変形量は、（Ｂ）従来品の約１．　６倍の値が得られ
た。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明は砂型で鋳造した
フェライト系球状黒鉛鋳鉄組材の黒皮表面の一部をブラ
スト処理により、その表面粗さをＲｚ＝８０μｍ以下に
改善して表面凹凸による切り欠き作用を無くし、かつ除
去焼鈍により表面の加工硬化層の除去して、曲げ延性が
大きく向上できるものである。これを鋳肌のまま使用さ
れ、しかも高い曲げ疲労強度が要求される自動車の重要
保安部品である懸架装置部品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図は曲げ試験方法を示す図、第２図は表面粗さと最
大曲げ変形量を示す図、第３図は表面粗さと曲げ起点部
の伸びを示す図、第４図は自動車用懸架装置部品の鳥敞
図、第５図はコントロールアームの曲げ試験方法を示す
図である。 １：試験片、２：支点、３：負荷用治具、４：コントロ
ールアーム、５，６：支持点、Ｐ　、　Ｐ　＋：負負荷 籟 図 第 図 数面８Ｊ Ｒｚ（戸） 第 図 表面粗ぐ Ｒｚ（、ａｚり 第 図 埠 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）砂型で鋳造したフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物粗
   材の黒皮表面の少なくとも一部がブラスト処理により、
   その表面粗さが十点平均粗さ表示（以下、Ｒｚという）
   で８０μｍ以下で、該表面に加工硬化層がないことを特
   徴とするフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物。
2. （２）前記黒皮表面の少なくとも一部が、引張の曲げモ
   ーメントの作用する部位であ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. （３）亀裂発生点の歪量が２０％以上であることを特徴
   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. （４）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。
5. （５）砂型で鋳造したフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物粗
   材の黒皮表面の少なくとも一部をブラスト処理により、
   その表面粗さをＲｚで８０μｍ以下とし、しかる後に、
   加工硬化層除去焼鈍を施す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. （６）前記ブラスト処理は、グリットブラスト及びショ
   ットブラストの一種以上の組合せからなることを特徴と
   する請求項６記載のフェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物の製
   造方法。
7. （７）前記ブラスト処理は前記黒皮表面の引張側を含め
   た近傍に施すことを特徴とする請求項６及び７記載のフ
   ェライト系球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法。