JPH0577042A - 鋳鉄部品の表面改質方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 黒鉛などの析出なく簡単に溶接肉盛りで改質
を行う。 【構成】 改質対象部位１１を白銑化して白銑層１３を
形成した後、ＭＩＧ溶接機１４により耐熱物質を含有し
た溶接ワイヤ１５にて溶接肉盛りする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度エネルギを利用
して行う鋳鉄部品の表面改質方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近来にあっては鋳鉄製の部品を部分的に
強化（表面改質）する技術が求められている。その背景
として、例えば自動車部品の分野においては、エンジン
の高出力化に伴い、鋳鉄製シリンダヘッドに、温度上昇
による熱負荷と同時に、機械的負荷の増大が生じる問題
がある。

【０００３】すなわち図４に示すようにこのような負荷
増大により、シリンダヘッド１の下面２、特に他の部位
より比較的肉薄な部分である吸気ポート３と排気ポート
４との間（弁間部）、及びこれらと燃料噴射ノズル孔
（或いは予燃焼室孔）５との間の部分６に、熱キレツが
生じてしまう。また図６に示すように、ピストン７にお
いても負荷の大きい燃焼室８の周囲（図中斜線にて示
す）が強化されるべき部位となる。

【０００４】この対策として従来採用された局部強化方
法には、次のような技術があった。合金化；耐熱成分
（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉ等）を適量添加し、耐熱強度
を向上させる。鋳包み；熱キレツ発生部位に鉄鋼材
料，耐熱金属材料を鋳包む。窒化処理；加工後、ガス
又は液体中で窒化処理を行い、表面に窒化層を形成す
る。

【０００５】ただしこれらの従来技術には、次のような
問題があった。合金化…コスト高となるほか、合金添
加により鋳造性が悪くなり、“引け巣”等の鋳造欠陥発
生により、生産性、歩留りの悪化を伴う。また鋳造性の
悪化により、耐熱強度に大きな影響を及ぼすミクロシュ
リンケージが多くなり、合金化によってかえって耐熱強
度を悪化させることになる。鋳包み…鋳包み性の確保
のため、酸化防止、鋳包み温度の徹底管理、及び鋳包み
後の非破壊検査が必要となり、大幅な工数増大となる。
窒化処理…コスト高と同時に、560 〜580 ℃という高
温に全体を晒すため、変形或いは鋳鉄部品内部のキレツ
が問題となる。また窒化をより完全に行うために、鋳鉄
材中の黒鉛を除去する処理が必要になる。

【０００６】またその他の技術としては、該当部分（シ
リンダヘッド下面）へ耐熱セラミックス、耐熱材料を溶
射するという方法が提案されているが、溶射層の早期剥
離が生じるという問題があるため、実用化には至ってい
ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記〜の従来技術
が有している問題点を避けるために、新たな技術とし
て、強化すべきシリンダヘッドの下面などの熱キレツ発
生部位に、耐熱金属（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ等）を盛り金す
る方法が考えられている（例えば「シリンダヘッドの亀
裂防止方法」，特開平１−３２１０７６号公報）。しか
しながらこの方法を鋳鉄部品に適用した場合、その製造
過程において、耐熱金属と母材との境界部に、脆弱なセ
メンタイト（Ｆｅ₃ Ｃ）が析出されるという問題があっ
た。このセメンタイトは、脆弱なだけでなく、被削性を
大幅に低下させる要因となる。

【０００８】さらにこの従来方法は、母材の鋳鉄中の黒
鉛（Ｃ）が溶接時にガス化し、溶接後の急冷によってこ
の発生ガスがピンホールとして溶接金属中にトラップさ
れ、溶接部の強化を低下させる要因となる。この問題を
解決する一つの方法としては、鋳鉄の溶接部面の黒鉛を
化学的に処理をし、黒鉛を取り去り、その後に耐熱金属
を肉盛り溶接する方法がある（「コーリン処理」）。し
かしながらこの対策では工数増に伴う手間と、その処理
する液の管理及び廃液の処理が問題となり、多数の数量
の処理には適していない。さらに処理費用も高価であ
る。

【０００９】そこで本発明は、上記事情に鑑み、溶接肉
盛りによる強化方法を改良して、黒鉛などの析出がな
く、しかも簡単である表面改質方法を提供すべく創案さ
れたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、改質対象の部
位を白銑化した後、耐熱物質を溶接肉盛りするものであ
る。

【００１１】

【作用】上記方法によって、黒鉛等が析出されることな
く耐熱物質が盛り金できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係わる鋳鉄部品の表面改質方
法の一実施例を、添付図面に従って説明する。

【００１３】まず図１に示すように、改質対象となる部
位１１、例えば鋳鉄製のシリンダヘッドの下面部の弁間
部などに凹部１２を形成し、これを白銑化（チル化）す
る。この凹部１２は鋳造時に成形しても、或いは鋳造後
に切削により形成してもよい。また白銑化は、鋳造時に
冷し金をセットすることで、容易に白銑層１３を形成す
ることができる。

【００１４】次に図２に示すように、白銑層１３で覆わ
れた状態の凹部１２に、ＭＩＧ溶接機１４を使用して耐
熱金属を肉盛り溶接する。すなわちＣｏ，Ｎｉ，Ｍｏな
どを含有させた溶接ワイヤ１５を消耗電極として、凹部
１２を充填するように盛り金を行う。この際、ＴＩＧ溶
接トーチ（図示せず）によって凹部１２を予め余熱し、
その後直ぐにＭＩＧ溶接を行うと、さらに良好な結果が
得られる。

【００１５】またこの溶接に伴って、当然伸びのない白
銑層１３にはその入熱によりキレツ１６が生じるが、溶
接金属がこのキレツ１６内に入り込み、図３に示すよう
に溶着金属１７と母材（鋳鉄）とがアンカー効果によっ
てより強固に接合される。

【００１６】そして白銑層１３が薄い場合は、耐熱金属
を溶接する際の入熱により、白銑が焼き戻された状態と
なる。また白銑層１３が厚い場合、深い部分の白銑が一
部残留する。これは空間上問題ないレベルであるが、こ
れを高周波などで焼き戻すことも可能である。

【００１７】なお白銑化の工程は、余熱を目的としたＴ
ＩＧ溶接を、入熱エネルギーを増大させて行い、鋳鉄の
表面が溶解→急冷で白銑化するという現象を利用しても
よい。

【００１８】またＭＩＧの溶接ワイヤとして、カプセル
粒子を鞘材に充填させた溶接ワイヤを用いてもよい。カ
プセル粒子は、耐熱物質の粒子の表面に、それよりも小
さい粒径の粒子、例えば母材となじみのよいＣｕ粒子を
付着させ、転動装置などによって衝撃力を与えることに
より、耐熱物質を核粒子とし、Ｃｕを被覆粒子としたも
のである。このようなカプセル粒子を使用することで、
溶接条件の選定幅を広くとることが可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００２０】改質対象部位を白銑化した後、耐熱物質を
溶接肉盛りするので、黒鉛などの析出がなく、しかも簡
単に所望の改質をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる鋳鉄部品の表面改質方法の一実
施例を説明するための改質対象部位の側断面図である。

【図２】図１の次の工程を説明するための側断面図であ
る。

【図３】図２の次の工程を説明するための側断面図であ
る。

【図４】従来技術の課題を説明するための改質対象部位
を示した下面図である。

【図５】従来技術の他の課題を説明するための改質対象
部位を示した斜視図である。

【符号の説明】

１１ 改質対象の部位 １３ 白銑層 １７ 溶着金属

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松並 裕司 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改質対象の部位を白銑化した後、耐熱物
   質を溶接肉盛りすることを特徴とする鋳鉄部品の表面改
   質方法。