JPH06108199A

JPH06108199A - 球状黒鉛鋳鉄

Info

Publication number: JPH06108199A
Application number: JP23107391A
Authority: JP
Inventors: Fumio Chiga; 文雄千賀
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】所定の硬さに対応した均質な切削性を有す
る球状黒鉛鋳鉄を提供することにより、球状黒鉛鋳鉄の
硬さおよび切削性のばらつきが、ワークの仕上がり精
度、切削時間、切削工具寿命などに大きな影響を及ぼす
という問題を解消し、用途に応じて球状黒鉛鋳鉄の切削
生産性を向上可能とすること。【構成】３．５〜４．０ｗｔ％の炭素と、２．１０
〜２．８０ｗｔ％の珪素と、０．４ｗｔ％以下のマンガ
ンと、０．０５〜０．０８ｗｔ％のリンと、０．０２ｗ
ｔ％以下の硫黄とを含有するとともに、残部が鉄および
不可避不純物からなることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は球状黒鉛鋳鉄にかかるも
ので、とくに球状黒鉛および地金材質とくにリンの含有
量をコントロールした、均一な、切削性の良い球状黒鉛
鋳鉄に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳
鉄）は、電気炉あるいはキュポラ内で地金材料インゴッ
トを溶解し、取り鍋で溶湯処理および黒鉛の球状化処理
を行い、さらに球状化した黒鉛のフェーディングを防止
するための接種処理を行ったのちに、砂型により鋳造さ
れるものである。

【０００３】この球状黒鉛鋳鉄は上述のような鋳造後、
プラスチック成型機の匡体など所定の製品形状に切削す
ることが必要である。

【０００４】こうした球状黒鉛鋳鉄の切削性は、鋳物の
金属組成、硬さ、材料試験成績、および化学分析結果な
どから求められるものである。

【０００５】ただし球状黒鉛鋳鉄は、地金の鉄中に黒鉛
を球状に分散させることにより、機械的強度を得るよう
にしているが、一般的にはその硬さが増すとともに材料
の機械加工性ないし切削性が低下してゆくものである。

【０００６】すなわち機械加工性は、硬さと関係が深い
が、従来は同一硬さの材料であっても、原材料の銘柄、
配合比、および鋳込み順序などにより機械切削性が大き
くばらついていた。

【０００７】つまり、同一硬さであれば、機械加工性は
同一のはずではあるが、実際には原材料の配合比、溶製
方法などの相違が地金材料メーカー間の差異となって、
機械加工性に差が生じているのが現状である。

【０００８】したがって、ワークの加工精度不良や、加
工工具の寿命が大幅に変化するため、工具折損事故を発
生させやすい。さらに、機械加工工場の無人化運転で
は、自動切削機が硬さあるいは切削性の異なる部位で停
止してしまうなど無人化運転に障害となるという問題が
ある。

【０００９】実際の加工作業においては、上述のような
ばらつきを考慮して、工具折損事故防止の面からも、切
削速度など生産性に影響する切削条件を下げていた。

【００１０】結果として、こうした球状黒鉛鋳鉄の硬さ
および切削性のばらつきが、ワークの仕上がり精度、切
削時間、切削工具寿命などに大きな影響を及ぼすという
問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、所定の硬さに対応し
た均質な切削性を有する球状黒鉛鋳鉄を提供することに
より、上述のような諸問題を解消し、用途に応じて球状
黒鉛鋳鉄の切削生産性を向上可能とすることを課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の電気
炉による溶解、取り鍋による溶湯処理、砂型への鋳造処
理などを行うことにより得られる球状黒鉛鋳鉄の切削性
が変動し、劣化することについて研究を行った結果、つ
ぎのような知見を得た。

【００１３】すなわち、砂型鋳物に注湯する場合、溶湯
処理後の鋳込みまでの時間、および鋳込み後凝固までの
時間が延長するにともなって、球状黒鉛の球状形状喪失
というフェーディング現象が起こり、機械的性質が劣化
し、機械加工時の切削性を低下させている。

【００１４】さらに、球状黒鉛鋳鉄に含有される有害な
不純物元素であるリンが少なくなれば、鋳物としての機
械加工性はより劣化することがわかった。

【００１５】リンは、鉄に固溶し、引っ張り強さおよび
硬さを上昇させるが、伸びは減少し、耐衝撃値は減少す
る。また炭化物の安定度を高めるほか、リン化鉄を生じ
させる。こうしたことから、鋳鉄の健全性については好
ましくない元素とされ、ＪＩＳＧ５５０２においても、
最高０．０８ｗｔ％の含有量しか認められておらず、で
きれば０．０４ｗｔ％以下に抑えることが望ましいとさ
れてきた。

【００１６】しかしながら、本発明者の研究の結果か
ら、電気炉で溶解するとともに砂型に注湯する球状黒鉛
鋳鉄に付与するリンを増量すれば、従来の知見とは異な
り球状黒鉛鋳鉄の切削性を改善することができるととも
に、リンの含有量を調整することにより切削性を制御可
能であることを見いだした。ただし、増量しすぎると機
械的性質の劣化が生じるため上限を設けた。

【００１７】すなわち第一の発明は、球状の黒鉛を含む
球状黒鉛鋳鉄であって、３．５〜４．０ｗｔ％の炭素
と、２．１０〜２．８０ｗｔ％の珪素と、０．４ｗｔ％
以下のマンガンと、０．０５〜０．０８ｗｔ％のリン
と、０．０２ｗｔ％以下の硫黄とを含有するとともに、
残部が鉄および不可避不純物からなることを特徴とする
球状黒鉛鋳鉄である。

【００１８】第二の発明は、上記第一の発明に加えて、
０．０２５〜０．０３５ｗｔ％のチタンを含有したこと
を特徴とする球状黒鉛鋳鉄である。

【００１９】なお、いずれの発明の場合にも、黒鉛の球
状化率が７０％以上であり、黒鉛粒数が７５個／ｍｍ²
以上であり、平均黒鉛粒径が８０μｍ以内であることが
好ましい。

【００２０】また、フェーディング対策としては、接種
処理効果の持続性および機械加工性から接種材の選択に
より、均質な切削性の良好な球状黒鉛鋳鉄を得るように
した。

【００２１】第一の発明による球状黒鉛鋳鉄を製造する
にあたっては、元湯溶落後、化学分析により不純物リン
を添加し、これを上記０．０５〜０．０８ｗｔ％の範囲
内で所定成分範囲まで含有させる。

【００２２】ただし、上記元湯中に添加する珪素につい
てはその半分以下の量を最初に添加するものとする。

【００２３】なお溶湯処理後のフェーディング対策とし
て、Ｓｉ−Ｃａ−Ｂａ−Ａｌ系、あるいはＳｉ−Ｃａ−
Ｂａ−Ａｌ−Ｚｒ系の接種剤を使用する。

【００２４】ついで、珪素の残りの半分以上を添加する
ことにより黒鉛粒数を多くする。

【００２５】第二の発明による球状黒鉛鋳鉄を製造する
にあたっては、第一の発明を同様にリンを添加したの
ち、溶湯処理後のフェーディング対策として、Ｔｉ合金
系の接種剤を使用する。

【００２６】ついで、第一の発明と同様に、珪素の残り
の半分以上を添加することにより黒鉛粒数を多くする。

【００２７】本発明による均一な切削性の良好な球状黒
鉛鋳鉄の含有成分、および成分割合について以下述べ
る。

【００２８】炭素は、黒鉛もしくは炭化物として存在す
る。黒鉛の形になっている炭素は、切り屑を破砕し、切
削性を改善する。

【００２９】炭素の含有量が３．５ｗｔ％未満では、鋳
鉄に過剰な引け巣が発生しやすい。４．０ｗｔ％をこえ
て含有すると、鋳鉄肉厚部に黒鉛の浮き上がりが見られ
るようになり、鋳鉄の上部にドロス（浮きかす）が生ず
る原因になる。

【００３０】なお、黒鉛粒数を増し、その粒径を減少さ
せれば、低温衝撃試験の亀裂伝搬速度を低下させる効果
がある。

【００３１】珪素は、フェライトに固溶することによ
り、フェライト地を強化し、硬さを増すため、機械切削
性を良好とする。また珪素は、黒鉛化を促進し、黒鉛の
粒数を増加して黒鉛の分布を細かくする作用がある。

【００３２】珪素の量が２．１ｗｔ％未満では、薄肉部
において過剰の炭化物生成の原因となる。珪素の量が増
加して２．８ｗｔ％をこえると、低温での衝撃値が低下
し、衝撃遷移温度が高くなる。

【００３３】マンガンは、炭化物形成促進の傾向がやや
強く、および融液中に優先的に偏析し、冷却速度が遅い
ほどこの偏析傾向が著しくなるため、マンガンの量は
０．４ｗｔ％以下に抑え、鋳放して炭化物の出現を避け
るものとする。

【００３４】リンは、切削刃先に材料がメッキあるいは
合金化して切削性を低下させる構成刃先の生成を抑制す
るための元素であり、含有量が０．０５ｗｔ％以下では
効果は少ない。また、０．０８ｗｔ％より大きい含有量
では、一層の改善効果は得られず、かえって機械的性質
の劣化が生ずる。

【００３５】硫黄は、球状化処理により、ＭｇＳ等の硫
化物として存在するが、球状化のためには最も有害であ
るため、切削性向上には多くを期待することはできな
い。最高、０．２ｗｔ％とする。

【００３６】チタンは、不可避元素であり、炭化物形成
のための切削性を低下させる可能性がある元素である
が、黒鉛化促進能力が大きいこと、および接種効果時間
延長に有効な元素である。

【００３７】このチタンの含有量が０．０２５ｗｔ％未
満では、上記黒鉛化促進能力および接種効果時間延長の
能力が低下する。また、０．０３５ｗｔ％をこえるとチ
タンの炭化物が生成され、切削性が低下してしまう。

【００３８】

【作用】本発明においては、従来含有量をできるだけ少
なくすべきであるとされていたリンの含有量を増量方向
に制御することにより、球状黒鉛鋳鉄としての切削性を
改善することができた。

【００３９】すなわち、従来は０．０４ｗｔ％以下が好
適と考えられ、またリンそのものの含有量についても切
削性との関係においては考慮にいれられていなかったも
のを、とくに球状黒鉛鋳鉄の切削性については、０．０
５ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％とすることにより、切削性を
均一化かつ向上させることが可能となった。

【００４０】

【実施例】つぎに本発明の実施例を説明する。

【００４１】図１に示す表にあげた含有成分および成分
範囲の鋳鉄を電気炉において溶解し、所定の温度で球状
化処理および接種処理を行い、所定時間経過後、砂型に
鋳造した。

【００４２】表中のＮｏ．１〜Ｎｏ．１５までの鋳鉄
は、比較のための基本鋳鉄としてあるもので、電気炉に
おける溶解時に地金鉄中に４．５ｗｔ％のマグネシウム
を添加しておくことにより球状黒鉛の生成を助け、接種
剤としてＦｅ（２５％）−Ｓｉ（７５％）を使用してい
る。

【００４３】Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．３０までの鋳鉄は、電
気炉における溶解時に地金鉄中に４．５ｗｔ％のマグネ
シウムを添加しておくことにより球状黒鉛の生成を助
け、Ｓｉ−Ｃａ−Ｂａ−Ａｌ系、Ｓｉ−Ｃａ−Ｂａ−Ａ
ｌ−Ｚｒ系、およびＳｉ−Ｔｉ系の接種剤を使用したも
ので、本発明による球状黒鉛鋳鉄である。

【００４４】とくにＮｏ．１６〜Ｎｏ．２０までの鋳鉄
は、Ｓｉ−Ｃａ−Ｂａ−Ａｌ系の接種剤により、球状化
処理と接種処理とを行ったものである。

【００４５】またＮｏ．２１〜Ｎｏ．２５までの鋳鉄
は、Ｓｉ−Ｃａ−Ｂａ−Ａｌ−Ｚｒ系の接種剤により、
接種処理を行ったものである。

【００４６】さらにＮｏ．２６〜Ｎｏ．３０までの鋳鉄
は、Ｓｉ−Ｔｉ系の接種剤により、球状化処理と接種処
理とを行ったものである。

【００４７】さらに、目標ＣＥ値（ＣａｒｂｏｎＥｑ
ｕｉｖａｌｅｎｔ値）からＣおよびＳｉの比を定め、機
械加工性を良好とする不純物元素であるＰを所定のレベ
ル値まで添加し、溶湯処理し、指定接種剤とを組み合わ
せし、所定時間経過後、砂型鋳型に注湯した。

【００４８】供試材は、超音波探傷検査で、健全性を確
認した。

【００４９】材料試験、および金属組織検査を行い、切
削性試験は、ドリルによる穴あけ加工を行い、切削抵抗
値（スラスト）を求めた。黒鉛粒径および球状化率の測
定は画像処理によった。

【００５０】なお、機械加工性の試験は、以下の使用機
器および加工条件で実施した。・使用機器治具中ぐり盤三井精機工業（株）回転工具動力計（株）三保電機製作所動ひずみ測定器新興通信工業（株）記録計日本電気三栄（株）・試験条件ドリル名称マルチドリル・ＫＤＳ１４０ＭＡ（超
硬材質）ドリル径直径１４ｍｍ回転数１０００ｒ．ｐ．ｍ．送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ加工深さ１８ｍｍ切削油剤なし

【００５１】機械加工試験において、本発明の球状黒鉛
鋳鉄は、切削性が良好であり、切り粉形状、切削音等に
明らかな有意差が現れている。とくに、表から判明する
ように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５の従来の鋳鉄について
は、切削抵抗値が３０００ニュートン台であるのに対
し、Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．３０の本発明の鋳鉄については
２０００ニュートン台である。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明による球状黒鉛鋳鉄
は、従来の有害不純物元素であるリンを低減した鋳鉄に
比較してリンの含有量を高く設定し、指定接種剤との組
み合わせを行ったため、均質、かつ良好な機械加工性を
有することができる。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による球状黒鉛鋳鉄、および比較のため
の従来の基本鋳鉄の化学成分および球状化率、黒鉛数、
黒鉛粒径、切削抵抗値の表である。

【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による球状黒鉛鋳鉄、および比較のため
の従来の基本鋳鉄の化学成分および球状化率、黒鉛数、
黒鉛粒径、切削抵抗値の図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球状の黒鉛を含む球状黒鉛鋳鉄であっ
て、３．５〜４．０ｗｔ％の炭素と、２．１０〜２．８
０ｗｔ％の珪素と、０．４ｗｔ％以下のマンガンと、
０．０５〜０．０８ｗｔ％のリンと、０．０２ｗｔ％以
下の硫黄とを含有するとともに、残部が鉄および不可避
不純物からなることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄。
【請求項２】球状の黒鉛を含む球状黒鉛鋳鉄であっ
て、３．５〜４．０ｗｔ％の炭素と、２．１０〜２．８
０ｗｔ％の珪素と、０．４ｗｔ％以下のマンガンと、
０．０５〜０．０８ｗｔ％のリンと、０．０２ｗｔ％以
下の硫黄と、０．０２５〜０．０３５ｗｔ％のチタンと
を含有するとともに、残部が鉄および不可避不純物から
なることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄。