JPH0730426B2

JPH0730426B2 - 加熱再溶融表面硬化用鋳鉄

Info

Publication number: JPH0730426B2
Application number: JP61054461A
Authority: JP
Inventors: 章藤木; 義弘馬来; 眞加納
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPS62211348A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は表面硬化用鋳鉄に関し、より詳しくは、高密度
エネルギ源により鋳鉄表面を加熱再溶融し、自己冷却に
よって形成したチル層内でのブローホールの発生を防止
して耐摩耗性を向上させるのに利用される加熱再溶融表
面硬化用特殊鋳鉄に関するものである。

（従来の技術）近年、レーザビーム，電子ビーム,TIGアーク，プラズマ
アーク等の高密度エネルギ熱源により鋳鉄表面を加熱再
溶融し、自己冷却によってち密なセメンタイトからなる
チル層を形成させる鋳鉄の表面硬化法が採用されてい
る。

この場合、普通鋳鉄を用いて上記の加熱再溶融を行い、
自己冷却によって鋳鉄表面に再溶融チル層を形成する
と、そのチル層内にブローホールを発生することが多
く、硬化表面層の耐摩耗性を阻害する。そこで、従来に
おいてこの種の表面硬化に供される特殊鋳鉄としては、
高価な希土類元素等を多く添加したものがあった（例え
ば、特開昭60−5819号公報）。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の特殊鋳鉄では、資源的
にかなり限られた希土類元素を添加するため、経済性お
よび安定供給性といった面から制約をうけることがあ
り、用途が限定されるうえに耐摩耗性が不十分であると
いう問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたも
ので、鋳鉄に脱酸性がありかつ耐摩耗性向上効果のある
Ｂを単独で含有させるか、あるいはこのＢと共にMg,Al,
Ca,Zn,Zr等の脱酸元素の１種以上を添加することによっ
て、鋳鉄表面の再溶融チル層内でのブローホールの発生
がなくかつ耐摩耗性が良好である表面硬化用鋳鉄を低コ
ストで提供することを目的としている。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、Ｃを2.5〜4.0重量％、Siを0.5〜3.5重量％、
Mnを0.2〜1.0重量％、Ｐを0.02〜0.8重量％含有し、さ
らに、脱酸効果がありかつ耐摩耗性向上効果があるＢを
単独では0.005〜0.05重量％含有するか、もしくはＢを
0.002〜0.02重量％含有しかつこのＢとMg,Al,Ca,Zn,Zr
等の脱酸元素とを合計で0.02〜0.1重量％含有し、残部F
eおよび不純物からなる加熱再溶融表面硬化用鋳鉄とす
ることによって、レーザビーム，電子ビーム,TIGアー
ク，プラズマアーク等の高密度エネルギ熱源を用いて本
発明に係る鋳鉄表面を再溶融・自己冷却させた時に，当
該鋳鉄表面にブローホールが発生するのを防止しつつセ
メンタイトを主体とするチル層を形成させることがで
き、耐摩耗性を向上させることができるようにしたもの
である。

このように、Ｂを単独で、もしくはMg,Al,Ca,Zn,Zrと共
に複合で適量添加することによって以下に示すような効
果を示す。

すなわち、普通鋳鉄の表面を上記に例示した高密度エネ
ルギ熱源を用いて加熱再溶融すると、溶解される基地中
の黒鉛と鋳鉄中の内在酸素および／または雰囲気中の酸
素とが結合してCO,CO₂ガスが発生するが、本発明による
特殊鋳鉄では、添加されたＢ等の脱酸効果を有する元素
が前記酸素と優先的に結合し、黒鉛との結合によるガス
化を阻止することによって、チル層内でのブローホール
の発生を防止することができる。

さらに、Ｂは脱酸効果を有するだけでなく、オーステナ
イト，フェライトにはほとんど固溶せず、セメンタイト
中に選択的に固溶してFe₃（CB）を生じ、これがステダ
イト（Fe−Fe₃C−Fe₃P）中に板状に晶出して耐摩耗性を
向上させる効果もあわせて有する。そして、Ｂを単独で
添加する場合にその含有量が0.005重量％以上になると
上記の効果があらわれるが、0.05重量％を超えてもその
効果の向上はあまりみられず、むしろ粗大な硼化物を生
じてぜい化するので、Ｂ含有量はこれ単独の場合に0.00
5〜0.05重量％に限定した。他方、ＢをMg,Al,Ca,Zn,Zr
と共に添加する場合にはＢの含有量が0.002重量％以上
でかつMg,Al,Ca,Zn,Zrのうちの１種以上とＢとの合計が
0.02重量％以上で効果がみられるが、他の元素と共に添
加した場合Ｂの含有量が0.02重量％を超えてもその増量
による効果の向上はほとんどなく、また合計含有量が0.
1重量％を超えてもそれらの溶け込みが難しくなるだけ
であって効果の向上はほとんどみられないので、0.02〜
0.1重量％の範囲に限定した。

また、Ｃが2.5重量％未満、Siが0.5重量％未満であると
セメンタイト量が不足し、耐摩耗性が不十分となってし
まい、逆にＣが4.0重量％超過、Siが3.5重量％超過であ
るとセメンタイトが凝集し、ぜい化しやすくなるため、
Ｃは2.5〜4.0重量％、Siは0.5〜3.5重量％の範囲に限定
した。Mnは一部がフェライトに固溶し、一部がMn₃Cを形
成し、Fe₃Cと複合炭化物を作り、パーライト安定化し基
地強化するので0.2重量％以上必要であるが、1.0重量％
を超えて含有してもその効果の向上はあまりなく、炭化
物が粗大化するのでMnの含有量は0.2〜1.0重量％の範囲
に限定した。Ｐは一部フェライトに固溶するが、Fe,Cと
耐摩耗性のある三元共晶のステダイト（Fe−Fe₃C−Fe
₃P）を形成するので0.02重量％以上含有することが必要
であるが、0.8重量％を超えて含有してもその効果の向
上はなく、かえってぜい化をもたらすのでＰの含有量は
0.02〜0.8重量％とした。

（実施例）以下、本発明の実施例を比較例と共に説明する。

〈実施例１〜８〉〈比較例１〜６〉第１表に示す化学組成の元湯ＡにFe−Ｂを添加して、第
２表に示す実施例１〜4,比較例１〜３の鋳鉄を鋳造し、
同じく第１表に示す元湯ＢにFe−Ｂを添加して、第３表
に示す実施例５〜8,比較例４〜６の鋳鉄を鋳造した。な
お、元湯A,B中のS,Sbは不可避的不純物であり、鋳物用
銑鉄に帰因するものである。次いで、これらの鋳鉄の表
面を2mm程度加工除去して黒皮面を取り除いた後、不活
性雰囲気中でその表面をTIGアークにより加熱再溶融・
自己冷却させた。このとき、TIGアークによる再溶融処
理条件は、直流電流:90A,タングステン電極と鋳鉄表面
との距離:2mmとし、15mm/secで走査させた。次に、TIG
アークによる再溶融処理後に表面を0.5mm加工し、その
加工面にあらわれたブローホールを画像処理装置で測定
した。この結果を同じく第２表，第３表に示す。

第２表および第３表から明らかなように、Ｂ含有量が0.
004重量％以下では表面に多数のブローホールが認めら
れるが、Ｂ含有量が増えるにしたがってその発生量は減
少し、含有量が0.05重量％のものではブローホールの発
生は認められなかった。

〈実施例９〜12〉〈比較例７〜９〉第１表の元湯ＡにFe−ＢおよびMg,Al,Ca,Zn,Zrを含有す
る脱酸剤を添加してそれぞれ実施例９〜12および比較例
７〜９の鋳鉄を鋳造し、前記実施例１〜８と同様の方法
で加熱再溶融・自己冷却し、その後前記実施例１〜８と
同様の方法でブローホールの発生状況を測定した。この
結果を同じく第４表に示す。

第４表から明らかなように、Ｂが0.002重量％未満であ
ったり、また、Ｂが0.002重量％以上であってもB,Mg,A
l,Ca,Zn,Zrの合計含有量が0.02重量％未満であったりし
た場合は多数のブローホールが認められるが、Ｂを0.00
2重量％以上含有し、かつB,Mg,Al,Ca,Zn,Zrの合計含有
量が0.02重量％以上ではブローホールの発生はほとんど
なく、特にＢを0.003重量％以上含みかつB,Mg,Al,Ca,Z
n,Zrの合計含有量が0.078重量％以上ではブローホール
の発生は認められないことが確認された。

〈耐久試験〉次に、前記実施例１〜12に示す本発明品および比較例１
〜９に示す比較品の組成を持つ鋳鉄カムシャフト素材を
鋳造し、これらの鋳鉄カム面の表面を2mm程度加工除去
して黒皮面を取り除いた後、前記実施例１〜８で示した
条件でカムシャフトのカム面をTIGアークで加熱再溶融
・自己冷却させることにより表面硬化したカムシャフト
を製作した。

次に、このようにして得たカムシャフトを自動車用エン
ジンに組込んで耐久試験を行った。このとき、相手材で
あるロッカーアームのチップは、自動車用エンジンのロ
ッカーアームチップ材として近年一般的に用いられるよ
うになった鉄系焼結材で、その組成は、C:2.5重量％,M
n:0.4重量％,Cr:12重量％,Mo;1.0重量％,P:0.5重量％，
残部Feからなるものであって、その硬度はH_RCで50以上
のものを用いた。

そして、耐久試験は第５表に示す試験条件により行っ
た。その結果を第６表に示す。

第６表より明らかなように、実施例１〜12の供試材の場
合に、カムシャフト摩耗量はいずれも極めて小さい値と
なっており、比較例１〜９の供試材の場合に比べてかな
り優れていることがわかる。

［発明の効果］以上説明してきたように、本発明による加熱再溶融表面
硬化用鋳鉄は、Ｃを2.5〜4.0重量％、Siを0.5〜3.5重量
％、Mnを0.2〜1.0重量％、Ｐを0.02〜0.8重量％含有
し、さらに、脱酸性がありかつ耐摩耗性向上効果のある
Ｂを単独で0.005〜0.05重量％含有するか、もしくはＢ
を0.002〜0.02重量％含有しかつ脱酸元素であるMg,Al,C
a,Zn,Zrのうちの１種以上と共に合計で0.02〜0.1重量％
含有し、残部Feおよび不純物からなる成分組成としたか
ら、オーステナイト，フェライトにはほとんど固溶せ
ず、セメンタイト中に選択的に固溶してFe₃（CB）を生
じ、これが耐摩耗性のある三次元共晶のステダイト（Fe
−Fe₃C−Fe₃P）中に板状に晶出して耐摩耗性を向上させ
ることが可能であると共に、レーザビーム，電子ビー
ム,TIGアーク，プラズマアーク等の高密度エネルギ熱源
による鋳鉄表面の再溶融処理に際して、当該再溶融チル
層内でのブローホール発生を有効に阻止することが可能
であり、耐摩耗性を著しく向上させることができるとい
う非常に優れた効果が得られる。また、本発明による鋳
鉄では、その溶解，保持，鋳造において何ら特別な装
置，手法も必要とせず、従来の一般の鋳造技術で製造で
き、現時点では高価な希土類元素を含まないため価格を
低くおさえることができるという著しく優れた効果も得
られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−155345（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−41216（ＪＰ，Ａ) 特公昭53−13575（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭51−49573（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃを2.5〜4.0重量％、Siを0.5〜3.5重量
％、Mnを0.2〜1.0重量％、Ｐを0.02〜0.8重量％含有
し、さらにＢを0.005〜0.05重量％含有し、残部Feおよ
び不純物からなることを特徴とする加熱再溶融表面硬化
用鋳鉄。
【請求項２】Ｃを2.5〜4.0重量％、Siを0.5〜3.5重量
％、Mnを0.2〜1.0重量％、Ｐを0.02〜0.8重量％含有
し、さらにＢを0.002〜0.02重量％含有しかつMg,Al,Ca,
Zn,Zrのうちの１種以上をＢとの合計で0.02〜0.1重量％
含有し、残部Feおよび不純物からなることを特徴とする
加熱再溶融表面硬化用鋳鉄。