JPH0987795A

JPH0987795A - 疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品

Info

Publication number: JPH0987795A
Application number: JP24642295A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiro Matsuda; 淳浩松田; Kimio Kubo; 公雄久保; Taisei Ueno; 大成上野; Kimiteru Otsuka; 公輝大塚; Kenichiro Sekiguchi; 謙一郎関口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】鍛造品並みの疲労強度を有する球状黒鉛鋳鉄
鋳造品を得ること。【解決手段】減圧吸引鋳造法を適用することにより、
球状黒鉛鋳鉄鋳造品の表面部近傍および／または内部の
鋳造欠陥がないか、又は疲労強度に対する感受性がにぶ
い鋳造欠陥とすることにより鍛造品並みの球状黒鉛鋳鉄
鋳造品を得る。表面欠陥は表面から０．７ｍｍの深さ以
内に実質的に存在しない。また、内部欠陥のうち最大内
部欠陥の面積の平方根の値が１．０ｍｍ以下である。本
発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品は繰り返し応力をうける部
品、例えばエンジン用コンロッド、に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、球状黒鉛鋳鉄鋳造
品に関し、特に疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品に
関する。

【０００２】

【従来の技術】球状黒鉛鋳鉄を製造する場合、溶湯をＭ
ｇ合金により黒鉛の球状化処理を行うことから、溶湯中
に多くの酸化物等の介在物が生成する。これら溶湯中の
酸化物等の介在物は、溶湯のＦｅ成分と比較して比重が
小さいため、溶湯表面に浮遊する。鋳造に際しては、此
等浮遊物が鋳造欠陥の原因となるため、鋳型のキャビテ
ィ中に溶湯と一緒に入り込まないように注意することが
重要である。従来の重力を利用した鋳造法では、鋳造
時、空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込み易
く、凝固後の鋳物にブローホール等のガス欠陥が発生し
て、健全な鋳造品を得ることが極めて困難である。従来
の重力を利用した鋳造法で製造された鋳造品に発生する
鋳造欠陥は、一般にその大きさが大きく、かつその発生
する位置が鋳造品の表面（鋳肌面）からかなり深い内部
にも発生する。そのために、繰り返し応力を受けた場
合、鋳造品に存在する鋳造欠陥のうちで最大の鋳造欠陥
に応力が集中して疲労破壊に至ることは、破壊面の観察
により知ることができるものである。このように、従来
の重力を利用した鋳造法により製造された球状黒鉛鋳鉄
鋳造品の強度、特に繰り返し応力を受ける疲労強度につ
いての信頼性は低く、エンジン用コネクティングロッド
（以下コンロッドという。）への球状黒鉛鋳鉄鋳造品の
適用は実現されていない。

【０００３】コンロッド４０は、図８に示すように、ピ
ストン３８とクランクシャフト４５との連接部材であ
る。コンロッド４０は、ピストン３８の往復運動をクラ
ンクシャフト４５の回転運動にしているため、単に往復
運動をするわけではなく、往復運動しながら、ピストン
ピン３９に接続されるスモールエンド４１を中心にして
首振り運動をする。このために、耐摩耗性を有する材質
であることが必要である。こうした複雑な運動をするう
えに、混合気の燃焼により強い爆発力を受けるため、高
い強度、特に圧縮・引張の繰り返し応力に対する高い疲
労強度が要求される。したがって、コンロッド４０の表
面や内部に鋳造欠陥が存在すると、そこに応力が集中し
て、疲労破壊の原因となる。

【０００４】一般にコンロッド４０は、Ｎｉ−Ｃｒ鋼や
Ｃｒ−Ｍｏ鋼などの炭素鋼を鍛造により製作されてい
る。鍛造製コンロッドでは、一種の圧延効果により引け
巣や酸化物等の介在物が除去されており、ほとんど欠陥
が存在しないため、疲労強度に対する信頼性が高く、現
在では鍛造製コンロッドが使用されている。一部では、
チタンといった極めて強度が高く、軽い素材が使われる
ことがあるが、素材に加え、製造コストも高価となるた
め、限られたエンジン用にしか採用されていない。な
お、コンロッド４０の杆部の断面は、軽量と強度とを両
立させるため、Ｉ字型やＨ字型に形成されている。図８
においては、分割型平軸受タイプのものを示したが、一
体型のものも適用されている。４２はクランクシャフト
４５に接続されるビッグエンド、４３はボルト、４６は
ベアリングキャップ、４７はナット、および４４はホワ
イトメタル製のベアリングである。

【０００５】なお、周知のように、外国、特にヨーロッ
パにおいては可鍛鋳鉄製コンロッドが実用化されてい
る。可鍛鋳鉄は、可鋳性の良い白銑鋳鉄を鋳造し、熱処
理（ヨーロッパ主流の白心可鍛鋳鉄は、脱炭作用によっ
て白銑から炭素を除去し、また黒心可鍛鋳鉄では焼鈍に
よって鉄と軟化炭素（テンパーカーボン）に分解）を施
して、可鍛化させたものである。このように、可鍛鋳鉄
の製造においては、熱処理は不可欠であり、またなによ
りもスクラップを厳選しなければならないことである。
さらに、鋳造に際しては、可鍛鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄に比
較して引け性が大きいため、押湯等で鋳造方案上の特別
の配慮が必要である。資源が乏しい我が国においては、
可鍛鋳鉄では製造コストが高く、高級材とはいえ価格的
な面で市場競争力を有しない。このような事情から、ス
クラップの選定も自由度が大きく、鋳造性も良好な球状
黒鉛鋳鉄鋳造品で鍛造品レベルの疲労強度を有し、信頼
性の高いものが製造できればその効果は大きいと考えら
れる。

【０００６】ところで、最近特に複雑な形状や薄肉部を
有するステンレス鋳鋼、耐熱鋳鋼など、鋳造性に劣る鋳
物の製造に適した減圧吸引鋳造法が提案されている。

【０００７】例えば、特公昭６０−３５２２７号公報に
おいては、鋳型内キャビティを減圧して溶湯を鋳型空洞
部に吸引鋳造する減圧吸引鋳造方法を提案している。し
かしながら、この方法では、溶湯に浸漬されない鋳型部
分から空気を巻き込み易く、減圧吸引効果が不十分であ
る。また、高さが小さく単純形状のものは鋳造できる
が、高さや肉厚部があり、複雑形状である場合には適用
するのが難しい。

【０００８】また、特開平２−３０３６４９号公報にお
いては、鋳型と鋳型周囲につき固めた粒状物とを減圧に
よりチャンバー内に保持し、これを溶湯に浸漬して注湯
する減圧吸引鋳造方法を提案している。しかし、この方
法では、鋳型を粒状物と共に吸引して保持し、そのまま
浸漬するために、浸漬前後に溶湯が乱れ、空気を巻き込
み易く、更に、粒状物と鋳型を減圧容器から突出させて
保持するために、底からの空気の巻き込みが問題とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の鋳造方法で製造した球状黒鉛鋳鉄鋳造品では、発生す
る鋳造欠陥が大きく、かつ鋳造品の表面部（鋳肌面）か
らかなりの深さの内部にも鋳造欠陥が発生するため、最
大鋳造欠陥に応力集中を受け疲労強度に劣り、疲労破壊
の原因となっていた。このため、繰り返し応力を受ける
部品、例えば代表的なものとして、エンジン用のコンロ
ッドへの球状黒鉛鋳鉄鋳造品の適用が実現されなかっ
た。本発明の目的は、改良した減圧吸引鋳造法を適用
し、球状黒鉛鋳鉄鋳造品において、該鋳造品の表面部近
傍および／または内部の鋳造欠陥がないか、又は疲労破
壊に対する感受性がにぶい前記鋳造欠陥とすることによ
り、鍛造品レベルまたはそれ以上の疲労強度を有する球
状黒鉛鋳鉄鋳造品を提供することにある。そして、発生
する鋳造欠陥の特徴からショットピーニング効果を奏す
る球状黒鉛鋳鉄鋳造品を提供することにある。

【００１０】なお、本発明における表面の鋳造欠陥と
は、表面に開口している欠陥、または表面近傍にあって
１つの欠陥の全体もしくはその一部が表面からの深さ
０．７ｍｍ以内にある欠陥をいう（「表面欠陥」とい
う）。また、表面欠陥が実質的に存在しないとは、上記
表面の鋳造欠陥が表面から０．７ｍｍ以内に存在しない
か、存在したとしても０．７ｍｍの深さ以内にあること
をいう。また、内部の鋳造欠陥とは、表面から０．７ｍ
ｍを越える深さにある鋳造欠陥をいう（「内部欠陥」と
いう）。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、減圧容器内に配置された鋳型の
キャビティ、押湯や吐かせの近傍に吸引口を設けること
によって吸引効果が著しく高められ、たとえ酸化物等の
介在物を溶湯に多く含んだ球状黒鉛鋳鉄であっても、減
圧吸引鋳造装置の溶湯導入部を溶湯保持炉または注湯取
鍋内の溶湯中に浸漬して、重力に逆らって溶湯を上方向
に吸引注湯を行うことにより、鋳造欠陥が実質的にない
か、または小さくすることができると共に、その発生位
置を鋳造品の表面部近傍に存在せしめた球状黒鉛鋳鉄鋳
造品を、低コストで生産性良く製造できることを発見
し、本発明に想到した。

【００１２】すなわち、本発明の疲労強度に優れる球状
黒鉛鋳鉄鋳造品は、該鋳造品の表面部近傍および／また
は内部の鋳造欠陥がないか、又は疲労破壊に対する感受
性がにぶい前記鋳造欠陥としたことを特徴とする。

【００１３】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、該鋳造品の表面から０．７ｍｍの深さ以
内に該鋳造品の表面欠陥が実質的に存在しないことを特
徴とする。

【００１４】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、該鋳造品の内部欠陥のうち最大内部欠陥
の面積の平方根の値が１．０ｍｍ以下であることを特徴
とする。

【００１５】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、該鋳造品の表面から０．７ｍｍの深さ以
内に、該鋳造品の表面欠陥が実質的に存在せず、かつ内
部欠陥のうち最大内部欠陥の面積の平方根の値が１．０
ｍｍ以下であることを特徴とする。

【００１６】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、破断までの繰り返し回数が１０⁷回にお
ける公称応力振幅が１８０Ｎ／ｍｍ²以上であることを
特徴とする

【００１７】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、該鋳造品がエンジン用コンロッドである
ことを特徴とする。

【００１８】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、該鋳造品がエンジン用コンロッドであっ
て、その表面にショットピーニングを施すことによりさ
らに疲労強度を向上せしめたことを特徴とする。

【００１９】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯す
る減圧吸引鋳造方法であって、（ａ）底部に少なくとも
１つ以上の開口部を有する減圧容器内に、湯道と、前記
湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、前記湯道
が前記減圧容器の開口部内に開口するように配置し、
（ｂ）前記減圧容器に取り付けた減圧装置により鋳型内
を減圧することにより、前記キャビティ内に前記溶融金
属を急速に注湯する減圧吸引鋳造方法により製造したこ
とを特徴とする。

【００２０】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯す
る減圧吸引鋳造方法であって、（ａ）底部に少なくとも
１つ以上の開口部を有する減圧容器内に、湯道と、前記
湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、前記湯道
が前記減圧容器の開口部内に開口するように配置し、
（ｂ）前記キャビティのうち前記湯道から最も遠くて前
記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、鋳型表面
に開口する凹部状の吸引口を形成して前記吸引口におけ
る前記キャビティと鋳型表面との距離を鋳型の他の部分
より小さくし、（ｃ）前記減圧容器に取り付けた減圧装
置により鋳型内を減圧することにより、前記キャビティ
内に前記溶融金属を急速に注湯する減圧吸引鋳造方法に
より製造したことを特徴とする。

【００２１】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、本発明の鋳造に適用する減圧吸引鋳造方
法において、前記キャビティ内で溶融金属が凝固する
際、前記減圧容器内の減圧を解除し、重力の作用によっ
て前記湯道内の凝固途中の溶融金属を鋳型外に流出させ
ることを特徴とする。

【００２２】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、本発明の鋳造に適用する減圧吸引鋳造方
法において、前記溶湯導入部もしくは前記減圧容器の一
部として保護枠を設けたことを特徴とする。

【００２３】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、本発明の鋳造に適用する減圧吸引鋳造方
法において、前記減圧容器に不活性ガスを供給し、減圧
前に前記減圧容器内を不活性ガスで置換する減圧吸引鋳
造方法により製造したことを特徴とする。

【００２４】更に、本発明の疲労強度に優れる球状黒鉛
鋳鉄鋳造品は、本発明の鋳造に適用する減圧吸引鋳造方
法において、前記湯道の開口部を溶融金属保持炉内の溶
融金属に浸漬した後で、前記減圧容器内を減圧する減圧
吸引鋳造方法により製造したことを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明につき、図面を用い
て説明する。図１は、本発明の疲労強度に優れる球状黒
鉛鋳鉄鋳造品の製造に適用した減圧吸引鋳造装置を示す
概略断面図である。この減圧吸引鋳造装置１は、底部に
開口部３を有する減圧容器２内に、キャビティ７と湯道
６等を有する鋳型４を配設し、前記減圧容器２に上方か
ら白矢印で示す方向の減圧吸引力を作用させて、鋳型下
端の湯道の開口部８から溶湯を吸引して注湯を行う方式
のものである。具体的には、減圧吸引鋳造装置１は、減
圧容器（例えば、内径６００ｍｍ、高さ８００ｍｍを有
する鉄製の減圧容器）２を有し、減圧容器２の底部には
開口部３が設けられている。また、減圧容器２の上部に
は蓋部材２ａが密封状態で係合しており、蓋部材２ａの
上端部にはフレキシブル管９が取り付けられている。フ
レキシブル管９は、減圧制御手段１０を介し、真空ポン
プ等の減圧装置１１に接続される。

【００２６】鋳型４はスタックモールドでつくられ、複
数個取りで、コンロッド形状のキャビティ７の各々が湯
道６と連通している。造型性および通気性の点からけい
砂等を用いた砂鋳型が好適である。例えば、けい砂７号
を材料として、スタックモールドの複数個取りが好まし
い。砂鋳型４には、砂鋳型下面より下方に突出した溶湯
導入部５が設けられており、砂鋳型４は溶湯導入部５が
開口部３より下方に突出するように減圧容器２内に配置
される。

【００２７】砂鋳型４内には、湯道６が溶湯導入部５の
湯口８から垂直方向に延在している。キャビティ７の内
面には塗型剤を０．０１〜０．４ｍｍ、例えば０．１５
ｍｍの厚さに塗布するのが好ましい。なお、減圧容器２
と、蓋部材２ａと、鋳型４との間にはそれぞれパッキン
２３が配置されており、減圧容器２の密封状態の低下を
防止するとともに、鋳型４のキャビティ７の減圧度が低
下するのも防止している。

【００２８】減圧側に臨む鋳型４の側面には、吸引口１
２が形成されている。吸引口１２は、鋳砂が鋳造時の機
械的、熱的衝撃によって破砕しない程度に、鋳型４の側
面に近接しているのが好ましい。減圧容器２の外側面に
は、減圧吸引鋳造装置１が溶湯保持炉１４内の溶湯１５
に浸漬されたことを検知する湯面センサー１３が取り付
けられている。図１の減圧吸引鋳造装置１により鋳造を
行う場合、まず鋳型４の溶湯導入部５を溶湯保持炉１４
内の溶湯１５に浸漬する。減圧容器２の側面に取り付け
た湯面センサー１３により、溶湯導入部５の浸漬を感知
すると、減圧容器２の下降を停止し、同時に減圧装置１
１を作動させて減圧を開始する。減圧容器２内を減圧す
ると、吸引口１２を介してキャビティ７内の空気は吸引
されるので、湯道６内に入った溶湯は複数個のキャビテ
ィ７内に急速に充填される。なお、１８は減圧室を示
す。

【００２９】充填された直後の溶湯は吸引力によりキャ
ビティ７内に停留していることが可能である。時間の経
過とともにキャビティ７内の溶湯は表面から順次凝固が
進行していく。凝固の進行に伴い、ある一定の凝固率即
ち固相率に達した部分は、吸引力を解除しても流動しな
いため、重力によってキャビティ外に流出されない。従
って、吸引開始からある一定時間後に吸引力を解除すれ
ば、溶湯として流動し得る凝固途中の湯道６部だけを重
力の作用によって鋳型外に流出できる。このため、鋳造
後に鋳型４を減圧容器２から取り出し、型ばらしを行な
うと、キャビティ７内の球状黒鉛鋳鉄鋳造品が湯道と繋
がることなくバラバラになっており、通常の鋳造後処理
工程で行われる湯口折、湯道折が不要となる。更に、湯
道部６だけを重力の作用によって鋳型外に流出させた溶
湯は、溶湯保持炉１４に戻るので、注入歩留（鋳造品重
量／注入重量）も大幅に向上する。

【００３０】図２は、図１の減圧吸引鋳造装置の変更例
を示す概略断面図であり、基本的な構成は図１の減圧吸
引鋳造装置と同じである。従って、図１と同じ部材には
同じ番号を付してある。

【００３１】図２に示す減圧吸引鋳造装置では、更に減
圧容器２内を鋳型室１７と減圧室１８とに区画する不通
気性の材料からなる仕切り部材１９が配設されている。
仕切り部材１９は、減圧吸引力を吸引口１２の限定部
分、特に溶湯最終充填部に対向する吸引口１２の底部に
作用させるためのものである。仕切り部材１９の上面に
は、吸引口１２と整合した中央開口部を有する開口板２
０を載置してもよい。

【００３２】この開口板２０と減圧室１８内に突出する
蓋部材２ａのフランジ２１との間には、コイルスプリン
グ等の鋳型挟持手段２２が配設されている。鋳型挟持手
段２２の弾性力は、開口板２０、仕切り部材１９を介し
て鋳型４に及ぼされ、鋳型４を鋳型室１７内の所定位置
に固定する。また、開口板２０と仕切り部材１９との間
にも、パッキング等の気密部材２３が配置され、減圧室
１８と鋳型室１７との間を気密に保持する。

【００３３】また、本実施の形態では、鋳型４の下面よ
り下方に突設された溶湯導入部５の側面および鋳型下面
を覆う保護枠２４（例えば鋼製）が設けられている。保
護枠２４の下部は減圧容器２の底部開口部３より下方に
突出しているので、減圧吸引時に溶湯導入部５とともに
溶湯保持炉１４内の溶湯１５に浸漬される。この保護枠
２４によって、溶湯導入部５の強度が確保されるととも
に、湯道６に作用する減圧の低下が防止され、更には溶
湯導入部５の側面等を通じての空気の巻き込みが防止さ
れる。なお、保護枠２４は減圧容器２の一部として設け
ることもできる。

【００３４】更に本実施の形態では、減圧容器２に不活
性ガス供給手段２５が接続されている。不活性ガス供給
手段２５は、不活性ガスを減圧容器２内に圧入し、減圧
容器４の空気をパージして不活性ガスにより置換する。
不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が好ま
しい。

【００３５】図２の減圧吸引鋳造装置の操作は基本的に
図１のものと同じであるが、不活性ガス供給手段２５を
有するので、まず減圧容器２内の雰囲気を不活性ガスで
置換する工程を行う。そのためには、不活性ガス供給手
段２５を作動させて減圧容器２内の空気をパージし、不
活性ガスで充満する。その後、鋳型４を収納した減圧容
器２を下降させて、溶湯導入部５を溶湯保持炉１４内の
溶湯１５に浸漬し、減圧して溶湯の吸引を行う。

【００３６】前述の減圧吸引鋳造装置を用いて吸引鋳造
した球状黒鉛鋳鉄鋳造品（ＪＩＳ：ＦＣＤ７００、ＦＣ
Ｄ８００相当材で基地組織はパーライトである。）から
試験片採取し、試験片を固定した状態で引張・圧縮の繰
り返し応力を負荷した疲労強度試験をおこなった。図３
は疲労強度試験結果を示す。横軸は試験片の破断までの
繰り返し数（回）を対数目盛りで示し、縦軸は公称応力
振幅（Ｎ／ｍｍ²）を示す。鍛造品と従来の鋳造品につ
いても同様の疲労強度試験を行った。実線は鍛造品の下
限値を示し、疲労限度は１８０Ｎ／ｍｍ²である。従来
の鋳造品の疲労限度は１８０Ｎ／ｍｍ²よりもはるかに
下限である。ところが、減圧吸引鋳造法を適用して鋳造
した本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品は、鍛造品の下限値と
同等かまたはそれ以上の疲労強度を有している。即ち、
破断までの繰り返し数が１０⁷回における公称応力振幅
が１８０Ｎ／ｍｍ²である。好ましくは２００Ｎ／ｍｍ²
である。

【００３７】疲労による破壊は、表面欠陥から破断（表
面に存在する鋳造欠陥のうちの最大鋳造欠陥に応力が集
中して破断に至る。）する場合と、内部欠陥（内部に存
在する鋳造欠陥のうちの最大の内部鋳造欠陥に応力が集
中して破断に至る。）場合とがある。表面欠陥と内部欠
陥が混在する場合には、これらのうちで最大の欠陥に応
力が集中して破断に至ることは、破断面を観察すること
により知ることができる。

【００３８】図４は、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品に発
生した引け巣による内部の鋳造欠陥の例を示したもので
ある。Ｓは内部欠陥ＩＤの面積を評価する場合の例を示
し、後述する内部欠陥の面積Ｓの平方根の値を算出する
ために用いる。また図５は、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造
品の表面からの深さｄ（ｍｍ）に発生した表面欠陥の例
を示したものである。点々で表示するＸ（エックス）の
領域は不健全部を示し、Ｙは不健全部Ｘ内に存在する介
在物を示す。図４および図５に１００μｍの線分長さで
表示するように、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品に発生す
る鋳造欠陥はその大きさが小さい。

【００３９】図６に相対的疲労強度（Ｎ／ｍｍ²）と表
面欠陥の欠陥深さｄ（ｍｍ）との関係を示す。図６のな
かで白丸と黒丸の各点は、いずれも球状黒鉛鋳鉄につい
てのものであって、白丸の各点は減圧吸引鋳造法により
製造した鋳造品についてのものであり、黒丸の各点は従
来の鋳造品についてのものである。減圧吸引鋳造法によ
り製造した球状黒鉛鋳鉄鋳造品では表面欠陥の欠陥深さ
が１ｍｍ以下になることが図６によりわかる。縦軸の目
盛の０（ゼロ）の値は、横軸に示す表面欠陥の欠陥深さ
ｄ（ｍｍ）の値が０．７ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ、
よりも小さな表面欠陥であれば、鍛造品レベルの相対的
疲労強度（Ｎ／ｍｍ²）を有することを示しており、減
圧吸引鋳造法を適用して製造した球状黒鉛鋳鉄鋳造品は
鍛造品レベルの疲労強度を有することが確認できる。

【００４０】次に、図７に相対的疲労強度（Ｎ／ｍ
ｍ²）と内部欠陥の大きさとの関係を示す。ここで、内
部欠陥の表示としては、例示した図４に示す点線で囲ん
だ面積の平方根（以下ルートエリアという。）をとっ
て、表面欠陥の深さｄ（ｍｍ）とディメンションを同じ
くした破壊力学的評価方法を適用して表示している。図
７に示すように、ルートエリアの値が１．０ｍｍ以下、
好ましくは０．５ｍｍ以下、であれば、鍛造品レベルの
疲労強度（Ｎ／ｍｍ²）を有することがわかる。なお、
図７においてルートエリアの値が略１．０ｍｍより大き
い値のものは、従来の鋳造品に関するものである。

【００４１】減圧吸引鋳造法による鋳造品に発生する鋳
造欠陥が表面部近傍に発生することまた内部に発生する
鋳造欠陥の大きさが従来の鋳造品のそれよりも小さいも
のであることの理由、原因については、理論的解明はま
だなしていないが、減圧吸引鋳造法においては、注湯さ
れる溶湯が空気と接触しないので溶湯の酸化が非常にす
くないこと、また、重力の作用に対して反重力的に下か
ら上方向に向かって順序良く層流をなしてしかも静かに
鋳型のキャビティに充填されることが大いに良い影響が
あるものと考える。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した通り、減圧吸引鋳造法を適
用して吸引鋳造した本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品は、鋳
造品の表面部近傍および／または内部の鋳造欠陥がない
か、又は疲労破壊に対する感受性がにぶい鋳造欠陥とし
たため、球状黒鉛の存在がありながら、鍛造品と同等あ
るいはそれ以上の疲労強度を有する。このような特性を
有する本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品は、繰り返し応力を
うける部品、たとえば、エンジン用コンロッド等に適用
でき、従来技術では達成出来なかった球状黒鉛鋳鉄鋳造
品の疲労強度に対する信頼性を高めると共に製造面、経
済的効果大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品の吸引鋳造に適用
する減圧吸引鋳造装置を示す概略断面図である。

【図２】図１の減圧吸引鋳造装置の変更例を示す概略断
面図である。

【図３】本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品の疲労強度を示す
図である。

【図４】本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品に発生した内部欠
陥の例を示す図である。

【図５】本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳造品に発生した表面欠
陥の例を示す図である。

【図６】相対的疲労強度と表面欠陥の欠陥深さとの関係
を示す図である。

【図７】相対的疲労強度と内部欠陥の大きさとの関係を
示す図である。

【図８】コンロッドの組み立て概略図である。

【符号の説明】

１：減圧吸引鋳造装置、２：減圧容器、２ａ：蓋部材、
３：開口部、４：鋳型、５：溶湯導入部、６：湯道、
７：キャビティ、８：湯道の開口部、９：フレキシブル
管、１０：減圧制御手段、１１：減圧装置、１２：吸引
口、１３：湯面センサー、１４：溶湯保持炉、１５：溶
湯、１７：鋳型室、１８：減圧室、１９：仕切り部材、
２０：開口板、２１：フランジ、２２：鋳型挟持手段、
２３：気密部材、２４：保護枠、２５：不活性ガス供給
手段、４３：コンロッド、Ｘ：表面欠陥、Ｙ：介在物、
ｄ：表面からの深さ、ＩＤ：内部欠陥、Ｓ：内部欠陥の
面積。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚公輝栃木県真岡市鬼怒ケ丘11番地日立金属株式会社素材研究所内 (72)発明者関口謙一郎栃木県真岡市鬼怒ケ丘11番地日立金属株式会社素材研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球状黒鉛鋳鉄鋳造品において、該鋳造品
の表面部近傍および／または内部の鋳造欠陥がないか、
又は疲労破壊に対する感受性がにぶい前記鋳造欠陥とし
たことを特徴とする疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造
品。
【請求項２】球状黒鉛鋳鉄鋳造品の表面から０．７ｍ
ｍの深さ以内に該鋳造品の表面欠陥が実質的に存在しな
いことを特徴とする疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造
品。
【請求項３】球状黒鉛鋳鉄鋳造品の内部欠陥のうち最
大内部欠陥の面積の平方根の値が１．０ｍｍ以下である
ことを特徴とする疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造
品。
【請求項４】球状黒鉛鋳鉄鋳造品の表面から０．７ｍ
ｍの深さ以内に、該鋳造品の表面欠陥が実質的に存在せ
ず、かつ内部欠陥のうち最大内部欠陥の面積の平方根の
値が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする疲労強度に
優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項５】球状黒鉛鋳鉄鋳造品であって、破断まで
の繰り返し回数が１０⁷回における公称応力振幅が１８
０Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする疲労強度に優
れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか１項に記
載の鋳造品がエンジン用コンロッドであることを特徴と
する疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項７】前記エンジン用コンロッドの表面にショ
ットピーニングを施すことによりさらに疲労強度を向上
せしめたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれ
か１項に記載の疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項８】溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯す
る減圧吸引鋳造方法であって、（ａ）底部に少なくとも
１つ以上の開口部を有する減圧容器内に、湯道と、前記
湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、前記湯道
が前記減圧容器の開口部内に開口するように配置し、
（ｂ）前記減圧容器に取り付けた減圧装置により鋳型内
を減圧することにより、前記キャビティ内に前記溶融金
属を急速に注湯する減圧吸引鋳造方法により製造したこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の疲
労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項９】溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯す
る減圧吸引鋳造方法であって、（ａ）底部に少なくとも
１つ以上の開口部を有する減圧容器内に、湯道と、前記
湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、前記湯道
が前記減圧容器の開口部内に開口するように配置し、
（ｂ）前記キャビティのうち前記湯道から最も遠くて前
記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、鋳型表面
に開口する凹部状の吸引口を形成して前記吸引口におけ
る前記キャビティと鋳型表面との距離を鋳型の他の部分
より小さくし、（ｃ）前記減圧容器に取り付けた減圧装
置により鋳型内を減圧することにより、前記キャビティ
内に前記溶融金属を急速に注湯する減圧吸引鋳造方法に
より製造したことを特徴とする請求項８に記載の疲労強
度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項１０】前記キャビティ内で溶融金属が凝固す
る際、前記減圧容器内の減圧を解除し、重力の作用によ
って前記湯道内の凝固途中の溶融金属を鋳型外に流出さ
せることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の
疲労強度に優れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項１１】溶湯導入部もしくは前記減圧容器の一
部として保護枠を設けたことを特徴とする請求項８〜請
求項１０のいずれか１項に記載の疲労強度に優れる球状
黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項１２】前記減圧容器に不活性ガスを供給し、
減圧前に前記減圧容器内を不活性ガスで置換する減圧吸
引鋳造方法により製造したことを特徴とする請求項８〜
請求項１１のいずれか１項に記載の疲労強度に優れる球
状黒鉛鋳鉄鋳造品。
【請求項１３】前記湯道の開口部を溶融金属保持炉内
の溶融金属に浸漬した後で、前記減圧容器内を減圧する
減圧吸引鋳造方法により製造したことを特徴とする請求
項８〜請求項１２のいずれか１項に記載の疲労強度に優
れる球状黒鉛鋳鉄鋳造品。