JPS59140318A - 高強度フェライト地ダクタイル鋳鉄部品とその製造方法 - 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】 ダクタイル鋳鉄鋳物を製作する技術において、最大の展
性と最良の機械加工性が慾しいが高強度は要求されてい
ないとき、球状黒鉛鋳鉄鋳物に一般に行なわれる完全な
焼鈍乞行なうことが一般的である。その顕微鏡組織はフ
ェライト地の球状黒鉛に変換される。この顕微鏡組織は
フェライト地球状黒鉛鋳鉄と呼ばれ、（ダクタイル鋳鉄
は球状でない形状の黒鉛を含むことができるが、球状黒
鉛という技術用語はダクタイルという技術用語と相互に
同じ意味使うことができる）。それは代表的な場合とし
て４０，０００　ｐｓｉ　（２８，１ｋｆｌ／ｍｍ’　
）の降伏点と、６０，０００　ｐｓｉ　（４２−２Ｊｃ
ｆｌ／ｍｍ”　）ノ引っ張り強さ、１８％の伸び、及び
１３７〜１７０ＢＨＮ乞有する。

しかしながら、そのようなフェライト地球状黒鉛鋳鉄は
例えばエンジン部品等の多くの自動車部品に使用するこ
とのできるに充分な強度（室温及び筒温で）と耐食性（
７２６°Ｃ）を示さない。そのような鋳鉄がこれらの物
理的性質で改善されろことは望ましことであろう。何故
ならば鋼鍛造品が最終製品に成形するのに相当の熱エネ
ルギと機械的エネルギを消費するのにその鋳鉄は相当の
製造での経済性を提供するからである。それに加えて、
そのような鋳物は充分の量の黒鉛が存在するために重量
の節約ンもたらす。

従来の技術はこれらの増加された物理的性質（米国特許
第３，９５４．１３６ビ見よ）を達成することは試みて
いない。

珪素量より多く含むことは研究されており、４饅まで珪
素の量が多くなると高温での相変化に対抗するフェライ
ト地を安定させるとと；及び珪素の量が増えることは酸
化乞低下させるが然し珪素のミクロ偏析勾配の均一性に
よって珪素量が制限されるということが分っている。し
かしながら、珪素は従来の技術に一般に受は入れられて
いる量では、室温でフェライトの展性ン減小させる。よ
って、従来の技術は、周囲の温度で最大の靭性ン得るた
め、珪素の量を可能な最低値に保ってきた。

その結果、実際の鋳鉄生産での珪素の最大値は、鋳物を
過度の困難性なく加工される能力によって限定され、最
大水準は２〜ろチの範囲であった。

本発明はフェライト地ダクタイル鋳鉄の強度が劇的に増
加され同時に展性ビ高い水準に維持することができる方
法を発見した。この方法は珪累含有量馨フェライト地ダ
クタイル鋳鉄に対する通常の標準化学成分の珪素より高
い値に本質的に増加し、フェライト地のダクタイル鋳鉄
−物に通常使われるマンガンの量を本質的に半分の水準
に下げ、またモリブデンとニッケルを鋳物の充分な固溶
体強度７与える鼠だけ加えることによって、高い強度の
フェライト地ダクタイル鋳鉄７作る経隣的方法である。

本発明の方法は次のもの乞含む；（ａ）はぼ所望の部品
の形状に鋳鉄合金の溶湯を鋳込むこと、この溶湯は重量
比で６゜９〜６．８％の珪素、６．０〜６．５チの炭素
、０．１〜０，６％のマガジン、Ｏ〜０．６５係のモリ
ブデン、０．０１５％より犬きくない硫黄、０．０６％
より大きくない燐、及び残余の純鉄から本質的に成り立
ち、溶湯には凝固のとき黒鉛の球を形成する球状化剤乞
加えろとと；及び（ｂ）容積で９〜１４％の黒鉛７有し
、少なくとも７５，０００ｐｓｉ　（５２，７／ＣＦＩ
／朋″）の降伏点、少なくとも９５．０００　ｐｓｉ　
（６６，７１ｃ９／ａｍ’　）の引っ張り強さと少なく
とも１７％の伸び乞有する完全にフェライト地鋳鉄顕微
鏡組織を与えるよう熱処理をすること。

もし前記の溶湯の化学成分が４．０〜４．２％の珪素量
、約１．２５％のニッケル量及び約０．６％のモリブデ
ン量に限定されると有利である。この化学成分では、物
理的佐賀は降伏点で８０　ｋｓｉの水準及び引っ張り強
さで１００　ｋｓｉの水準に改善されることができる。

このとき炭素値は球状黒鉛を促進するため６．０〜６．
５係の範囲にあることが好適である。

好適な場合として、鋳鉄は１６０ロ’Ｆ（８７１°Ｃ）
。

に２時間加熱し、１時間１００’Ｆ’（５５，＜ＳｏＣ
）の割合で１４００’Ｆ（７５６°Ｃ）に冷却し、１４
００″Ｆ（７５６°Ｃ）に約２時間保持し、そのちと１
時間５０’Ｆ’（２８°［）Ｙ越さない速さで炉内冷却
することにより少なくとも２２０　ＢＨＮの硬度まで上
げるよう熱処理される。またはその代りとして、鋳鉄は
等温臨界点以下の焼鈍または１時間当たり５０〜１００
”Ｆ’（２８°〜５５．６°Ｇ）の速さで連続冷却して
もよい。

結果として得られる完全にフェライト地のダクタイル鋳
鉄は、容積で９〜１４％の黒鉛が存在する組成として、
また本質的に６．９〜６．０％の珪素、０．１〜０．３
％のマンガン、０〜０．６５％のモリブデン、少なくと
も１．２５％のニッケル、０．０２〜０．０５％のマグ
ネシウム、及び残宗の純鉄から本質的に成り立つ８６〜
９１％のフェライト地鋳鉄として特に特畝づけられる。

そのようなフェライト地ノジュラー鋳鉄の降伏点は少な
くとも７５，０００ｐｓ１（５２−７１ｔＦｌ／ｍｍ”
　）であり、引ッ張す強すバ少なくとも９５，０００　
ｐｓｉ　（６６，８ｒｃ、ｇ／ｍｍ’　）　テ、また伸
びは少なくとも１７％あり、硬度は約２２０ＥＨＮであ
る。フェライト地ダクタイル鋳鉄は、より高い珪素含有
量のため改善された耐食性とＡｃ温度がより高いことに
よる改善された熱的安定性乞有する。

ダクタイル鋳鉄（一般に球状黒鉛鋳鉄と呼ばれる）は１
９４８年頃発明された。この鋳鉄はＡ′（ろ、２韮）か
ら４　ｆｆ’（１０１６ｍｍ）ノ肉厚を有する鋳物に使
用されている。これは通常セリウムまたはマグネシウム
の合金によって溶湯乞処理することによって作られ、こ
の処理は通常軟かい弱い鋳鉄鋳物７作る。これらの特殊
合金を加えることによって鋳物は球状乞した黒鉛７有す
る。このようにして作った鋳物は通常の鼠鋳鉄より比較
的優れた展性を有する。合金とすることまたは熱処理に
よって、例えばパーライト地またはフェライト地のより
な歓個の型の地の組織が作られる。

ここでフェライトとは本質的に純鉄であることのできる
顕微鏡組織を言い、またはそれは固溶体を作るようその
中に溶ける他の金属７含むことができる。フェライトは
常に事実上炭素を含まない。

何故ならばそれは０．０２　％以下の炭素しか含むこと
ができないからである。フェライトは、すべてフェライ
ト地である低炭素鋼またはインゴット鉄の例のよう処、
本質的に軟かい組織である。しかしながら、鋳鉄ちフェ
ライトはその中に溶けた１〜６％の珪素Ｚ含む。これが
硬度７僅か増加させ、ろる程度の強度と耐摩耗性を増加
させる。フェライト地はしばしばその優れた機械加工性
のため鉄の中に存在することが望まれる。

フェライト地は一般に焼鈍という熱処理の結果である。

フェライトの型の品位は、従来の技術で典型的なもので
、約６０．０００　ｐｓｉ　（４２ｋｇ／ｍｍつの引っ
張り強さ、約４０．０００　ｐｓｉ　（２８ｋｇ／ｍｍ
Ｊの降伏点、約１８％の伸び、及び１６７〜１７０８Ｈ
Ｈの典型的硬度範囲Ｚ有し、これは完全に焼鈍された状
態にあるとき得られろ。鼠鋳鉄及びダクタイル鋳鉄鋳物
工場協会発行のＣｈａｒｌｅｓ　Ｆ、Ｗａｌ、ｔｏｎ著
：風鋳鉄及びダクタイル鋳鉄鋳物ハンドブック（１９７
１年）を参照されたい。

より大きい強度ン他の物理的特性を保って得る好適な方
法は以下に述べるものである。

１、　合金鋳鉄の溶湯が所望の部品の形状とほぼ同じ形
に鋳込むため準備される。溶湯は、重量比で６．９〜６
．０％の珪素（４，２チが好ましい）、３．０〜６．５
％の炭素（３，０％が好ましい）、０．１〜０．３％の
マンガン（０，２％が好ましい）、Ｄ〜０．６５％のモ
リブデン（０，６％が好ましい）、最大値０．０１５％
に維持した硫黄、０．０６％に維持した燐、及び少なく
とも１．２５％のニッケル（１，２５％が好ましい）、
及び残余の純鉄から本質的に成り立つ。要求される珪素
量より低い場合は鋳鉄の降伏点ｔして７５，０００　ｐ
ｓｉ　（５２，７に９７ｍ−″）以下に低下させるであ
ろう。珪素値６．０％ビ越える材料はよりもろくなり伸
びは１７％以下となり、機械加工の問題Ｚ起す。１．２
５％以下のニッケル含有量は不適当な固溶体強度ン与え
、降伏点を７５．０００　ｐｓｉ　（５２，７ｋ−９／
朋２）以下に降下させる原因となるであろう。５．０％
以上のニッケル含有量は所望の物理的性質に影響するこ
となく使用できるが、材料の生産コストが５．０％以上
では経済的でなくなる。モリブデン乞肌３％以上にする
ことはモリブデンの偏析を起こし、よりもろくなり伸び
は１７％以下になる。

２゜鋳込まれた部品はそこで熱処理されて、９〜１４％
の容積の黒鉛を有し、少なくとも７５，０００ｐｓｉ　
（５２−７ｋｇ７ｍｍ”　）の降伏点、少なくとも９５
．０００　ｐｓｉ　（６６，７ｋｇ／ｒｎｍ”　）の引
っ張り強さと少なくとも１７％の伸びｔ有する完全にフ
ェライト地の顕微鏡組織ン与える。

好適な方法としては、加熱は１６００″Ｆ’　（８７１
”Ｃ）まで約２時間行ない、次いで１４００“ＦＣ７５
６℃）まで１時間当たり５０″Ｆ（２８°Ｃ）の割合で
冷却される。−、鋳物はこの１４００’Ｆ（７５６°Ｃ
）の温度に約２時間保持され、そこで炉内で室温まで冷
却される。炉内冷却は１時間当たり約５０〜１００’Ｆ
’（２８ｕ〜５５°Ｃ）である。

ダクタイル鋳鉄の標準化学成分に４．２％の珪素、１．
２５％のニッケル及び０．６％のモリブデンを加えてフ
ェライト地を作る焼鈍を行なうことによって伸びＺ低下
させることなく少なくとも２倍の降伏点が得られる。フ
ェライト地乞作る熱処理は１時間当たり５０〜１００″
Ｆ（２８〜５５°Ｃ）の速さの連続冷却または等温臨界
点以下焼鈍によって達成される。両者の方法に対して強
度的性質は同じである。

ダクタイル鋳鉄のフェライト地７作る焼鈍の他の技術と
して、第１の技術は（第１図馨見よ）、鋳物’ｆ１６５
０〜１７５０’″ＦＣ８９９〜９５４°Ｃ）に１時間プ
ラス肉厚１インチＣ２５，４Ｔｎｍ）当り１時間または
１時間以上の時間、これは典型的な場合として８時間に
達するが、加熱し、そこで鋳物はなんらかの好都合な方
法でしかも残留応力を避１’ｊ　６　＆　メＫ　ハ均一
［１２７５’ＦＣ６９０６Ｃ）まで冷却し、セして１２
７５”Ｆ’（６９０℃）に約５時間プラス鋳物の肉厚１
“Ｃ２５，４ｍｍ）当り１時間のあいた（典型的時間は
６〜１０時間）保持し、ついで室温まで冷却する。

第２の技術は（第２図７見よ）、１６５０〜１７５０’
Ｆ’（８９９〜９５４°Ｃ）の温度水準に第１の技術と
同じ期間加熱し、次いで温度が４５０’Ｆ’（２６２℃
）と１２００″Ｆ’（６４９℃）の間に低下するとき、
１時間当たり３５’ＦＣ１９°Ｃ）の速さを越えない冷
却速度で１２００”’ｌｌｉ’　（６４９°Ｃ）に冷却
する。鋳物はそこで前記のように１２００’Ｆ（６４９
°Ｃ）に５時間プラス鋳物肉厚１インチ（２５，４ｍｍ
）当たり１時間のあいだ保持され、次いで炉内で室温ま
で冷却される。

鋳鉄組織のフェライト化はその珪素量の大きいことによ
って増加する。珪素の偏析は炭素の分散の触媒的加速を
起こす。このようにしてフェライト化は球状黒灸鋳鉄の
従来の組織内のフェライト化と比べて相当加速される。

モリブデンとニッケルの両者は固溶体強を強くすること
に貢献することによって重要な役割を果たす。モリブデ
ンとニッケルは互いに交換することができる、即ちモリ
ブデンを低くするかまたはゼロとし、ニッケルン増加″
′ｊろことができろ。

結果として得られる鋳鉄の組織は完全にフェライト地の
ダクタイル鋳鉄組織で、容積比で９〜１１チの黒鉛、８
９〜９１％のフェライト鉄合金を含み、該合金は６．９
〜６．０条の珪素、０．１〜６％のマンガン、０〜０．
３５　％のモリブデン、０．０１！％ン越えない硫黄、
０．０６％ケ越えない燐と、１．２５〜５．０％の量の
ニッケルを含み、前記鋳鉄は少ブよくとも７５，０００
　ｐｓｉ　（５２，７／ｃｆｌ／朋２）の降伏点、少な
くとも９５，０００　ｐｓｉ　（６６，８１ｔｆ／／ａ
ｍ’の引っ張り強度及び少なくとも１７チの伸び７有す
る。好適な場合としてダクタイル鋳鉄の組織は約２２０
　ＢＨＮの硬度Ｚ有する。

高い展性と高い強度と共に良好な機械加工性ン併せもつ
機械的性質はこの新しい型のフェライト地球状黒鉛鋳鉄
において極めて魅力あるものである。

この材料から作る鋳鉄部品の生産コストは同様な鍛造部
品と比べて相尚小さい。相当な量のコストが鍛造と関連
する加熱と機械加工をなくすることによって節約逼れ、
また別のコスト節約が同じ仕事ヲ行なうのにより少ない
鉄材料を使うことによって得られる。

フェライト地ダクタイル鋳鉄の化学成分を変えて一連の
サンプルが作られた。各サンプルは重量−比で約０．２
％のマンガン、６．０％の炭素及び最大） 値０．０１５％以下の硫黄と最大値０．０６％以下の＃
を含んでいた。各サンプルの溶湯はマグネシウムによっ
て球状化されたので、得られた鋳鉄は）　　　０．０２
〜０．０５％のマグネシウムと高い球状黒鉛の含有率が
あった。サンプルはすべて好適な方法に従ってフェライ
ト化熱処理化され、強度と伸びの試験７行なった。その
結果を下の表１に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明に記載の方法に有用である
それぞれ二者択一の熱処理ン示す、時間に対する温度の
関係７示す概念図である。 代理人　　洩　村　　　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　フェライト地ダクタイル鋳鉄部品を作る方法
   において、 （ａ）　　はソ所望の部品の形状に鉄合金溶湯乞鋳込み
   、前記の溶湯は、重量比で６．９〜６．０％の珪素、６
   ．０〜６．５％の炭素、０．１〜０．６％のマンガン、
   ０〜０．６５％のモリブデン、０．０１５％より大きく
   ない硫黄、０．０６％より大きくない燐、及び少なくと
   も１．２５％のニッケル、残余は純鉄より成り、前記溶
   湯は凝固に際して黒鉛の球を形成する球状化剤で処理さ
   れ、 （ｂ）　　前記鋳物部品暑熱処理して容積で９〜１４チ
   の黒鉛を有し、少なくとも７５．０００　ｐｓｉ（５２
   ，７ｌＣ９７ｍｍ’）の降伏点、少なくとも９５，００
   ０ｐｓｉ　（６６−７／（６１／　”ｍ”　）の引張り
   強さ、及び少なくとも１７％の伸びを有するにフェライ
   ト鉄の顕微鏡組織を与える高強度フェライト地ダクタイ
   ル鋳鉄部品乞作る方法。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記珪素の含有量は重量比で溶解鋳鉄の４から４．２％で
   あるととン特徴とする高強度フェライト地ダクタイル鋳
   鉄部品２作る方法。 （３１特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記ニッケルは約１．２５％であり前記モリブデンは約０
   ．３％であることを特徴とする島強度フェライト地ダク
   タイル鋳鉄部品乞作る・方法。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記ダクタイル鋳鉄は球状黒鉛Ｚ含む球状黒鉛鋳鉄である
   こと乞特徴とする高強度フェライト地ダクタイル鋳鉄部
   品乞作る方法。 （５）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記ダクタイル鋳鉄は重量比で１．２５から５．０チに限
   定されたニッケル含有量を有することを特徴とする高強
   度フェライト地ダクタイ゛ル鋳鉄部品ン作る方法。 （６）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記鋳造部品は少なくとも２２０　ＢＨＮの硬度ｔ有し、
   前記熱処理は２時間１６００”Ｆ（８７０°Ｃ）に加熱
   し、１時間当り１００’Ｆ（５＜ＳｏＣ）の速さで１４
   ００′Ｆ（７５７℃）まで冷却し、約２時間保持し、１
   時間当り５０”Ｆ（２７°Ｃ）をこえない速さで炉中で
   冷却することによって特に行なわれることを特徴とする
   高強度フェライト地ダクタイル鋳鉄部品を作る方法。 （７）％許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記熱処理は等温臨界点以下焼鈍ビ使うことにより行なわ
   れること乞特徴とする高強度フェライト地ダクタイル鋳
   鉄部品を作る方法。 （８）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記熱処理は、少な（とも１６００　″Ｆ　（８７０’Ｃ
   ）の温度に少なくとも２時間の期間加熱し、次いで１時
   間当り５０から１００′ＦＩ（２８から５６°Ｇ）の速
   さで室温まで連続冷却することにより行なわれること’
   Ｙ％徴とする高強度フェライト地ダクタイル鋳鉄部品乞
   作る方法。 （９）　　ダクタイル鋳鉄組成において、該組成は、重
   量比で６．９から６．０％の珪素、０．１から０．６％
   のマンガン、０．０１５％より大きくない硫黄及び０．
   ０６％より大きくない燐、容槍比で９から１４％の球状
   黒鉛と８６から９１％のフェライト鉄合金より本質的に
   成り立ち、前記鋳鉄は少なくとも７５，０００　ｐｓｉ
   　（５２−７ｋｇ７朋２）の降伏点、少なくとも９５．
   ０００　ｐｓｉ　（６６，８１ｃｇ／ｊａｍ”　）の引
   っ張り強度と少なくとも１７％の伸びン有すること乞特
   徴とする高強度フェライト地ダクタイル鋳鉄組成。 αＯ）特許請求の範囲第９項に記載の鉄組成において、 前記鋳鉄は約２２０　ＢＨＮの硬度ン有し、ニラケール
   は重量比で１．２５から５．０％に限定される高強度フ
   ェライト地ダクタイル鋳鉄組成。