JPS5980714A

JPS5980714A - 高靭性、高耐摩耗性を有する鋳鉄部品の製造法

Info

Publication number: JPS5980714A
Application number: JP19161382A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和雄佐藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1982-10-30
Filing date: 1982-10-30
Publication date: 1984-05-10

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】本発明は、高靭性、高耐摩耗性を有する鋳鉄部品の製造
法に関するものである。

従来より、この種鋳鉄部品の製造法としてアシキュラー
鋳鉄による製造法が周知である。このものは、組成がＮ
ｉ　：　１．０〜８．０重量％と、Ｍｏ：０．５〜１．
０重量％と、残部が鋳鉄とからなる合金鋳鉄を鋳造後鋳
放して基地組織をベイナイト化することにより、工数の
多い恒温変態処理を施すことなく高硬度の鋳鉄部品を製
造するようにしたものである。しかるに、上記従来の製
造法では鋳放し後の硬度はＨＲＣ２８〜４４と機械加工
を施すには硬く、加工性、靭性が劣るという問題があっ
た。一方、耐摩耗性を必要とする場合には硬度不足であ
り、このため、通常の組成では焼入れ処理を必要とし、
その結果、水、オイル、ソルト等の冷媒を要して設備が
複雑化するという欠点があった。さらに、肉厚が一定し
ない部品を鋳造する際、冷却速度のばらつきによって均
一なベイナイト地か得られず、そのため硬度にむらがで
きるという不具合も生じた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、上記
アシキュラー鋳鉄域の組成を有する合金鋳鉄を素材とし
、該素材に熱処理を施して一旦基地組織を粒状パーライ
ト化して加工性、靭性の改善および空気焼入性の確保を
図った後機械加工し、その後、再度熱処理を施して基地
組織を均一にベイナイト化することにより耐摩耗性を向
上させ、よって恒温変態処理を施すことなく加工性（靭
性）と耐摩耗性とを両立させることに成功したものであ
る。

この目的を達成するため、本発明の鋳鉄部品の製造法は
、組成がＣｕ　：　０．５〜２．０重量％と、Ｍｏ：１
．０〜２．０重量％と、Ｎｉ：１．Ｏ〜３．０重量％と
、残部が鋳鉄とからなる素材に対し、８００〜１０００
°Ｃで０．５〜６時間加熱保持した後大気放冷し、つぎ
に再度６７０〜７６０°Ｃで０．５〜６時間加熱保持し
た後大気放冷ないし炉冷する組織調整熱処理を施し、そ
の後該素材を製品形状に機械加工し、次に８００〜１０
００°Ｃに加熱して基地組織をオーステナイト化した後
、大気放冷してベーナイト化するようにしたものである
。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明に用いる素材は、その組成は、Ｃｕが０．５〜２
．０重量％と、ＭＯが１．０〜２．０重量％と、Ｎｉが
１．０’　〜３．０重量％と、残部がＣ，Ｓｉ、Ｍｎ。

Ｐ、Ｓを通常の組成範囲内で配合する片状黒鉛鋳鉄とか
らなるものである。　　　　− ここで、上記各元素の配合比率の限定理由について説明
するに、Ｃｕ　、　Ｍｏ　、　Ｎｉの各元素とも下限値
以下にすると、後述の３次熱処理における大気放冷時に
上記３元素の併用効果によるベイナイト化が達成できな
いため、耐摩耗性に優れた硬度の高いベイナイト地が得
られず、特にＣｕを０．５重量％以下にすると、後述す
る１次、２次熱処理において粒状パーライトを得る際、
パーライト分解抵抗が低下するためである。一方、各元
素とも上限値以上にすると、上記併用効果が飽和するた
め、配合した元素のうち無駄になる量が増えその分コス
トアップとなり、特にＣｕを２，０重量％以上にすると
、粒界に多量の偏析が生じて靭性の低下を招くという理
由による。

上記素材に対し、先ず８００〜１０００°Ｃで０．５〜
６．０時間加熱保持した後大気放冷する１次熱処理と、
その後、再度６７０〜７６０°Ｃで０．５〜６．０時間
加熱保持した後大気放冷ないし炉冷する２次熱処理とに
よる組織調整熱処理を施して、基地組織の３０〜６５％
（面積率）を粒状ｉＲ−ライト化する。このことにより
硬度が大巾に低下して加工性、靭性を高めるとともに調
質を行って３次熱処理における空気焼入性を確保するこ
とができる。

この場合、１次熱処理での加熱温度を８００〜１０００
°Ｃの範囲に限定するのは、８００°Ｃ以下では鋳造組
織の均一化が図れず、一方、１０００°Ｃ以上では結晶
粒が粗大化して靭性が低下するためである。また、その
加熱保持時間を０．５〜６．０時間の範囲に限定するの
は、０．５時間以下では鋳造組織の均一化が図れず、一
方、６．０時間以上では鋳造組織の均一化が飽和すると
ともに生産性力（低下するという理由による。また、そ
の際の冷却方法は大気放冷としたが、これは、徐冷（炉
冷も含む）にすると２次熱処理において必要量の粒状パ
ーライトが得られないためである。

一方、２次熱処理での加熱温度を６．７０〜７６０°Ｃ
の範囲に限定するのは、６７０　’Ｃ以下ではノ々−ラ
イトの分解に長時間を要するので生産性が低下するとと
もに硬度が低下し難いため加工性、靭性の大巾な低下を
招き、一方、７６０°Ｃ以上では／’−ライトが粒状化
せず２相混合組織となり空気焼入′れ性は向上するもの
の加工性、靭性が大巾に低下するためである。また、そ
の加熱保持時間を０．５〜６．０時間の範囲に限定する
のは、０．５時間以下ではパーライトの分解が不充分と
なり３次熱処理でのオーステナイト化に要する時間は短
くてすむが加工性、靭性が大巾に低下し、一方、６，０
時間以上ではパーライトの粒状化が一層進んでフェライ
ト化してしまい空気焼入れ性が低下するという理由によ
る。また、その際の冷却方法は、大気放冷および炉冷の
いずれでも良いが生産性の面から大気放冷が望ましい。

そして、上記のように熱処理が施されて加工性、靭性が
高められた素材を製品形状に機械加工する。

この場合、この機械加工を容易に行うことができる。

しかる後、上記機械加工された素材に対し８００〜１０
００°Ｃに加熱して基地組織をオーステナイト化した後
、大気放冷して均一なベーナイト化を図る３次熱処理を
施す。そのことにより、硬度が大巾に高められて耐摩耗
性を高めることができる。

その際、３次熱処理の加熱温度を８００〜１０００°Ｃ
の範囲に限定するのは、８００°Ｃ以下では充分な硬度
のベイナイト地が得られず耐摩耗性が劣り、一方、１０
００°Ｃ以上では結晶粒の粗大化により靭性が低下する
という理由による。

したがって、本発明の製造法では、１次および２次熱処
理によって基地組織を粒状パーライト化することにより
硬度を下げることができるので、加工性、靭性を高めて
機械加工を容易に行うことが可能な上、最終的に得られ
る鋳鉄部品は、３次熱処理により工数の多い恒温変態処
理を施すことなく硬度を均一に上げて耐摩耗性を高めた
ものにすることができる。

尚、本発明の製造法によりギヤ等疲労強度を必要とする
鋳造部品を製造する場合は、上記３次熱処理を施した後
、ショットピーニング処理を施して疲労強度を向上させ
ることが望ましい。

次に、具体的実施例について説明すると、供試材として
下記第１表に示す組成を有する本発明材Ｉ〜■と比較材
としての浸炭材とを用意した。

このうち、本発明材■は、９２０　’Ｃの温度に３．５
時間保持した後大気放冷し、その後再度７２０　’Ｃの
温度に４．５時間保持した後大気放冷する１次および２
次熱処理を施した。この状態で硬度はＨＲｃ１５〜１９
にまで下がっており、加工性、靭性を高めて機械加工の
容易化が可能であることを示している。尚、基地組織中
黒鉛の体積率は１０％１０ｙｘ”、粒状バーライトの面
積率は５０％）／ｃｍ　２であった。

つぎに、この供試材を９００　’Ｃの温度に１５秒間保
持した後強制空冷する３次熱処理を施した。

その結果、硬度はＨＲＣ５２〜５４となり従来のアシキ
ュラー鋳鉄の）（ＲＣ２８〜４４を大きく上回る値を示
している。また、基地組織中ベイナイトの面積率は６０
〜７０％、残留オーステナイトの面積率は２０〜３０％
であり、それぞれ均一に分布していた。

また、上記本発明材Ｉに対して３次熱処理における冷却
方法を強制空冷に代えて自然放冷にしたところ、硬度（
よやはり従来のアシキュラー鋳鉄を上回る。ＨＲＣ４７
〜４９を示した。

これら２通りの３次熱処理を施した本発明材■と浸炭材
Ｓｃｒ　２２　（ＨＲＣ６２）とにより耐摩耗性テスト
を行った。テストは、第１図に示すように２つの供試材
を用い、一方の供試材により形成し一定速度で回転する
回転軸１上に固定したディスク２と、他方の供試材によ
り形成し上記回転軸１とオフセットして固定しかつディ
スク２上面に荷重Ｐ　（Ｋｇ）で押圧されるピン３とか
らなる試験機Ｔによるものである。尚、テスト条件とし
ては、摩擦速度は２．７６１　ｍ／ｓｅｃで一定とし、
摩擦面積は９ｍｍ２、テスト時間は５分間、回転軸１と
ピン３とのオフセット量は４　Ｑ　７ｎｍであり、接触
状態は乾式とした。そのテスト結果を、荷重Ｐに対する
ピン３の摩耗量により第２図に示す。

第２図において特性線Ａは、ディスク２およびピン３を
ともに浸炭材により形成した場合を示すが、荷重Ｐが４
　Ｋｉｆの時に焼付きを起している。

これに対して、特性線ＢおよびＢは、ディスク２および
ピン３をともに本発明材Ｉにより形成した場合を示し、
３次熱処理における冷却方法をそれぞれ強制空冷および
自然放冷としたものである。

これによると、強制空冷の場合と自然放冷の場合とでは
その特性上大差はなく、上記ディスク２およびピン３を
ともに浸炭材により形成した場合に比べて双方とも耐摩
耗性は同程度であるが、焼（−１きを起す限界の荷重Ｐ
が大巾に上っている。さらに、特性線ＣおよびＣ′は、
ディスク２を浸炭材により形成するとともに、ピン３を
本発明材１により形成した場合を示し、３次熱処理にお
ける冷却方法をそれぞれ強制空冷および自然放冷とした
ものである。これによると、やはり強制空冷の場合と自
然放冷の場合とではその特性上大差はないが、上記ディ
スク２およびピン３をともに本発明材■により形成した
場合に比べて双方とも耐摩耗性が向上し、しかもディス
ク２およびピン３をともに浸炭材により形成した場合に
比べて双方とも焼付きを起す限界の荷重Ｐが大巾に上っ
ている。

さらに、第３図は本発明材１〜■および浸炭材による耐
摩耗テストのテスト結果を２種類の荷重Ｐに対するピン
３の摩耗量により示したものである。

本発明品■〜■は、それぞれ上記本発明材■に施した場
合と同一の条件で１次〜３次熱処理を施し、３次熱処理
における冷却は自然放冷によった。

また、ディスク２およびピン３の材料はともに同一材料
を用いてテストした。これによると、本発明品Ｉ−ＩＩ
Ｉによる摩耗量は、浸炭材による摩耗量と同等もしくは
それ以下であることが判る。

以上説明したように、本発明の製造法によれば、アシキ
ュラー鋳鉄域の組成を有する合金鋳鉄の素材に熱処理を
施して一旦基地組織を粒状パーライト化した後製品形状
に機械加工し、その後再度熱処理を施して基地組織を均
一にベイナイト化するようにしたので、工数の多い恒温
変態処理を施すことなく加工性、靭性と耐摩耗性という
相反する要件を両立させ、高靭性、高耐摩耗性を有する
鋳鉄部品の製造を簡易に行うことができるという優れた
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐摩耗テストの試験機を示す概略図、第２図お
よび第３図は荷重Ｐに対するピンの摩耗量を表わしたグ
ラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）組成がＣｕ　：　０．５〜２．０重量％と、Ｍｏ
　：　１．０〜２．０重量％と、Ｎｉ　：　１．０〜３
，０重量％と、残部が鋳鉄とからなる素材に対し、８０
０〜１０００°Ｃで０．５〜６．０時間加熱保持した後
大気放冷し、つぎに再度６７０〜７６０′ｃで０．５〜
６．０時間加熱保持した後大気放冷ないし炉冷する組織
調整熱処理を施し、その後該素材を製品形状に機械加工
し、次に８００〜１０００　’Ｃに加熱して基地組織を
オーステナイト化した後、大気放冷してベーナイト化す
ることを特徴とする高靭性、高耐摩耗性を有する鋳鉄部
品の製造法。