JPS60187660A - 部分硬化鋳鉄部材 - Google Patents

部分硬化鋳鉄部材

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JPS60187660A
JPS60187660A JP59033735A JP3373584A JPS60187660A JP S60187660 A JPS60187660 A JP S60187660A JP 59033735 A JP59033735 A JP 59033735A JP 3373584 A JP3373584 A JP 3373584A JP S60187660 A JPS60187660 A JP S60187660A
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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】 本発明は表層の一部を耐摩耗性に優れた再溶融処理層と
したカムシャフト或いはロッカアーム等の鋳鉄部材に関
する。
内燃機関にあっては、適切な時期にバルブを開閉して、
燃焼室に混合気を導入したり、燃料ガスを放出すべく、
クランクシャフトの回転とバルブの開閉とをカムシャフ
ト及びロッカアームを介して連動せしめている。ここで
カムシャフト及びロッカアームはＯＨＣ型にあっては直
接その一部が摺接しており、ＯＨＶ型にあってはタペツ
トの一部と力Ｊ・シャフト及びロッカアームの一部とが
摺接している。このため、カムシャツ）・及びロッカア
ームの表層の一部は他の部位に比べ、高い耐摩耗性が要
求される。
そこで、従来にあっては、一部に耐摩耗性に優れた部分
が要求されるカムシャフト等の鋳鉄部材を製造するにあ
たって、鋳造時にＣｒ、Ｍｏ等の高硬度の金属を溶湯中
に添加するとともに、金型の一部に冷し金をセットし、
冷し金の当たる部分に耐摩耗性に優れたチル化層を鋳造
と同時に形成するようにしている。
ところで、チル化層の硬度を高め、耐摩耗性を更に向上
せしめるには、溶湯中に添加する高硬度金属の量を増せ
ば良いが、添加量を増すと、冷し金を当てない他の部分
、例えばジャーナル軸などが高硬度金属を添加した効果
として硬さが増し、鋳造後の切削加工が困難となり、場
合によっては、冷し金を当てない部分にチル組織が形成
され、後の切削加工が極めて困難となる。
このため、後の切削加工を考慮すれば、添加する高硬度
金属の割合は、単独の場合には１．０ｗｔ％が、また複
数種の高硬度金属を添加する場合であっても１．４ｗｔ
％が添加量の上限であり、これ以上の添加は実用上困難
でおちた。したがって従来の鋳鉄部材にあってはその一
部に形成される耐摩耗層は十分なものとはいえない。
本発明は上述した従来の問題点に鑑み成したものであり
、その目的とする処は、切削加工が極めて容易であり、
且つ表層の一部に極めて高硬度で、耐摩耗性、耐ピッチ
ング性に優れた再溶融処理層を形成した部分硬化鋳鉄部
材を提供するにある。
この目的を達成すべく本発明は、一旦鋳造した鋳鉄部材
の表層の一部をプラズマアークにて再溶融せしめ、この
溶融部にＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、■或いはＮｂ′４の高
硬度金属の単体又は化合物を単独又は複合して粉末状態
で添加し、これを冷却することで、」二足高硬度金属が
固溶又は分散する再溶融処理層を表層の一部に形成する
ようにしたことをその要旨とする。
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る鋳造部材の製造に用いるプラズマ
トーチ（１）の内部構造を示す断面図であり、プラズマ
トーチ（１）は中空状のシールドキャンプ（２）内に銅
製のノズル（３）を配設し、シールドキャップ（２）と
ノズル（３）との間に不活性カス等のシールドカスの通
路（４）を形成している。またノズル（３）の中心には
アル」ンカス等の作動ガスの通路（５）を形成するとと
もにこの通路（５）の周囲に冷却通路（６）を形成して
いる。そして、作動ガスの通路（５）内にはタングステ
ン電極（７）を設け、更に通路（５）の下端をプラズマ
ガス吹付用通路（８）としている。更に前記シールド・
ンキャップ（２）には筒状ガイド（９）、（９）を斜め
に貫通して取伺け、この筒状ガイド（９）、（９）に金
属粉未導入管（１０）をその軸線の延長がプラズマガス
吹伺用通路（８）の軸線の延長と交わるように挿通固着
している。尚、筒状ガイド（９）の数は２つに限らず、
シールドキャップ（２）の周囲に等間隔で複数配設され
ているものとする。
以上の構成からなるプラズマトーチ（１）を用いて本発
明に係る鋳鉄部材を製造する方法を以下に述べる。
まず、通常の方法で鋳造した鋳鉄部材即ち、すＪ削加工
に支障をきたす程高硬度金属を添加せず。
また冷し金も用いることなく鋳造したＰＩ鉄部材に切削
加工を施し、この切削加工が終了した鋳鉄部材（１１）
の表層の一部、つまり耐摩耗硅及び耐ピッチング性が要
求される部分に第１図に示すように、プラズマトーチ（
１）を対向してセントする。
次いで、鋳鉄部材（１１）を他方の電極として、タング
ステン電極（７）及び鋳鉄部材（ｌｊ）を直流電源に接
続し、またシールドガス通路（４）からはシールドカス
を流し、作動ガス通路（５）からはアルゴンガス等の作
動ガスを流す。
すると、電極間で放電が生じ、作動ガスがプラズマ化し
、このプラズマガスがプラズマカス吹付用通路（８）に
て絞られ高温高速のプラズマアーク（１２）　（プラズ
マジェット）として噴出する。噴出したプラズマアーク
（１２）はタングステン電極（７）に対してプラス電位
を有する鋳鉄部材（１１）の表層部に吹４＝Ｉけられ、
この部分に溶融池（１３）を形成する。
一方、以」二の操作を併行して金属粉未導入管（１０）
を介して、プラズマアーク（１２）中に高硬度金属（１
４）を粉末状態で供給する。ここで、供給する高硬度金
属（１４）としては、Ｃｒ、ＭＯｌＮｉ、Ｗ、■、Ｎｂ
等の単体、これらの金属同士又は他の金属の合金、或い
は炭素等との化合物等種々のものが可能であり、またプ
ラズマアーク（１２）単４こ供給する手段としては、上
記の高硬度金属を単独で或いは二種以上複合して供給す
る。そして、単独で供給する場合には溶融池（１３）に
対する重量割合が１．０〜１５．０ｗｔ％とするのが好
ましく、二挿具」−複合して供給する場合には一種の金
属が０．７〜１５ｗｔ％で全体として１．４〜１１３．
０ｗｔ％とするのが好ましい。このように重量割合を特
定するのは、上記の割合以下であると、従来のチル化し
た鋳鉄部材と耐摩耗性において殆ど変らず、十分な硬化
が得られず、また−１−記の割合以−ヒとすると、極め
て硬度が高くなり過ぎて脆くなり、かえってピッチング
強度が低下し、研摩時及び溶融後の空冷時に割れが生じ
易くなることによる。
このような割合にてプラズマアーク（１２）中に供給さ
れた高硬度金属（１４）はプラズマアーク（１２）中に
封じ込められ、封じ込められた高硬度金属（１４）はプ
ラズマアーク（１２）により加速且つ加熱せしめられ、
高速、高温の状態で、溶融池（ｉ３）にたたきつけられ
、溶融池（１３）中にもぐり込む。一方、溶融池（１３
）はプラズマアーク（１２）の圧力によって凹みを生じ
ており、この凹みはトーチの移動に従って、」二・下方
向及び移動方向に流動するため、溶融池（１３）には攪
拌作用が生じる。その結果、溶融池（１３）中にもぐり
込んだ高硬度金属は」−記攪伴作用により溶融池（１２
）中に均一に混在する。そして供給した高硬度金属（１
４）の融点が低い場合、或いは溶解し易い場合には、溶
融池（１３）中の母材成分と混合して合金又は析出反応
により化合物を析出し、溶解しにくい場合には最初の組
成状７ｇのまま溶融池（１３）中に分散する。
面して、■−８記溶融地（１３）を冷却すれば、高硬度
金属が均一に分散或いは固溶することで耐摩耗性及び耐
ピッチング性に優れた再溶融処理層が表層の一部に形成
された鋳鉄部材が得られる。
次に、」−記の如き耐摩耗性及び耐ピッチング′性を有
する再溶融処理層を形成するための具体的な操作条件を
以下に述べる。
先ず、金属粉未導入管（１０）内のカス流速ｔ±プラズ
マアーク（１２）中に金属粉末を確実１こ封じ込めるべ
く　０．５ｍ／ｓｅｃ以上とするのが好ましく、作動力
゛重量は０．３〜３　／ｓｅｃ以上とするのが好ましく
、通常のプラズマ溶射よりも大幅に少なくして溶融池（
１３）から溶融金属が飛散するのを防止するの力く望ま
しい。また、高硬度金属（１４）の粒径は、作動力゛ス
供給量を一１二連の如く少なくするため、１〜２００終
好ましくは１−　ｌｏｎｇとするのが好まい１゜更にア
ーク電流は溶融母材の材質、大きさ、形状及び溶融すべ
き深さ、添加物質粉末量、溶融面積、トーチ移動速度等
によって適宜設定する必實力くあるが、略３０〜２００
Ａ、２０〜３０ｖで行うのがよｌ、Ｘ。
尚、以上は本発明の実施の一例を示したものであり、」
二足の高硬度金属（１４）とともに硫黄を単独又は硫黄
化合物として添加してもよい。このようにすると、高硬
度金属は硫化物の形ＩＥとして再溶融処理層中に均一に
分散又は固溶するため、潤滑性が高くなり、耐摩耗性が
更に向−１−する、ただし、硫黄の添加割合を１．５ｗ
ｔ％以上とすると再溶融処理層が脆くなりピッチング強
度が低下し、０．２ｗｔ％以下とした場合には、潤滑性
はそれほど高くならないため、硫黄の添加割合は０．２
〜１．５ｗｔ％とするのが好ましい。
第２図は高硬度金属としてＣｒ及びＭＯの単体を用い、
これに上記範囲内で硫黄を添加して形成した再溶融処理
層のＥＰＭＡ分析（Ｘ線マイクロアナライザ）の結果を
示すグラフであり、このグラフからも分かるように再溶
融処理層中には硫黄（Ｓ）、Ｃｒ、及びＭｏがそれぞれ
略均−に存在しており、再溶融処理層以外の部分には」
−記元素が含まれていないことが分かる。
次に本発明に係る鋳鉄部材を従来の鋳鉄部材とを比較し
た実験例を以下に挙げる。
く実験例１〉 自動車用ＦＣ３０製鋳造カムシャフトを粗切削加工しカ
ムリフト部表面をプラズマアークにより再溶融しながら
Ｃｒ金属粉末を添加し以下の条件で再溶融硬化処理した
。
条件：　・プラズマアーク電流　８５Ａ／ｆ　ガス量０
．３４／ｗｉｎ ＋＋Ｃｒ粉末添加量　１．４ｇ　／ｆｆ１ｉｎ拳トーチ
スピード　１ｍ　／ｌｌｌ１ｎ得られたカムリフト部の
再溶融処理層（チル硬化層）の深さは１．８ｍｍであっ
た回部にはほぼ均一にＣｒが約１３％含まれており、そ
の硬度はＨＲＣ６３であった。これをカム研削仕上げし
試験材Ａとした。これに対し鋳造素材成分内にＣｒ０．
９％を含ませ、■１つカムリフト部のみ冷し金を当てて
チル化したカムシャフトをカム研仕上げして試験材Ｂと
して実機試験に供した。テスト条件としてエンジン回転
数１１０００ｒｐ、油温６５℃、耐久時間２００Ｈｒで
行った。その結果カム部の最大摩耗深さは試験片Ａで２
５．、試験片Ｂで１０５．であって、′Ａが格段に優れ
た耐摩耗性を有していた。
く実験例２〉 自動二輪用Ｆ　ＣＤ　５５鋳造カムシヤフトを粗切削加
工し、以下の条件でカムリフト部表面をプラズマアーク
により再溶融しながらＭＯ２Ｃ金属粉末で粒度１０〜５
０ＪＬのものを添加した。
条件：　・プラズマアーク電流　８０Ａｌ／　ガス量　
０．５１／ｗｉｎ ・Ｍｏ：ＬＣ粉末添加量　０．３ｇ／ｓｉｎ・トーチス
ピード　１．２ｍ／■１ｎ 得られたチル深さは１．８＋ｍ＋ｍで、Ｍ　ｏ　９度は
、１．５％で、硬度はＨＲＣ５７であった。これをカム
研削仕上げして試験片Ｃとした。これに対しＦＣＤ５５
の鋳造チルカムシャフトをカム研削仕」二げして試験片
りとした。これを実験例１と同様の実機試験でテストし
たところ、摩耗量は試験片Ｃで８０ＪＬ、試験片りは１
２０ルでありＣがＤより優れた耐摩耗性を有していた。
く実験例３〉 自動車用ＦＣ３０製鋳造カムシャフトを粗切削加ニレ、
次いで以下の条件でカムリフト部表面をプラズマアーク
により再溶融しなからＣｒ□Ｃユ粉末とＭｏ粉末（２〜
６０ｋ）の金属粉末を重量比を各々５０％づつ混合し再
溶融硬化処理した。
条件；・プラズマアーク電流　８（ＩＡ／／　ガス量　
０．５１　／ｗｉｎ ・トーチスピード　１ｍ　／ｖＡｉｎ −Ｃｒ、Ｃ２（５０％）＋Ｍ　ｏ　（５０％）の添加量
０．３ｇ　／ｌ１ｉｎ 得られたカム部のチル硬化深さは１．７■であり、且つ
Ｍｏが約０．８％、Ｃｒが約０．８％含まれていた。尚
、硬度はＨＲＣ５Ｂであった、これをカム研削仕上げし
試験片Ｅとした。これに対しＦｅ１２材にＭｏ０．３％
、Ｃｒ０．８％含有させた合金チルカムシャフトを鋳造
で作りカム研削仕上げして試験材Ｆとした。これらを実
機試験に供しテストした結果、摩耗深さは試験片Ｅで８
３川、試験片Ｆで１１０ｐであり、試験片Ｅは極めて優
れた耐摩耗性を有していた。
く実験例４〉 自動車用ＦＣ３０製鋳造カムシャフトを粗切削加工し、
次いで以下の条件カムリフト部表面をプラズマアークに
より再溶融しなからＣｒ３Ｃ，粉末とＭｏ粉末（２〜６
０ｋ）の金属粉末を前者を６５％、後者を３５％の割合
で再溶融硬化処理した。
条件：　・プラズマアーク電流　８０Ａ１１　ガス量　
０．５　Ｊ！　／ｌ１ｉｎ・トーチスピード　０．５ｍ
　／ｌ１ｉｎ・Ｃｒ３ｃ１　（６５％）＋Ｍ　Ｏ（３５
％）の添加量　１．８ｇ　／ｌ１ｉｎ 得られたカム部のチル硬化深さは１．５＋ａｍであった
回部にはＭｏ約５．６％、Ｃｒ９．４％が含まれており
、硬度はＨＲｅＯ４であった。これをカム研削仕上げし
試験片Ｇとした。これに対しＦ　Ｃ３０材にＭｏ０．３
％、Ｃｒ０．８％を含有させた合金チルカムシャフトを
鋳造で作りカム研削仕上げして試験材Ｆとした。これら
を実機試験に供しテストした結果、摩耗深さは試験片Ｇ
で３８ｐ−１試験片Ｈで１１０にであった。この結果試
験片Ｇは極めて優れた耐摩耗性を有していることが判明
した。
く実験例５〉 自動車用ＦＣ３０製鋳造カムシャフトを粗切削加工し、
次いで以下の条件でカムリフト部表面をプラズマアーク
により再溶融しながらＣｒ３ｃ２粉末とＭ　ｏ　Ｓ粉末
（２〜１０ｇ）の金属粉末とを重量比で各々５０％づつ
混合し再溶融硬化処理した。
条件：　・プラズマアーク電流　８０ＡＩ〆　ガス量　
０．５１１　／ｌｌ１ｎやトーチスピード　０．９ｍ　
／ｇｉｎ・Ｃｒ、、、、（：、　（５ｏ＄）＋Ｍ　ｏ　
（５０％）　ノ添加量０．８ｇ　／ｗｉｎ 得られたカム部のチル、硬化深さは１．Ｅｉｍｍであっ
た同郡にはＭＯ約３．４％、Ｃｒ約４．８％、Ｓ約０．
８２％が含まれており硬度はＨＲＣｆ！３であった。
これをカム研削仕上げし試験片Ｉとした。これに対しＦ
ｃ３０材にＭｏ０．３％、ＣｒＯ，８％を含有させた合
金チルカムシャフトを鋳造で作りカム研削仕上げして試
験片Ｆとした。これ等を実機試験に供しテストした結果
、摩耗深さは試験片Ｉで２Ｂ川であった。この結果試験
片■は極めて優れた摩耗性を有していることが判明した
。
以上に説明した如く本発明によれば、一旦鋳造したカム
シャフト、ロッカアーム等の鋳鉄部材の表層の一部にＣ
ｒ、ＭＯ等の高硬度金属が均一に分散或いは点在した再
溶融処理層を形成したため、当該表層の一部のみを高硬
度とし、他の部分は切削加工が容易となるように硬度を
低く抑えることができ、したがって、耐摩耗性及び耐ピ
ッチング性に優れ且つ切削加工性にも優れるという相反
する特性を兼持した鋳鉄部材とすることができる。よっ
てカムシャフト或いはロッカアームに応用して極めて有
効である。
また、上記高硬度金属の他に値数を添加すれば更なる耐
摩耗性も向上を図ることができる等多くの効果を発揮す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る鋳鉄部材の製造に用いるプラズマ
トーチの一部断面図、第２図（Ａ）乃至（Ｃ）は同鋳鉄
部材の再溶融処理層における主要元素の分布状態を示す
ＥＰＭＡ分析グラフである。 尚、図面中（１）はプラズマトーチ、（２）はシールド
キャップ、（３）はノズル、（４）はシールドガス通路
、（５）は作動ガス通路、（７）はタングステン電極、
（１１）は鋳鉄部材、（１２）はプラズマアーク、（１
３）は溶融池、（１４）は高硬度金属である。 特許出願人　本田技研工業株式会社 代理人　弁理士　下　１）溶一部 間　弁理士　大　橋　邦　部 同　弁理士　小　山　有 第１図 手続補正書（自発） 昭和５９年、１　月９　日 特許庁長官　若杉和夫　殿　阜 １、事件の表示　特願昭５９−０３３７３５号２、発明
の名称　部分硬化鋳鉄部材 ３、補正をする者 事件との関係　特約出願人 （５３２）本田技研工業株式会社 ４、代理人 ７、補正の内容 発明の詳細な説明を以下の如く訂正する。 （１）明細書の第１５頁第８行目に＋　Ｍ、Ｓ粉末１ど
あるをｌ−ＭｏＳ２粉末」と泪正する。 （２）明細書の第１５頁第１３行目にｌ　ｒｖ＋ｏ（５
０％）　１とあるをＩ　Ｍｏ５２（５０％）」と訂正す
る。 「−先光ネ山−ｉＥ書　（方式） 昭和５９年６月８日 特３ｉＬ！−長官　若杉　和夫殿　）適１１、　“１１
件の表示　特願昭５９−３３７３５号２、発明の名称 部分硬化鋳鉄部材 ３　補１１−をする者 ・ＩＩ′件との関係　特許出願人 （５３２）　禾田技研１業株式会社 ４　代　理　人 （６７３５）　弁理士　下１）容一部 ５　補ｉＦ命令の１１伺　昭和５９年５月２９日発送６
、補ＩＦの対象　図　面（第２図〕

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）プラズマアークにて表層の一部を溶解し、この溶
    解部を冷却凝固して再溶融処理層とした鋳鉄部材におい
    て、該再溶融処理層にはＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、■或い
    はＮｂ等の高硬度金属が単体、合金又は化合物の形態で
    固溶若しくは分散していることを特徴とする部分硬化鋳
    鉄部材。
  2. （２）前記Ｃｒ　、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｖ或いはＮｂ等の
    高硬度金属の単体又は化合物は単独で再溶融部に添加さ
    れ、その添加割合は再溶融処理層に対して１．０〜１５
    ．０ｗｔ％であることを特徴とする特許請求の範囲ｉ１
    項記載の部分硬化鋳鉄部材。
  3. （３）前記Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ　ｉ、Ｗ、Ｖ或いはＮｂ等の
    高硬度金属の単体又は化合物は二種以上を複合して溶融
    部に添加され、その添加割合は個別には０．７〜＋５．
    ０ｗｔ％であり、全体としては１．４〜１Ｂ、０ｗｔ％
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の部
    分硬化鋳鉄部材。
  4. （４）前記Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｖ或いはＮｂ等の高
    硬度金属の化合物はその一部が硫化物となっていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれ
    かに記載の部分硬化鋳造部材。
  5. （５）前記流化物を構成するために添加される硫黄の割
    合は、再溶融処理層に対し、０．２〜１．５ｗｔ％であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の部分硬
    化鋳鉄部材。
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