JPS6155578B2

JPS6155578B2 -

Info

Publication number: JPS6155578B2
Application number: JP56079707A
Authority: JP
Inventors: Masumi Kawahara; Isao Takeda; Takanobu Suzuki
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1981-05-26
Publication date: 1986-11-28
Also published as: JPS57194241A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、中・小形内燃機関のシリンダライナ
ーとして最適な耐摩耗合金鋳鉄の製造方法に関す
るものである。一般に、含Ｐ鋳鉄の耐摩耗性の良いことはよく
知られている。これは、鋳鉄の最終凝固部に偏析
するステダイトの効果によるものであつて、特
に、P0.2〜0.8％の範囲内において、この効果は
著しい。しかしながら、この範囲内においても、
P0.2〜0.3％の比較的含有量の低い範囲において
は、ステダイトの晶出量が少なく、また、必ずし
も均一に分布していないため、Ｐ含有量0.5〜0.8
％の鋳鉄に比較して耐摩耗性が劣る欠点を有して
いた。したがつて、耐摩耗性は、Ｐ含有量0.5％
以上の方が良好となるが、ただ、このように0.5
〜0.8％の範囲内においては、強度が低下し、そ
のため、従来においては、耐摩耗性の劣つた0.2
〜0.3％の範囲内で使用されていた。本発明は上記のような現状に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、Ｐ含有量0.5〜0.8％
の高Ｐ鋳鉄よりも耐摩耗性の劣つていた0.2〜0.3
％Ｐ鋳鉄において、共晶セル数を増加し、ステダ
イトの分布を細かく均一とすることによつて耐摩
耗性を向上させる点にあり、また、本発明の第２
の目的は、従来強度の劣つていた0.5〜0.8P鋳鉄
の耐摩耗性をより向上させるとともに、強度を向
上させた耐摩耗合金鋳鉄を提供することにある。
なお、本発明の発明者らは、先にCu―Caを添加
することによつて耐蝕、耐熱性を改善した合金鋳
鉄を発明し、特公昭55―42140号として公告され
たが、これはP0.1％以下と低く、そのため耐摩耗
性の改善が充分でなく、シリンダライナー等の摺
動部材には不充分なものであり、これに対して本
発明は、Ｐ含有量0.2〜0.8％と、広い範囲に亘る
Ｐ含有鋳鉄において耐摩耗性を大幅に改善すると
同時にその強度を向上したものであつて、摺動部
材として最適である点に特長がある。このような目的を達成するため、本発明では、
Ｃ、Si、Mn、Ｐ、Ｓ及び不可避不純物を含有
し、残部Feである鋳鉄溶湯に、Cu及びCa又はCu
及びCa―Siを、各添加剤の単独又は合金の何れ
かの状態で添加し、最終的に、C2.8〜3.8％、
Si1.5〜2.5％、Mn0.4〜1.2％、P0.2〜0.8％、
S0.12％以下、及び、Cu0.3〜1.5％、Ca0.01％以
下を含有させることを特徴とする耐摩耗合金鋳鉄
の製造方法を第１の発明とし、Ｃ、Si、Mn、
Ｐ、Ｓ及び不可避不純物を含有し、残部Feであ
る鋳鉄溶湯に、Cu及びCa又はCu及びCa―Siを、
各添加剤の単独又は合金の何れかの状態で添加
し、最終的に、C2.8〜3.8％、Si1.5〜2.5％、
Mn0.4〜1.2％、P0.2〜0.8％、S0.12％以下、及
び、Cu0.3〜1.5％、Ca0.01％以下を含有させ、か
つ、Cr0.8％以下、Mo0.8％以下、V0.5％以下の
１種又は２種以上を含有させることを特徴とする
耐摩耗合金鋳鉄の製造方法を第２の発明とする。本発明の耐摩耗合金鋳鉄は、従来のものに比較
して共晶セル数が２倍程度に増加し、したがつ
て、ステダイトが均一に分布し、従来のものに比
較して耐摩耗性が良好であり、しかも、従来、強
度上の問題を有していたＰ含有量0.5〜0.8％鋳鉄
の強度が増大し、そのため、耐摩耗性の要求され
るシリンダライナー等に最適である。本発明によれば、前記成分割合の鋳鉄中にCa
が添加されるが、このCaは、酸化カルシウム及
び硫化カルシウムとなつて溶湯中に懸濁して核作
用をなし、凝固に際して共晶セル数を増加させる
ものであり、これによつてステダイトの分布が細
かく均一となり、耐摩耗性が向上し、かつ、強度
を20〜30％向上させるが、0.01％を越えて残留す
るようにしてもそれ以上の効果は期待できない。また、Cuは、遊離Fe₃Cの析出を押え、肉薄部
のチル発生と肉厚部の遊離フエライトの発生を防
止し、パーライトを緻密・硬化させ、更に、耐摩
耗性を向上させる。ただ、0.3％未満では効果を
期待できず、逆に1.5％を越えると耐摩耗性が低
下する。一般に、Ｐはステダイトを形成し、鋳鉄を脆化
させる成分であり、そのため普通鋳鉄において
は、0.1％以下とするものが普通であるが、耐摩
耗鋳鉄としては、ステダイトの晶出が有効であ
り、したがつて、このステダイトの晶出するＰ含
有量を設定することが必要となる。このようなＰ
含有によるステダイトの晶出は、Ｃ、Si、特殊元
素の含有量及び冷却速度等によつて、その晶出の
有無及び量が変化するが、一般に、Ｐが僅かであ
ればフエライト中に固溶するため、ステダイトの
晶出を期待することができず、結局、前記Ｃ、Si
の成分範囲内においては、Ｐ含有量0.2％以上で
あれば、耐摩耗性に有効な量のステダイトが晶出
する。また、Ｐ含有量が多くなれば、ステダイト
の晶出量が多くなり耐摩耗性は向上するが、逆に
0.8％以上になると共晶セル数が減少し、耐摩耗
性は悪くなる。第１図は、Ｐ含有量とシリンダラ
イナー摩耗量との関係を調べたグラフであり、こ
のように、耐摩耗性は0.75％程度が最も良く、
0.8％を越えると悪くなることが推定される。し
たがつて、本発明では、Ｐ含有量を0.2〜0.8％の
範囲内とする。次に、本発明の第２の発明において、上記Cu
―Caを含有する鋳鉄中にCr0.8％以下、Mo0.8％
以下、V0.5％以下の１種又は２種以上が添加さ
せるが、これらは、Cuと併用添加すことによつ
て基地のパーライトを安定させて引張強さを向上
させ、かつ、耐熱性、耐摩耗性を向上させるもの
である。これらのうちCrは、炭化物を形成し、
強度を増加して耐熱衝撃性、靭性を大きく向上さ
せるもので、その効果はCuとの相乗作用による
場合に顕著であるが、特に、本発明の如くステダ
イトを晶出する鋳鉄においては、Ｐと複合炭化物
を作りステダイトの硬度を増大させ、耐摩耗性を
向上させる。ただ、このCrは0.8％を越えてもそ
れ以上の効果は期待できない。MoもCrと略同様
であり、その成分範囲は0.8％以下とするのがよ
い。また、ＶはCrと同じく溶湯中へ添加すること
によつて、Ｐと複合炭化物を作り、ステダイトの
硬度を増し耐摩耗性を向上させるものである。た
だ、このＶは鋳鉄の黒鉛化阻害作用も強いため、
ライナー等摺動部材の特性を考慮し、本発明では
0.5％に規制する。本発明耐摩耗合金鋳鉄の製造法を説明すると、
まずCa含有量５〜20％のCu―Ca合金、又は、Ca
含有量５〜20％、Si含有量５〜15％のCu―Ca―
Si合金を溶製し、適当な大きさに破砕したもの
を、又は、これとCr、Mo、Ｖの１種又は２種以
上と併用したものを、鋳鉄溶湯に炉前にて添加す
ることによつて得られる。なお、Cu―Ca合金、
Cu―Ca―Si合金の代りにCu及びCa又はCu及び
Ca―Siを各々単独に添加してもよい。添加時の
溶湯温度は1450〜1500℃とし、鋳造はCaの効果
を考慮して、合金添加後５分以上15分以内とす
る。次に、本発明の実施例を説明すると、上記本発
明の第１の発明に基づいて製造した耐摩耗合金鋳
鉄を従来の鋳鉄と比較した結果を表１に示す。な
お、摩耗量は葉山式摩耗試験機により、接触荷重
10Kg／cm²、摩擦速度3m／sec、無潤滑状態で
60km走行した場合の20kmから60km間の１Km当
りの摩耗量を測定したものである。表１においてNo.１〜６がCuのみを添加した場
合、No.７〜9′がCu及びCaを添加した場合を示し
ており、特に、従来、耐摩耗性が劣るとされてい
た0.2〜0.3％Ｐ鋳鉄（No.２、５及びNo.８、8′参
照）では、Cuを単独添化したものより、本発明
の方が共晶セル数が略２倍に増大し、引張強度及
び硬度が増大し、耐摩耗性は、従来例で最も秀れ
ていた0.8％Ｐ鋳鉄よりも秀れていることが解
る。また、従来強度が劣るとされていたＰ含有量
0.817％の本発明耐摩耗合金鋳鉄は（No.９、9′参
照）、従来の0.2〜0.3％Ｐ鋳鉄よりも大幅に秀
れ、また、硬度、共晶セル数ともに増大している
ことが解る。

【表】

【表】第２図は、上記の表１をもとにした、共晶セル
数と硬さの関係をグラフにして、Cu―Caの接種
効果を調べたものであり、このように、Cu―Ca
を添加することより、硬度はほとんど変化なく、
共晶セル数を約２倍に増加させることが解る。なお、図において、ベースと表示しているの
は、Cuを僅かしか含有しない表１のNo.１、２、
３の場合を示している。第３図及び第４図におい
ても同様である。第３図は、同じく表１をもとに、共晶セル数と
摩耗量との関係を調べたグラフであり、このよう
に、共晶セル数の増加が耐摩耗性を大きく改善す
ることが解る。第４図は、上記表１に基づき、Ｐ含有量と摩耗
との関係を整理したグラフであつて、これで解る
ように、Ｐ含有量を増加させるよりも、Cu―Ca
を接種した方が耐摩耗性の改善がより顕著である
ことが解る。また、同じく第４図で示すように、
Cu―Ca接種の効果は低Ｐ側へ向う方が大きくな
ることが理解できる。第５図は、前記表１のNo.８に示す本発明耐摩耗
合金鋳鉄の顕微鏡写真であつて、第５図Ａは基地
組織を示す104倍の顕微鏡写真、第５図Ｂは同じ
くステダイトの分布を示す52倍の顕微鏡写真であ
り、同図Ｂの如く、白色で示されるステダイトが
略均一に分布していることが解る。第６図Ａ，Ｂ
は、同じく表１のNo.９に示す本発明耐摩耗合金鋳
鉄の顕微鏡写真であり、同様にＡが基地組織、Ｂ
がステダイトの分布状態を示し、同様にステダイ
トが更に均一に分布していることが解る。表２は、上記Cu―Caに加えて更にCr、Mo、
Ｖを添加した場合の本発明の第２の発明に基づく
耐摩耗合金鋳鉄を、従来のものと比較したもので
あり、このように、表２のNo.６、７に示す本発明
の耐摩耗合金鋳鉄は、Cuのみを単独添加し、か
つ、Cr、Moの１種又は２種を添加した従来の鋳
鉄に比較して、共晶セル数が大幅に増大し、か
つ、引張強さ、硬度共に改善されていることが解
る。また、この表２に示す第２の発明の耐摩耗合
金鋳鉄は、表１のCu―Caのみを添加した第１の
発明の耐摩耗合金鋳鉄に比較しても、その機械的
性質が向上している。

【表】

【表】以上述べたように、本発明の耐摩耗合金鋳鉄
は、共晶セル数が多く、耐摩耗性が良好で、しか
も強度が大であり、シリンダライナー等の摺動用
部材として最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術におけるＰ含有量とライナ
ー摩耗量との関係を示すグラフ、第２図は、本発
明の実施例における共晶セル数と硬さの関係を示
すグラフ、第３図は、同じく共晶セル数と摩耗の
関係を示すグラフ、第４図は、同様にＰ含有量と
摩耗量の関係を示すグラフであり、更に、第５図
Ａ，Ｂ及び第６図Ａ，Ｂは本発明によつて得られ
た耐摩耗合金鋳鉄の顕微鏡写真であつて、Ａは、
ビクラルエツチを施して基地組織を示す104倍の
顕微鏡写真、Ｂはナイタルエツチを施してステダ
イトの分布状況を示した52倍の顕微鏡写真であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ、Si、Mn、Ｐ、Ｓ及び不可避不純物を含
有し、残部Feである鋳鉄溶湯に、Cu及びCa又は
Cu及びCa―Siを、各添加剤の単独又は合金の何
れかの状態で添加し、最終的に、C2.8〜3.8％、
Si1.5〜2.5％、Mn0.4〜1.2％、P0.2〜0.8％、
S0.12％以下、及びCu0.3〜1.5％、Ca0.01％以下
を含有させることを特徴とする耐摩耗合金鋳鉄の
製造方法。２Ｃ、Si、Mn、Ｐ、Ｓ及び不可避不純物を含
有し、残部Feである鋳鉄溶湯に、Cu及びCa又は
Cu及びCa―Siを、各添加剤の単独又は合金の何
れかの状態で添加し、最終的に、C2.8〜3.8％、
Si1.5〜2.5％、Mn0.4〜1.2％、P0.2〜0.8％、
S0.12％以下、及びCu0.3〜1.5％、Ca0.01％以下
を含有させ、かつ、Cr0.8％以下、Mo0.8％以
下、V0.5％以下の１種又は２種以上を含有させ
ることを特徴とする耐摩耗合金鋳鉄の製造方法。