JPS6164814A - 球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、自動車用部品、船舶および鉄道車両用部品
、農業および産業機械用部品等々の幅広い用途に使用さ
れる高靭性低炭素当量球状黒鉛鋳鉄の製造方法に関する
ものであり、さらに詳しくは急冷凝固により鋳造状態で
白鋳鉄とした後、熱処理を施すことにより、微細な球状
黒鉛を分散析出させるとともに基地組織をベイナイトと
した高靭性の球状黒鉛鋳鉄の製造方法に関するものであ
る。

（従来技術） 従来の高靭性鋳鉄としては、例えばオーステンパ球状黒
鉛鋳鉄がある。オーステンパ球状黒鉛鋳鉄は、鋳造状態
で黒鉛を球状に晶出させた鋳鉄をオーステナイト化して
、基地をペイナイトパするものである。したがって、球
状黒鉛鋳鉄の溶湯は、鋳造状態で黒鉛を晶出するのに十
分な炭素量を含有していると共に、黒鉛化を助長しかつ
良好な鋳造性を与えるのに十分な珪素量を含有しておで
示される炭素当量が４．５〜５．０％が実用的に利用さ
れている範囲である。

しかしなから、このような従来のオーステンパ球状黒鉛
鋳鉄にあっては、砂型鋳造における比較的軟弱な詩聖移
動に由来する引は巣等の内部欠陥が発生しやすく、さら
にオースチッパ熱処理により当該部分近傍の鋳物表面に
ふくれ現象や亀裂を生じやすいという問題点があった。

また、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄は、オースチッパ熱処
理に際して黒鉛より炭素が基地中に固溶するため、黒鉛
と基地組織との間に空隙を生じて靭性の向上が妨げられ
ることがあるという問題点もあった。

他方、炭素当量を低くすると共に、球状化処理した鋳鉄
溶湯を金型鋳造して白鋳鉄鋳物とし、この白鋳鉄鋳物に
７５０〜１２００℃Ｘ０．２〜１０ｈｒの熱処理を施し
て、微細な球状黒鉛が分散したパーライト基地とする球
状黒鉛鋳鉄の製造方法もあり（特開昭５３−９５１１８
号）、引張強さが８５〜９６Ｋｇｆ／ｍｍ２のかなり高
いものが得られていたが、さらに強度および靭性の優れ
た球状黒鉛鋳鉄の出現が望まれていた。

（発明の目的） この発明は、上述した従来の高靭性オーステンバ球状黒
鉛鋳鉄のもつ欠点を解消すると同時に、従来の高靭性球
状黒鉛鋳鉄では実現し得なかった高レベルの強度および
靭性を持つ球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供することを目
的とするものである。

（発明の構成） この発明による球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、低炭素出量
の鋳鉄溶湯に黒鉛球状化処理を施し、さらに金型鋳造方
式を導入することにより、従来の砂型鋳造よりも急冷凝
固作用を促進させて、まず白鋳鉄組織を有する鋳物を鋳
造した後、これに黒鉛を微細かつ球状に析出させると同
時に基地をオーステナイトとするための高温保持を施し
、次いでこれをベイナイト析出温度に急冷保持させて基
地をベイナイトとし、高靭性を持つ球状黒鉛鋳鉄を得る
ようにしたことを特徴とするものである。

この発明においては、黒鉛球状化処理後の鋳鉄溶湯に対
する急冷凝固手段として上に述べたように金型鋳造方式
を導入したが、その狙いとするところは、第一に、鋳鉄
の凝固に伴う鋳物の体積膨張をＩ叩え、併せて強固な金
型Ｍ壁により詩聖移動を防止することにある。また第二
に、急冷凝固作用により鋳造組織を微細な組織とするこ
とにあり、これによってその後の熱処理時にセメンタイ
トの分解とＣの拡散が容易になり、黒鉛化と基地のオー
ステナイト化のための熱処理時間が短縮できると共に、
ベーナイト化温度に恒シモ保持している間に、組織が微
細なためにベイナイトの核生成位置が多くなり、従来の
オーステンバでは得られない微細なベイナイトが得られ
、また、ベイナイト析出速度が大きくなりかつ析出量も
増大し、従来のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に比べて著し
く高い靭性が得られるようにすることにある。

さらに第三に、結晶格子の内部歪を強制的に導き、析出
黒鉛の核発生の場を多数与えることにある。

次に、この発明において対象とする球状黒鉛鋳鉄の炭素
出量範囲を２．０〜４．３％に規定した理由について述
べる。まず、ここでいう炭素当量は、前記したように一
般式、 るものであるが、この炭素当量が２．０％未満であると
鋳造性が悪く、さらにまた、鋳込温度の上昇を伴うため
金型寿命を低下させるので、実用的でないことによる。

一方、炭素当量の上限を４．３％とした理由は、鋳造状
態で粗大黒鉛を晶出させず、大半が白鋳鉄組織となり得
るようにするためである。

この発明の特徴の一つは、その微細な析出黒鉛にある。

この発明における炭素当量２．０〜４．３％の鋳鉄溶湯
への球状化処理と、当該溶湯を急冷凝固せしめて得た白
鋳鉄を短時間熱処理することが、白鋳鉄を容易に分解さ
せて微細な球状黒鉛を多数析出させる必要条件となり、
この微細な球状黒鉛が従来の高靭性鋳鉄で実現し得なか
ったレベルの高靭性を得る要因の一つとなる。

さらに、この発明の最大の特徴は、黒鉛析出の熱処理過
程において基地組織がオーステナイトとなっていること
に注目し、黒鉛析出のための高温保持後これを直ちに常
温まで冷却することをせず、ベイナイト析出温度にいっ
たん急冷して恒温保持することにより、基地をベイナイ
トとするようにしたところにある。

上記の熱処理において、黒鉛析出および基地のす−ステ
ナイト化のための高温保持温度は、７５０〜１２００℃
、より好ましくは８００〜９５０″Ｃとすることが望ま
しく、保持時間は０．２〜１０時間程度とするのが望ま
しい、すなわち、上記の高温保持温度は、黒鉛析出およ
び基地のオーステナイト化のためにＡ１変態点〜溶融温
度の間にある必要があり、具体的数字で示せば７５０〜
１２００℃程度の範囲となる。ただし、黒鉛の析出を効
率よくするためには８００℃以上とすることがより好ま
しく、また、必要以上にオーステナイト中のＣ固着量を
増加させ、後工程のベイナイト析出速度を小さくさせな
いようにするためには、９５０℃以下とすることがより
好ましい、一方、高温保持時間は黒鉛を確実に析出させ
るために０．２時間以上とすることが望ましく、また、
熱処理の経済性から１０時間以内とすることが望ましい
。

、　上記の高温保持により析出した黒鉛は均一かつ微細
に分布するが、これは、球状化処理により球状黒鉛核を
白鋳鉄組織内に内包し、これかつぎの熱処理工程におけ
る球状黒鉛の析出に寄与するものである。

この発明における熱処理過程で析出した微細な球状黒鉛
が、従来実現し得なかった高靭性を与え得る作用につい
て説明する。

鋳鉄中の黒鉛は物理的には空洞と見なすこともでき、衝
盤的外力に対して亀裂の発生場所となる可能性を持ち、
特に片状黒鉛や塊状黒鉛のように先端が鋭利な形状をな
す黒鉛はその切欠き効果により靭性の大きな向上は望め
ない、そして、衝撃的な外力に対して黒鉛が亀裂の発生
場所となる可能性を著しく減少させるためには、黒鉛は
球状でかつ微細であることが必要となる。

さらに、従来の球状黒鉛鋳鉄の黒鉛は凝固過程で晶出し
たものであり、オーステンパ熱処理に際して当該黒鉛よ
り炭素が基地中に拡散していくため、黒鉛と基地組織と
の間に空隙を生じて靭性の向上が妨げられていたが、こ
の発明における微細な析出黒鉛は、オーステンパ熱処理
において基地組織のオーステナイト化と同時に黒鉛を析
出させているため、黒鉛から基地組織への拡散は起らず
、その結果黒鉛と基地組織の間に空隙を生ずることがな
い。

さらにまた、この発明による微細な析出黒鉛は、金型鋳
造による微細な結晶粒とあいまって、オーステンパによ
り析出するベイナイトにも良好な作用を与え得る。すな
わち、高温保持後ベイナイト析出温度に急冷保持すると
、ベイナイトは黒鉛と基地との境界もしくは基地組織中
の結晶粒界（適冷オーステナイト粒界）より不均質核生
成して成長する。そして、上記した微細な黒鉛と微細な
結晶粒は、ベイナイトの不均質核生成位置を著しく多量
に付与せしめた結果となり、析出するベイナイトをＷｉ
廁にするとともに、ベイナイトの析出速度を高めてその
析出量を増大させる。

その結果、黒鉛自体の形状・大きさとともに、基地組織
中のベイナイトの微細化と析出量の増大の相乗作用を発
揮して、従来実現し得なかったすぐれた靭性を得ること
ができるようになるのである。

（実施例、比較例） 銑鉄、鋼屑およびＦｅ−５ｉ合金を原料とし、炭素当量
が３．５％となるように配合して、電気炉内で鋳鉄母溶
湯を溶製した。ついで、この鋳鉄母溶湯を取鍋内に移し
、Ｍｇを５重量％添加することにより球状化処理を施し
た後、合金工具鋼（ＳＫＤ６Ｌ）製の金型に鋳造し、１
００ｍｍＸ７　ＯｍｍＸ　ｌ　５ｍ＋ａの白鋳鉄試験片
を得た。なお、鋳造に際して金型はあらかじめ約１５０
℃に予熱し、また詩聖には鋳物のｇＩ型を容易にするた
めに離型剤を吹きつけて用いた。

比較のため、炭素当量が４．５％の鋳鉄母溶湯に上記と
同様の球状化処理を施し、フラン樹脂を用いた自硬性鋳
型に鋳込んで、ｌ　ＯＯｍｍＸ　７０ｍｍＸ１５ｍｍの
球状黒鉛鋳鉄試験片を得た。

次いで、上記の実施例および比較例において得られた試
験片に対して同時に次に示す工程による熱処理を施した
。すなわち、還元性雰囲気炉を用いて８５０°Ｃ×１時
間の高温保持を行った後、３５０℃の塩浴炉へ投入し、
４時間保持したあと炉中より取り出して空冷した。

続いて、熱処理後の試験片からＪＩＳ　　３号Ｕノンチ
シャルピー衝撃試験片と、ＪＩＳ　　１４号Ａ試験片と
を切り出すとともに、成分分析および組織ａ察を行った
。

次表は、上記実施例および比較例において製造した球状
黒鉛鋳鉄の化学組成と熱処理後の機械的性質を調べた結
果を示すものである。また、第１図は、この発明の実施
例による球状黒鉛鋳鉄の熱処理後の組織を示し、第２図
は上記比較例による球状黒鉛鋳鉄の熱処理後の組織を示
すものである。

上記表に示す結果から明らかなように、この発　　　　
′明による鋳鉄では比較例の鋳鉄に比べて衝Ｍ（ＩｉＩ
および引張強さの両方共がかなり優れており、富強　　
　　１度でかつ高靭性の鋳鉄であることがわかる。ま　
　　　）た、第１図および第２図から、組織的にみても
こ　　　　」の発明による鋳鉄では微細な黒鉛が析出し
ていると共に基地組織がａ則なベイナイトとなっており
、高靭性および高強度をもつことを裏付けてい　　　　
」るのに対して、第２図に示す比較例の鋳鉄では第１図
のものよりも大きな球状黒鉛であり、しかも基地組織が
粗いベイナイトとなっていることが明らかである。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明による球状黒鉛鋳鉄
の製造方法では、炭素肖量２．０〜４．３％の鋳鉄溶湯
に黒鉛球状化処理を施した後、金型Ｐ！造して急冷凝固
させて得た白鋳鉄鋳物に、黒鉛析出および基地のオース
テナイト化のだめの高温保持後ベイナイト析出温度に急
冷する熱処理を施すことにより、当該鋳物に微細な球状
黒０を分散析出させるとともに基地組織をベイナイトと
するようにしたから、得られた球状黒鉛鋳鉄試験片な黒
鉛が析出していると共に基地組織が倣田でかつ多量のベ
イナイトとなっており、従来の求状黒鉛鋳鉄に比べて著
しく高強度でかつ高靭性）ζ得られ、また熱処理時間の
短縮が可能であってＬ産性に著しく優れたものであると
いう著大なる力果をもたらしうるちのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発１の一実施例において製造した求状黒鉛
鋳鉄の熱処理後の金属組織を示す顕微鏡寥真、第２図は
比較例において製造した球状黒鉛鋳鉄の前記実施例と同
じ熱処理後の金属組織を示を顕微鏡写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素当量２．０〜４．３％の鋳鉄溶湯に黒鉛球状
   化処理を施した後、金型鋳造して急冷凝固させて得た白
   鋳鉄鋳物に、黒鉛析出および基地のオーステナイト化の
   ための高温保持後ベイナイト析出温度に急冷する熱処理
   を施すことにより、当該鋳物に微細な球状黒鉛を分散析
   出させるとともに基地組織をベイナイトとすることを特
   徴とする高靭性低炭素当量球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
2. （２）熱処理条件が、７５０〜１２００℃の温度に０．
   ２〜１０時間保持した後、２００〜４５０℃に急冷し、
   ５分間以上保持する処理である特許請求の範囲第（１）
   項記載の高靭性低炭素当量球状黒鉛鋳鉄の製造方法。