JPS63227744A - 球状黒鉛鋳鉄鋳物およびその製造法 - 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］ 本発明は、球状黒鉛鋳鉄鋳物およびその製造法、より詳
しく言えば、例えば自動車のステアリングナックル、ナ
ックルスピンドル等の比較的軽量で、且つ強度と耐衝撃
性の両方が要求される部品に好適な、強靭でしかも安価
な球状黒鉛鋳鉄鋳物およびその製造法に関する。

［従来の技術］ 球状黒鉛鋳鉄鋳物において、熱処理により、その基地を
、ベイナイト組織と残留オーステナイト組織との混在組
織にすることによって、フェライト系あるいはフェライ
ト−パーライト系のものに比べて、高強度、高靭性のも
のが得られることは従来より良く知られている。

例えば、特公昭５５−３４２２号公報（以下、これを従
来技術」と称す）では、Ｍｏ（０、ｌ　Ｏ〜０゜２６重
量％）及びＭｎ（０，３〜１．４重量％）と合金化し、
且つ、恒温変態処理後、多量の残留オーステナイトを含
有するベイナイト組織を有するダクタイル鋳鉄及びその
熱処理法が提案されている。

また、特公昭５９−１０９８８号公報（以下、これを従
来技術■と称す）では、通常の球状黒鉛鋳鉄に、Ｍｎ（
０，３重量％未満）、Ｍｏ（０，２〜０．８重量％）、
Ｃｕ（０，Ｉ＝１．５重量％）及びＮ１（３重量％未満
）を含有させたオーステナイトとベイナイトとの混合組
織を有する球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上記従来技術ｌでは、ＭＯを０゜１〜０
．２６重量％含含有るため、薄肉部で靭性を低下させる
チルが生成し易く、またひけ性が強くなり製造か容易で
なくなり、さらに、Ｍｎの含有量が高い領域では、オー
ステンパー処理によってマルテンサイトが生成し易く、
所期の機械的性質が得難いという問題点があった。

また、従来技術■では焼入性向上に有効なＭｎの含有量
が少ないために、Ｍｏ等の高価な合金元素を多量に必要
とするので、コストが上昇するとともに、薄肉部でのチ
ル化傾向が強くなり、またひけ性も強くなるという問題
があった。

ところで、球状黒鉛鋳鉄を、オーステンパー処理によっ
てその基地をベイナイト組織と残留オーステナイト組織
との混在組織にする場合、上記オーステンパー処理によ
って素材の被削性が悪くなるため、オーステンパー処理
の前に機械加工することが一般におこなわれているが、
この場合でも鋳放し状態では素材の硬度が高いため、−
火熱処理として、歪取りを兼ねた軟化焼鈍を施し、その
後に機械加工を行なうようにしていた。従って、鋳放し
状態での素材硬度を抑制し、その被削性を改善すること
ができれば、上記−火熱処理を省略することが可能とな
り、製造コストの大幅な低減をはかることができる。

［発明の目的］ 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、基地が
ベイナイト組織と残留オーステナイト組織との混在組織
からなる球状黒鉛鋳鉄鋳物において、強度、靭性及び疲
労強度を確保するとともに、鋳造時のひけ性を改善して
製造を容易にし、且つ、鋳放し状態での被削性を改善し
て製造コストの低減をはかることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため、本発明は、基礎となる球状黒鉛鋳鉄素材とし
て、その化学組成が、Ｃ：　２．５〜４．１重量％、Ｓ
ｉ：　　１．５〜３．５重重％、Ｍｎ：０．３〜０．５
重量％、Ｐ：　０．１５重量％以下、Ｓ：０゜０３重量
％以下、Ｃｕ：　０．３〜１０重量％、Ｎｉ・０．１〜
０．７重量％未満、Ｍｇ：０．００５〜０゜０８重量％
、残部が実質的にＦｅからなる素材を用いて、その基地
を、ベイナイト組織と残留オーステナイト組織との混在
組織としたものである。

さらに、本発明は、上記化学組成を有する球状黒鉛鋳鉄
鋳物を、機械加工後、８２０〜９２０℃の温度で５分間
以上加熱保持してオーステナイト化処理を行ない、次に
３５０〜４１０℃の温度で２０分間以上加熱保持する恒
温変態処理を行なうようにしたものである。

上記各化学成分の添加理由及び組成範囲の限定理由を説
明する。尚、Ｃ，Ｓｉ、ＰＳＳ、Ｍｇについては一般に
知られている球状黒鉛鋳鉄組成と同じ範囲にあり、且つ
その数値もよく知られた理由に基づくものと同じである
ため説明を省略する。

また、以下の説明において、成分％は全て重量％を示す
。

Ｍｎ：Ｍｎは焼入性を向上し、パーライトの析出を防止
するので機械的性質を改善する効果を有するが、その組
成範囲を０．３〜０．５％としたのは、０，３％未満で
は上記効果が小さく、０．５％を越えると共晶セル境界
に濃化してベイナイト変態を遅延させるため、オーステ
ンパー処理後、もろいマルテンサイトが生成するので好
ましくないためである。

Ｃｕ：ＣｕはＮｉとの併用添加で、焼入性を向上させ、
製品全体の基地を、ベイナイト組織と残留オーステナイ
ト組織との均質な混合組織にする効果を有するが、その
組成範囲を０．３〜１．０％としたのは、０．３％未満
では上記効果が小さく、１．０％を越えると、鋳放し状
態でパーライトが緻密化して硬度が高くなるので、機械
加工において刃具寿命が著しく低下するとともに、歪取
りを兼ねた軟化焼鈍において、パーライトの分解が遅く
なるためである。

Ｎｉ：Ｎｉは上記Ｃｕと同じく焼入性を向上させる効果
を有するが、その組成範囲を０．１〜０゜７％未満とし
たのは、０．１％未満では上記効果が小さく、０．７％
以上になると素材硬度が高くなり加工性が損なわれるた
めである。

上記化学組成を有する球状黒鉛鋳鉄鋳物を、その基地が
ベイナイト組織と残留オーステナイト組織との混在組織
になるように熱処理を行なう。

上記化学組成を何する球状黒鉛鋳鉄鋳物を、鋳放し状態
で機械加工する場合には、−火熱処理を行なわず、機械
加工後、オーステンパー処理を行なう。

上記オーステンパー処理における熱処理温度及び加熱保
持時間の限定理由を説明する。

オーステナイト化処理の温度を８２０〜９２０℃、加熱
保持時間を５分間以上としたのは下記の理由による。す
なわち、オーステナイト化温度とは、均質なオーステナ
イト固溶体が得られる温度範囲であり、温度が高くなる
につれてオーステナイト中の固溶炭素量が多くなる。こ
の固溶炭素量は、０．７〜０．９％が好適であり、合金
組成に応じて、８２０〜９２０℃の範囲で優れた機械的
性質が得られる。温度範囲を８２０〜９２０℃としたの
は、９２０℃を越えると上記固溶炭素量が過多となるの
で靭性が低下し、８２０℃未満では上記固溶炭素量が過
少となるので靭性、強度ともに低下するためである。ま
た、加熱保持時間を５分間以上としたのは、５分間未満
では、鋳物全体を均質なオーステナイト固溶体とするこ
とができないおそれがあるためである。

また、恒温変態処理の温度を３５０〜４１０℃、加熱保
持時間を２０分間以上としたのは下記の理由による。す
なわち、恒温変態処理においては、温度が高い程、残留
オーステナイトが増加し、靭性が向上するが、温度範囲
を３５０〜４１０℃としたのは、４１０℃を越えるとト
ルースタイトが析出しやすくなるので逆に靭性が低下し
、３５０℃未満では引張強さは向上するが、疲労強度が
大幅に低下するためである。また、加熱保持時間を２０
分間以上としたのは、２０分未満の時間では恒温変態が
完全に終了しないためである。この加熱保持時間は、通
常、０．５〜２．５時間の範囲内が好適である。

前述の化学組成を有する球状黒鉛鋳鉄鋳物は、上記オー
ステンパー処理によって、その基地がベイナイト組織と
残留オーステナイト組織との混在組織になるが、残留オ
ーステナイト量が２５〜４５容積％であることが望まし
い。この理由は、残留オーステナイト量が２５容積％未
満では靭性が得られず、４５容積％を越えると強度が低
下するためである。

また、前述の化学組成を有する球状黒鉛鋳鉄鋳物は、鋳
放し状態でも良好な加工性を有するが、この球状黒鉛鋳
鉄鋳物に、鋳造後、機械加工に先立って、６５０〜９５
０℃の温度で０．５〜１０時間加熱保持する一次熱処理
を施せば、加工性をさらに向上させることかできるとと
もに、機械加工後に行なうオーステンパー処理における
熱処理変形を大幅に低減することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄鋳物において、オーステ
ンパー処理によってその基地をベイナイト組織と残留オ
ーステナイト組織との混在組織とし、且つ上記オーステ
ンパー処理において、オーステナイト化処理温度を８２
０〜９２０℃、恒温変態処理温度を３５０〜４１０℃に
限定し、更に、素材硬度を上昇させるＣｕの添加量の上
限値を抑制し、その分Ｎｉを添加して補うことにより、
鋳放し状態での硬さを低下させるとともに、焼入性を確
保して鋳物全体にわたって安定したベイナイト組織を得
ることができるので、強度、靭性及び疲労強度を確保す
るとともに、鋳放し状態での被削性を改善して製造コス
トの低減をはかることができる。また、上記したように
ＣｕとＮｉを添加して焼入性を確保するようにしたので
Ｍｏを添加しなくても済み、その結果、鋳造時のひけ性
を改善して製造を容易にすることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、合金元素（Ｃｕ、　Ｎｉ。

Ｍｏ）の添加量またはオーステンパー処理条件の異なる
比較例と比べて説明する。

（１）化学成分 本発明実施例及び比較例の素材の化学成分を第１表に示
す。尚、上記比較例り、Ｅ、Ｆは、いずれも、Ｃ，Ｓｉ
、Ｍｎ、Ｐ、Ｓについては本発明で示した組成範囲内に
あるが、比較例りは合金元素を添加しない場合、比較例
Ｅは本発明で示した組成範囲の上限値である１、０％の
Ｃｕのみを添加した場合、比較例Ｆは本発明で示した組
成範囲を越える１、１％のＮｉに加えて０．３０％のＭ
Ｏを添加した場合を示している。

（２）ひけ性試験 上記第１表に示した化学成分を有する各素材について、
７５φ球形試験片をそれぞれ鋳造し、内部に発生するひ
け巣の体積（ＣＪＩ”）を測定した。試験結果は第２表
に示す通りであり、Ｍｏを添加した比較例Ｆでは著しく
ひけ性が強くなるが、本発明実施例Ａ、Ｂ、Ｃでは、比
較例り、Ｅと同じく、問題はないことが確認された。

（３）実体硬さ試験 第１表に示した化学成分を有する各素材を用いて、第１
図に示すようなステアリングナックルをそれぞれ鋳造し
、その実体表面のブリネル硬度（ＢＨＮ）を測定した。

熱処理条件は、本発明実施例Ａ及び比較例り。

Ｅ、Ｆについては鋳放しのままであり、本発明実施例日
及びＣについては、−火熱処理として、９２０℃の温度
で２．５時間加熱保持し、その後、７３０℃の温度で３
．５時間加熱保持した後に徐冷する、所謂、二段焼鈍を
行なった。

試験結果は第２表に示す通りであり、本発明実施例Ａは
鋳放しでも硬度が低く、比較例Ｅ及びＦについては著し
く高い硬度を示したが、本発明実施例についてはいずれ
も、比較例りと同じく、比較的低い硬度であることが確
認された。

（４）加工性試験 上記実体硬さ試験で作成したステアリングナックルを切
削加工し、バイト寿命により加工性を判定した。尚、上
記ステアリングナックルの熱処理条件は実体硬さ試験と
同じとした。

試験結果は第２表に示す通りであった。尚、第２表の加
工性の欄において、◎印は加工性が非常に良好であるこ
とを、○印は加工性が良好であることを、またＸ印は加
工性が悪いことを、それぞれ示している。

第２表の試験結果から明らかにように、比較例Ｆについ
てはＭｏにより炭化物が生成され加工性が劣るが、本発
明実施例についてはいずれも、非常に良好な加工性を示
すことが確認された。

（５）焼入性試験 第１表に示した化学成分を有する各素材を用いて、直径
が２０ｍｍ、　３０＊ｘ及び４０＊ｘの丸棒試験片をそ
れぞれ作成し、全ての試験片について、−火熱処理は行
なわずに、機械加工完了後、８９０℃の温度で２時間加
熱保持してオーステナイト化処理を行ない、次に３９５
℃の温度で２時間加熱保持する恒温変態処理を行なって
、焼入性を比較した。

試験結果は第２表に示す通りであった。尚、第２表の焼
入性の欄において、○印は完全に中心部までベイナイト
化され焼入性が良好であることを示し、Ｘ印は内部にパ
ーライトの析出が見られ焼入性が不満足であることを示
している。

第２表の試験結果から明らかにように、Ｃｕ及びＮｉの
添加量を所定の成分範囲の下限の近くにまで抑えた本発
明実施例Ａでも、少なくとも直径３ＯＮ、１１までは、
中心部まで完全にベイナイト化され、また、それよりも
Ｃｕ、Ｎｉの添加量が多い本発明実施例Ｂ及びＣでは、
直径４０ｘｍでも中心部まで完全にベイナイト化され、
焼入性が良好であることか確認された。

（６）機械試験 第１表に示した化学成分を有する各素材のうち、本発明
実施例Ａ、Ｂ及びＣを用いて、それぞれについてオース
テンパー処理条件が異なる試験片を作成し、引張強さ及
び伸びを測定した。

試験片は、第３表に示したように、本発明実施例Ａ、Ｂ
及びＣの各素材（以下、素材Ａ、Ｂ及びＣという）のそ
れぞれについて、本発明のオーステンパー処理条件に適
合する４種類の温度条件でオーステンパー処理を行なっ
て、本発明実施例として計１２本の試験片を作成し、ま
た、素材Ｂ及びＣのそれぞれについて、本発明のオース
テンパー処理温度範囲からはずれる温度条件でオーステ
ンパー処理を行なって、比較例として計４本の試験片を
作成した。各試験片に対するオーステンパー処理温度は
第３表に示した通りであり、加熱保持時向は、すべての
試験片について、オーステナイト化処理が２時間、恒温
変態処理が１時間であった。

尚、上記試験片はいずれも、鋳造後、−火熱処理は行な
わずに機械加工し、最終形状に仕上げた後にオーステン
パー処理を行った。

試験結果は第３表に示す通りであり、比較例については
いずれも伸びが低く、また引張強さも全体的に低い値を
示すが、本発明実施例については、いずれも比較的高い
伸びと引張強さを示すことが確認された。

（７）疲労試験 第３表に示した本発明実施例５，６，７．８及び比較例
１．２と、　それぞれ同一素材（いずれも素材Ｂ）で同
一熱処理を施した疲労試験片を作成し、疲労試験を行な
った。尚、上記各試験片は、直径８Ｍ１１の平行部を有
する平滑試験片とし、鋳造後、−火熱処理は行なわずに
機械加工し、最終形状に仕上げた後にオーステンパー処
理を行なった。

試験結果は第４表に示す通りであり、本発明実施例によ
れば、比較例１及び２に比べて疲労強度が向上する−こ
とが確認され、また恒温変態処理温度が、本発明で示し
た温度範囲内で高い方が疲労強度の向上に対してより効
果的であることが判り第４表 （８）実体抗折試験 第３表に示した本発明実施例５，６，７．８及び比較例
１．２と、それぞれ同一素材（いずれも素材Ｂ）で同一
熱処理を施したステアリングナックルを作成し、第１図
に示したように、ナックルスピンドル部Ａおよびアーム
部Ｂを固定し、ダンパー取付アーム部Ｃに荷重を加えて
そのダンパー取付はアーム部の抗折試験を行なった。尚
、上記ステアリングナックルは、いずれも、鋳造後、−
火熱処理は行なわずに機械加工し、最終形状に仕上げた
後にオーステンパー処理を行なった。その試験結果を第
２図に示す。この結果から明らかな如く、本発明実施例
５，６．７及び８は、ステアリングナックルに要求され
る抗折強度に対し、十分満足するものを得ることができ
る。

以上、説明したように、本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄
鋳物にお、いて、オーステンパー処理によってその基地
をベイナイト組織と残留オーステナイト組織との混在組
織とし、且つ上記オーステンパー処理において、オース
テナイト化処理温度を８２０〜９２０℃、恒温変態処理
温度を３５０〜４１０℃に限定し、更に、素材硬度を上
昇させるＣＵの添加量の上限値を１．０％に抑制し、そ
の分Ｎｉを０．１〜０．７％未満添加して補うことによ
り、鋳放し状態での硬さを低下させろとともに、焼入性
を確保して鋳物全体にわたって安定したベイナイト組織
を得ることができるので、強度、靭性及び疲労強度を確
保するとともに、鋳放し状態での被削性を改善して製造
コストの低減をはかることができるのである。また、上
記したようにＣｕとＮｉを添加して焼入性を確保するよ
うにしたのでＭｏを添加しなくても済み、その結果、鋳
造時のひけ性を改善して製造を容易にすることができる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実体抗折試験におけるステアリングナックル
の形状及び試験方法を示す概略図、第２図は、本発明の
実施例および比較例のステアリングナックルの抗折試験
結果を示す図である。 特許出願人　　　　　マツダ株式会社ほか１名代理人　
弁理士　　　前出　葆　ほか２名♀　　　呂　　　８　
　９　　　　。 ｖＱｒ＜−”；

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：２．５〜４．１重量％、Ｓｉ：１．５〜３．
   ５重量％、Ｍｎ：０．３〜０．５重量％、Ｐ：０．１５
   重量％以下、Ｓ：０．０３重量％以下、Ｃｕ：０．３〜
   １．０重量％、Ｎｉ：０．１〜０．７重量％未満、Ｍｇ
   ：０．００５〜０．０８重量％、残部が実質的にＦｅか
   らなり、基地がベイナイトと残留オーステナイトとの混
   在組織からなることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄鋳物。
2. （２）Ｃ：２．５〜４．１重量％、Ｓｉ：１．５〜３．
   ５重量％、Ｍｎ：０．３〜０．５重量％、Ｐ：０．１５
   重量％以下、Ｓ：０．０３重量％以下、Ｃｕ：０．３〜
   １．０重量％、Ｎｉ：０．１〜０．７重量％未満、Ｍｇ
   ：０．００５〜０．０８重量％、残部が実質的にＦｅか
   らなる球状黒鉛鋳鉄鋳物を、機械加工後、８２０〜９２
   ０℃の温度で５分間以上加熱保持してオーステナイト化
   処理を行ない、次に３５０〜４１０℃の温度で２０分間
   以上加熱保持する恒温変態処理を行なうことを特徴とす
   る球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造法。