JPS6347773B2

JPS6347773B2 -

Info

Publication number: JPS6347773B2
Application number: JP15564782A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1982-09-06
Filing date: 1982-09-06
Publication date: 1988-09-26
Also published as: JPS5943816A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、焼入性、加工性の両方に優れた球状
黒鉛鋳鉄の製造方法に関するものである。従来より、球状黒鉛鋳鉄部品の熱処理方法は
種々提案されており、特開昭56−116853号公報に
は、Mo0.03〜0.09重量％、Cu0.3〜1.5重量％を含
有する球状黒鉛鋳鉄を焼鈍して組織をフエライト
化し、その後オーステンパー処理し、シヨツトピ
ーニングする方法が、また特開昭57−19320号公
報には、球状黒鉛鋳鉄を焼準してパーライト化
し、その後にオーステンパー処理する方法が開示
されている。ところで、第１図に示すように、基地組織をフ
エライト化した球状黒鉛鋳鉄Ａは、熱処理に際し
て所定の硬度に達するまでの時間、即ちオーステ
ナイト化時間に長時間を要し、焼入性が悪い問題
がある。一方、パーライト化した球状黒鉛鋳鉄Ｂ
は、オーステナイト化時間が短かく焼入性が良好
で、高周波等による迅速加熱でも十分なカーボン
濃度が得られ、硬さ深度も任意に選定でき、表面
層に疲労強度に有利な圧縮応力を与えることがで
きる利点がある。しかしながら、第２図に示すように、加工性と
いる面からみると、パーライト地の球状黒鉛鋳鉄
Ｂでは、刃具摩耗量がフエライト地の球状黒鉛鋳
鉄Ａのものに比して著しく高く、加工性において
著しく劣る問題がある。本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので
あつて、焼入性、加工性のいずれにも優れ、した
がつて高疲労強度、高耐摩耗性を有する球状黒鉛
鋳鉄部品の製造方法を提供することを目的として
いる。このため、本発明においては、C2.6〜4.0重量
％、Si1.5〜3.5重量％、Mn0.1〜1.0重量％、P0.15
重量％以下、S0.03重量％以下、Cu0.3〜1.5重量
％又はSn0.03〜0.16重量％、Mo0.03〜0.1重量％、
Mg0.025〜0.1重量％、Fe残部からなり微細パー
ライト基地組織の球状黒鉛鋳鉄を、基地中の粒状
パーライト面積率35〜65％でかつ基地炭素量0.3
〜0.65重量％となるように、850〜1000℃の温度
下で0.5時間以上加熱した後空冷し、次いで670〜
760℃の温度下で0.5〜8.0時間加熱した後空冷又
は水冷して粒状パーライト化した後、加工し、次
いで表面硬化焼入れするようにしたことを基本的
な特徴としている。ここで、基地炭素数0.3〜0.65重量％とは、ト
ータル炭素量から黒鉛量を減算した量をいい、フ
エライトに固溶した炭素とセメンタイト中の炭素
との合計量が0.3〜0.65重量％であることを意味
する。この場合、球状黒鉛鋳鉄の化学組成の限定理由
は以下の通りである。Ｃ：2.6％以下ではSiとの飽和度の関係で鋳造
欠陥特に引け巣、チルを発生する。 4.0％ではSiと飽和度の関係でざく巣、フ
ローテイシヨ等の欠陥を招く。 Si：1.5％以下ではＣとの飽和度の関係で鋳造
性（流動性）を阻害する。 3.5％以上ではＣとの飽和度の関係で流動
性は向上するがざく巣、フローテイシヨンを
招く。 Mn：Mnは必然的に溶解材料により入る量とし
て0.1％以上に、又、Mnはパーライト化の強
い元素と同時に1.0％以上では靭性を阻害す
る。Ｐ：0.15％以上では多量のステダイドを形成
し、靭性を阻害する。Ｓ：0.03％以上では多量のMgを要し、結果的
に酸化物等の介在物を多く発生する。 Cu：0.3％以下では焼鈍時、パーライトが分解
し基地中に均一に分布した粒状パーライトが
得られない。又、Moとの併用効果である疲
労強度、耐面圧強度特性が得られない。 1.5％以上ではCu元素による前述の効果は
飽和し、コストアツプとなる。 Sn：SnはCuの代替え元素として使用するもの
で強力なパーライト化元素である。 0.03％以下では基地中に均一に分布した粒
状パーライトが得られない。 0.16％以上では粒界に析出し、結果、強度
特性を低下する。又、効果も飽和しコストア
ツプになる。 Mo：均一に分布した粒状パーライトを得る手段
として、Moが効果的である。Moは基地中
で（Fe₃・Mo）Ｃの状態で存在する。従つ
て、Cu、Snなどで基地をパーライト化され
ている部分には、Moが必ず均一に存在する
結果となる。このMoはパーライトの粒状化
において核的な役目と同時に、熱によるパー
ライト（Fe₃C）の分解抵抗を発揮し、基地
中に均一に分布した粒状パーライト地を形成
する。この均一で、かつ35％以上の粒状パーライ
トを残留させるためには、少なくとも0.03％
以上のMoを必要とする。0.03％以下では、
ち密な粒状パーライトを分布させるだけの熱
分解抵抗力を発揮せず、不均一な分布の原
因、および35％以上の残留パーライトとする
ことができず、焼入れに必要な0.3％以上の
Ｃ固溶量の基地が達成出来ない。また、0.03％以下ではCu併用による効果
（疲労強度特性、面圧強度、耐摩耗性）も得
られない。 0.1％以上では、ち密な粒状パーライトを
均一に得る効果は飽和すると同時に、コスト
アツプとなるばかりでなく、遊離した炭化物
を析出し、炭化物による疲労強度低下、粒状
パーライトの均一分布を組害し、焼入性を悪
化させる。さらには表面焼入れ後の組織にお
いて炭化物周辺に塊状の残留オーステナイト
を形成し、強度を劣化する原因となる。 Mg：Mgは溶湯の脱流、脱酸を行い黒鉛を球状
化させるための重要な元素である。 0.025％以下ではこの効果は不十分となり
球状化が行なわれなく靭性のある球状黒鉛鋳
鉄とし難い。 0.10％以上では球状化は十分行なわれる。
しかし脱硫、脱酸時に生成した硫化物、酸化
物（Mg系）が溶湯中に残留し、靭性低下を
起す。本発明においては、上記化学組成を有する球状
黒鉛鋳鉄素材の組織調整を粒状パーライト化処理
によつて行ない、粒状パーライト化率35〜65％
で、かつ基地炭素量が0.3〜0.65％となるように
粒状パーライト化する。表面硬化焼入れの場合、基地中のＣは少なくと
も0.3％以上固溶されていないと焼入れ不良を起
こす。 0.3％以上のＣ固溶量を得るためには基地中に
少なくとも35％以上の粒状パーライトを残留させ
る必要がある。同時に、焼ムラがなく、均一な焼
入れ組織を得るためには、基地に均一に粒状パー
ライトが分布していることが必須である。基地炭素量が0.65％以上となると、パーライト
が均一に分散しなくなり、被削性（加工性）が低
下してしまう。上記の基地炭素量0.3〜0.65％を得るためには、
粒状パーライト面積率を上記の如く35〜65％とす
る必要がある。この粒状パーライト化処理は、良好な焼入性と
加工性（切削性）の両方を同時に付与するため行
なうもので、具体的には、850〜1000℃の温度下
で0.5時間以上加熱した後空冷し、次いで670〜
760℃の温度下で0.5〜8.0時間加熱した後、空冷
又は水冷（徐冷可能）する２段階の熱処理によつ
て行なうことができる。上記第１段の熱処理は、チルの分解と同時に粒
状パーライト化するためであり、粒状パーライト
を均一に分布させるためには、空冷が必要で、徐
冷（炉冷）では均一分布は得られない。また、
850℃以下では、チルの分解が行なえず、1000℃
以上では結晶粒の粗大化を招くので好ましくな
い。そして、有効なチルの分解を行なうため、
0.5時間以上は加熱を続ける必要がある。加熱後
の冷却を徐冷で行なうと、オーステナイト化処理
において粒界に不純物を晶出し、脆化の原因とな
る。第２段の熱処理は、粒状パーライト化率を35〜
65％にコントロールするために行なう。粒状パー
ライト35％以下では加工性は良好であるが、十分
な焼入性を得るにたる炭素濃度とするに長時間を
要することとなつて好ましくない。一方、65％以
上とする、逆の傾向、即ち焼入性は向上するが加
工性が悪化する傾向を示す。温度条件として、670℃以下では粒状パーライ
ト化が困難となり、必要な粒状化を得るためには
長時間を要することとなつて好ましくない。ま
た、760℃以上では、急速に黒鉛化が進行し、35
％以上の粒状パーライトが得られない。処理時間
は、少なくとも0.5時間必要で、８時間以上とす
ることは、生産性が悪化してコストアツプを招来
する。冷却方法は、操業時間の短縮と基地中の粒
状パーライトの均一分布の目的で空冷又は水冷と
することが好ましい。上記の粒状パーライト化処理の後は、処理した
球状黒鉛鋳鉄部品に対し、必要な形状加工等を行
なう。例えば、ギヤ類の場合には、ラツプ代、研
削代を残した状態までの加工（シエービング加
工）を行なう。上記の加工後においては、表面硬化焼入れ（局
部焼入れ）を行なう。この表面硬化焼入れは、高
周波等により850〜1000℃の温度で３秒以上局部
加熱を行ない、しかる後、オイル、ソルト等で焼
入れし、所定温度まで冷却した後、電気炉に移動
し、電気炉内で60秒かそれ以上の時間の間、所定
の温度に維持し、その後空冷又は水冷により冷却
することにより行なう。この焼入れは、少なくとも部品の表面下内部に
圧縮残留応力を発生させ、耐摩耗性を向上させる
ためのもので、表面層はベーナイト地又はマルテ
ンサイト地とし、これより内部を１次熱処理（粒
状パーライト化処理）による粒状パーライト地と
したことを特徴としている。上記電気炉において維持すべき所定温度は、目
的とする部品の負荷に応じて選択する。高負荷の
ギヤ類やシヤフト類の場合には、220〜390℃の温
度範囲として、表面層をベーナイト地とし、低負
荷のギヤ類やシヤフト類では、130〜220℃の表面
範囲としてマルテンサイト地とする。上記のように、球状黒鉛鋳鉄部品の基地組織を
粒状パーライト地とすれば、第１図にＣで示すよ
うに、オーステナイト化時間としては、パーライ
ト地Ｂに近い特性が得られるので良好な焼入性を
確保することができると同時に、第２図にＣで示
すように、フエライト地Ａとほぼ同じ良好な加工
性を得ることができる。なお、上記本発明による１次、２次熱処理後に
あつては、応力集中部、例えばギヤ類の場合には
歯底部、シヤフト類ではコーナ部に、シヨツトピ
ーニング又はロール加工により高い圧縮残留応力
を発生させ、疲労強度特性をより一層向上させる
ようにしてもよい。次に、本発明の実施例を示す。実施例

【表】上記化学組成から成る球状黒鉛鋳鉄素材を高周
波大気溶解炉にて鋳造により製造し、切削性、お
よび焼入れ性確保の目的で電気炉によりチル分解
を兼ねた920℃×2.0Hr加熱後、冷却は粒界に不
純物を析出させないために炉冷は避け空冷した。
空冷後720±10℃から予め用意された750℃の電気
炉にて約2.5Hr加熱後処理時間短縮のため空冷し
た。ワークが室温になつたのちブラストにより表
面のスケールを除去し、仕上加工を行つた。次い
で高周波加熱を890℃、約15秒間行い予め用意さ
れた260℃のソルト炉へ約2.0Hr浸漬し、ベーナ
イト化を行なつた。処理完了後、約80℃の温水に
て洗浄した。得られた本発明にかかる試験片の仕上加工後お
よびベーナイト化後の組織を夫々、第３図、第４
図に示す。本発明方法は、第５図および第６図に夫々示す
ように、リングギヤ１，２を夫々一体に形成する
FF用およびFR用デイフアレンシヤルギヤケース
３，４の製造に有利に適用することができる。この場合には、リングギヤ１，２を形成するフ
ランジ部５，６をギヤケース３，４と一体に形成
しておき、ギヤを加工するフランジ部外周部には
シエービング加工の後、局所焼入れを施すように
すればよい。この場合の局所焼入れは、オーステ
ンパー処理とし、高負荷を受合うリングギヤ１，
２に対しては、焼入れ後に、シヨツトピーニング
処理を施し、耐疲労強度をより一層向上させるこ
とが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は球状黒鉛鋳鉄の基地組織の相違に基づ
く焼入性の相違を示す特性図、第２図は球状黒鉛
鋳鉄の基地組織の相違に基づく加工性の相違を示
す特性図、第３図、第４図は本発明の実施例に示
した本発明材にかかる２次熱処理後およびオース
テンパー処理後の試験片の組織を夫々倍率（×
400）の図面代用顕微鏡写真、第５図、第６図は
夫々本発明方法の適用例を示す、リングギヤを一
体に形成した車両用デイフアレンシヤルギヤケー
スの各断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C2.6〜4.0重量％、Si1.5〜3.5重量％、Mn0.1
〜1.0重量％、P0.15重量％以下、S0.03重量％以
下、Cu0.3〜1.5重量％又はSn0.03〜0.16重量％、
Mo0.03〜0.1重量％、Mg0.025〜0.1重量％、Fe残
部からなり微細パーライト基地組織の球状黒鉛鋳
鉄を、基地中の粒状パーライト面積率35〜65％で
かつ基地炭素量0.3〜0.65重量％となるように、
850〜1000℃の温度下で0.5時間以上加熱した後空
冷し、次いで670〜760℃の温度下で0.5〜8.0時間
加熱した後空冷又は水冷して粒状パーライト化し
た後、加工し、次いで表面硬化焼入れするように
したことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄部品の製造
法。