(57)【要約】  軽量化と高強度の双方の要求をバランス良く満たした鋳鉄製品を提供する。  亜共晶鋳鉄から成る鋳鉄製品を加熱することによりその表面に脱炭層を形成する脱炭工程と、該脱炭層よりも内部まで貫通する流出孔を形成する流出孔形成工程と、該流出孔が下部に位置するように前記鋳鉄製品を保持した状態で該鋳鉄製品を、前記脱炭層の融点よりも低く、内部の前記亜共晶鋳鉄の融点よりも高い温度に加熱する溶出工程により、内部がハニカム状の鋳鉄製品を製造する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱炭処理により融点を上昇させた表層部を殻とし、その内側をハニカム状としたことを特徴とする軽量化鋳鉄製品。
【請求項２】
脱炭処理前の鋳鉄の成分が亜共晶炭素濃度を満足する、請求項１に記載の鋳鉄製品。
【請求項３】
a) 亜共晶鋳鉄から成る鋳鉄製品を加熱することによりその表面に脱炭層を形成する脱炭工程と、
b) 該脱炭層よりも内部まで貫通する流出孔を形成する流出孔形成工程と、
c) 該流出孔が下部に位置するように前記鋳鉄製品を保持した状態で該鋳鉄製品を、前記脱炭層の融点よりも低く、内部の前記亜共晶鋳鉄の融点よりも高い温度に加熱する溶出工程と
を備えることを特徴とする軽量化鋳鉄製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量化鋳鉄製品及び該製品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を始め、中・大型機械装置の本体や部品には多くの鋳鉄製品が使用されている。これらの鋳鉄製品は、プラスチックとの比較で言えば強度や耐熱性が必要な部分等に用いられ、鋼を含む他の金属との比較で言えば形状が複雑である部分や低コストが要求される部分に用いられ、いずれにせよそれらの性能が求められる多くの分野で使用されている。しかし、プラスチックや他の金属が様々な機能において技術的発展を遂げ、それらに対する優位性が徐々に浸食される中で、鋳鉄製品においても時代に即応した技術的発展が期待されている。【０００３】
鋳鉄製品の大きな利用分野の一つに自動車産業があるが、そこでは軽量化が常に大きな課題となっている。もちろん、他の利用分野においても軽量化は永遠の課題である。本件発明者はこれに対し、中空鋳鉄製品という画期的な解答を与えた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第4099535号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の鋳鉄製品は、軽量化という点に関して大きな進歩を遂げたものであるが、強度に関しては、プラスチック製品と比較すると十分な強度を持つものの、やはり中空ということもあり、従来鋳鉄を使用していた部品に置き換えるには不十分な場合も多かった。【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、軽量化と高強度の双方の要求をバランス良く満たした鋳鉄製品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係る軽量化鋳鉄製品は、脱炭処理により融点を上昇させた表層部を殻とし、その内側をハニカム状としたものである。【０００８】
そのような鋳鉄製品の製造方法は、
a) 亜共晶鋳鉄から成る鋳鉄製品を加熱することによりその表面に脱炭層を形成する脱炭工程と、
b) 該脱炭層よりも内部まで貫通する流出孔を形成する流出孔形成工程と、
c) 該流出孔が下部に位置するように前記鋳鉄製品を保持した状態で該鋳鉄製品を、前記脱炭層の融点よりも低く、内部の前記亜共晶鋳鉄の融点よりも高い温度に加熱する溶出工程と
を備えることを特徴とする。【０００９】
なお、上記において「亜共晶鋳鉄」とは、その炭素等量CEが次の式(1)を満たす組成を有することを言う（式中の%は重量%）。
2.0 < CE = C% + (Si% + P%)/3 < 4.3    …(1)
CEがこの範囲内の値であれば、その融点は炭素等量に拘わらずほぼ1147℃で一定である。従って、上記c)工程における加熱温度は、概ね、その融点（1147℃）からそれより50℃程度高い温度、すなわち、1147〜1200℃の範囲内とすることが望ましい。なお、脱炭層における炭素濃度を1%以下にしておけば、その部分（脱炭層）の融点は1350℃程度となる。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明に係る上記工程は、基本的には特許文献１に記載の工程と類似しているが、それと大きく異なるのは、特許文献１の請求項１に記載の鋳鉄部品ではその素材を特に限定せず、単に「鋳鉄部品」としているのに対し、本願発明では「亜共晶鋳鉄から成る」ものに限定した点である。なお、特許文献１の請求項３に記載の鋳鉄部品では「共晶炭素濃度を有する」としており、本願発明に係る方法はこの点において特許文献１に記載の発明とは全く異なるものとなっている。【００１１】
本願発明では、このように素材として亜共晶鋳鉄を用いるため、図１の状態図から明らかなように、c)の溶出工程において非脱炭部（内部）、すなわち亜共晶鋳鉄、が完全には溶融せず、融点の高いデンドライト状のγ相の一部が格子状に残存する。従って、特許文献１に記載の鋳鉄部品のように内部（非脱炭部）が完全な中空になるのではなく、その部分においてハニカム状となる。もちろん、その分だけ軽量化の効果は多少減殺されているが、強度的には、完全な中空状態よりも十分に強いものとなる。すなわち、本発明に係る方法で製造した鋳鉄製品は、軽量化と高強度の双方の要求をバランス良く満たした鋳鉄製品となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】鉄−炭素系状態図（Si = 0%の場合）。
【図２】実施例１である鋳鉄製品１の外観図。
【図３】実施例１である鋳鉄製品１の主要化学組成。
【図４】ハニカム化処理後の鋳鉄製品１の断面図。
【図５】実施例２である鋳鉄製品２の主要化学組成。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る鋳鉄製品の製造例を２種説明する。
【実施例１】
【００１４】
第１の例は、図２に示すような軸受のキャップである。その化学成分を図３に示す。図３の最後の欄に示すように、本実施例の鋳鉄製品（以下、鋳鉄製品１と呼ぶ）の素材のCE値は4.03であり、亜共晶である。【００１５】
鋳鉄製品１を電気式加熱炉により、都市ガスを変成してCO/(CO+CO2)*100=75%となるように調整した変成ガス雰囲気中で1060℃まで加熱し、12時間保持するという脱炭処理を行った。脱炭処理後は雰囲気をN2ガスに変え、500℃まで炉冷し、その後大気中で放冷した。
常温にした鋳鉄製品１の一箇所（図２のA部）にφ4.5mmのドリルで深さ3mmの孔（流出孔）を穿孔した。【００１６】
その後、同じ電気式加熱炉内に、流出孔が下になるように鋳鉄製品１を置き、炉内をN2ガス雰囲気となるようにして、50分かけて1185℃まで加熱し、その温度で8分間保持した。鋳鉄製品１がその温度に達した時点で前記流出孔より溶湯が流出し始めたが、数分の後、溶湯の流出量が減少し、8分の保持時間後には殆ど流出が止んでいた。同じN2雰囲気中で500℃となるまで炉冷し、その後大気中で放冷した。【００１７】
常温になった鋳鉄部品１の厚み方向中央で切断した断面の状態を図４に示す。周辺の厚さ約3mmの脱炭層よりも内部がハニカム状となっているのが見られる。
上記の処理を行う前の鋳鉄部品１の質量は370gr(グラム)であったが、上記処理後は315grとなっており、軽量化率は15%であった。
【実施例２】
【００１８】
第２の例は、オイルポンプカバーである。本実施例の鋳鉄製品（以下、鋳鉄製品２と呼ぶ）は中心に径45mmの穴を有する外径185mmの円盤状の部品であり、中心穴周囲には厚さ28mmのリムが設けられ、外周部における厚さは21mmとなっている。鋳鉄製品２の処理前の質量は3.45kgであり、鋳鉄製品１の約9倍の質量を持つ。その素材の化学組成は図５に示すとおりであり、そのCE値は4.11（亜共晶）である。【００１９】
鋳鉄製品２の脱炭処理は上記と同じ方法で行った。すなわち、電気式加熱炉で、CO/(CO+CO2)*100=75%とした変成ガス雰囲気中で1060℃まで加熱し、12時間保持した。脱炭処理後は雰囲気をN2ガスに変え、500℃まで炉冷し、その後大気中で放冷した。
鋳鉄製品２については、φ8のドリルで外周部の２箇所に流出孔を穿孔した。【００２０】
その後、同じ電気式加熱炉内に、両流出孔が下になるように鋳鉄製品２を置き、炉内をN2ガス雰囲気となるようにして、60分かけて1190℃まで加熱し、その温度で12分間保持した。上記同様、鋳鉄製品２がその温度に達した時点で前記流出孔より溶湯が流出し始め、12分の保持時間後には殆ど流出が止んでいた。同じN2雰囲気中で500℃となるまで炉冷し、その後大気中で放冷した。【００２１】
常温になった鋳鉄部品２をその径方向に切断し、各部の内部の様子を観察したところ、中心穴のリムの内部、及び、外周側の肉厚部の内部においてハニカム状となっているのが確認された。
鋳鉄部品２の中空化処理後の質量は2.31kgとなっており、軽量化率は33%であった。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図２】
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【図４】
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【国際調査報告】
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