(57)【要約】【課題】  十分な大きさの押し湯を設置しなくても、あるいは最小限の大きさの押し湯であっても、構造用部材、たとえば自動車の足回り部品などの強度を低下させる原因となる有害な内部引け巣を生じない安価な球状黒鉛鋳鉄鋳物を提供すること。【解決手段】  内部の黒鉛膨張を促進させて、凝固に伴う収縮を相殺して有害な内部引け巣を生じさせないようにした、表層部に対して内部の黒鉛粒数が多い球状黒鉛鋳鉄鋳物または表層部に対して内部の黒鉛粒数が１０％以上多い球状黒鉛鋳鉄鋳物とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部の黒鉛粒数に対し、内部の黒鉛粒数が多いことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄鋳物
【請求項２】
表層部の黒鉛粒数に対し、内部の黒鉛粒数が１０％以上多いことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄鋳物
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造用部材、たとえば自動車の足回り部品などに適用する球状黒鉛鋳鉄鋳物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、球状黒鉛鋳鉄鋳物に生じる有害な内引け巣防止方法として、以下の方法が広く知られている。適切な位置に適切な大きさの押し湯を配置する方法（たとえば非特許文献１）。鋳物の体積を表面積で除した値（モジュラス）を最適化するなど鋳造方案を工夫し、かつ球状黒鉛の晶出による膨張を利用して凝固収縮を相殺する方法（いわゆる押湯無し方案）（たとえば非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】社団法人日本鋳造工学会編，「鋳造工学便覧」，丸善株式会社，平成１４年，ｐ．３７−３８
【非特許文献２】張博，「球状黒鉛鋳鉄の押湯無し方案」，鋳物，社団法人日本鋳物協会，１９８３年，第５５巻，第２号，ｐ．１１３−１２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鋳物の内部の引け巣は鋳物の強度を低下させる大きな要因であるため、球状黒鉛鋳鉄鋳物、特に自動車の足回り部品など強度を特に要求される部品にとって有害である。従来の技術では、鋳枠サイズに対する製品数と鋳造方案のスペースなどの制約条件のため、十分な数と大きさの押し湯を設置できない場合がある。この場合は鋳枠あたりの製品数を少なくして押し湯の設置スペースを確保せざるをえない。このため製品に対する押し湯の体積割合が大きくなり、注入歩留りを下げて製造コストが上がってしまう。また、いわゆる押湯無し方案は、適用できる製品形状に制約があるだけでなく、溶湯成分や注湯温度などにも制約があり、広範な種類の製品に適用できる方法ではない。
【０００５】
本発明の目的は、十分な大きさの押し湯を設置しなくても、あるいは最小限の大きさの押し湯であっても有害な内部引け巣が生じない、安価な球状黒鉛鋳鉄鋳物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳物は、表層部の黒鉛粒数よりも内部の黒鉛粒数を増やすことで内部の黒鉛膨張を促進させて、凝固に伴う収縮を相殺して有害な内部引け巣を生じさせないようにしたものである。即ち、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳物は表層部の黒鉛粒数に対し、内部の黒鉛粒数が多いことを特徴とする。有害な内部引け巣を生じさせないためには、表層部の黒鉛粒数に対して内部の黒鉛粒数を多くすればよく、好ましくは１０％以上多くする、さらに好ましくは１５％以上多くすればよい。
【０００７】
ここで、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳物における表層部とは、鋳肌面から内部に向かって３ｍｍの深さまでの領域と定義し、内部とは、肉厚中心から半径２ｍｍ以内の領域と定義する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳物によれば、有害な内部引け巣が生じなくなり、強度の大きい球状黒鉛鋳鉄を得ることができるので、押し湯が不要あるいは必要最小限度の大きさと数量に減って注入歩留りが向上することによって、製造コストが抑制される利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態２に係る、鋳込み完了直後から凝固開始までの表層部と内部の冷却速度を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄鋳物とその製造方法について詳細に説明する。本発明は、表層部の黒鉛粒数に対して内部の黒鉛粒数を多くする、好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％多くなるようにすることによって、有害な内部引け巣を解消した球状黒鉛鋳鉄鋳物である。
【００１１】
（実施の形態１）
上記の組織を有する球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法を簡単に説明する。本発明における球状黒鉛鋳鉄はたとえばＪＩＳ規格のＦＣＤなど一般的なものであり、化学成分は、Ｃを３．０〜４．０質量％、Ｓｉを１．８〜２．８質量％、Ｍｇを０．０３質量％以上、残部をＦｅと不可避的不純物からなるものであり、所望の硬さや強度に応じて、Ｃｕ，Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐなどの元素を微量加えたものも含まれる。この球状黒鉛鋳鉄の溶湯を、通常広く実施されている鋳込み温度である１２５０℃〜１５００℃にて生砂型に鋳込み、所定の時間経過後、鋳込んだ鋳物に振動を与えながら凝固が完了するまで冷却する。
【００１２】
ここで、鋳込みの工程においては、黒鉛晶出核を増やす効果のある注湯流接種や鋳型内接種を実施することが好ましい。また、鋳込み後に所定の時間経過させる理由は、鋳物内部よりも冷却されやすい表層部が凝固するまで待って、鋳物表面に強固な凝固殻を形成させるためである。これにより内部の黒鉛粒数増加による膨張（黒鉛膨張）を、硬い表層ではなく、まだ溶融状態にある内部に向かわせることが可能となる。なお、ここでいう所定の時間とは、事前の実験、あるいはコンピュータによるシミュレーションの結果から決める時間であり、製造しようとする鋳物の形状、大きさ、また鋳造方案毎に異なることはいうまでもない。所定の時間の経過のみでは十分な強度の凝固殻を形成できない場合は、キャビティ面に適当な大きさの冷し金設けるなどの鋳物表面の凝固を促進する方法を併用してもよい。
【００１３】
次に、鋳込んだ鋳物に振動を与える方法として、鋳型の搬送に伴って生じる鋳型の揺れもしくはより積極的な鋳型の揺動による方法、または大気に露出した鋳造方案部分（たとえば湯口、押し湯、揚がりなど）に対しての外部からの機械的打撃、バイブレータもしくは超音波などによる方法があり、これらの振動方法のうちいずれかを適宜選択する、または２つ以上を組み合わせてもよい。振動を与えることにより、内部の未凝固部分（溶湯）において黒鉛核の形成が促進され、振動を与えない従来の方法に比べて黒鉛粒数が増加して、内部の黒鉛膨張が十分に増加する結果、凝固に伴う収縮を相殺するため、有害な内部引け巣の生成が抑制される。
【００１４】
（実施の形態２）
また、球状黒鉛鋳鉄鋳物の内部の黒鉛粒数を表層部の黒鉛粒数に対して多くする方法として、鋳込み完了から共晶凝固開始までの冷却速度を、表層部よりも内部を大きくする方法がある。この方法を図１に示す、鋳込み完了直後から凝固開始までの表層部と内部の冷却速度を示す模式図を用いて説明する。すなわち鋳込み完了直後の表層部の温度をＴｓ、内部の温度をＴｉ、表層部の共晶凝固開始時間をｔｓ、内部の共晶凝固開始時間をｔｉ、および共晶温度をＴｅとした場合に、（Ｔｉ−Ｔｅ）／ｔｉ＞（Ｔｓ−Ｔｅ）／ｔｓとなるように、Ｔｓ、Ｔｉ、ｔｓおよびｔｉを調整する。具体的には、たとえば注湯温度や鋳造方案を適切にする、または適切な大きさの湯溜りを設ける、あるいは製品もしくは方案部分の表面に適切な凹凸を設ける、などの方法がある。鋳込み直後から共晶凝固開始までの時間において、表層部の冷却速度よりも内部の冷却速度を大きくすることで、内部の黒鉛粒数が表層部の黒鉛粒数よりも多くなり、内部の黒鉛膨張が十分に増加する結果、凝固に伴う収縮を相殺するため、有害な内部引け巣の生成が抑制される。
【００１５】
以上、内部の黒鉛粒数を表層部の黒鉛粒数よりも多くする方法として、溶融状態にある内部に振動を与える方法と、共晶凝固開始までの冷却速度を、表層部に対して内部を大きくする方法との２つがあるが、製品の種類や大きさによって、これらの方法のいずれか、あるいは両方の方法を組み合わせることによって、本発明の球状黒鉛鋳鉄鋳物を得ることができる。
【実施例】
【００１６】
本発明に係る球状黒鉛鋳鉄鋳物の製造方法を、たとえば自動車のサスペンション部品に適用した実施例について説明する。内部の球状黒鉛の晶出を促進するために振動を施した実施例と、内部の球状黒鉛の晶出促進を行わなかった比較例を示す。
【００１７】
まず、実施例および比較例において適用した材料（いずれもＪＩＳ ＦＣＤ４５０相当）の化学成分値を表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
次に、鋳込み後、所定の時間経過後に鋳型全体に振動を与えながら凝固を終了させた実施例と、鋳込み後に振動を加えずにそのまま凝固を終了させた比較例において、製品であるサスペンション部品の厚肉部位（肉厚２０ｍｍ）と、薄肉部位（肉厚１０ｍｍ）のそれぞれについて、表層部（鋳肌面から２ｍｍ）と内部（肉厚中心部）の黒鉛粒数を測定した値、および内部に観察された引け巣の有無を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
実施例は、厚肉部位では表層部の黒鉛粒数が２４５個／ｍｍ２であるのに比べて、内部の黒鉛粒数は２５９個／ｍｍ２と表層部よりも約６％多く、内部引け巣は観察されなかった。また薄肉部位でも、表層部の黒鉛粒数が２９３個／ｍｍ２であるのに比べて、内部の黒鉛粒数は４１０個／ｍｍ２と表層部よりも約４０％多く、内部引け巣は観察されなかった。これに対して比較例は、厚肉部位では表層部の黒鉛粒数が２１３個／ｍｍ２であるのに比べて、内部の黒鉛粒数は１８７個／ｍｍ２と表層部よりも約１２％少なく、内部引け巣が観察された。また薄肉部位でも表層部の黒鉛粒数が２７３個／ｍｍ２であるのに比べて、内部の黒鉛粒数が２６２個／ｍｍ２と表層部よりも約４％少なく、内部引け巣が観察された。
【００２２】
実施例において内部の黒鉛粒数が表層部の黒鉛粒数よりも多く、内部引け巣が観察されなかった理由は、以下のためと考えられる。すなわち、鋳込み後、表層部が凝固して凝固殻が形成された段階では、鋳物内部は未だ溶融状態（溶湯）である。この段階で鋳型に振動を与えたことにより、内部の溶湯からの球状黒鉛の晶出核形成が促進されて多数の球状黒鉛が晶出し、成長して、いわゆる黒鉛膨張が起こる。一方、表層部には強固な凝固殻があるためにこの黒鉛膨張は内部に向かうため、凝固に伴う収縮を相殺して内部引け巣は生じなかったものと推察される。
【００２３】
これに対して、比較例では内部の溶湯の球状黒鉛の晶出核形成が促進されず、表層部よりも球状黒鉛の晶出数が少なくなって、黒鉛膨張が不足することから、凝固に伴う液体収縮を相殺できないために、内部引け巣が生じてしまったものと考えられる。
【図１】
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