(57)【要約】【課題】同一金型から複数種相当の鋳鉄製品を得ることができる鋳鉄方法を提供する。【解決手段】鉄合金の溶湯を金型内のキャビティに注湯して所望形状の鋳鉄製品を鋳造する際に、該金型に注湯した鉄合金の溶湯が凝固して得られた鋳鉄製品を冷却して、前記鋳鉄製品の温度が室温よりも高温の所定温度に到達したとき、前記金型を型開きして鋳鉄製品を取り出し、前記金型から取り出した鋳鉄製品を金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することを特徴とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄合金の溶湯を金型内のキャビティに注湯して所望形状の鋳鉄製品を鋳造する際に、
該金型に注湯した鉄合金の溶湯が凝固して得られた鋳鉄製品を冷却して、前記鋳鉄製品の温度が室温よりも高温の所定温度に到達したとき、前記金型を型開きして鋳鉄製品を取り出した後、
前記金型から取り出した鋳鉄製品を金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することを特徴とする鋳鉄方法。
【請求項２】
金型から取り出した鋳鉄製品を室温下で放冷する請求項１記載の鋳鉄方法。
【請求項３】
金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度を、キャビティに注湯した鉄合金の状態図において、オーステナイト相と黒鉛とが共に晶出する共晶温度以下で且つ前記オーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度以上の温度とする請求項１又は請求項２記載の鋳鉄方法。
【請求項４】
金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す鋳鉄製品の温度を、１１４７〜７２７℃とする請求項３記載の鋳鉄方法。
【請求項５】
金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度を、キャビティに注湯した鉄合金の状態図において、オーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度未満の温度とする請求項１又は請求項２記載の鋳鉄方法。
【請求項６】
金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す鋳鉄製品の温度を、７２７℃未満とする請求項５記載の鋳鉄方法。
【請求項７】
金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す時期を、金型への溶湯の注湯からの経過時間で管理する請求項１〜６のいずれか一項記載の鋳鉄方法。
【請求項８】
溶湯とする鉄合金として、鉄―炭素合金を用いる請求項１〜７のいずれか一項記載の鋳鉄方法。
【請求項９】
溶湯とする鉄合金として、炭素（Ｃ）３．１〜３．９重量％、珪素（Ｓｉ）２．０〜３．０重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％以下、燐（Ｐ）０．０３重量％以下、クロム（Ｃｒ）０．１０重量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）０．０１８〜０．０６０重量％、残余鉄及び不純物から成り、且つＣＥ値（炭素当量）４．０〜４．７重量％の鉄合金を用いる請求項８記載の鋳鉄方法。
【請求項１０】
溶湯を金型に注湯する際に、Ｓｉ量で０．０５〜０．２２５重量％のＦｅ−Ｓｉを注湯接種する請求項１〜９のいずれか一項記載の鋳鉄方法。
【請求項１１】
金型として、湯口から注湯された溶湯が重力によってキャビティ内に充填される重力鋳鉄用金型を用いる請求項１〜１０のいずれか一項記載の鋳鉄方法。
【請求項１２】
金型として、注湯した鉄合金の溶湯が凝固した鋳鉄製品の取出時期を制御し得る冷却特性を有する金型を用いる請求項１〜１１のいずれか一項記載の鋳鉄方法。
【請求項１３】
金型として、炭素（Ｃ）が０．４５重量％の鋼（Ｓ４５Ｃ）から成る金型を用いる請求項１２記載の鋳鉄方法。
【請求項１４】
鉄合金の溶湯を金型内のキャビティに注湯して得た、ＨＲＢ硬度が８０〜１００の鋳鉄製品であって、
前記鋳鉄製品の金属組織顕微鏡写真で測定したフェライト量が７０％以上であると共に、粒径５μｍ以上の黒鉛粒子数が９００個／ｍｍ2以上であり、
且つ前記黒鉛粒子のうち、球状黒鉛粒子が占める黒鉛球状化率が７０％以上であることを特徴とする鋳鉄製品。
【請求項１５】
鉄合金が、鉄―炭素合金である請求項１４記載の鋳鉄製品。
【請求項１６】
鉄合金が、炭素（Ｃ）３．１〜３．９重量％、珪素（Ｓｉ）２．０〜３．０重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％以下、燐（Ｐ）０．０３重量％以下、クロム（Ｃｒ）０．１０重量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）０．０１８〜０．０６０重量％、残余鉄及び不純物から成り、且つＣＥ値（炭素当量）４．０〜４．７重量％の鉄合金である請求項１５記載の鋳鉄製品。                                                         
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳鉄方法及び鋳鉄製品に関し、更に詳細は鉄合金の溶湯を金型内のキャビティに注湯して所望形状の鋳鉄製品を鋳造する鋳鉄方法及び鋳鉄製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト量が多く靭性に優れた球状黒鉛鋳鉄から成る鋳鉄製品は、例えば下記特許文献１に知られている。かかる鋳鉄製品は、強靭性を有するため、自動車部品等の幅広い用途に用いられている。
かかる球状黒鉛鋳鉄から成る鋳鉄製品の鋳造では、樹脂製粘結剤（バインダー）をコーティングした砂等を用いて形成した砂型を使用している。
しかし、砂型を用いた鋳造では、砂型の造型機は勿論のこと、砂の回収、冷却、搬送、混錬再製等の砂処理設備が必要である。
しかも、鉄合金の溶湯を砂型に注湯して得た鋳鉄製品は、鉄合金の状態図において、オーステナイト相が晶出する温度以下で且つオーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度以下の室温近傍にまで砂型内で冷却してから取り出すため、砂型に注湯してから取り出しまでの時間が著しく長く、その生産性が問題となりつつある。
一方、鋳鉄製品の生産性を向上させるべく、水冷構造又は銅等の高熱伝導材から成る金型に鉄合金の溶湯を注湯して得た鋳鉄製品を、金型内でＡ1変態温度以下の室温近傍まで急速冷却して取り出す鋳鉄方法も知られている。
【特許文献１】特許第２７３０９５９号公報（特許請求の範囲、第３頁左欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
急速冷却可能な金型を用いた鋳鉄方法では、砂型を用いた鋳鉄方法に比較して、金型に注湯してから金型から鋳鉄製品を取し出すまでの時間を著しく短縮できる。
更に、金型は、再使用可能であるため、砂処理設備を不要にでき、そのプロセスを簡単化できる。
しかしながら、鉄合金の溶湯を金型に注湯して得た鋳鉄製品は、一般的に過冷された共晶黒鉛を有する低強度の片状黒鉛鋳鉄や、フェライト量が少なく靭性の低下した低グレードの球状黒鉛鋳鉄のものである。
かかる鋳鉄製品を、フェライト量が多く、靭性に優れた鋳鉄製品とするには、熱処理が不可欠である。このため、金型を用いた鋳鉄方法であっても、その生産性を著しく向上することは困難である。
唯、金型を用いた鋳鉄方法では、鋳鉄製品を金型から取り出すまでの時間を著しく短縮でき、且つ砂処理設備を不要化できる等の多くの利点を有する。
また、従来、同一金型から単一種の鋳鉄製品を鋳造しているが、複数種相当の鋳鉄製品を鋳造できれば、保有金型数の低減等の効率化を図ることができる。
そこで、本発明の課題は、同一金型から複数種相当の鋳鉄製品を得ることのできる鋳鉄方法、フェライト量が多く、靭性に優れた鋳鉄製品を、熱処理を施すことなく得ることのできる鋳鉄方法及び鋳鉄製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は、先ず、従来の金型を用いた鋳鉄方法について検討した。従来の金型を用いた鋳鉄方法では、金型に注湯された鉄合金の溶湯を急冷すべく、水冷構造又は銅等の高熱伝導材から成る金型を用い、金型から取り出される鋳鉄製品は充分に冷却されている。
このため、本発明者等は、従来の鋳鉄方法では、金型内で鋳鉄製品が急冷され過ぎるのではないかと考え、高温の鋳鉄製品を金型から取り出し、高温の鋳鉄製品を空冷によって冷却することを試みた。
かかる試みによれば、金型から取り出す鋳鉄製品の温度が異なれば、空冷による冷却が終了して得られる鋳鉄製品の品質が異なること、及び金型から取り出す鋳鉄製品の温度が高温であるほど、従来の金型内で室温近傍まで急冷した鋳鉄製品に比較して、フェライト量が多くなることを見出し、本発明に到達した。
【０００５】
すなわち、本発明は、鉄合金の溶湯を金型内のキャビティに注湯して所望形状の鋳鉄製品を鋳造する際に、該金型に注湯した鉄合金の溶湯が凝固して得られた鋳鉄製品を冷却して、前記鋳鉄製品の温度が室温よりも高温の所定温度に到達したとき、前記金型を型開きして鋳鉄製品を取り出し、前記金型から取り出した鋳鉄製品を金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することを特徴とする鋳鉄方法にある。
かかる本発明において、金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度を、キャビティに注湯した鉄合金の状態図において、オーステナイト相と黒鉛とが共に晶出する共晶温度以下で且つ前記オーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度以上の温度、具体的には１１４７〜７２７℃とすることによって、フェライト量が多く、靭性に優れた鋳鉄製品を、熱処理を施すことなく得ることができる。
一方、金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度を、キャビティに注湯した鉄合金の状態図において、オーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度未満の温度、具体的には７２７℃未満とすることによって、フェライト量が低下するものの、抗張力及び耐力に優れた鋳鉄製品を得ることができる。
また、本発明は、鉄合金の溶湯を金型内のキャビティに注湯して得た、ＨＲＢ硬度が８０〜１００の鋳鉄製品であって、前記鋳鉄製品の金属組織顕微鏡写真で測定したフェライト量が７０％以上であると共に、粒径５μｍ以上の黒鉛粒子数が９００個／ｍｍ2以上であり、且つ前記黒鉛粒子のうち、球状黒鉛粒子が占める黒鉛球状化率が７０％以上であることを特徴とする鋳鉄製品でもある。
【０００６】
かかる本発明において、金型から取り出した室温以上の所定温度に冷却された鋳鉄製品を室温下で放冷することによって、金型から取り出した鋳鉄製品を金型内での冷却速度よりも容易に遅い冷却速度で冷却できる。
この金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す時期は、鋳鉄製品の温度を金型への溶湯の注湯からの経過時間に置換して管理することが容易である。
更に、溶湯とする鉄合金として、鉄―炭素合金を用いることが好ましく、特に、炭素（Ｃ）３．１〜３．９重量％、珪素（Ｓｉ）２．０〜３．０重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％以下、燐（Ｐ）０．０３重量％以下、クロム（Ｃｒ）０．１０重量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）０．０１８〜０．０６０重量％、残余鉄及び不純物から成り、且つＣＥ値（炭素当量）４．０〜４．７重量％の鉄合金を好適に用いることができる。
かかる溶湯を金型に注湯する際に、Ｓｉ量で０．０５〜０．２２５重量％のＦｅ−Ｓｉを注湯接種することによって、黒鉛の微細化を図ることができる。
本発明で用いる金型としては、湯口から注湯された溶湯が重力によってキャビティ内に充填される重力鋳鉄用金型を好適に用いることができる。この金型としては、注湯した鉄合金の溶湯が凝固した鋳鉄製品の取出時期を制御し得る冷却特性を有する金型を用いることによって、鋳鉄製品の取出温度を一定とすることができ、一定品質の鋳鉄製品を得ることができる。かかる金型としては、炭素（Ｃ）が０．４５重量％の鋼（Ｓ４５Ｃ）から成る金型を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、室温以上の所定温度に冷却された鋳鉄製品を、冷却速度の速い金型から取り出して、金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することによって、冷却が終了した鋳鉄製品に熱処理を施した場合と同等の効果を得ることができる。このため、金型から取り出す鋳鉄製品の温度を変更することによって、異なった種類（特性）の鋳造製品を得ることができる。
例えば、金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度を、鉄合金の状態図において、オーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度よりも低い温度まで冷却すると、冷却終了して得られた鋳鉄製品のパーライト化率が高くなり、フェライト量が低下するものの、抗張力及び耐力に優れた鋳鉄製品を得ることができる。
一方、金型内の鋳鉄製品が、鉄合金の状態図において、オーステナイト相と黒鉛とが共に晶出する共晶温度以下で且つオーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度以上の温度に到達したとき、金型から鋳鉄製品を取り出し、金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷すると、フェライト量及び黒鉛球状化率を向上でき、優れた靭性を呈する鋳鉄製品を、熱処理を施すことなく得ることができる。Ａ1変態温度の近傍の鋳鉄製品を徐冷できたことによるものと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明では、金型に注湯した鉄合金の溶湯が凝固して得られた鋳鉄製品を冷却し、その温度が室温以上の所定温度に到達したとき、金型を型開きして鋳鉄製品を取り出し、金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することが大切である。
ここで、金型から取り出した鋳鉄製品の冷却速度を、金型内での冷却速度以上で冷却することは、得られた鋳造製品は金型内で急速冷却して得た鋳造製品と同等のものである。
この金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度について、図１に示す鉄―炭素合金の状態図に基づいて説明する。図１に示す状態図において、鉄が３．５重量％の鉄合金の溶湯では、約１２４０℃で凝固を開始して、鉄に炭素が固溶したオーステナイト（γ）相が晶出する。溶湯の凝固は１１４７℃で完了し、凝固体にはオーステナイト相とセメンタイト（Fe3C）、或いは黒鉛とオーステナイト相とが同時に晶出する。
この凝固体が更に冷却されると、７３８〜７２７℃以下では、オーステナイト相がパーライト相に変態する。本発明では、このオーステナイト相がパーライト相に変態する温度をＡ1変態温度と称する。
【０００９】
金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す温度を、図１に示す鉄合金の状態図において、オーステナイト相と黒鉛とが共に晶出する共晶温度以下で且つオーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度以上の温度とし、金型から取り出した鋳造製品を、金型内の冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することによって、冷却が終了したとき、フェライト量及び黒鉛球状化率が多く、優れた靭性を呈する鋳鉄製品を、熱処理を施すことなく得ることができる。
この金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す取出温度としては、具体的には、１１４７〜７２７℃とすることが好ましく、特に１１４７〜８５０℃とすることが、得られる鋳鉄製品のフェライト量を７０％以上とすることができ好ましい。
かかる鋳鉄製品の取出温度を１１４７℃を越える温度とすると、金型内で溶湯の凝固が不完全となり易い傾向にある。
一方、鋳鉄製品を、金型内でＡ1変態温度、具体的には７２７℃よりも低温まで冷却すると、金型内の冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷して得られた鋳鉄製品は、その硬度は高くなり且つフェライト量が低下するものの、抗張力及び耐力に優れた鋳鉄製品を得ることができる。
【００１０】
金型から鋳鉄製品を取り出す時期は、原則として鋳鉄製品の温度で判断することが最適であるが、鋳造の都度、鋳鉄製品の温度を直接測定することは困難である。このため、金型内の鋳鉄製品の温度と溶湯を金型に注湯してからの経過時間との関係を測定し、金型への溶湯の注湯からの経過時間に基いて、金型からの鋳鉄製品の取出時期を管理することが容易である。
本発明において、金型に注湯する溶湯とする鉄合金は、鉄―炭素合金を用いることが好ましく、特に、炭素（Ｃ）３．１〜３．９重量％、珪素（Ｓｉ）２．０〜３．０重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％以下、燐（Ｐ）０．０３重量％以下、クロム（Ｃｒ）０．１０重量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）０．０１８〜０．０６０重量％、残余鉄及び不純物から成り、且つＣＥ値（炭素当量）４．０〜４．７重量％の鉄合金を好適に用いることができる。
【００１１】
ここで、炭素（Ｃ）が３．１重量％未満では、炭化物が析出し易くパーライトが多くなり、鋳造性が低下する傾向がある。他方、炭素（Ｃ）が３．９重量％を越えると、キッシュ黒鉛が析出し、黒鉛が偏って析出して、鎖状黒鉛が析出され易い傾向にある。
珪素（Ｓｉ）が２．０重量％未満では、炭化物が析出し易くパーライトが多くなる傾向があり、他方、３．０重量％を越えると、キッシュ黒鉛が析出し、黒鉛が偏って析出して、鎖状黒鉛が析出され易い傾向にある。
マンガン（Ｍｎ）が０．３重量％を越えると、パーライトが多くなる傾向にあり、燐（Ｐ）が０．０３重量％を越える場合、クロム（Ｃｒ）が０．１０重量％を越える場合には、ステダイトによって脆くなり易くなる傾向にある。
マグネシウム（Ｍｇ）が０．０１８重量％未満では、黒鉛が球状化しなくなる傾向にあり、他方、０．０６０重量％を越えると、引け巣の発生や炭化物が析出し易くなる傾向にある。
また、ＣＥ値（炭素当量）が４．０重量％未満では、炭化物が析出し易くパーライトが多くなり、鋳造性が低下する傾向がある。他方、ＣＥ値（炭素当量）が４．７重量％を越えると、キッシュ黒鉛が析出し、黒鉛が偏って析出して、鎖状黒鉛が析出され易い傾向にある。
かかる組成の溶湯を金型に注湯する際に、Ｓｉ量で０．０５〜０．２２５重量％のＦｅ−Ｓｉを注湯接種することによって、黒鉛の微細化を図ることができる。Ｆｅ−Ｓｉの注湯接種量をＳｉ量で０．０５重量％未満とすると，黒鉛が微細化され難くなる傾向にあり、０．２２５重量％を越える量を注湯接種しても、黒鉛の微細化の程度は飽和に達しており、未溶解物が発生し易くなる傾向にある。
【００１２】
本発明で用いる金型としては、湯口から注湯された溶湯が重力によってキャビティ内に充填される重力鋳鉄用金型を、構造が簡単であるため好適に用いることができる。
ところで、従来の鋳鉄用金型としては、水冷構造又は銅等の高熱伝導材から成る金型が用いられている。かかる従来の鋳鉄用金型では、キャビティに充填された溶湯の冷却速度が著しく速く、金型に溶湯を注湯してから１０秒程度でＡ1変態温度よりも充分に低温にまで冷却されるため、金型からの鋳鉄製品の取出時期を管理することは困難である。
このため、本発明で用いる金型としては、注湯した鉄合金の溶湯が凝固した鋳鉄製品の取出時期を制御し得る冷却特性、具体的には、水冷構造又は銅等の高熱伝導材から成る従来の金型の冷却速度よりも緩和された冷却速度の金型を用いる。
かかる金型としては、炭素（Ｃ）が０．４５重量％の鋼（Ｓ４５Ｃ）から成る金型を好適に用いることができる。この金型には、水冷構造を設けることを要しない。従って、従来の水冷構造を具備する金型よりも構造が簡単となり、製造コストも安価となる。
尚、本発明で用いる金型には、従来の金型に使用されていた塗型剤は用いることができる。
【００１３】
本発明では、金型内で室温以上の所定温度まで冷却した鋳鉄製品を型開きして取り出した後、鋳鉄製品を金型内での冷却速度よりも遅い冷却速度で徐冷することが大切である。
この金型から取り出した鋳鉄製品の冷却速度を、鋳鉄製品を金型内での冷却速度と同等以上とすると、冷却された鋳鉄製品は、パーライト化率が高くなり、フェライト量が低下したものとなる。
かかる徐冷は、金型から取り出した鋳鉄製品を室温下で放冷することによって達成できる。
この様に、水冷構造を有しない金型内での鋳鉄製品の冷却速度を、室温下で鋳鉄製品を放冷する場合よりも速くできるのは以下のように考えられる。
本発明では、室温以上の所定温度で型開きするため、金型は注湯後短時間で型開きされて、冷却途中で高温状態にある鋳鉄製品を取り出される。このため、水冷構造を有しない金型でも、注湯された溶湯の凝固及び鋳鉄製品に因る型温度の上昇が抑制された状態で冷却されており、次に注湯される溶湯の凝固及び鋳鉄製品を取り出す取出温度までの熱量を充分に吸収し得る熱容量を有する。
また、溶湯及び鋳鉄製品から金型への伝熱は、鋳鉄製品から空気への伝熱に比較して良好である。
したがって、冷却状態の金型に注湯された溶湯が凝固された鋳鉄製品の冷却速度は、室温下で鋳鉄製品を放冷する場合よりも速くなる。
尚、金型での鋳鉄製品の冷却速度が、室温下で鋳鉄製品を放冷する場合と同等以下であるときは、溶湯を注湯した金型及び／又は鋳鉄製品を取り出した金型に冷風等を吹き付けて強制冷却を施してもよい。
【００１４】
以上、説明してきた本発明に係る鋳鉄方法によれば、フェライト量が多く靭性に優れた、球状黒鉛鋳鉄から成る鋳鉄製品を迅速に得ることができる。
特に、金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す鋳鉄製品の温度を、１１４７〜８５０℃とすることによって、鋳鉄製品の金属組織顕微鏡写真で測定したフェライト量が７０％以上であると共に、粒径５μｍ以上の黒鉛粒子数が９００個／ｍｍ2以上であり、且つ黒鉛粒子のうち、球状黒鉛粒子が占める黒鉛球状化率が７０％以上である鋳鉄製品を得ることができる。この鋳鉄製品は、ＦＣＤ４５０に相当するものであり、自動車部品等に用いられる。
ここで、金型を型開きして鋳鉄製品を取り出す鋳鉄製品の温度を、７２７℃〜８５０℃未満とした場合には、鋳鉄製品の金属組織顕微鏡写真で測定したフェライト量が６０〜７０％であると共に、粒径５μｍ以上の黒鉛粒子数が９００個／ｍｍ2以上であり、且つ黒鉛粒子のうち、球状黒鉛粒子が占める黒鉛球状化率が７０％以上である鋳鉄製品を得ることができる。この鋳鉄製品は、ＦＣＤ５５０に相当するものである。
【００１５】
後述する様に、ＦＣＤ４５０に相当する２．５ｋｇ程度の鋳鉄製品を、水冷構造を具備しないＳ４５Ｃ材の金型を用いて本発明に係る鋳鉄方法によって鋳造すると、金型に溶湯を注湯してから７０秒程度で型開きして鋳鉄製品を取り出し放冷することによって得ることができる。
これに対し、ＦＣＤ４５０に相当する２．５ｋｇ程度の鋳鉄製品を、従来の水冷構造の金型を用いた鋳鉄方法で得るには、水冷構造の金型から冷却された鋳鉄製品を取り出すまでの所要時間は約１０秒程度であるが、取り出された鋳鉄製品に熱処理を施すことが必要であり、この熱処理に約４５分程度必要である。
また、ＦＣＤ４５０に相当する２．５ｋｇ程度の鋳鉄製品を従来の砂型を用いて鋳造すると、砂型に溶湯を注湯してから冷却された鋳鉄製品を取り出すまでに約４５分程度必要である。
【００１６】
この様に、本発明に係る鋳鉄方法によれば、従来の水冷構造又は銅等の高熱伝導材から成る金型を用いた鋳鉄方法や砂型を用いた鋳鉄方法に比較して、短時間でフェライト量が多く靭性に優れた、球状黒鉛鋳鉄から成る鋳鉄製品を迅速に得ることができる。
更に、本発明では、従来の水冷構造又は銅等の高熱伝導材から成る金型に比較して、金型での鋳鉄製品の冷却速度が緩和された金型を用いることができ、水冷構造等の特殊構造を不要にできるため、金型の構造を簡単化した安価な金型用いることができ、鋳鉄製品の製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明に係る鋳鉄方法によれば、従来の砂型を用いる鋳鉄方法に比較して、砂型の造型機、砂の回収、冷却、搬送、混錬再製等の砂処理設備を不要化でき、鋳鉄プラントの設備投資を低減できる。
【実施例１】
【００１７】
（１）金型：重力鋳鉄用金型として、炭素（Ｃ）が０．４５重量％の鋼（Ｓ４５Ｃ）から成る金型を作成した。この金型には、水冷構造を設けなかった。
かかる金型で鋳鉄できる鋳鉄製品は、重量２．５ｋｇであって、直径４０ｍｍで長さ１７０ｍｍのマスターシリンダーを構成する筒状部材である。
（２）溶湯：炭素（Ｃ）３．１〜３．９重量％、珪素（Ｓｉ）２．０〜３．０重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％以下、燐（Ｐ）０．０３重量％以下、クロム（Ｃｒ）０．１０重量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）０．０１８〜０．０６０重量％、微量の硫黄（Ｓ）、銅（Ｃｕ）から成り、且つＣＥ値（炭素当量）４．０〜４．７重量％の鉄合金を溶融して溶湯とした。この鉄合金の凝固完了温度は１１４５℃であり、Ａ1変態温度は７３０〜７２７℃である。
（３）金型内での鋳鉄製品の冷却曲線
作成した金型の湯口に溶湯を注湯し、その際に、Ｓｉ量で０．２０重量％のＦｅ−Ｓｉを注湯接種した。
また、この金型に溶湯を注湯して鋳造製品を鋳造する捨て打ちを４回行なった後、金型の湯口に挿入した熱伝対によって、金型内の鋳鉄製品の温度を測定して冷却曲線を求めた。結果を図２のグラフとして示す。
図２に示すグラフは、金型の湯口に溶湯の注入開始からの経過時間と鋳鉄製品の温度との関係を示す。
図２に示すグラフから明らかな様に、金型の湯口から注湯された溶湯は、注湯開始から４０秒後に凝固し、金型内の鋳鉄製品は６００℃近傍まで経時時間に対して直線的に冷却されることを示しているため、金型内の鋳鉄製品は、その鉄合金のＡ1変態温度近傍においても、溶湯が凝固した直後と略同等の冷却速度で冷却される。
尚、鋳鉄製品が６００℃に冷却されるまでの冷却曲線の直線の傾きから鋳鉄製品の金型内での冷却速度を求めると、４．５℃／秒（８００℃まで）〜１．１７℃／秒（８００〜６００℃）である。
【実施例２】
【００１８】
実施例１で作成した金型に溶湯を注湯して鋳造製品を鋳造する捨て打ちを４回行なった後、この金型の湯口に、炭素（Ｃ）３．４７重量％、珪素（Ｓｉ）２．７１重量％、マンガン（Ｍｎ）０．２１重量％以下、燐（Ｐ）０．０２重量％、クロム（Ｃｒ）０．０４重量％、硫黄（Ｓ）０．００７重量％、マグネシウム（Ｍｇ）０．０２３重量％、銅（Ｃｕ）０．０４重量％から成り、且つＣＥ値（炭素当量）４．３７重量％の鉄合金を溶融して得た溶湯を注湯した。その際に、Ｓｉ量で０．２０重量％のＦｅ−Ｓｉを注湯接種した。Ｆｅ−Ｓｉを注湯接種した溶湯のオーステナイト相と黒鉛とが共に晶出する共晶温度は１１４８℃であり、オーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度が７２７℃である。
【００１９】
金型の湯口に溶湯の注湯開始から１０９秒後に型開きして鋳鉄製品を取り出し、室温下で空冷した。この鋳鉄製品の金型からの取出温度は、図２に示すグラフから９３０℃である。また、空冷における鋳鉄製品の冷却速度は、２．１７℃／秒（８００℃まで）〜０．６７℃／秒（８００〜６００℃）であって、金型内での鋳鉄製品の冷却速度［４．５℃／秒（８００℃まで）〜１．１７℃／秒（８００〜６００℃）］よりも遅い。
冷却された鋳鉄製品の筒状部材の先端部と中央部とについて、材料組織及び硬度について測定した。
材料組織については、筒状部材の先端部（Ａ）と中央部（Ｂ）との各部位から採取したサンプルの表面を顕微鏡で１００倍に拡大し、所定範囲に存在する５μｍ以上の黒鉛粒子数を数えると共に、５μｍ以上の黒鉛粒子数の総数に対する黒鉛球状化率を測定した。この黒鉛球状化率は、JIS G5502 12.6の黒鉛球状化率判定試験方法に準拠して行った。
得られた鋳鉄製品においては、その先端部（Ａ）では、５μｍ以上の黒鉛粒子数の総数が１３３５個／ｍｍ2で且つ黒鉛球状化率は８０．４％であり、その中央部（Ｂ）では、５μｍ以上の黒鉛粒子数の総数が１０９８個／ｍｍ2で且つ黒鉛球状化率は７５．９％であった。
サンプルの表面を１００倍に拡大した顕微鏡組織写真を図３に示す。図３に示すＡは筒状部材の先端部のものであり、Ｂは中央部のものである。
【００２０】
更に、筒状部材の先端部（Ａ）と中央部（Ｂ）との各部位から採取したサンプルをナイタール液に浸漬してエッチング処理を施した後、サンプル表面を顕微鏡で１００倍に拡大し、フェライト量（％）を調査した。このフェライト量は、JIS G5502 12.6の基地組織判定方法に準拠して測定した。
エッチング処理を施したサンプル表面を１００倍に拡大した顕微鏡組織写真を図４に示す。図４に示すＡは筒状部材の先端部のものであり、Ｂは中央部のものである。
図４に示す顕微鏡組織写真において、球状の黒い部分が黒鉛であり、その周囲を覆う白い部分がフェライト相である。フェライト量（％）は、視野の異なる５箇所で測定し、その測定値の平均値を採用した。
得られた鋳鉄製品においては、その先端部（Ａ）では、フェライト量が７７．８％であり、その中央部（Ｂ）では、フェライト量が９０．６％であった。
【００２１】
また、筒状部材の先端部（Ａ）と中央部（Ｂ）との各部位から採取したサンプルについて、市販されている硬度計を用いてＨＲＢ硬度を測定した。得られた鋳鉄製品では、その先端部（Ａ）のＨＲＢ硬度は９０．０であり、その中央部（Ｂ）のＨＲＢ硬度は８４．５であった。
この様に、得られた鋳鉄製品では、その先端部（Ａ）と中央部（Ｂ）とは、材料組織及び硬度に若干の相違が認められるが、ＦＣＤ４５０に相当する材料である。
【実施例３】
【００２２】
実施例２と同様にしてマスターシリンダー形状の鋳鉄製品を鋳鉄した。この鋳鉄の際に、金型の湯口に溶湯の注湯開始から金型の型開きするまでの離型時間を下記表１に示す様に、種々変更して行い、取り出した鋳鉄製品を室温下で空冷した。この金型の型開きした際の鋳鉄製品温度（離型製品温度）を表１に併せて示した。
冷却が終了した鋳鉄製品の先端部（Ａ）及び中央部（Ｂ）の各々から採取したサンプルの各々について、実施例２と同様にして黒鉛粒数、ＨＲＢ硬度、黒鉛球状化率、フェライト量を測定した結果を、下記表２に示す。
更に、鋳鉄製品の各々について、抗張力、耐力及び伸びについても測定し、下記表３に示す。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００２３】
表１、表２及び表３から明らかな様に、No.２、No．３及びNo.４の水準では、金型に注湯する溶湯のＡ1変態温度以上である１０６０℃（No.２）、９３０℃(No。３)又は７６５℃（No.４）で金型から鋳鉄製品を取り出し、空冷することによって、先端部（Ａ）及び中央部（Ｂ）において、フェライト量が６０％以上であると共に、粒径５μｍ以上の黒鉛粒子数が９００個／ｍｍ2以上であり、且つ黒鉛粒子のうち、球状黒鉛粒子が占める黒鉛球状化率が７０％以上である鋳鉄製品を得ることができる。特に、鋳鉄製品の取出温度を８５０℃以上としたNo.２及びNo．３の水準では、中央部（Ｂ）において、フェライト量が９０％以上の鋳鉄製品を得ることができ、就中、鋳鉄製品の取出温度を１０００℃以上としたNo.２の水準では、先端部（Ａ）及び中央部（Ｂ）においても、フェライト量が９０％以上の鋳鉄製品を得ることができる。
これに対し、金型からの鋳鉄製品の取出温度を、溶湯のＡ1変態温度である７２７℃未満の温度としたNo.１及びNo.５の水準では、先端部（Ａ）では、フェライト量が６０％未満の鋳鉄製品であった。かかる鋳鉄製品では、No.２、No．３及びNo.４の水準に比較してＨＲＢ硬度が上昇するものの、フェライト量が低下する傾向にある。
【００２４】
また、表３に示す抗張力、耐力及び伸びの各々について、離型製品温度で整理すると、図５〜図７に示すようになる。かかる図５〜図７において、図５は離型製品温度と得られた鋳造製品の抗張力との関係を示すグラフ、図６は離型製品温度と得られた鋳造製品の耐力との関係を示すグラフ、及び図７は離型製品温度と得られた鋳造製品の伸びとの関係を示すグラフを各々示すである。この図５〜図７には、共晶温度及びＡ1変態温度を表示すると共に、球状黒鉛鋳鉄ＪＩＳ規格で定められているＦＣＤ４５０及びＦＣＤ５００の下限値を表示した。
この球状黒鉛鋳鉄ＪＩＳ規格で定められているのＦＣＤ４５０及びＦＣＤ５００の規格値を下記表４に示す。
【表４】
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図５〜図７に示す様に、オーステナイト相と黒鉛とが共に晶出する共晶温度以下で且つオーステナイト相がパーライト相に変態するＡ1変態温度以上の温度で離型することによって、ＦＣＤ４５０に相当する鋳造製品を得ることができる。
一方、離型製品温度がＡ1変態温度よりも低温とすると、得られた鋳造製品は、ＦＣＤ４５０よりもフェライト量が低下するものの、硬度が高くなるＦＣＤ５００相当の鋳造製品となる。
この様に、成形型から鋳造製品を取り出す離型製品温度を調整することによって、ＦＣＤ４５０に相当する鋳造製品とＦＣＤ５００に相当する鋳造製品とを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】鉄―炭素合金の状態図を示す。
【図２】金型の湯口に溶湯の注入開始からの経過時間と鋳鉄製品の温度との関係を示すグラフである。
【図３】金型内で鋳鉄製品が９３０℃に冷却されたとき、金型から取り出して空冷して得た鋳造製品から採取したサンプルのエッチング前の顕微鏡組織写真である。
【図４】図３のサンプルにエッチングを施した後の顕微鏡写真である。
【図５】離型製品温度と得られた鋳造製品の抗張力との関係を示すグラフである。
【図６】離型製品温度と得られた鋳造製品の耐力との関係を示すグラフである。
【図７】離型製品温度と得られた鋳造製品の伸びとの関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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