(57)【要約】【課題】鋳放しで高い疲労強度を得ながらも良好な加工性を維持することが可能で且つ素材コストを安価に抑制し得る球状黒鉛鋳鉄を提供する。【解決手段】Ｃ：３．２〜３．８重量％、Ｓｉ：２．０〜２．８重量％、Ｍｎ：０．３重量％以下、Ｐ：０．０４重量％以下、Ｍｇ：０．０２〜０．０６重量％を含み、残部がＦｅから成る球状黒鉛鋳鉄に関し、Ｃｕ：０．４〜０．８重量％とＮｉ：０．５〜１．０重量％を複合添加すると共に、Ｃａ：０．００３〜０．０１０重量％未満を添加する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：３．２〜３．８重量％、Ｓｉ：２．０〜２．８重量％、Ｍｎ：０．３重量％以下、Ｐ：０．０４重量％以下、Ｍｇ：０．０２〜０．０６重量％を含み、残部がＦｅから成る球状黒鉛鋳鉄であって、Ｃｕ：０．４〜０．８重量％とＮｉ：０．５〜１．０重量％を複合添加すると共に、Ｃａ：０．００３〜０．０１０重量％未満を添加したことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、シャシフレームのブラケットやサスペンションのアーム等の自動車部品には、安価で強度の高い球状黒鉛鋳鉄を採用したものがあるが、従来においては、この種の球状黒鉛鋳鉄の部品を黒皮表面のままの状態で使用していることが多い。
【０００３】
球状黒鉛鋳鉄を用いた部品設計においては、黒皮表面状態での疲労強度を用いて設計が行われることになるが、従来における球状黒鉛鋳鉄の黒皮表面の組織は、内部の組織と比較して脱炭によるフェライト組織の析出が多く、疲労強度の面で不利な組織となっていたため、球状黒鉛鋳鉄を用いた部品の薄肉軽量設計や低コスト化を阻む大きな要因となっていた。
【０００４】
また、球状黒鉛鋳鉄を用いた部品の高強度化を図る手法として、部品に熱処理を施すことが従来より知られているが、熱処理の工程を増やすことはコストの高騰を招いてしまうことになり、しかも、このような熱処理により内部強度を向上できても黒皮表面の疲労強度を向上する効果が低いという不具合もあるため、鋳放しで高い疲労強度を有するような球状黒鉛鋳鉄の開発が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明者らは、Ｃｕ（銅）及びＳｎ（錫）を鋳鉄中に適切な含有率で添加することにより、黒皮表面のフェライト組織の析出を抑制して表面組織のパーライト化を図り、鋳放しで高い疲労強度を有する球状黒鉛鋳鉄を得られることを見出し、これを既に特願２００２−２０３７８号として出願している。
【０００６】
また、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次にあげる特許文献１〜３等がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−９６０４１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１９５５８７号公報
【特許文献３】
特開２００１−１３１６７８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した如き鋳放しで高い疲労強度を有する球状黒鉛鋳鉄を得るに際し、Ｃｕ添加やＮｉ（ニッケル）添加により球状黒鉛鋳鉄の高強度化を図るという手法自体は従来より知られているところではあるが、前者のＣｕ添加による高強度化では、Ｃｕが安価であることから素材コストが安く済むという利点がある反面、疲労強度の向上に伴い硬さも大幅に上がってしまって加工性の悪化が避け難くなるという欠点があり、他方、後者のＮｉ添加による高強度化では、Ｃｕ添加の場合よりも硬くなり難いという利点がある反面、高強度化のために高価なＮｉの多量添加が必要となって素材コストが高くつくという欠点があった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、鋳放しで高い疲労強度を得ながらも良好な加工性を維持することが可能で且つ素材コストを安価に抑制し得る球状黒鉛鋳鉄を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｃ：３．２〜３．８重量％、Ｓｉ：２．０〜２．８重量％、Ｍｎ：０．３重量％以下、Ｐ：０．０４重量％以下、Ｍｇ：０．０２〜０．０６重量％を含み、残部がＦｅから成る球状黒鉛鋳鉄であって、Ｃｕ：０．４〜０．８重量％とＮｉ：０．５〜１．０重量％を複合添加すると共に、Ｃａ：０．００３〜０．０１０重量％未満を添加したことを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、Ｃは湯流れを良化して鋳造性を高めるための元素として含有されており、良好な鋳造性を確保するために少なくとも３．２重量％以上の添加が必要であるが、３．８重量％を越えて添加すると、ドロス等の異常組織の発生を招いてしまうことになるので、鋳鉄中に占めるＣの含有率を３．２〜３．８重量％の範囲に規定している。
【００１２】
また、Ｓｉも鋳造性を高める元素として含有されているが、２．０重量％を下まわると耐力低下を引き起こしてしまい、また、２．８重量％を越えて添加してしまうと、基地組織にフェライトが多くなってしまうので、鋳鉄中に占めるＳｉの含有率を２．０〜２．８重量％の範囲に規定している。
【００１３】
更に、Ｍｎは原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分であるが、０．３重量％を越えて添加してしまうと、パーライト組織の疎密化が進んで基地組織の不均一が顕著に現れ始めるので、鋳鉄中に占めるＭｎの含有率を０．３重量％以下に抑制している。
【００１４】
また、Ｐも原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分で、ステダイトを晶出して鋳鉄を脆くする成分であるので、機械的性質を悪化させないよう鋳鉄中に占めるＰの含有率は０．０４重量％以下に規定する。
【００１５】
更に、Ｍｇは黒鉛の球状化を促進する元素として含有されているが、０．０２重量％を下まわると、黒鉛の球状化が不十分となって機械的性質が低下してしまい、また、０．０６重量％を越えて添加してしまうと、Ｍｇドロスが発生してしまうので、鋳鉄中に占めるＭｇの含有率を０．０２〜０．０６重量％の範囲に抑制している。
【００１６】
そして、Ｃｕはパーライト化を促進してフェライト組織の析出を抑制し且つ鋳鉄の基地組織の強度を高める元素として、Ｎｉは耐力値を上げて機械的特性の改善を図る元素として夫々添加されており、これらＣｕ及びＮｉの複合添加による相乗的な作用により、Ｃｕ単独で添加した場合と比較して必要な耐力を確保しながらも硬さを低く抑えることが可能となり、しかも、Ｎｉ単独で添加した場合と比較して同じ耐力を得るのに必要なＮｉの添加量が少なくて済むことになる。
【００１７】
尚、このようなＣｕ及びＮｉの複合添加による相乗的な作用を得るにあたり、Ｃｕの有効なパーライト化促進効果を得ると共に、Ｎｉの機械的特性改善効果と相乗的に作用して鋳放しで十分に高い疲労強度を得るためには、少なくとも０．４重量％以上のＣｕが必要となるが、０．８重量％を超えてＣｕを添加してしまうと、Ｎｉを複合添加しても硬さを低く抑えられなくなって切削性や靭性の著しい低下を招いてしまうので、鋳鉄中に占めるＣｕの含有率を０．４〜０．８重量％の範囲に規定している。
【００１８】
他方、Ｎｉは０．５重量％を下まわると耐力値の向上が十分に現れず、また、１．０重量％を越えて添加しても、実用上必要な耐力レベルを越えて素材コストばかりが高くついてしまうので、鋳鉄中に占めるＮｉの含有率を０．５〜１．０重量％に規定している。
【００１９】
更に、Ｃａは、加工時にツールの切削表面に付着し、これがツールの切削表面の保護皮膜（Ｃａが低融点であることから滑りが生じる）となることで該ツールの切削表面の摩耗を抑制する元素として添加されているが、このような保護皮膜の形成に少なくとも０．００３重量％以上を必要とする一方、０．０１０重量％以上を添加してしまうと、硬質のＣａＯが生成されることにより加工性に悪影響を及ぼす結果となり、また、黒皮表面のフェライト組織の析出が増加して生地組織の強化が十分ではなくなる虞れもあるので、鋳鉄中に占めるＣａの含有率を０．００３〜０．０１０重量％未満の範囲に規定している。
【００２０】
而して、このようにすれば、Ｃｕ及びＮｉの複合添加により必要な耐力を確保しながらもＣｕ単独添加より硬さを低く抑えることが可能となり、しかも、カルシウムの添加により加工時にツールの切削表面の保護皮膜を形成して該ツールの切削表面の摩耗を抑制することが可能となるので、鋳放しで高い疲労強度を得ながらも良好な加工性を維持することが可能となり、更には、Ｎｉを単独で添加する場合と比較して、同じ耐力を得るのに必要なＮｉの添加量が少なくて済むので、素材コストを安価に抑制することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
本発明は、Ｃ（炭素）：３．２〜３．８重量％、Ｓｉ（珪素）：２．０〜２．８重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．３重量％以下、Ｐ（燐）：０．０４重量％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．０２〜０．０６重量％を含み、残部がＦｅ（鉄）から成る球状黒鉛鋳鉄であって、Ｃｕ（銅）：０．４〜０．８重量％とＮｉ（ニッケル）：０．５〜１．０重量％を複合添加すると共に、Ｃａ（カルシウム）：０．００３〜０．０１０重量％未満を添加した球状黒鉛鋳鉄に関するものである。
【００２３】
図１のグラフは他の組成を略同等としてＣｕ及びニッケルを複合添加した場合の試験片Ａと、Ｃｕを単独で添加した場合の試験片Ｂとを耐力と硬さの関係について比較したものであり、このグラフから明らかな通り、同じ耐力を得るにあたり、試験片Ａの方が試験片Ｂよりも大幅に硬さが低く抑えられていることが判明した。
【００２４】
しかも、特に本発明で規定している含有率でＣｕ及びＮｉを複合添加した例では、鋳放しで約４８０ＭＰａ以上の耐力（因みに引張り強度は約７８０ＭＰａ以上）が得られることも確認され、このような約４８０ＭＰａ以上の耐力が得られる領域での試験片Ｂとの硬さの違いが極めて顕著に現れることも確認された。
【００２５】
尚、図１のグラフ中における試験片Ａ’は、Ｃｕ及びＮｉを複合添加したものであるが、Ｃｕを１．０重量％を超えて添加したものであり、このように本発明で規定する範囲を超えたものは、硬さを低く抑える効果が十分に得られないものとなる。
【００２６】
即ち、Ｃｕには、パーライト化を促進してフェライト組織の析出を抑制し且つ鋳鉄の基地組織の強度を高める機能があり、Ｎｉには、耐力値を上げて機械的特性の改善を図る機能があるので、これらＣｕ及びＮｉの複合添加による相乗的な作用によれば、Ｃｕ単独で添加した場合と比較して、必要な耐力を確保しながらも硬さを低く抑えることが可能となり、しかも、Ｎｉ単独で添加した場合と比較して同じ耐力を得るのに必要なＮｉの添加量が少なくて済むことになる。
【００２７】
尚、本発明者らによる検証試験によれば、このようなＣｕ及びＮｉの複合添加による相乗的な作用を得るにあたり、Ｃｕの有効なパーライト化促進効果を得ると共に、Ｎｉの機械的特性改善効果と相乗的に作用して鋳放しで十分に高い疲労強度を得るためには、少なくとも０．４重量％以上のＣｕを必要とすることが判った。
【００２８】
一方、０．８重量％を超えてＣｕを添加してしまうと、Ｎｉを複合添加しても硬さを低く抑えられなくなって切削性や靭性の著しい低下を招いてしまうので、鋳鉄中に占めるＣｕの含有率を０．４〜０．８重量％の範囲に規定する必要があることも判った。
【００２９】
また、Ｎｉは０．５重量％を下まわると耐力値の向上が十分に現れず、また、１．０重量％を越えて添加しても、実用上必要な耐力レベルを越えて素材コストばかりが高くついてしまうので、鋳鉄中に占めるＮｉの含有率を０．５〜１．０重量％に規定する必要がある。
【００３０】
更に、図２のグラフは本発明で規定した組成から成る鋳放しで約４８０ＭＰａの耐力（引張り強度は約７８０ＭＰａ）を有する球状黒鉛鋳鉄の実施例ｘと、約３２０ＭＰａの耐力（引張り強度は約５００ＭＰａ）を有する球状黒鉛鋳鉄の従来品ｙ［ＦＣＤ５００］とを加工性について評価したものであり、このグラフにおいては、ドリル加工長（加工穴一つ当たりの長さに加工穴数を掛けたもの）を横軸にとり、ドリルの逃げ面（切削仕上面との不必要な接触を避けるために逃がした面：この面とすくい面との交線部分が切れ刃を成す）の摩耗量を縦軸にとっている。
【００３１】
この図２のグラフから明らかな通り、本発明に係る実施例ｘは、従来品ｙ［ＦＣＤ５００］と比較して、その耐力や強度が大幅に高いものであるにもかかわらず、加工による逃げ面摩耗量は略同等であり、その加工性に関して格別な差異がないことが確認された。
【００３２】
即ち、Ｃａは、加工時にツールの切削表面に付着し、これがツールの切削表面の保護皮膜（Ｃａが低融点であることから滑りが生じる）となることで該ツールの切削表面の摩耗を抑制する元素として添加されているのであり、本発明者らによる検証試験によれば、このような保護皮膜の形成に少なくとも０．００３重量％以上を必要とするが、０．０１０重量％以上を添加してしまうと、硬質のＣａＯが生成されることにより加工性に悪影響を及ぼす結果となり、また、黒皮表面のフェライト組織の析出が増加して生地組織の強化が十分ではなくなる虞れもあるので、鋳鉄中に占めるＣａの含有率を０．００３〜０．０１０重量％未満の範囲に規定する必要があることが判った。
【００３３】
而して、このような球状黒鉛鋳鉄を採用すれば、Ｃｕ及びＮｉの複合添加により必要な耐力を確保しながらもＣｕ単独添加より硬さを低く抑えることが可能となり、しかも、Ｃａの添加により加工時にツールの切削表面の保護皮膜を形成して該ツールの切削表面の摩耗を抑制することが可能となるので、鋳放しで高い疲労強度を得ながらも良好な加工性を維持することが可能となり、更には、Ｎｉを単独で添加する場合と比較して同じ耐力を得るのに必要なＮｉの添加量が少なくて済み、これにより素材コストを安価に抑制することが可能となる。
【００３４】
尚、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したことから明らかなように、上記した本発明の球状黒鉛鋳鉄によれば、鋳放しで高い疲労強度を得ながらも良好な加工性を維持することができ、しかも、Ｎｉを単独で添加する場合と比較して同じ耐力を得るのに必要なＮｉの添加量が少なくて済むので、素材コストを安価に抑制することもでき、これによって、球状黒鉛鋳鉄を用いた部品の薄肉軽量設計や低コスト化を加工性を損なうことなく実現できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る試験片Ａと比較用試験片Ｂの耐力と硬さの関係について評価したグラフである。
【図２】本発明に係る実施例ｘと従来品ｙを加工性について評価したグラフである。
【図１】
2004315845.tif 000002
【図２】
2004315845.tif 000003