(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物として、基地がフェライトで、母材組織のパーライト化率が6〜15％である鋳鉄に高周波焼入を施す高周波焼入方法であって、上記被処理物のうち高周波焼入を施す高周波焼入部位を、温度900〜950℃で10〜30秒間、高周波コイルを用いて加熱することによって、該高周波焼入部位の母材組織をオーステナイト化し、次いで、上記被処理物を、10〜12℃／秒の冷却速度で550〜600℃まで冷却し、さらに、2.5〜5℃／秒の冷却速度で450〜500℃まで冷却したのち、室温まで段階的に冷却することによって、高周波焼入部位の母材組織のパーライト化率を30〜50％に向上させたのち、この被処理物に、上記高周波コイルを用いて高周波焼入を施すことを特徴とする鋳鉄の高周波焼入方法。
【請求項２】
被処理物として、基地がフェライトである、ＦＣＤ４００の球状黒鉛鋳鉄に高周波焼入を施す高周波焼入方法であって、上記被処理物のうち高周波焼入を施す高周波焼入部位を、温度900〜950℃で10〜30秒間、高周波コイルを用いて加熱することによって、該高周波焼入部位の母材組織をオーステナイト化し、次いで、上記被処理物を、10〜12℃／秒の冷却速度で550〜600℃まで冷却し、さらに、2.5〜5℃／秒の冷却速度で450〜500℃まで冷却したのち、室温まで段階的に冷却することによって、高周波焼入部位の母材組織のパーライト化率を30〜50％に向上させたのち、この被処理物に、上記高周波コイルを用いて高周波焼入を施すことを特徴とする鋳鉄の高周波焼入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄や母材のパーライト化率が小さい鋳鉄に施す高周波焼入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、鋳鉄は、ねずみ鋳鉄、可鍛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄等に大別される。
このうち、ねずみ鋳鉄は引張強さが鋳放しで10〜35kgf／mm2程度と小さいため、熱処理を行っても強度の向上はあまりみられない。また、可鍛鋳鉄は、さらに白心可鍛鋳鉄、黒心可鍛鋳鉄及びパーライト可鍛鋳鉄に大別される。該白心可鍛鋳鉄は、鋳物表面の炭素を酸化して除去することによりフェライト地とするため、破面は白色である。黒心可鍛鋳鉄は、２段階の黒鉛化焼きなましを行うことにより、フェライト地の中に焼きもどし黒鉛が散在する組織を有するもので、破面は周辺が白色で内部が黒色である。パーライト可鍛鋳鉄は、合金元素の添加や熱処理によってパーライトを残留させたもので、強度が高いという特徴がある。これらは、引張強さを28〜70kgf／mm2  にすることができるが、焼きなまし時間が60〜150時間と非常に長いため、コスト的に不利である。
【０００３】
そして、球状黒鉛鋳鉄は、鋳放しで黒鉛を球状にすることにより、引張強さが40kgf／mm2  以上になるが、合金元素の添加などで地のパーライト量を変化させることによって、鋳放しで80kgf／mm2  程度までの引張強さにすることができる。さらに、熱処理を施すことによって、140kgf／mm2  以上の引張強さを得ることができ、強度以外にも、延性、耐摩耗性及び疲れ強さなどの品質の改善を図ることが可能である。このように、球状黒鉛鋳鉄は、今後の利用可能性の観点から鋳鉄の中でも非常に有用と考えられている。
この球状黒鉛鋳鉄、及び母材組織のパーライト化率が小さい鋳鉄に高周波焼入を施す場合には、焼入温度を高温である1000〜1050℃、例えば1030℃に設定して焼入を行っている。この理由は、パーライト量の少ない母材をオーステナイト化するためには、焼入温度を上げることによって、パーライトの均一な拡散を行うためである。
しかし、融点の低い鋳鉄においては、焼入温度を高くすると、表面の酸化や脱炭が進行したり、溶解が生じるという不具合があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決し、球状黒鉛鋳鉄や母材組織のパーライト化率が小さい鋳鉄に高周波焼入を施す場合に、その焼入温度を低くして、鋳鉄表面の酸化や脱炭等を生じさせない高周波焼入方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、被処理物として、基地がフェライトで、母材組織のパーライト化率が6〜15％である鋳鉄に高周波焼入を施す高周波焼入方法であって、上記被処理物のうち高周波焼入を施す高周波焼入部位を、温度900〜950℃で10〜30秒間、高周波コイルを用いて加熱することによって、該高周波焼入部位の母材組織をオーステナイト化し、次いで、上記被処理物を、10〜12℃／秒の冷却速度で550〜600℃まで冷却し、さらに、2.5〜5℃／秒の冷却速度で450〜500℃まで冷却したのち、室温まで段階的に冷却することによって、高周波焼入部位の母材組織のパーライト化率を30〜50％に向上させたのち、この被処理物に、上記高周波コイルを用いて高周波焼入を施す高周波焼入方法である。
上記の高周波焼入方法は、被処理物のパーライト化率を30〜50％に高めてから、高周波焼入を行う方法である。この被処理物として、母材組織のパーライト化率が6〜15％である鋳鉄を対象としており、その基地がフェライトである球状黒鉛鋳鉄にも適用することができる。また、高周波焼入は、被処理物全体に施す必要はなく、被処理物のうち、特定の一部分のみに施しても良いため、コスト的に有利である。本発明に係る高周波焼入には、通常の高周波コイルを用いることができ、また、パーライト化率を向上させるパーライト化処理を行う際に用いる高周波コイルと同一のコイルを用いることができるため、パーライト化処理及び該パーライト化処理のあとの高周波焼入を同じ生産ライン内で行うことができる。パーライト化率を３０％以上に増大させることによって、高周波焼入時のオーステナイト化を容易にすることができる。なお、オーステナイト化温度の加熱深さは、必要とする高周波焼入深さに応じた深さとすることが望ましい。
また、上記高周波焼入方法によれば、高周波焼入箇所の母材組織のパーライト化率を増大でき、高周波焼入に際して、焼入時のオーステナイト化温度を高く設定する必要がなくなるため、焼入箇所の溶解、肌荒れ、酸化、脱炭を防ぐことが可能である。また、焼きならしという熱処理を機械加工ラインの中に組み込むことが可能となる。 
【０００６】
また、本発明の一態様は、被処理物として、基地がフェライトである、ＦＣＤ４００の球状黒鉛鋳鉄に高周波焼入を施す高周波焼入方法であって、上記被処理物のうち高周波焼入を施す高周波焼入部位を、温度900〜950℃で10〜30秒間、高周波コイルを用いて加熱することによって、該高周波焼入部位の母材組織をオーステナイト化し、次いで、上記被処理物を、10〜12℃／秒の冷却速度で550〜600℃まで冷却し、さらに、2.5〜5℃／秒の冷却速度で450〜500℃まで冷却したのち、室温まで段階的に冷却することによって、高周波焼入部位の母材組織のパーライト化率を30〜50％に向上させたのち、この被処理物に、上記高周波コイルを用いて高周波焼入を施す高周波焼入方法である。
上記の高周波焼入方法は、被処理物のパーライト化率を30〜50％に高めてから、高周波焼入を行う方法である。この被処理物として、母材組織のパーライト化率が6〜15％である鋳鉄を対象としており、その基地がフェライトである球状黒鉛鋳鉄にも適用することができる。また、高周波焼入は、被処理物全体に施す必要はなく、被処理物のうち、特定の一部分のみに施しても良いため、コスト的に有利である。本発明に係る高周波焼入には、通常の高周波コイルを用いることができ、また、パーライト化率を向上させるパーライト化処理を行う際に用いる高周波コイルと同一のコイルを用いることができるため、パーライト化処理及び該パーライト化処理のあとの高周波焼入を同じ生産ライン内で行うことができる。パーライト化率を３０％以上に増大させることによって、高周波焼入時のオーステナイト化を容易にすることができる。なお、オーステナイト化温度の加熱深さは、必要とする高周波焼入深さに応じた深さとすることが望ましい。
また、上記高周波焼入方法によれば、高周波焼入箇所の母材組織のパーライト化率を増大でき、高周波焼入に際して、焼入時のオーステナイト化温度を高く設定する必要がなくなるため、焼入箇所の溶解、肌荒れ、酸化、脱炭を防ぐことが可能である。また、焼きならしという熱処理を機械加工ラインの中に組み込むことが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る鋳鉄の高周波焼入方法について、図面を用いて詳細に説明する。
[被処理物]
本発明に用いる被処理物は、球状黒鉛鋳鉄、又はその母材組織のパーライト化率が6〜15％の鋳鉄を用いることができる。
上記球状黒鉛鋳鉄は、ダクタイル鋳鉄又はノジュラ鋳鉄とも呼ばれ、Ｃｅ（セリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、又はその合金等を鋳鉄溶湯に添加することにより、球状の黒鉛を晶出させた鋳鉄である。また、その組織は、通常は、パーライト基地中にフェライトで囲まれた球状黒鉛が分布しているが、Ｃ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）等の化学組成の調整や熱処理によってフェライト基地のみの球状黒鉛鋳鉄も生成することができる。本発明においては、被処理物として、基地がフェライトであって、パーライト化率が6〜15％である球状黒鉛鋳鉄を用いる。
また、「パーライト化率」とは、母材の一定部位の組織を観察した場合に、その部位全体の面積に対してパーライト組織が占める面積の割合を意味する。
【０００８】
[高周波焼入前の熱処理]
本発明においては、高周波焼入を行う前に、被処理物に熱処理を施して母材組織のパーライト化率を30％以上、具体的には30〜50％にする。この熱処理は、第１段階から第５段階に分別される。
（第１段階）
まず、被処理物を加熱し、室温から、900〜950℃の範囲まで温度を上昇させる。これに必要な昇温時間は、2〜10秒である。また、これらの上昇温度と昇温時間は、９００〜９３０℃、及び８〜１０秒の範囲が更に好ましい。
（第２段階）
次いで、温度900〜950℃の被処理物を10〜30秒の間保持することによって、被処理物の母材組織をオーステナイト化する。この保持時間は、２５〜３０
秒の範囲が更に好ましい。
（第３段階）
900〜950℃の範囲内の被処理物を、温度550〜600℃の範囲まで冷却する。この冷却速度は、10〜12℃／秒が好ましい。これらの冷却温度と冷却速度は、550〜580℃、及び5〜12℃／秒の範囲が更に好ましい。
（第４段階）
温度550〜600℃の被処理物を、450〜500℃の範囲まで更に冷却する。この冷却速度は、2.5〜5℃／秒が好ましい。これらの冷却温度と冷却速度は、 ４８０〜５００℃、及び２．５〜３．５℃／秒の範囲が更に好ましい。
（第５段階）
最後に、温度450〜550℃の被処理物を室温まで冷却させる。この冷却方法は、水冷、強制空冷又は徐冷等のいずれでもよい。
［パーライト化率］
パーライト化率とは、上述したように、母材の組織のうちパーライト組織が占める面積の割合をいい、その値が30〜50％ならば、高周波焼入に際してオーステナイト化温度を低く設定することができる。例えば、本発明に係る熱処理によってパーライト化率を50％にすると、該オーステナイト化温度を900℃にまで低減させることができる。なお、上記パーライト化率は、40〜50％の範囲が更に好ましい。
【０００９】
［高周波焼入］
上述の熱処理をしたのち、高周波焼入を施す。この高周波焼入は、通常の高周波焼入と同様のものであり、高周波誘導加熱によって被処理物の表層部をオーステナイト組織にしたのち、急冷してこのオーステナイト組織をマルテンサイトにする表面硬化法である。この方法は、誘導電流が被処理物の表層部で最大で、内部に入るに従って減少する特性を利用したものである。
【００１０】
【実施例】
供試材として球状黒鉛鋳鉄の一種であるＦＣＤ400を用い、該ＦＣＤ400に本発明に係る熱処理及び高周波焼入を施したのち、表面の焼入硬度を測定した。
図１に示すように、上記ＦＣＤ400に５段階からなる熱処理を施した。第１段階において、上記ＦＣＤ400を常温から950℃に時間10秒で上昇させた。こののち、第２段階では950℃の温度を10秒間保持し、第３段階では降温速度12℃／秒にて600℃まで冷却させた。さらに、第４段階では降温速度5℃／秒で450℃まで冷却させたのち、第５段階で空気中に放冷した。これらの５段階からなる熱処理を施してパーライト化率を45％に向上させた供試材の母材組織を図２に、熱処理を施さなかったものの母材組織を図３に示す。図３から明らかなように、パーライト化処理を行なわないとパーライト化率が約10％と低かった。
また、上記パーライト化処理を行ったのち、高周波焼入を施したものを本発明材１〜３とし、パーライト化処理を行わずに高周波焼入を行ったものを比較材４〜６とした。これらの本発明材１〜３及び比較材４〜６の表面焼入硬度を測定した結果を表１に示す。必要とされる焼入硬度は68ＨＲＡであるため、本発明材１〜３のいずれも要求される仕様を満足したが、比較材４〜６は68ＨＲＡに達しなかった。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、チャージ内の焼入品質を焼入仕様を満足するバラツキの少ないものとすることが可能である。
パーライト化処理を高周波焼入コイルを用いて行うことができるため、この後に行う高周波焼入にも該コイルを兼用することができる。また、パーライト化処理を高周波焼入工程の前に組み込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波焼入前の熱処理におけるヒートパターンの一例を示すグラフである。
【図２】本発明に係る高周波焼入前の熱処理を行いパーライト化率を向上させた鋳鉄の母材組織を示す、拡大率が200倍の写真である。
【図３】本発明に係る高周波焼入前の熱処理を行なわなかった鋳鉄の母材組織を示す、拡大率が200倍の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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