(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を2.0〜4.5重量%、シリコンを1.0〜3.0重量%含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる普通鋳鉄にアルミニウムが8〜20重量%含有されている（ただし、8〜10重量%と14重量%を除く）ことを特徴とするアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄。
【請求項２】
アルミニウムが10〜16重量％含有されている（ただし、10重量%と14重量%を除く）請求項１記載のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、アルミニウム含有耐摩耗鋳鉄に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、耐摩耗性に優れ、安価であり、しかも人体への害がほとんどないと考えられるアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
産業用の耐摩耗鋳鉄には、高クロム鋳鉄が一般に使用されている。高クロム鋳鉄は、一般に、炭素2.5〜4.2重量%、シリコン1.0〜2.5重量%、クロム0.5〜10重量%を含有するものであり、クロムの含有により硬度が増大し、優れた耐摩耗性を発揮する。
【０００３】
しかしながら、クロムは高価な原料であり、安価な代替物質により高クロム鋳鉄程度の耐摩耗性が得られれば、価格の引き下げが可能となる。また、クロムは6価のとき人体に有害となるため、欧米では近年使用の自粛が求められている。
【０００４】
この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、高クロム鋳鉄に代わる、耐摩耗性に優れ、安価であり、しかも人体への害がほとんどないと考えられるアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明の発明者らは、前述の課題を解決するために鋭意検討した結果、鉄系合金の中でも鋳造性に優れた普通鋳鉄にある特定量の範囲でアルミニウムを含有させることにより、クロムを使用せずとも耐摩耗性が向上することを突き止め、この出願の発明を完成した。
【０００６】
すなわち、この出願の発明は、炭素を2.0〜4.5重量%、シリコンを1.0〜3.0重量%含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる普通鋳鉄にアルミニウムが8〜20重量%含有されている（ただし、8〜10重量%と14重量%を除く）ことを特徴とするアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄（請求項１）を提供する。
また、この出願の発明は、アルミニウムが10〜16重量％含有されている（ただし、10重量%と14重量%を除く）こと（請求項２）を一態様として提供する。
【０００７】
以下、実施例を示しつつ、この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄についてさらに詳しく説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄は、普通鋳鉄にアルミニウムが8〜20重量%含有されたものである（ただし、8〜10重量%と14重量%を除く）。
【０００９】
普通鋳鉄は、鉄、炭素、シリコンなどを主な構成元素とし、一般に、炭素を2.0〜4.5重量%、シリコンを1.0〜3.0重量%含有する、鋳造性に優れた鉄系合金である。
【００１０】
この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄では、その普通鋳鉄にアルミニウムを8〜20重量%含有させることにより、硬度の高い、鉄とアルミニウムの炭化物を晶出させ、耐摩耗性を向上させている。この鉄とアルミニウムの炭化物の組成は、現状では正確に同定されてはいないが、Fe3AlC0.5、Fe3AlC0.69（重量比）とほぼ考えられている。一方、硬度は、ビッカース硬さで650が確認されている。耐摩耗性は、後述する実施例に示すように、アルミニウムの含有量が10〜16重量%のときに特に向上する。アルミニウムの含有量が8重量%未満及び20重量%を超えると、鉄とアルミニウムの炭化物が晶出せず、したがって、耐摩耗性の向上は望めなくなる。
【００１１】
アルミニウムは、クロムに比較して資源が豊富であり、価格の引き下げに有効であり、また、採掘・精錬などの環境負荷の低減に寄与することができ、人体への害もほとんどないと考えられる。したがって、この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄は、前述の課題を解決することができるのである。
【００１２】
普通鋳鉄に含有させるアルミニウムの原料には、たとえば、アルミニウムインゴットの他、アルミニウムスクラップやスチール缶なども利用可能である。このように、この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄は、廃物のリサイクル利用という、それ自体の特性とは全く別の観点からも、その有効性が指摘される。たとえばスチール缶は、胴部が高品位スチール、蓋部がアルミニウム合金の異種材から形成されている。しがって、この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄を作製する際には、胴部と蓋部に分離することなく、アルミニウムの含有量が前記所定範囲となる限りにおいて、スチール缶をそのままの状態で使用可能であると考えられる。
【００１３】
そして、この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄は、その耐摩耗性により、たとえば、ブレーキなどの摺動材、粉粒体取り扱い機械、建設機械などの耐摩耗性が要求される各種機械の部材に幅広く適用することが可能であると考えられる。
【００１４】
以下、実施例を示し、この出願の発明のアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄についてさらに詳しく説明する。
【００１５】
【実施例】
電解鉄と電解黒鉛とを黒鉛るつぼに入れ、これを高周波誘導炉内に配置し、電解鉄及び電解黒鉛がすべて溶解したところで、黒鉛るつぼにFe-Si合金（Fe：25重量%、Si：75重量%）を投入し、さらに純アルミニウムを黒鉛るつぼに投入し、1450℃に昇温して溶解させた後、生砂型に鋳込んだ。このときの鋳物の形状は、サイズが150mm×45mm×20mm程度の板状とし、この鋳物から直径5mm、長さ20mmのピン型試料を切り出した。
【００１６】
なお、作製した鋳物におけるアルミニウム含有量は、0〜20重量%の間で変化させ、また、炭素及びシリコンの含有率は、それぞれ3.2重量%、2.0重量%とした。前記ピン型試料について、ピンオンディスク(Pin-On-Disc)試験を行い、耐摩耗性を評価した。耐摩耗試験装置において、S55Cの焼き入れ焼き戻し材からなる回転円板にピン型試料を荷重20kg/cm2で押し付け、摩耗状態を発生させ、ピン型試料の摩耗量を測定した。
【００１７】
図１は、ピン型試料の摩耗量と回転円板上を滑る距離（摩擦距離）との関係を示したグラフである。
この図１図中に記載された0%Alは、アルミニウムを含有しない普通鋳鉄、すなわち、普通鋳鉄そのものであるが、その耐摩耗性との比較から明らかなように、アルミニウムの含有量の増加にともない耐摩耗性が向上することが、図１から確認される。
【００１８】
また、試験結果から、耐摩耗性の向上は、アルミニウムの含有量が10〜16重量%のときに特に優れることも確認された。
図２は、実施例において作製したアルミニウム含有鋳鉄の典型的な組織を示した図面に代わる写真である。
【００１９】
この組織写真は、3.2重量%C-2.0重量%Si-12重量%Al鋳鉄の断面を写したものである。写真に現れる灰色の組織が、鉄とアルミニウムの炭化物であり、その硬度はきわめて高い。この鉄とアルミニウムの炭化物の形成が、耐摩耗性の向上に寄与しているものと考えられる。
【００２０】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。アルミニウム含有耐摩耗鋳鉄の原料、作製条件などの細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、耐摩耗性に優れ、安価であり、しかも人体への害がほとんどないと考えられるアルミニウム含有耐摩耗鋳鉄が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における耐摩耗性試験の、ピン型試料の摩耗量と回転円板上を滑る距離（摩擦距離）との関係を示したグラフである。
【図２】実施例において作製した3.2重量%C-2.0重量%Si-12重量%Al鋳鉄の断面を写した図面に代わる組織写真である。
【図１】
0003760223.tif 000002
【図２】
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