球状黒鉛鋳鉄溶湯を用いたチル試験片の作製＊
池浩之**、高川貫仁**、岩清水康二**

鋳鉄内のチル判別装置の開発を目的に、鋳鉄中にチルを発生させ、その他の欠陥が無い試
験片の作製について検討した。試験片の材種は、球状黒鉛鋳鉄の FCD400 を用いた。試験片の形状は、直径がφ50 mm で、厚みが 6mm と 3mm の２種類とした。そして試験片鋳型の湯口寸法も変化させた。
その結果、厚みが 6mm の試験片では、欠陥の無いチル試験片が出来た。しかし試験片の表面で一部パーライトが生じた。また 3mm の試験片では、多量のチルが発生した。そして湯口体積を 10 倍にすると引け巣は無くなった。
キーワード：チル、引け巣、球状黒鉛鋳鉄、湯口、非破壊試験

The chill specimen made by using molten metal of spheroidal graphite
cast iron
IKE Hiroyuki、 TAKAGAWA Takahito and IWASHIMIZU Kouji
For developing the detection device of chill in the cast iron， making the cast iron
specimens with only chill but without other defect was examined. JIS FCD400 ofspheroidal graphite cast iron was used. The thickness of the specimens were changed to6mm and 3mm with diameter of φ50mm.
As a result， in case of the test pieces of 6mm in the thickness， the chill specimen notdefective was able to be made. However， a part of pearlite was generated on the surface ofthe test piece. Moreover， a lot of chill was generated in each material at the test piece of3mm. And， when the volume of the down sprue was increase by a factor of 10， it has
been understood that shrinkage cavity in the material disappears.
key words : chill、 shrinkage cavity、 spheroidal graphite cast iron、 down sprue、nondestructive examination

１

緒

言

た 3mm厚み試験片では、さらに多くのセメンタイト相

著者らは、鋳鉄中に生じるチルの渦電流法や交流磁化が晶出した。しかし微細共晶黒鉛とミクロポアも試験片法による非破壊判別装置の共同研究を行っている。ここ内に多く発生した。そして鋳型側と冷やし金側でセメンで著者らの担当は、装置開発のために必要な引け巣等のタイトの大きさが変化することが分かった。また試験片欠陥を含まないチル試験片の作成である。前報 1) では、上部で巣が発生し易いことから、湯口体積を大きくする

片状黒鉛鋳鉄溶湯を用いチル試験片を作成した。そこで必要があると考えられた。

は、CとSi量および冷却速度を変化させて、チル試験片

そこで、本研究では球状黒鉛鋳鉄溶湯を用いて、湯口を作成した。その結果、亜共晶組成の片状黒鉛鋳鉄を生体積の変化が及ぼす、試験片中のセメンタイト相および成する溶湯では、φ50、6mm厚の円盤状試験片で、冷や引け巣などへの影響について調べた。

し金を用いないでチルが発生することが分かった。しかし、試験片の最終凝固部であるほぼ中央部に引け巣が生２じた。そして、溶湯の保持時間を長くして、C量を減少

鋳型形状は、前報 1) で用いた原型を基本として、湯口させ、Si量を増加させると試験片表面部のパーライト相体積を基本の１倍、３倍、５倍、１０倍と相似形で大きが生じにくくなるが、試験片内部（中心部）の引け巣はく変化させた。この時の湯口体積は基本原型が 3570mm3、大きくなることなどを報告した。また、冷やし金を用い3 倍が 10710mm3、5 倍が 18322mm3そして 10 倍が*NEDO 平成 17 年度産業技術研究助成事業** 材料技術部

実験方法

岩手県工業技術センター研究報告第 14 号（2007）

36644mm3である。ここで作成した原型および炭酸ガス鋳型を図１に示した。6mm厚み試験片の鋳型は、同じ湯口寸法のガス型２個をシャコ万力で固定して用いた。また 3mm厚み試験の場合は、本ガス型と冷やし金を用いて冷却速度をより高くした。これらの鋳型にFCD400 相当の溶湯を約 1400～1450℃の温度範囲で鋳込み、試験片を作製した。球状化処理は、日下レアメタル製M-6 球状化材を用いてサンドイッチ法により行った。また、チル化を促進するために、ここでは接種処理は行わなかった。表 1 には、本溶湯の組成を示した。作製した 6mmおよび 3mm厚み試験片は、切断後光学顕微鏡、電子顕微鏡による組織観察を行った。

３実験結果

図 2 に、湯口体積を変化させた 6mm 厚試験片を示した。試験片の外観を観察した結果では、湯口体積に関係なく、試験片に引け巣等は観察されなかった。次にこれら試験片を図 3 に示したように切断して、試験片中央部（観察用切断片 M）の組織観察を行った。図 4 には、こ試験片の内部の原寸 40 倍の電子顕微鏡組織を示した。の時の試験片表面の光学顕微鏡組織（ピクリン酸溶液でこれから分かるように試験片中心部では、湯口 1 倍の場腐食）を示した。これより湯口体積に関係なく、いずれ合、引け巣が数カ所観察された。しかし、湯口体積が３の試験片中にもセメンタイト相が晶出し、チル化が確認倍になると引け巣は減少した。そして５倍、１０倍と湯された。また球状黒鉛の周りにフェライトが析出し、そ口体積が大きくなると引け巣は、試験片中心部で観察さの周囲にはパーライト相も観察された。図 5 にはれなかった。すなわち、球状黒鉛鋳鉄溶湯を用いた6mm6mm

球状黒鉛鋳鉄溶湯を用いたチル試験片成である球状黒鉛鋳鉄は、初晶のセメンタイトが晶出する。しかし、鋳型に接触した極表面部では、鋳型などからの熱供給によりセメンタイト相がパーライト層に変態したと考えられた。これは、片状黒鉛鋳鉄の結果 1) と同じであった。一方、試験片の中心部では、冷却速度が比較的遅いため、初晶のセメンタイトは晶出せず、共晶セメンタイトが晶出したと考えられた。
次に、図 7 には 3mm 試験片の腐食後の組織写真を示した。左側が冷やし金に面したところで、右側が鋳型に面した部分の組織である。この場合、冷やし金側は非常に細かいセメンタイト相と微細な黒鉛が晶出した。そしていずれの試験片も冷やし金側には、引けや湯周り不良と思われる巣は観察されなかった。しかし、鋳型側に大きな引け巣が発生した。特に湯口体積 1 倍の場合は、粗大な引け巣が鋳型側に生じた。そしてその大きさや数は、湯口体積が大きくなるほど徐々に小さくなる傾向にあった。さらに、10 倍の湯口体積になると、引け巣は全く観察されなかった。3mm 試験片の場合、6mm 試験片に比較して冷却速度が早いことや、湯口寸法も小さいために10 倍以上の湯口体積が必要になると考えられた。
４考察

以上の結果より、球状黒鉛鋳鉄溶湯を用いた場合、6mm厚試験片および3mm厚試験片で、引け巣などの欠陥を含まないチル試験片を作成することが出来た。ただし、6mm厚試験片の場合、湯口体積を５倍以上にする必要があり、3mm厚試験片の場合は10倍以上にする必要がある。
さらに6mm厚試験片では、鋳型と接触していた極表面部は、約0.1mmのパーライト相が生じるため、切削や研削加工などにより取り除く必要があることも分かった。
ところで前報において、片状黒鉛鋳鉄の場合、湯口体積が1倍では引け巣等の欠陥を含まないチル試験片を作成することが出来なかった。そして、球状黒鉛鋳鉄と同じ過共晶（Sc>1）組成の場合、ほとんどチル化組織が得られず、高温保持時間を長くすると試験片内部の引け巣が大きくなることも分かった。そこで、過共晶の片状黒厚試験片では、引け巣等の欠陥を含まないチル試験片を鉛鋳鉄溶湯を用いて、湯口体積を変化させた6mm厚試験得ることが出来た。そして湯口体積を５倍以上にすると片を作成した。なお、ここで用いた溶湯は、前報の溶湯引け巣は無くなることが分かった。これは湯口体積を大Ⅱと同じ組成に調整（炭素飽和度Sc=1.13）した。そして、きくすることにより、湯口絞りも大きくなり（図 1 参照）、鋳鉄を約1500℃で溶解したのち、約1400℃で注湯した。

原型を 5 倍以上にすることにより、押し湯効果の向上のこの場合も接種処理は行なわなかった。図8は、こうしてみでなく、湯流れ性の向上、注湯時のガス巻き込みの低得られた試験片を前回同様に切断した後、試験片中央部減などが図られたためと考えられた。

（切断片M）を観察した結果である。いずれの試験片の

図 6 は、図 4、図 5 と同じ試験片で倍率を高く(原寸組織にも共晶セルがはっきりと観察された。そして共晶400 倍)した光学顕微鏡組織を示した。図 6 より試験片表

セル内ではフェライトと微細黒鉛が観察され、セルとセ面では、針状または板状のセメンタイト相が観察される

ルの間隙には、成長した黒鉛やパーライト相が観察されが、試験片中心部では共晶状の炭化物（セメンタイト相）た。そして共晶セルの寸法は湯口体積にほとんど関係なが観察されることが分かった。これは試験片表面部と中くほぼ一定であった。しかしここで、いずれの試験片に心部の冷却速度の違いによるものと考えられた。すなわ

もセメンタイト相は全く観察されなかった。なお前報にち、試験片表面部では冷却速度が早いために、過共晶組

岩手県工業技術センター研究報告第 14 号（2007）

鋳鉄の3mm試験片とほとんど変わらなかった。したがって球状黒鉛鋳鉄で、チル試験片が得られ、片状黒鉛鋳鉄でチル試験片が得られなかった理由は、球状黒鉛鋳鉄では、過冷度が大きくなるためであった。
なお最後に、ここでは組織観察結果等を省略したが、過共晶の片状黒鉛鋳鉄の場合、3mm試験片では多量のチルが生じた。これは、図9に結果を併示したように冷却速度および過冷度が大きいためである。さらに亜共晶の片状黒鉛鋳鉄の場合は、6mm厚試験片でもチル試験片が得られた。これは前報の結果と同じであった。
５結論

球状黒鉛鋳鉄溶湯を用いて、鋳型の湯口体積を変化させ、引け巣等の欠陥を含まず、試験片全体にチルを発生させた試験片を鋳造により作製することを試みた。その結果以下の結論が得られた。
(1)厚さ6mmの試験片の場合、試験片表面では針状または板状のセメンタイト相が晶出した。そして試験片内部では共晶セメンタイト相が晶出した。しかし、試験片のごく表面部はパーライト相が生じた。このとき、湯口体積を5倍以上にすると引け巣などの欠陥の無い試験片が得られた。
(2)厚さ3mm試験片では、全面チルの試験片が得られた。
しかし、湯口寸法を10倍以上にしないと、引け巣を含まない健全な試験片は得られなかった。
(3)過共晶の片状黒鉛鋳鉄の場合、チルを含む厚み6mm試
験片は作成できなかった。その理由は冷却速度および過冷度が小さいためであった。
５

参考文献

1)非破壊試験用チル試験片の作成：岩手県工業技術セン
ター研究報告，13，107（2006）．

おいて、図8の1倍の鋳型側に観察されるような、白色の組織を、「初晶セメンタイトがデンドライト状に晶出した」と説明したが、これは間違いで、再度分析を行った
ところデンドライト状に生じているのはフェライト相であることが分かった。ここで訂正する。図8において、試験片内部でも引け巣等の欠陥もほとんど観察されなかった。
そこで、この過共晶の片状黒鉛鋳鉄で、セメンタイト相が観察されなかった原因を調べるために、鋳型内での冷却曲線を測定した結果例を図9に示した。これより片状黒鉛鋳鉄の場合、湯口体積が変化しても、冷却速度および過冷度はほとんど変わらなかった。一方球状黒鉛鋳鉄
は、冷却速度はほとんど変わらないが、過冷度が大きくなっていることが分かった。そして過冷度は、片状黒鉛