JPH02149617A - 鉄系部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分Ｉｌ！Ｐ） 本発明は、疲労強度に優れた鉄系部材の製造方法に関す
るものである。

（従来技術および発明が解決しようとする課題）近年、
自動車業界においては、軽量化あるいは高性能化のため
、材料の高強度化、高靭性化が求められるようになって
きている。そして、鋳鉄を母材とする鉄系部材において
も、オーステンパー処理により前記要求に対応しようと
する試みが行なわれるようになってきつつあり、現在か
なりの部品が実用化されるに至っている。上記の如きオ
ーステンパー処理を施された鋳鉄を疲労強度を要求され
る部材として使用しようとする場合、ロール加工あるい
はショットピーニング等の圧縮加工を施せば、さらに高
い疲労強度が得られることは良く知られている（例えば
、米国特許第４２２２７９３号公報参照）。

一方、部材の高靭性化のためには、オーステンパー処理
後における残留オーステナイト量を増大さけてやること
が望ましいことが分かっているが、このような残留オー
ステナイトを多く含む上部ベーナイトに対してショット
ピーニングを施す場合、表面硬度つ（低下しているため
、通常のショットピーニング条件では、部材表面の肌あ
れが激しくなるばかりでなく、十分な残留圧縮応力形成
が難しいところから所望の疲労強度向上が得られない場
合がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、オーステ
ンパー処理による効果である部材の高強度化および高靭
性化が維持されるとともに、疲労強度が要求される部位
における疲労強度向上を図った鉄系部材を得ることを目
的とするものである。

（課題を解決するための方法） 本発明では、上記課題を解決するための方法として、鋳
鉄部材に対してオーステンパー処理を施すことによって
３０％以上の残留オーステナイトを含有４”る組成とな
した後、疲労強度を要求される部位のみを４２０〜６５
０℃に加熱することによって当該部位の表面近くにおけ
る残留オーステナイトをセメンタイトとフェライトとに
分解し、その後当該部位に対してショットピーニングを
施すようにしている。

上記した如く、鋳鉄部材にオーステンパー処理を施して
残留オーステナイト量を３０％以上としたことにより、
鋳鉄部材全体としての高強度化および高靭性化が図られ
ることとなるが、その後における加熱処理によって、疲
労強度が要求される部位の表面近くにおける残留オース
テナイトがセメンタイトとフェライトとに分解されて、
表面硬度が上昇せしめられることとなる。従って、加熱
処理後におけるショットピーニングによっても表面の肌
あれが防止されることとなるとともに、表面部に高い残
留圧縮窓ツノを形成することが可能となり、疲労強度を
大幅に向上させることができることとなるのである。

なお、第１図図示の特性図（残留オーステナイトｍγに
対する硬度１［ｖの変化を示す特性図）における如く、
オーステンパー処理後における残留オーステナイトｍγ
（％）が３０％以下となると、ミクロ硬さＨｖが著しく
上昇することとなり（即ち、１１ｖ＞３３０）、オース
テンパー処理後における加工が困難となるため、これを
下限とするのが望ましい。

また、残留オーステナイトｍγが３０％以下となると、
材料の靭性が低下し、疲労強度も不十分となる。

次に、オーステンパー処理後における加熱処理によって
残留オーステナイトがセメンタイトとフェライトとに分
解されたことにより、表面部位の硬度が上昇することは
、第２図図示の特性図（加熱処理後における硬さ分布を
示す特性図）からも明らかである。即ち、曲線Ｘで示さ
れる加熱処理を施したらのの場合、表面からの距離Ｌ　
ｈ＜０　、２ｍｍ以下において、加熱処理をしないもの
（曲線Ｘ′で示す）に比べてミクロ硬さＨｖが大幅に上
昇していることがわかる。このことは、表面部位におけ
るセメンタイト量が増大したことに起因しているものと
推量される。なお、上記加熱処理による温度を４２０℃
以下とすると、残留オーステナイトの分解が不十分とな
り局部加熱効果が期待できない。

方、前記加熱温度を６５０℃以上とすると、残留オース
テナイトの分解が進み過ぎて、セメンタイト量が増大し
過ぎ、靭性が不足することとなる。従って、局部加熱温
度としては、４２０〜６５０℃の範囲とするのが望まし
い。

また、加熱処理後のショットピーニングによる圧縮応力
分布ら、第３図図示の特性図（ショットピーニング後に
おける圧縮応力分布を示す特性図）から明らかな如く、
加熱処理後にショットピーニングを施したもの（曲線Ｙ
で示す）の方が、加熱処理Ｕ・ずにショットピーニング
を施したちの（曲線Ｙ′で示す）に比べて、特に部材の
表面近く（例えば、表面からの距離Ｌ＝０．２ｍｍ付近
）において著しく増大していることが分かる。つまり、
オーステンパー処理および加熱処理を経た後におけるシ
ョットピーニングによって、表面硬さおよび表面部にお
ける残留圧縮応力形成が著しく向上することとなるので
ある。

（発明の効果） 本発明によれば、鋳鉄部材に対してオーステンパー処理
を施すことによって３０％以上の残留オーステナイトを
含有する組成となした後、疲労強度を要求される部位の
みを４２０〜６５０℃に加熱することによって当該部位
の表面近くにおける残留オーステナイトをセメンタイト
とフェライトとに分解し、その後当該部位に対してショ
ットピーニングを施すようにしたので、鋳鉄部材全体と
しての高強度化および高靭性化が図られることとなると
ともに、その後における加熱処理によって、疲労強度が
要求される部位の表面硬度が上昇せしめられることとな
り、加熱処理後におけるショットピーニングによっても
表面の肌あれが防止されることとなるという優れた効果
がある。

また、ショットピーニングが施されるべき部位の表面硬
度が上昇せしめられているため、ショットピーニング後
において表面部に高い残留圧縮応力を形成することが可
能となり、疲労強度を大幅に向上させることができると
いう優れた効果もある。

（実施例） 以下、本発明の鉄系部材の製造方法を実施例に基づいて
説明する。

本実施例における鉄系部材は、自動車用エンジンのコン
ロッドとして使用するものである。

前記コンロッドを製造するための鋳鉄素材の化学成分組
成は下記表−１の通りである。

表−１（ｗｔ％） 上記鋳鉄素材に対して次のオーステンパー処理を施す。

９００℃Ｘ２．０Ｉ−１→３８０℃Ｘ２．０Ｈ→空冷該
オーステンパー処理を施された鋳鉄素材における残留オ
ーステナイト量γは５０％であった。なお、前記オース
テンパー処理における温度条件を高くずれば、オーステ
ンパー処理後における残留オーステナイトｍγは増大す
るが、オーステンパー処理の効果が得られる限度は、高
温側が９５０℃、低温側が４３０℃である。

そして、前記オーステンパー処理後の鋳鉄素材を、コン
ロッド形状に機械加工した後、疲労強度が要求される部
位（例えば、■がん部）を高周波加熱により局部加熱（
５００℃ｘ　５ｓｅｃ）する。

すると、当該部位における残留オーステナイトがセメン
タイトとフェライトとに分解されることとなり、表面硬
度が大幅に上昇せしめられることとなる。このことは、
・第２図図示の特性図（加熱処理後における硬さ分布を
示す特性図）によって確かめられる。即ち、加熱処理を
したもの（曲線Ｘで示す）は、表面からの距ＨＬ　ｈ’
　２ｍｎ＋以下の部位において加熱処理をしないもの（
曲線Ｘ′で示す）に比べて大幅にミクロ硬さＩ−１ｖが
上昇していることがわかる。なお、上記加熱処理による
温度を４２０℃以下とすると、残留オーステナイトの分
解が不十分となり局部加熱効果が期待できない。一方、
前記加熱温度を６５０℃以上とすると、残留オーステナ
イトの分解が進み過ぎて、セメンタイトｍｈ＜増大し過
ぎ、靭性が不足することとなる。従って、局部加熱温度
としては、４２０〜６５０℃の範囲とするのが望ましい
。

次に、上記の如くして局部加熱されたＩかん部に対して
次の条件によるショットピーニングを施した。

ショツト粒径　　　　　　　　　　　　０　、６＋ａｍ
ショット硬さ　　　　　　　　　　　Ｉ−１１？　０４
５投射速度　　　　　　　　　　　５（１−６０＋ｅ／
　ｓｅｅ投射時間　　　　　　　　　　　　３０〜５０
ｓｅｃ上記シヨツトピーニングにより、ｌかん部表面近
くに高い残留圧縮応力が形成されることとなり、疲労強
度が大幅に向上仕しめられる。このことは、第３図図示
の特性図（ショットピーニング後における圧縮応力分布
を示す特性図）によって確かめられる。即ち、加熱処理
後にショットピーニングを施したもの（曲線Ｙで示す）
は、表面からの距離りが２１１ＩＩ１１以下の部位にお
いて加熱処理を仕ずにショットピーニングを施したもの
（曲線Ｙ′で示す）に比べて残留圧縮応力σが大幅に上
昇していることがわかる。

また、前記ショットピーニング前におけるＩかん部表面
の硬度が局部加熱によって大幅に上昇仕しめられている
ため、通常のショットピーニングによっても表面の肌あ
れが効果的に防止されることとなる。

ついで、本実施例と同様な方法により製造されたテスト
ピース（本実施例）と、オーステンパー処理のみを行っ
ｔこ比較例１と、オーステンパー処理後にショットピー
ニングを施した比較例２とを、小野式回転曲げ疲労試験
に供したところ下記表−２の結果が得られた。

表−２ 上記結果によれば、本実施例のらのの疲労強度が、比較
例１．２のものに比べて大幅に増大していることがわか
る。

さらに、本実施例のもの、比較例１．２のものについて
、表面粗さテストを行ったところ、第４図図示の結果が
得られた。これによれば、本実施例のものにおける中心
線粗さｎ　ａ＝　０．６に対して、比較例１のものにお
ける中心線粗さ１１ａ＝０．４、比較例２のものにおけ
る中心線粗さｎ　ａ＝　１．８となっており、局部加熱
処理による表面硬度上昇効果が著しくあられれているこ
とがわかる。

本発明方法は、上記実施例におけるコンロッド製造にの
み適用されるものではなく、疲労強度を要求される部位
を有する鉄系部材のすべてに適用できることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は残留オーステナイトｍγに対するミクロ硬さ！
［ｖの変化を示す特性図、第２図はシミ１ツトピーニン
グ前におけるミクロ硬さ分布を示す特性図、第３図はシ
ョットピーニング後における圧縮応力分布を示す特性図
、第４図はオーステンパー処理のみの場合（比較例１）
と、オーステンパー処理後にショットピーニングを施し
た場合（比較例２）と、本実施例のものとの表面粗さを
示す図である。 均留オーステナイトγ（二ぢ） 第１図 ０．１ ０１．２　　　　　０．３ 表面からの爪環１．（ｌｌｊ） ０．４ ０．５ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、鋳鉄部材に対してオーステンパー処理を施すことに
   よって３０％以上の残留オーステナイトを含有する組成
   となした後、疲労強度を要求される部位のみを４２０〜
   ６５０℃に加熱することによって当該部位の表面近くに
   おける残留オーステナイトをセメンタイトとフェライト
   とに分解し、その後当該部位に対してショットピーニン
   グを施すことを特徴とする鉄系部材の製造方法。