JPH04316A - 鋳造品の局部軟化方法 - Google Patents
鋳造品の局部軟化方法Info
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- JPH04316A JPH04316A JP2101015A JP10101590A JPH04316A JP H04316 A JPH04316 A JP H04316A JP 2101015 A JP2101015 A JP 2101015A JP 10101590 A JP10101590 A JP 10101590A JP H04316 A JPH04316 A JP H04316A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は金型等を用いて鋳造した鋳造品の一部を鋳造後
に焼鈍して軟化せしめる方法に関する。
に焼鈍して軟化せしめる方法に関する。
（従来の技術）
金型を用いて鋳鉄部材を鋳造する方法として特開昭６３
−１７４７７５号が知られている。
−１７４７７５号が知られている。
この方法はカムシャフト等の鋳物を鋳造するにあたり、
金型のキャビティ内に溶湯を充填した後、溶湯の表層を
急冷して殻状の凝固層とし、この時点で離型するように
したものである。このよウニスることで、金型に変形や
摩耗を生じることなく、表層が高硬度のチル組織となっ
たカムシャフトが得られる。
金型のキャビティ内に溶湯を充填した後、溶湯の表層を
急冷して殻状の凝固層とし、この時点で離型するように
したものである。このよウニスることで、金型に変形や
摩耗を生じることなく、表層が高硬度のチル組織となっ
たカムシャフトが得られる。
上述したように金型を用いてカムシャフト等を鋳造すれ
ば、砂型を用いた場合に比べ、効率良く且つコスト的に
も有利に鋳物が得られる。
ば、砂型を用いた場合に比べ、効率良く且つコスト的に
も有利に鋳物が得られる。
しかしながら金型を使用する場合には、砂型に冷し金を
セットする場合と異なり、鋳物の表層全体がチル化し、
鋳造後にセンター穴やスプライン溝を加工すべき部分の
硬度が硬くなり過ぎ、刃具の寿命等の点で不利が生じる
。
セットする場合と異なり、鋳物の表層全体がチル化し、
鋳造後にセンター穴やスプライン溝を加工すべき部分の
硬度が硬くなり過ぎ、刃具の寿命等の点で不利が生じる
。
そこで３４６図に示すように一旦鋳造した鋳物の一部を
高周波等を利用して再加熱し、次いで一定時間高温状態
で保持した後に放冷することで当該一部を焼鈍軟化する
方法が考えられるが、この方法のように一定速度でチル
組織となっている鋳物を加熱すると以下の問題がある。
高周波等を利用して再加熱し、次いで一定時間高温状態
で保持した後に放冷することで当該一部を焼鈍軟化する
方法が考えられるが、この方法のように一定速度でチル
組織となっている鋳物を加熱すると以下の問題がある。
（発明が解決しようとする課Ｉ！り
即ち、鋳鉄は鋳込んでから常温まで冷却せしめる間に以
下の３つの容積変化を行う。
下の３つの容積変化を行う。
■ 鋳込み温度から凝固点までの液体としての収縮。
■ 凝固による容積変化。（白銑鉄は収縮、灰銑鉄は膨
張） ■ 固体の冷却（変態）による膨張又は収縮。
張） ■ 固体の冷却（変態）による膨張又は収縮。
そして、上記■、■が鋳造後の残留応力の原因となり、
この残留応力は構造応力と組織応力に分けられる。構造
応力とは鋳造品の各部の冷却速度が異なることに起因し
て発生する応力で、組織応力は組織や組成の分布及び大
きさなどの材質の差に起因して発生する応力がある。
この残留応力は構造応力と組織応力に分けられる。構造
応力とは鋳造品の各部の冷却速度が異なることに起因し
て発生する応力で、組織応力は組織や組成の分布及び大
きさなどの材質の差に起因して発生する応力がある。
先ず、構造応力の面から述べると、残留応力の発生過程
は凝固、冷却時の始めは、表層は速く冷却するため収縮
して引張応力状態となり内部は圧縮応力状態となる。こ
こで表層より温度の高い可塑的な内部がこの圧縮応力に
よって塑性変形を行なうと、その部分の実質寸法は縮小
する。するとこれによりさらに冷却の進んだ段階ではそ
の応力状態は逆転し、表層に圧縮、内部に引張りの残留
応力が発生し、その境界近くに引張りの極大が現われる
。
は凝固、冷却時の始めは、表層は速く冷却するため収縮
して引張応力状態となり内部は圧縮応力状態となる。こ
こで表層より温度の高い可塑的な内部がこの圧縮応力に
よって塑性変形を行なうと、その部分の実質寸法は縮小
する。するとこれによりさらに冷却の進んだ段階ではそ
の応力状態は逆転し、表層に圧縮、内部に引張りの残留
応力が発生し、その境界近くに引張りの極大が現われる
。
一方、組織応力の面から述べると、金型鋳造に於ては、
その金型に接する面は冷却速度が極めて早いため表層は
白銑組織（パーライト及びレーデブライト）となり、冷
却速度の遅い内部は灰銑組織（黒鉛及びパーライト）と
なり、そしてその境界部は斑銑（パーライト、黒鉛及び
レーデブライト）どなる。この様に表層と内部とが組織
を異にし従がって比容積を異にする。この比容積の差に
よって表層に圧縮、内部に引張りの応力を生じ、この影
響が集中的に現われる境界部では圧縮、引張りとも大き
くなる傾向にある。
その金型に接する面は冷却速度が極めて早いため表層は
白銑組織（パーライト及びレーデブライト）となり、冷
却速度の遅い内部は灰銑組織（黒鉛及びパーライト）と
なり、そしてその境界部は斑銑（パーライト、黒鉛及び
レーデブライト）どなる。この様に表層と内部とが組織
を異にし従がって比容積を異にする。この比容積の差に
よって表層に圧縮、内部に引張りの応力を生じ、この影
響が集中的に現われる境界部では圧縮、引張りとも大き
くなる傾向にある。
以上述べた様に金型鋳造に於ては熱応力による残留応力
と表層と内部の組織の相違による残留応力が重畳する。
と表層と内部の組織の相違による残留応力が重畳する。
このような鋳造応力は加熱により除去でき鋳物を加熱し
てゆくと３００〜５００℃の間で応力は急激に減少し、
６００℃ではほとんど消失する。
てゆくと３００〜５００℃の間で応力は急激に減少し、
６００℃ではほとんど消失する。
そこで、上述の残留応力分布状態、即ち表層が圧縮、内
部が引張り、境界部付近が引張り極大にある金型鋳造品
を高周波加熱により、急速加熱すると、表層のみが加熱
され表層部の体積膨張により熱応力が発生する。この熱
応力は加熱の初期に発生し、表層は圧縮、内部は引張り
となる。この高周波による急速加熱により金型鋳造部材
の表層と内部の境界に存在する引張りの極大が急速加熱
による熱応力の引張りを助長し、チル層直下を起点とす
るクラックを発生させる。
部が引張り、境界部付近が引張り極大にある金型鋳造品
を高周波加熱により、急速加熱すると、表層のみが加熱
され表層部の体積膨張により熱応力が発生する。この熱
応力は加熱の初期に発生し、表層は圧縮、内部は引張り
となる。この高周波による急速加熱により金型鋳造部材
の表層と内部の境界に存在する引張りの極大が急速加熱
による熱応力の引張りを助長し、チル層直下を起点とす
るクラックを発生させる。
また、局部急速加熱により軸方向に於て、加熱部と非加
熱部との間において、苛酷な応力が発生する。即ち急速
加熱部が近傍の低温部に拘束されて生ずる熱応力により
加熱部に塑性変形が起こり、このため加熱部と非加熱部
との境界部付近に引張りの極大が生じ、境界部付近を起
点とするクラックを発生するか或いは境界部付近から変
形する。
熱部との間において、苛酷な応力が発生する。即ち急速
加熱部が近傍の低温部に拘束されて生ずる熱応力により
加熱部に塑性変形が起こり、このため加熱部と非加熱部
との境界部付近に引張りの極大が生じ、境界部付近を起
点とするクラックを発生するか或いは境界部付近から変
形する。
（課題を解決するための手段）
上記課題を解決すべく本発明は、金型内に溶湯を注湯し
た後、金型と接触する溶湯表層部が高硬度チル組織の殻
状の凝固層となった時点で離型し、離型した鋳造品が常
温まで冷却せずに赤熱状態にあるうちに鋳造品の軟化す
べき部分を高周波誘導加熱によって昇温及び保持し、次
いで高周波誘導加熱を停止して常温付近まで冷却せしめ
た後に鋳造品全体を焼鈍するようにした。
た後、金型と接触する溶湯表層部が高硬度チル組織の殻
状の凝固層となった時点で離型し、離型した鋳造品が常
温まで冷却せずに赤熱状態にあるうちに鋳造品の軟化す
べき部分を高周波誘導加熱によって昇温及び保持し、次
いで高周波誘導加熱を停止して常温付近まで冷却せしめ
た後に鋳造品全体を焼鈍するようにした。
（作用）
離型後に赤熱状態（６００〜９００℃）にある軟化すべ
き部分をＡ１変態点以下で６００℃までの温度範囲に降
温せしめた後に高周波加熱を行うと、チル層に存在する
パーライト部分がオーステナイト化し、またＡ１変態点
以下で９００℃までの温度範囲に降温せしめた後に高周
波加熱を行うとチル層に存在する残留オーステナイトは
そのままの状態を維持する。そして、上記オーステナイ
ト組織は一旦マルチンサイト組織となって硬化した後、
焼鈍によりＨＲＣ３５以下のソルバイト組織となる。
き部分をＡ１変態点以下で６００℃までの温度範囲に降
温せしめた後に高周波加熱を行うと、チル層に存在する
パーライト部分がオーステナイト化し、またＡ１変態点
以下で９００℃までの温度範囲に降温せしめた後に高周
波加熱を行うとチル層に存在する残留オーステナイトは
そのままの状態を維持する。そして、上記オーステナイ
ト組織は一旦マルチンサイト組織となって硬化した後、
焼鈍によりＨＲＣ３５以下のソルバイト組織となる。
（実施例）
以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。
第１図は本発明方法に係る局部軟化方法を実施する前の
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図であり、カムシャフト１は
複数のカム部２・・・を対をなすように軸方向に離間し
て一体的に形成し、これら対をなすカム２．２の間及び
カムシャフト１両端にジャーナル部３を設けている。
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図であり、カムシャフト１は
複数のカム部２・・・を対をなすように軸方向に離間し
て一体的に形成し、これら対をなすカム２．２の間及び
カムシャフト１両端にジャーナル部３を設けている。
また、カムシャフト１は［表］に示すＪＩＳＦＣ２０〜
ＦＣ３０相当の鋳鉄成分からなる。
ＦＣ３０相当の鋳鉄成分からなる。
［表層
そして上記の成分からなる溶湯を金型に注入してカムシ
ャフト１を鋳造する。ここで鋳造に用いる金型は例えば
０．８〜４．Ｏｗｔ％のＣ１を含有するＣｕ−Ｃ，合金
から構成される熱伝導率の高いものとし、好ましくはカ
ムシャフト１の表面部を急冷するための冷却路を内部に
形成したものとする。
ャフト１を鋳造する。ここで鋳造に用いる金型は例えば
０．８〜４．Ｏｗｔ％のＣ１を含有するＣｕ−Ｃ，合金
から構成される熱伝導率の高いものとし、好ましくはカ
ムシャフト１の表面部を急冷するための冷却路を内部に
形成したものとする。
而して斯る構造の金型のキャビティ内に溶湯を注入する
ことで、表層部１ａがＨＲＣ４０〜５０（特にカム部は
）（ＲＣ４５以上）のチル組織となり、芯部１ｂが）Ｉ
ＲＣ４０以下の組織となる。
ことで、表層部１ａがＨＲＣ４０〜５０（特にカム部は
）（ＲＣ４５以上）のチル組織となり、芯部１ｂが）Ｉ
ＲＣ４０以下の組織となる。
以上のカムシャフトの一部、例えば両端のジャーナル部
３を軟化せしめるには第３図に示すように、まず金型鋳
造における離型後の赤熱状態（６００〜９００℃）にあ
る、カムシャフトの所要軟化部分であるジャーナル部を
高周波加熱部材４により１０００〜１１００℃まで急速
加熱する。このように赤熱状態からの加熱により、表層
部と内部との温度差及びジャーナル部と他の部分（カム
部）との温度差を小さくできるので、加熱によるクラッ
ク及び変形の発生を防止できる。またジャーナル部以外
への伝熱を抑制できる。
３を軟化せしめるには第３図に示すように、まず金型鋳
造における離型後の赤熱状態（６００〜９００℃）にあ
る、カムシャフトの所要軟化部分であるジャーナル部を
高周波加熱部材４により１０００〜１１００℃まで急速
加熱する。このように赤熱状態からの加熱により、表層
部と内部との温度差及びジャーナル部と他の部分（カム
部）との温度差を小さくできるので、加熱によるクラッ
ク及び変形の発生を防止できる。またジャーナル部以外
への伝熱を抑制できる。
引き続いて行なう保持加熱にあってはジャーナル部３の
温度を１０００〜１１００℃に２０〜３０秒維持する。
温度を１０００〜１１００℃に２０〜３０秒維持する。
この保持加熱により、チル層を構成するレーデブライト
共晶中のセメンタイトの一部は、分解し、黒鉛化される
。
共晶中のセメンタイトの一部は、分解し、黒鉛化される
。
ここで、第３図に示す実施例にあフては高周波加熱をス
タートする温度を６００℃以上でＡＩ変憇点（７３８℃
）以下としている。この場合にはチル層に存在するパー
ライト組織がオーステナイト組織に変化する。一方、第
５図に示すように高周波加熱をスタートする温度をＡ１
変態点以上で９００℃以下とするとチル層内に残留する
オーステナイト組織はその状態で維持する。
タートする温度を６００℃以上でＡＩ変憇点（７３８℃
）以下としている。この場合にはチル層に存在するパー
ライト組織がオーステナイト組織に変化する。一方、第
５図に示すように高周波加熱をスタートする温度をＡ１
変態点以上で９００℃以下とするとチル層内に残留する
オーステナイト組織はその状態で維持する。
この時点でジャーナル部以外の他の部分はＡＩ変態点以
下の温度にある。
下の温度にある。
次に上記状態にあるカムシャフトを放冷する。
この放冷により、上記オーステナイト部分はマルテン化
し、硬化する。しかし急速冷却によるマルテン化ではな
いため、変化の発生はない。
し、硬化する。しかし急速冷却によるマルテン化ではな
いため、変化の発生はない。
次に再加熱により ５５０〜６００℃で２時間の条件に
より電気炉を用いて鋳造応力除去のための焼鈍を行う。
より電気炉を用いて鋳造応力除去のための焼鈍を行う。
平焼鈍により、鋳造時に発生した鋳造応力が除去される
と共にジャーナル部表層のマルテンサイト化部分はＨＲ
Ｃ３５以下のソリバイト組織となる。
と共にジャーナル部表層のマルテンサイト化部分はＨＲ
Ｃ３５以下のソリバイト組織となる。
また上記焼鈍条件により、ジャーナル部以外のセメンタ
イトの黒鉛化は生じない。
イトの黒鉛化は生じない。
（発明の効果）
第５図は以下の条件によって軟化処理した後のカムシャ
フトの各部の残留応力を示すものである。
フトの各部の残留応力を示すものである。
条件：
高周波加熱前ワーク温度 ６５０℃及び７８０℃高周波
昇温加熱条件 （ａ） 周波数・・・５ ＫＨｚ
／５ｅｃ（ｂ）出 力・・・２６Ｋｗ （ｃ）加熱時間・・・１５秒 （ｄ）加熱温度・・−１，０５０℃ 高周波保持加熱条件 ａ）周波数・・・３ ＫＨｚ
／５ｅｃｂ）出 力・・・１８Ｋｗ Ｃ）保持時間・・・３０秒 ｄ）加熱温度・・・１．０５０℃ 電気炉焼鈍条件 ａ）加熱温度・・・６００℃
ｂ）保持時間・・・２Ｈ 第５図及び以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、離型直後の赤熱状態（６００〜９００℃）にある鋳
造品の一部を高周波加熱することで表層部と内部との温
度差を小さくしたので、加熱により発生する熱応力も非
常に小さく、所要加熱温度まで急速加熱をしてもクラッ
クの発生を防止できる。また、加熱部分とその他の部分
との温度差が少ないため、高周波加熱による変形が少な
しＡ、更に急速加熱の為、不必要部分まで熱が伝わるこ
とを抑制できるので不必要部分の軟化を防止できる
昇温加熱条件 （ａ） 周波数・・・５ ＫＨｚ
／５ｅｃ（ｂ）出 力・・・２６Ｋｗ （ｃ）加熱時間・・・１５秒 （ｄ）加熱温度・・−１，０５０℃ 高周波保持加熱条件 ａ）周波数・・・３ ＫＨｚ
／５ｅｃｂ）出 力・・・１８Ｋｗ Ｃ）保持時間・・・３０秒 ｄ）加熱温度・・・１．０５０℃ 電気炉焼鈍条件 ａ）加熱温度・・・６００℃
ｂ）保持時間・・・２Ｈ 第５図及び以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、離型直後の赤熱状態（６００〜９００℃）にある鋳
造品の一部を高周波加熱することで表層部と内部との温
度差を小さくしたので、加熱により発生する熱応力も非
常に小さく、所要加熱温度まで急速加熱をしてもクラッ
クの発生を防止できる。また、加熱部分とその他の部分
との温度差が少ないため、高周波加熱による変形が少な
しＡ、更に急速加熱の為、不必要部分まで熱が伝わるこ
とを抑制できるので不必要部分の軟化を防止できる
第１図は本発明方法に係る局部軟化方法を実施する前の
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図、第３図及び第４図は本発
明方法の加熱パターンを示すグラフ、第５図は焼鈍後の
カムシャフトの各部の残留応力を示す図、第６図は従来
方法を示すグラフである。 尚、図面中１はカムシャフト、１ａは表層部、１ｂは芯
部、２はカム部、３はジャーナル部、４は加熱部材であ
る。 出 願人 特許 同 代 理 人 弁理士 同 弁理士 同 弁理士 本田技研工業株式会社 電気興業株式会社 下 １） 容一部 大 橋 邦 彦 小 山 有 第 図 第２図 時Ｐ」
カムシャフトの断面図、第２図は局部軟化方法を実施し
た後のカムシャフトの断面図、第３図及び第４図は本発
明方法の加熱パターンを示すグラフ、第５図は焼鈍後の
カムシャフトの各部の残留応力を示す図、第６図は従来
方法を示すグラフである。 尚、図面中１はカムシャフト、１ａは表層部、１ｂは芯
部、２はカム部、３はジャーナル部、４は加熱部材であ
る。 出 願人 特許 同 代 理 人 弁理士 同 弁理士 同 弁理士 本田技研工業株式会社 電気興業株式会社 下 １） 容一部 大 橋 邦 彦 小 山 有 第 図 第２図 時Ｐ」
Claims (3)
- （１）金型内に溶湯を注湯した後、金型と接触する溶湯
表層部が高硬度チル組織の殻状の凝固層となった時点で
離型し、離型した鋳造品が赤熱状態にあるうちに鋳造品
の軟化すべき部分を高周波誘導加熱によって昇温及び保
持し、次いで高周波誘導加熱を停止して常温付近まで降
温せしめた後、鋳造品全体を炉内で加熱して応力除去の
ための焼鈍を行うようにしたことを特徴とする鋳造品の
局部軟化方法。 - （２）前記高周波誘導加熱による加熱保持温度を１００
０〜１１００℃とし、応力除去のための焼鈍における加
熱保持温度を５５０℃〜６００℃とすることを特徴とす
る請求項（１）に記載の鋳造品の局部軟化方法。 - （３）前記鋳造品の組成はＪＩＳＦＣ２０〜ＦＣ３０相
当か又はＮｉを０．４〜０．６ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜
１．０ｗｔ％、Ｍｏを０．５〜１．０ｗｔ％を含むもの
としたことを特徴とする請求項（１）に記載の鋳造品の
局部軟化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1990
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