JPH06256890A - Heat resistant iron alloy for casting - Google Patents
Heat resistant iron alloy for castingInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、耐熱鋳鉄等の耐熱性
鋳物用鉄合金に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to heat-resistant cast iron alloys such as heat-resistant cast iron.
【０００２】[0002]
【従来の技術】耐熱鋳鉄等の耐熱性鋳物用鉄合金とし
て、多量のNiを含みニレジストと称される，オーステナ
イトダクタイル鋳鉄があり、その良好な耐熱性から広く
用いられている。2. Description of the Related Art As an iron alloy for heat-resistant castings such as heat-resistant cast iron, there is austenite ductile cast iron called Niresist which contains a large amount of Ni and is widely used because of its good heat resistance.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のオ
ーステナイトダクタイル鋳鉄においても、その耐熱性に
も限界があり、この耐熱性をより以上に向上させること
が望まれている。By the way, this kind of austenitic ductile cast iron also has a limit in heat resistance, and it is desired to further improve this heat resistance.
【０００４】そして、その耐熱性の向上に際しては、そ
の製造コストが安価であることも同時に求められてい
る。In order to improve the heat resistance, it is required at the same time that the manufacturing cost is low.
【０００５】この発明は、このような事情に基づいてな
されたもので、製造コストが安価でありながら、従来の
オーステナイトダクタイル鋳鉄よりも耐熱性の優れた耐
熱性鋳物用鉄合金を提供することを目的とするものであ
る。The present invention has been made under such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a heat-resistant cast iron alloy having a heat resistance superior to that of the conventional austenitic ductile cast iron, though the manufacturing cost is low. It is intended.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、13〜40%の範囲内のNiと、
3.5〜7.0%の範囲内のSiと、2.5%以下のCとを含み、残部
を実質的にFeとしたことを特徴とする。In order to achieve this object, the invention according to claim 1 provides Ni in the range of 13 to 40%,
It is characterized in that Si in the range of 3.5 to 7.0% and C in the range of 2.5% or less are contained, and the balance is substantially Fe.
【０００７】[0007]
【作用】請求項１記載の発明によれば、Cを2.5%以下と
少なくするので、合金組織中においては黒鉛が球状化さ
れ、熱疲労性や耐力の改善により、合金の耐熱性が向上
する。そのうえ、C量を調整するものであるため、製造
コストを高価にすることもない。According to the invention described in claim 1, since C is reduced to 2.5% or less, graphite is spheroidized in the alloy structure, and heat fatigue resistance and proof stress are improved, so that heat resistance of the alloy is improved. . Moreover, since the amount of C is adjusted, the manufacturing cost is not increased.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、実施例によりこの発明を説明する。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples.
【０００９】まず、実施例の合金と比較例としての従来
のオーステナイトダクタイル鋳鉄のFe以外の化学組成
（重量％）を、表．１に示す。First, the chemical compositions (% by weight) other than Fe of the alloys of the examples and the conventional austenitic ductile cast iron as comparative examples are shown in Table. Shown in 1.
【００１０】 実施例の前記化学組成において、各化学成分を前記とし
た理由は次のとおりである。[0010] The reason why each chemical component in the chemical composition of the example is as described above is as follows.
【００１１】すなわち、Si量については、3.5%より小さ
くすると合金の耐酸化性が低下し，7.0%より大きくする
と合金がもろくなり切削性が悪くなるからである。That is, when the Si content is less than 3.5%, the oxidation resistance of the alloy decreases, and when it exceeds 7.0%, the alloy becomes brittle and the machinability deteriorates.
【００１２】Ni量については、13%より小さくすると合
金のオーステナイト化が困難となり，40%より大きくす
ると合金が軟化するからである。When the Ni content is less than 13%, it becomes difficult to austenite the alloy, and when it exceeds 40%, the alloy softens.
【００１３】Cr量については、1.0%より小さくすると高
温での合金の熱疲労性が低下するとともに高温強度が低
下し，4.0%より大きくすると合金中の黒鉛がくずれるか
らである。このCr量としては、2.0〜3.5%の範囲がとく
に有効である。When the Cr content is less than 1.0%, the thermal fatigue resistance of the alloy at high temperature is lowered and the high temperature strength is lowered, and when it is more than 4.0%, the graphite in the alloy is broken. The Cr amount is particularly effective in the range of 2.0 to 3.5%.
【００１４】Nb量については、Nbが結晶粒内で化合物を
形成するものであるので、0.1%より小さくすると結晶粒
内での化合物形成が行なわれにくく結晶粒界での不純物
除去作用が低下する。Nb量を1.0%より大きくすると、合
金の基地中に多量の化合物が発生し合金の靭性が低下す
るからである。Regarding the amount of Nb, since Nb forms a compound in the crystal grain, if it is less than 0.1%, the compound formation in the crystal grain is difficult to occur and the impurity removing action at the crystal grain boundary is deteriorated. . This is because when the Nb content is larger than 1.0%, a large amount of compounds are generated in the matrix of the alloy and the toughness of the alloy is reduced.
【００１５】Moは、Siの添加によりもろくなる合金に靭
性を付与して合金基地の強度を高めるものであるが、Mo
量を0.3%より小さくすると付与される靭性が小さく，2.
0%より大きくするとMoの化合物が発生することにより靭
性が低下するからである。Mo is a material that imparts toughness to an alloy that becomes brittle with the addition of Si and enhances the strength of the alloy matrix.
If the amount is less than 0.3%, the toughness imparted is small, and 2.
This is because if it is larger than 0%, the toughness is reduced due to the generation of a Mo compound.
【００１６】Ce量については、0.01%より小さくすると
合金の耐酸化性が低下し，1.0%より大きくすると結晶粒
界に不純物が発生してもろくなるからである。When the amount of Ce is less than 0.01%, the oxidation resistance of the alloy is lowered, and when it is more than 1.0%, even if impurities are generated in the grain boundaries, the amount of Ce becomes brittle.
【００１７】なお、前記比較例１はASTM規格のD-2（ISO
規格のNiCr20 2）に相当する合金であり、前記比較例２
はASTM規格のD-5（ISO規格のNi35）に相当する合金であ
る。The comparative example 1 is based on ASTM standard D-2 (ISO
It is an alloy corresponding to the standard NiCr20 2), and the comparative example 2
Is an alloy corresponding to ASTM standard D-5 (ISO standard Ni35).
【００１８】このような化学組成からなる実施例および
比較例の各鉄合金を同一条件で鋳造し、一定形状のテス
トピースを形成し、これを所要の測定器で測定すること
によって各鉄合金の機械的性質を得た。各鉄合金の機械
的性質は表．２に示すとおりである。The iron alloys of Examples and Comparative Examples having such a chemical composition were cast under the same conditions to form a test piece of a constant shape, and the test piece was measured by a required measuring instrument to obtain a test piece of each iron alloy. Obtained mechanical properties. The mechanical properties of each iron alloy are shown in the table. It is as shown in 2.
【００１９】なお、表．２において、常温とは２０℃の
値であり、高温とは９００℃での値である。Table. In 2, the room temperature is a value of 20 ° C., and the high temperature is a value of 900 ° C.
【００２０】 ところで、前記実施例の金属組織を顕微鏡で観察する
と、その黒鉛は概ね球状化されており、浮上黒鉛はほと
んど見あたらないものである。[0020] By the way, when the metallographic structure of the above-mentioned example is observed with a microscope, the graphite is almost spherical, and the levitation graphite is hardly found.
【００２１】そこで、この実施例の合金に関して、その
添加された炭素量およびSi量を変動させて、合金組織中
に浮上黒鉛を生じず，黒鉛が球状化される範囲を炭素当
量とNi量との関係下において、調査してみると図１に斜
線部で示すように、炭素当量をＹとし、前記Ni量をＸと
した場合、Ｙ≦（−0.93／20）Ｘ＋5.0 のようであっ
た。なお、炭素当量CEは、CE=C+1/3*Siで定義され、Cは
炭素量、Siはシリコン量である。Therefore, regarding the alloy of this example, the added carbon amount and Si amount were varied so that the floating graphite was not generated in the alloy structure and the graphite was spheroidized within the range of carbon equivalent and Ni amount. When the carbon equivalent is Y and the Ni content is X as shown by the shaded area in FIG. 1, it seems that Y ≦ (−0.93 / 20) X + 5.0. It was The carbon equivalent CE is defined by CE = C + 1/3 * Si, where C is the amount of carbon and Si is the amount of silicon.
【００２２】そして、前記実施例の合金は、前記炭素当
量の条件を満足しており、前記事実と合致するものであ
る。The alloys of the above-mentioned examples satisfy the above-mentioned conditions of carbon equivalent and are in agreement with the above facts.
【００２３】このような実施例と前記各比較例の合金を
用いて、それぞれ所定形状の棒状のテストピースを鋳造
して、次のような熱疲労試験を行なった。Using the alloys of the examples and the comparative examples described above, rod-shaped test pieces having predetermined shapes were cast, and the following thermal fatigue tests were conducted.
【００２４】この熱疲労試験は、合金の耐熱性に密接な
関連性を有する熱疲労性を試験するものであって、テス
トピースの両端をサーボパルサーに保持させ、そのテス
トピースを高周波装置で加熱し，圧縮空気で強制的に冷
却させることにより一定の熱サイクルを加え、そのテス
トピースが破断するまでに加えた熱サイクルの回数を測
定するものである。This thermal fatigue test is to test the thermal fatigue property which is closely related to the heat resistance of the alloy. Both ends of the test piece are held by the servo pulser and the test piece is heated by a high frequency device. Then, a constant heat cycle is applied by forcibly cooling with compressed air, and the number of heat cycles applied until the test piece breaks is measured.
【００２５】前記熱サイクルは、具体的には１５０℃の
テストピースを高周波装置で加熱して９００℃まで１０
０秒で昇温させ、９００℃で３０秒間保持させた後、圧
縮空気を吹き付けて２１０秒で１５０℃に冷却するもの
である。In the heat cycle, specifically, a test piece at 150 ° C. is heated by a high frequency device to 900 ° C. for 10 seconds.
The temperature is raised in 0 second and kept at 900 ° C. for 30 seconds, and then compressed air is blown to cool it to 150 ° C. in 210 seconds.
【００２６】そして、サーボパルサーに保持されたテス
トピースにかかる荷重は常温で0.25kgf/mm2にそろえて
セットすることとし、この熱疲労試験においては、前記
テストピースを軽く拘束した軽拘束の場合と、前記テス
トピースの両端を完全に固定した完全拘束の場合との２
種類についてそれぞれ行なった。Then, the load applied to the test piece held by the servo pulser is set to be 0.25 kgf / mm 2 at room temperature, and in this thermal fatigue test, in the case of light restraint in which the test piece is restrained lightly. And the case of complete restraint in which both ends of the test piece are completely fixed.
Each type was performed.
【００２７】このようにして得られた前記実施例および
各比較例の熱疲労試験の結果は図２に示すとおりであ
る。図２において、斜線の施された棒グラフは軽拘束で
の試験結果を示し、白抜きの棒グラフは完全拘束での試
験結果を示す。The results of the thermal fatigue test of the above-mentioned Examples and Comparative Examples thus obtained are shown in FIG. In FIG. 2, the shaded bar graph shows the test results under light restraint, and the white bar graph shows the test results under complete restraint.
【００２８】軽拘束での試験結果において、実施例は比
較例１の1,70倍の耐久性を示し、比較例２の1.45倍の耐
久性を示している。In the test results under light restraint, the example shows a durability of 1,70 times that of Comparative Example 1 and the durability of 1.45 times that of Comparative Example 2.
【００２９】完全拘束での試験結果においても同様の傾
向が認められるが、いずれの合金のテストピースにおい
ても繰り返し回数が少ないため、各合金の耐酸化性の大
小による影響が少なく、比較的耐酸化性が小さいと考え
られる比較例１の耐久性が相対的にそれほど小さくは現
われていない。A similar tendency is observed in the test results under complete restraint, but since the number of repetitions is small in the test pieces of any alloy, the influence of the oxidation resistance of each alloy is small and the oxidation resistance is comparatively low. The durability of Comparative Example 1, which is considered to have a small property, does not appear to be relatively small.
【００３０】これらの試験結果を総合的に評価すると、
実施例の合金は、比較例１および２のいずれよりも良好
な熱疲労に対する耐久性を有するものである。Comprehensively evaluating the results of these tests,
The alloys of Examples have better durability against thermal fatigue than either of Comparative Examples 1 and 2.
【００３１】かかる熱疲労試験（軽拘束）により破断し
た各テストピースの破断面を観察すると、前記比較例１
においては酸化が激しく，酸化による剥離が認められ、
比較例２においては酸化はそれほど顕著ではないもの
の、表面に大きなクラックの発生が認められる。一方、
前記実施例の場合には、酸化が顕著でないことは比較例
２と同様であるが、その破断面には微小なクラックが存
在するものの比較例２のような大きなクラックは皆無で
あった。When the fracture surface of each test piece fractured by the thermal fatigue test (light restraint) is observed, the above-mentioned Comparative Example 1 is obtained.
In, the oxidation was severe and peeling due to oxidation was observed.
In Comparative Example 2, although the oxidation was not so remarkable, large cracks were observed on the surface. on the other hand,
In the case of the above-mentioned Example, the oxidation was not remarkable as in Comparative Example 2, but there were no large cracks as in Comparative Example 2 although there were minute cracks on the fracture surface.
【００３２】このような観察結果を前記熱疲労試験の結
果と対照させると、合金の熱疲労性は、前記の大きなク
ラックの発生が影響しているものと考えられる。Contrasting these observation results with the results of the thermal fatigue test, it is considered that the thermal fatigue properties of the alloy are affected by the occurrence of the large cracks.
【００３３】そこで、前記クラックの発生状況を観察す
ると、これらのクラックは黒鉛部分から発生し、粒界に
沿ってクラックが進行していた。また、酸化も黒鉛の周
辺およびクラックに沿って生じていることが確認され
た。Then, observing the occurrence of the cracks, it was found that these cracks were generated from the graphite portion and progressed along the grain boundaries. It was also confirmed that the oxidation also occurred around the graphite and along the cracks.
【００３４】このような観察結果を考えると、合金の熱
疲労性を向上させるには、合金組織中での黒鉛形状を球
状とすることが重要であると考えられる。Considering these observation results, it is considered important to make the graphite shape in the alloy structure spherical in order to improve the thermal fatigue resistance of the alloy.
【００３５】実施例の合金においては、前記したように
炭素量を低減させ、浮上黒鉛が発生せず，黒鉛が球状化
する条件を備えているので、その黒鉛の球状化率が各比
較例よりも良好であり、これが前記熱疲労試験の結果と
して反映されたものと考えられる。In the alloys of the examples, as described above, the carbon content is reduced, the floating graphite is not generated, and the graphite is spheroidized. Therefore, the spheroidization rate of the graphite is higher than that of each comparative example. Is also good, and this is considered to be reflected as the result of the thermal fatigue test.
【００３６】次に、これらの実施例と前記各比較例の合
金をそれぞれ所定の矩形状に鋳造してなるテストピース
を用いて行なった耐酸化試験について説明する。Next, an oxidation resistance test carried out using test pieces obtained by casting the alloys of these Examples and the above-mentioned Comparative Examples into predetermined rectangular shapes will be described.
【００３７】この耐酸化試験も、前記熱疲労試験と同様
に合金の耐熱性と密接な関連性を有するものであって、
荷重の加わらないテストピースに加熱炉を用いて大気中
で一定の熱サイクルを加えてこれに伴う酸化減量を測定
するものである。This oxidation resistance test also has a close relationship with the heat resistance of the alloy, like the thermal fatigue test,
A test piece to which no load is applied is subjected to a constant heat cycle in the atmosphere using a heating furnace, and the resulting oxidation loss is measured.
【００３８】この熱サイクルは、具体的には、２００℃
のテストピースを加熱炉で３０秒加熱して８７０℃と
し、８７０℃の状態を３００秒間維持させ、この後１２
０秒で２００℃に冷却するものである。Specifically, this thermal cycle is carried out at 200 ° C.
The test piece of 1. was heated in a heating furnace for 30 seconds to 870 ° C., and the state of 870 ° C. was maintained for 300 seconds.
It is cooled to 200 ° C. in 0 seconds.
【００３９】そして、この耐酸化試験においては、前記
熱サイクルを５００回繰り返した時点での酸化減量と、
１０００回繰り返した時点での酸化減量とを測定した。In this oxidation resistance test, the oxidation weight loss at the time point when the above heat cycle was repeated 500 times,
The oxidation weight loss at the time of repeating 1000 times was measured.
【００４０】これらの測定結果は、図３に示すとおりで
あり、図３において斜線を施した棒グラフは５００回時
点での酸化減量，白抜きの棒グラフは１０００回時点で
の酸化減量を示す。The results of these measurements are shown in FIG. 3. In FIG. 3, the shaded bar graph shows the oxidation loss at the time of 500 times, and the white bar graph shows the oxidation loss at the time of 1000 times.
【００４１】図３から明らかなように、比較例１の酸化
減量は５００回，１０００回のいずれの時点においても
極めて大きく、この比較例１に較べると比較例２および
実施例の耐酸化性は極めて良好である。As is apparent from FIG. 3, the weight loss on oxidation of Comparative Example 1 is extremely large at any time of 500 times and 1000 times, and the oxidation resistance of Comparative Example 2 and Example is higher than that of Comparative Example 1. Very good.
【００４２】しかし、比較例２と実施例のテストピース
について、その金属組織を顕微鏡で観察すると、比較例
２の表面には厚く酸化層が形成されており、比較例２の
酸化減量が小さいことはその酸化層が剥がれにくいこと
によるものと考えられる。However, when the metal structures of the test pieces of Comparative Example 2 and the Example were observed with a microscope, a thick oxide layer was formed on the surface of Comparative Example 2, and the oxidation weight loss of Comparative Example 2 was small. It is considered that the oxide layer is hard to peel off.
【００４３】一方、実施例においては、表面に形成され
ている酸化層が前記比較例２よりも薄いものである。On the other hand, in the example, the oxide layer formed on the surface is thinner than that of the comparative example 2.
【００４４】したがって、実施例は、前記比較例１はも
ちろんのこと，前記比較例２と較べても酸化減量が少な
く酸化層も薄いことから、その合金自体は酸化されにく
いものであると結論することができる。Therefore, it is concluded that the alloy itself is less likely to be oxidized because the Example has less oxidation loss and a thinner oxide layer than the Comparative Example 1 as well as the Comparative Example 2. be able to.
【００４５】さらに、これらの実施例と各比較例とにつ
いて、その熱膨張率と成長性とをそれぞれ測定した。な
お、成長性については、２０℃から９００℃までの昇降
温を１０回繰り返してその寸法変化から測定した。Further, the coefficient of thermal expansion and the growth property of these examples and comparative examples were measured. The growth property was measured from the dimensional change of the temperature rising and falling from 20 ° C. to 900 ° C. repeated 10 times.
【００４６】これらの測定結果は、表．３に示すとおり
である。The results of these measurements are shown in Table. It is as shown in 3.
【００４７】 表．３からあきらかなように、熱膨張率は比較例２が最
も小さいが、合金の耐熱性と関連があるものと考えられ
る成長性については、実施例が最も小さく、これに次い
で比較例２が小さく、比較例１はかなり大きいものであ
り、前記の熱疲労試験および耐酸化試験の結果を裏付け
るものとなっている。[0047] table. As is clear from Comparative Example 3, the coefficient of thermal expansion is the smallest in Comparative Example 2, but the growthability which is considered to be related to the heat resistance of the alloy is the smallest in Example, and the second smallest in Comparative Example 2. Comparative Example 1 is considerably large and supports the results of the thermal fatigue test and the oxidation resistance test.
【００４８】以上の各試験の結果から、前記実施例の合
金は比較例として示した従来の耐熱鋳鉄と較べて良好な
耐熱性を有するものであり、高価な成分を多量に使用す
るものでなく，炭素量を低減させたものであるので、そ
の製造コストが高価になることもない。From the results of the above tests, the alloys of the above-mentioned examples have better heat resistance than the conventional heat-resistant cast iron shown as a comparative example, and do not use a large amount of expensive components. Since the carbon content is reduced, the manufacturing cost does not increase.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、Cを2.5%以下と少なくするので、合金組織
中においては黒鉛が球状化され、熱疲労性や耐力の改善
により、合金の耐熱性が向上する。そのうえ、C量を調
整するものであるため、製造コストを高価にすることも
ない。As described above, according to the invention described in claim 1, since C is reduced to 2.5% or less, the graphite is spheroidized in the alloy structure, and thermal fatigue resistance and proof stress are improved. , The heat resistance of the alloy is improved. Moreover, since the amount of C is adjusted, the manufacturing cost is not increased.
【００５０】さらに、Siの含有量が3.5〜7.0%であるの
で鋳造性が良好であり、薄肉の鋳物の鋳造が容易とな
る。Further, since the Si content is 3.5 to 7.0%, the castability is good and the casting of a thin cast product becomes easy.
【図１】実施例の合金において、その炭素等量およびNi
量を変化させた場合の浮上黒鉛の発生しない範囲を示す
グラフである。FIG. 1 is a graph showing the carbon equivalent and Ni in the alloys of Examples.
It is a graph which shows the range where floating graphite is not generated when the amount is changed.
【図２】熱疲労試験の試験結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing test results of a thermal fatigue test.
【図３】耐酸化試験により得られた酸化減量を示すグラ
フである。FIG. 3 is a graph showing the oxidation weight loss obtained by the oxidation resistance test.
Claims (3)
囲内のSiと、2.5%以下のCとを含み、残部を実質的にFe
としたことを特徴とする耐熱性鋳物用鉄合金。1. A Ni content within the range of 13-40%, a Si content within the range of 3.5-7.0%, and a C content of 2.5% or less, with the balance being substantially Fe.
A heat-resistant iron alloy for castings, characterized in that
いて、その鋳物用鉄合金の炭素当量をＹとし、前記Ni量
をＸとした場合、Ｙ≦（−0.93／20）Ｘ＋5.0 を満足さ
せることを特徴とする耐熱性鋳物用鉄合金。2. The heat-resistant casting iron alloy according to claim 1, wherein Y ≦ (−0.93 / 20) X + 5.0, where Y is the carbon equivalent of the casting iron alloy. A heat-resistant cast iron alloy characterized by satisfying the requirements.
合金において、1.0〜4.0%の範囲内のCrを含むことを特
徴とする耐熱性鋳物用鉄合金。3. The heat-resistant cast iron alloy according to claim 1 or 2, wherein the heat-resistant cast iron alloy contains Cr in the range of 1.0 to 4.0%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4621593A JPH06256890A (en) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | Heat resistant iron alloy for casting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4621593A JPH06256890A (en) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | Heat resistant iron alloy for casting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06256890A true JPH06256890A (en) | 1994-09-13 |
Family
ID=12740885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4621593A Pending JPH06256890A (en) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | Heat resistant iron alloy for casting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06256890A (en) |
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