JPS62142744A - ガラス成形用鋳鉄 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はガラス成形用鋳鉄に係り、　４．Ｓにガラス金
型材として要求される優れた被削性および熱伝導度を備
えると共に改みされた金型使用ノｉ命をＩｊ−える前記
ガラス成形用鋳鉄に関する。

（従来の技術） ガラス成形用金型材しては被削性、熱伝導度、ｌ１ｆＦ
＃酸化性および耐ぼう硝性、高温強度および耐熱疲れ性
に優れた材料が要求され、これらの要件をほぼ充足する
ちととして従来上としてねずみ鋳鉄が用いられている。

一般にガラス成形用金型の内面の隅角部にはガラス成形
時に空気が残留するので、この空気を金型外部へ逃がし
てやる必要があり、このためこの隅角部に約φＩＩＩｍ
の金型外部へ通じる長い穴をあける却下が施される。こ
の加ｒ］には細いドリル等を用いるので深い穴を穿孔す
る際にドリルに＃えみが生じ作業が困難となる。また被
却下部が隅角部であることもこの作業の困難さを倍加さ
せる。

以１−４のような加Ｆ：１：の理由からカラス成形用金
型材はまず被削性に溌れていることが必要条件となる。

ここでねずみ＃）１鉄中には片状黒鉛組織が存イ１し、
これが切削加工のさいに生じる切屑を連続させることな
く分断するためその被削性が極めて良い。

次にねずみ鋳鉄は鉄系材料の中では最も熱伝導度に優れ
ている。比較のため表１にねずみ鋳鉄、曹＝通鋼材およ
びステンレス鋼の室温での熱伝導度を示す。

表１．鉄系材料の熱伝導度 材質　　　　　熱伝導度（ｃａｔ／ｃｍ、ｓｅｃ、”０
　）ｆＴ通ねずみ鋳鉄　　　　０．１４　〜０．１８ｆ
イ通鋼材　　　　　　　０．０８　〜０．０９ステンレ
スｗ４０．０３８〜０．０４ このようにねずみ鋳鉄の熱伝導度は佇通鋼の約２　（ｒ
ｊであり、ステンレス鋼の約４倍に相当する。

かかる優れた熱伝導度のため、ガラス成形操業１１７、
に金型全体に生じる温度の不均性は鉄系材料中ではねず
み鋳鉄の場合がＭ小となり、ガラス成形直後の徐冷１程
でガラス製品中に生じる熱ひすみによる破損率が最も少
ない。

またこの金型の優れた熱伝導度によりガラス成形のさい
に高温のガラスより金型への熱移動速度が大きく、ガラ
スが速やかに冷却されて金型より取出されるので生産性
が高められる。

（発明が解決しようとする問題点） このようにねずみ鋳鉄はガラス成形用金型材してはお−
むね主要な条件を備えているので現在一般に用いられて
いるが、実用上は必ずしも未だ充足に満足なものではな
い。

ねずみ鋳鉄製の金型に伴なう欠点は以下に述べるように
使用寿命が比較的短いことである。

（＋）ねずみ鋳鉄中に存在する片状黒鉛の先端部は第２
図の顕微鏡断面写真（倍率１４０倍）に示されるように
先鋭な形状であり、この部分にガラス製造時の熱応力が
集中して亀裂が発生しやすい。

またこの亀裂の伝播により金型表面が劣化ないしは破壊
される。

（２）侍通ねずみ鋳鉄のＳｉＩ＆分は約２％であり、体
積変化の生しるＡ１変ｉ点は約７５０℃と低い、一方こ
れに対して、溶融カラスの金型への投入温度は約８００
°Ｃでありまたガラス製品の取出温度は約５００°Ｃで
ある。このため金型表面は操業巾約５００〜８００℃の
温度区間の繰返しの熱サイクルの影響を受ける。したが
って金型表面は毎回のガラス成形時に約７５０℃のＡＩ
変態にともなう体積変化が生じ、このため極めて大きい
熱応力が繰返し発生して金Ｊｌｊ１表面が急速に劣化し
破壊に至る。

（３）また、ｆＩｔ通ねずみ鋳鉄はＳｉ成分が約２％で
あるので耐酸化性と耐ぼう信性の点で劣っている。

このようにねずみ鋳鉄製のガラス成形用金型は使用寿命
が短いため、従来生産現場では連続操作中にガラス製品
の表面あうさを連続的に観察し。

カラス製品の表面あらさが規定限度を越えた場合に直ち
に金型を交換していた。

本発明の目的は前記従来のねずみ鋳鉄にみられるような
優れた被削性および熱伝導度を保持しつつ、その欠点で
ある比較的高い熱亀裂感受性および耐酸化性、耐ぼう信
性、高温強度等を改廊したガラス成形用鋳鉄を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の前記のし１的は、 Ｃ：２．５〜３．５　　％、 Ｓ　ｉ　：　３．００　〜６．００　　％、Ａλ：０　
〜２．０％、 ＭＯ二〇　　〜　２．０％、 Ｃｒ：０　　〜２．０％、 Ｎｉ：０〜　２．０％、 Ｃｕ：０　　〜３．０％、 残部鉄および通常の不純物成分よりなる組成を看しく前
記成分値はいずれも料量％）、かついも虫状の黒鉛Ｍ１
織を有するガラス成形用鋳鉄を用いることによって達成
される。

（作用） 本発明のガラス成形用鋳鉄においては、そのＣ成分によ
って形成されるはＣ片状の黒鉛組織により、得られるガ
ラス金型材の被削性および熱伝導度が基本的には従来の
ねずみ鋳鉄によるものと同様に極めてすぐれており、金
型への穿孔等の複雑な加工を容易なものとすると共に、
ガラス製品の熱ひずみによる破損率を低下させかつ製品
の迅速な取出しを可能にして生産性を向上させることが
できる。

そして特に本発明のガラス成形用鋳鉄においては、従来
のねずみ鋳鉄に比較して、Ｓｉ成分を増加させたことに
より耐酸化性が向上されかつＡｔ変態点が上ｇ１シて金
型材に対する熱サイクルの影響を回避することによって
金型の使用寿命が改善される。またＣ成分およびその他
の成分が前記特定の範囲に＠定されているので、片状黒
鉛組織の相当部分がたとえば第１図の顕微鏡断面写真（
倍率１４０倍）に示すように先端の丸味のあるいも虫状
形態となり、熱応力の集中による亀裂の発生が抑ＩＬさ
れて金型材の表面の劣化ないしは破損が防止される。

その池水発明においてはざらに夫々の所定範囲で複合療
加される前記Ａ見、Ｘｉ、　Ｃｒ、ＭＯｌＣｕ等の合金
化元素により、金型材のＩＩｔ酸化性および耐ぼう信性
等が向−ヒし基地金属組織が微細化しかつ強度が増大す
る。

本発明のガラス成形用鋳鉄に用いられる前記各成分の作
用およびそれらの数値限定の意義ならびに黒鉛組織の形
状の限定について以下さらに説明する。

Ｃは本発明のガラス成形用鋳鉄中に黒鉛組織を形成する
主元素であり、この縫は直接黒鉛化の度合およびその形
状に′＃響を及ぼす０本発明においては良好な熱伝導特
性およびいも去状の黒鉛形態を得るための最適なＣの範
囲を２．５〜３．５％（重量％、以下同じ）とした。２
６５％以下のＣ量では黒鉛量が不足し、一方３．５％以
上ではいも虫状黒鉛が得難くなるためである。

Ｓｉは鋳鉄のＡｔ変態点を上昇させかつ耐酸化性を改善
する目的で加えられ、その範囲は３．００〜６．００％
である。　Ａｔ変態点を８００℃以上とするためには３
％以上のＳｉ成分が必要であるが、Ｓｉが６％を越える
と基地のフェライト中に脆い金属間化合物力（多く生じ
るため好ましくない。

Ａ見は鋳鉄のＡ１変態点を上昇させまた１耐酸化性を改
善するが、多機の添加は溶湯の鋳造性を阻害するのでそ
の範囲を０〜２％とした。

ＭＯは鋳鉄の基地金属部の強度を改善し、とくに熱電ｇ
Ｊ感受性を鈍化させるため添加する元素であるが、添加
着が２％を越えると粒界に炭化物を生じ材質を脆くさせ
るのでその範囲を０〜２％とした。

Ｃｒは基地金属をｗＩ密化しかつ耐熱性の改善に効果が
ある。しかし、２％以上を添加するとＭ。

と同様に粒界に炭化物を生成し材質を脆くさせるのでそ
の範囲を０〜１．５％とした。

Ｎｉは基地金属を微細化させ、かつ酸化膜の安定に寄！
トする効果が大である。しかし、この効果はＮｉ２％以
上としてもあまり有効ではないため０〜２％の範囲とし
た。

ＣｕはＮｉと同様に基地金属を微細化させるために有効
であるが、３％以上添加するとかえって高温強度を低ド
させるためその範囲を０〜３％とした。

黒鉛組織は金型材としての鋳鉄の被削性と熱伝導度に直
接影響を及ぼし、前記のようになるべく片状に近くかつ
いも去状の形状のものを多く含むことが望ましいが、実
際上の点から厳密な形状および量的な特定は不可能であ
るので、現場実験で良好な結果の得られた金型の黒鉛組
織の観察に基いて決定した。第１図の顕微鏡写真１（倍
率１４０倍）に示すいも虫状の黒鉛を全黒鉛清の２０％
以ｌ二含むものが好ましい。

実施例 本発明のガラス成形用鋳鉄の各成分を前記の各範囲内で
種々に変化させたものを通常の方法によって製造し、そ
れらのガラス金型として必要な品持性を従来のねずみＭ
鉄と比較して検討した。

表２は本発明鋳鉄の試料（Ａ−Ｆ）の各成分組成をそれ
らの耐酸化性の尺度としての酸化増賃（ＩＩＫ／　Ｃｒ
ｎ’　）とノζに示す。表中、酸化増殖は８５Ｑ°Ｃ１
２４時間の条件で測定した値である。

以ド余白 表２からも明らかなように本発明鋳鉄の酸化の度合はＳ
従来ねずみ鋳鉄に比較して約１１５〜１／９に減少しで
おりその１耐酸化性は著しく向にされている。

次に本発明鋳鉄（試料Ｂ、Ｅ）と従来ねずみ鋳鉄の室温
（２０℃）および６００℃での１耐力を試験しその結果
を表３に示す。

表３　耐力（０，２％）試験結果 ２０℃　　　　　　６００℃ （ｋｇ／　ｃ　ｍ’　）　　　　（ｋｇ／　ｃ　ｍ’　
）本発明鋳鉄Ｂ　　　１５．１　　　　　　１２．５Ｅ
　　　１３．６　　　　　　１０．３ねずみ鋳鉄　　　
７．８　　　　　　３．４（耐力においては本発明鋳鉄
は従来ねずみ鋳鉄のほぼ３倍程度の（ｄｉとなっている
。

すでに述べたように、従来ねずみ鋳鉄のガラス成形用金
型のハサイクルによる急速な劣化のｆＥな原因は熱つか
れによるものである。すなわち！１１１のように金型表
面か約５００〜８００℃の温度範囲で繰返し加熱冷却さ
れるため金型表面はＡｌ変態点（約７５０℃）を繰返し
通過することとなり、このさい変ｔムにともなう体積変
化が生じてこれが極めて大きい熱応力に変換される。従
来のねずみ鋳鉄ではこの熱応力が鋭い切欠形状の片状黒
鉛先端部に集中するため多数の亀裂が容易に発生し破壊
に至っていた。本発明鋳鉄においては従来鋳鉄のこのよ
うな欠点を補うためＡｌ　ｆ態点Ｅ昇効果の強い合金成
分としてＳｉ成分を増大させると共にＡｉの添加を行な
った。　Ａｔ変態点のに昇を従来鋳鉄の場合と比較して
表４に示す。

表４ 材質種類　　　　　Ａｌ変ｙム点（℃）未発１１鉄Ａ　
　　　　９１２ ねずみｐ１鉄　　　　　７４３ 表４からＩ！ＩＩらかなように本発明鋳鉄（試料Ａ、Ｃ
，Ｆ）のＡ１変態点はいずれも充分に８００℃以トとな
り、金型の熱サイクルによる影響を避けることができた
。これはその他の試料Ｂ、Ｄ、Ｈについても同様であっ
た。

また金型にはＡｌｚ点通過のさいに生じる熱応力以外に
も単純な加熱冷却にともなう熱応力が発生し、これが片
状黒鉛の先端部に集中するのでこれらの応力集中を避け
るため片状黒鉛の先端部形状に丸味を榮え、片状黒鉛形
状をいも去状とした。

前記第１図の顕微鏡断面写真は本発明鋳鉄の試料Ｅにお
ける黒鉛組織を示す。

写真のように黒鉛形状は先端が丸味を帯びており、適当
に分散しているのでねずみ鋳鉄の優れた切削性や熱伝導
度はそのまま保持されている。

表５に本発明鋳鉄と従ねずみ来鋳鉄を５００〜８００°
Ｃに３６０００回繰返し加熱冷却の熱サイクルを７１、
えた場合の結果を示す。

表５クラック試験結果 個数　　　１ｉ均深さ　最大深さ くｍ＋ｓ）　　　　（ｍ） 本発す１＃Ｐ１鉄Ｂ　　　２７　　　　０．０４３　　
０．１４０　　３８　　　　０．０４８　　０．１８Ｅ
　　　２３　　　　０．０２５　　０．（１９ねずみ鋳
鉄　　　７Ｅｉ　　　　　Ｏ，１０３０，４３本発明鋳
鉄のクラック発生個数およびその深さはいずれも従来ぬ
すみ鋳鉄に比較して大幅に減少している。

（効果） 本発明によるガラス成形用＃ｆｉは、ガラス成形用とし
て従来のねずみ鋳鉄の場合と同様に優れた被削性を有し
て加工が容易であると共に、良好な熱伝導度のために製
品ガラスを大きな生産速度でかつ歩留り良く生産するこ
とができる。そして特に本発明のガラス金型成形用鋳鉄
は腐食ならびに熱的および機械的応力に対する耐性に優
れ、その金型使用寿命が著しく増大される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ガラス成形用鋳鉄の組織断面を拡大して
示すｍｅ鏡写真、ｍ２図は従来技術のガラス成形用鋳鉄
の組織断面を拡大して示す顕微鏡写真である。 特許出願人　　東洋鋳工株式会社 □　　　　　　　！ 代理人弁理士　小　原　二　部・　　゛（ほか１名） 第１　区 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：２．５〜３．５％、 Ｓｉ：３．００〜６．００％、 Ａｌ：０〜２．０％、 Ｍｏ：０〜２．０％、 Ｃｒ：０〜２．０％、 Ｎｉ：０〜２．０％、 Ｃｕ：０〜３．０％、 残部鉄および通常の不純物成分よりなる組成を有し（前
   記成分量はいずれも重量％）、かついも虫状の黒鉛組織
   を有することを特徴とするガラス成形用鋳鉄。
2. （２）いも虫状の黒鉛組織が全黒鉛の２０％以上である
   前記特許請求の範囲第１項記載のガラス成形用鋳鉄。