JPS62211348A

JPS62211348A - 加熱再溶融表面硬化用鋳鉄

Info

Publication number: JPS62211348A
Application number: JP5446186A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujiki; 章藤木; Yoshihiro Marai; 馬来　義弘; Makoto Kano; 眞加納
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1987-09-17
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH0730426B2

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】［９，明の目的］（産業上の利用分野）この発明は表面硬化用鋳鉄に関し、より詳しくは、高密
度エネルギ源により鋳鉄表面を加熱再溶融し、自己冷却
によって形成したチル層内でのブローホールの発生を防
止して耐摩耗性を向丘させるのに利用される表面硬化用
特殊鋳鉄に関するものである。

（従来の技術）近年、レーザビーム、電子ビーム、ＴＩＧアーク、プラ
ズマアーク等の高密度エネルギ熱源により鋳鉄表面を加
熱再溶融し、自己冷却によってち密なセメンタイトから
なるチル層を形成させる鋳鉄の表面硬化法が採用されて
いる。

この場合、普通鋳鉄を用いて上記の加熱再溶融を行い、
自己冷却によって鋳鉄表面に再溶融チル層を形成すると
、そのチル層内にブローホールを発生することが多く、
硬化表面層の＃摩耗性を阻害する。そこで、従来におい
てこの種の表面硬化に供される特殊鋳鉄としては、高価
な希土類元素等を多く添加したものがあった（例えば、
特開昭６０−５８１９号公報）。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の特殊鋳鉄では、資源的
にかなり限られた希土類元素を添加するため、経済性お
よび安定供給性といった面から制約をうけることがあり
、用途が限定されるうえに耐摩耗性が不七分であるとい
う問題点があった。

この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、鋳鉄に脱酸性がありかつ耐摩耗性向上効果のあ
るＢｌ単独で含有させるか、あるいはこ（７）Ｂと共に
Ｍｇ、Ａｉ、Ｃａ、Ｚｎ。

Ｚｒ等の脱酸元素の１種以上を添加することによって、
＃ｊｇ鉄表面の再溶融チル層内でのブローホールの発生
がなくかつ耐摩耗性が良好である表面硬化用鋳鉄を低コ
ストで提供することを目的としている。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は、Ｃを２．５〜４．０重量％、Ｓｉを０．５
〜３．５重量％、Ｍｎを０．２〜１．０毛量％１Ｐを０
．０２〜０．８重量％含有し、さらに、脱酸効果があり
かつ＃厚耗性向上効果があるＢを単独では０．００５〜
０．０５重量％含有するか、もしくはＢを０．００２〜
０．０２重量％含有しかつこのＢとＭｇ、ＡＭ、Ｃａ、
Ｚｎ。

Ｚｒ等の脱酸元素とを合計で０．０２〜Ｏ，１重量％含
有する表面硬化用鋳鉄とすることによって、レーザビー
ム、電子ビーム、ＴＩＧアーク。

プラズマアーク等の高密度エネルギ８ａを用いて本発明
に係る鋳鉄表面を再溶融・自己冷却させた時に、当該鋳
鉄表面にブローホールが発生するのを防止しつつセメン
タイトを主体とするチル層を形成させることができ、耐
Ｉｔｉ耗性を向上させることができるようにしたもので
ある。

このように、Ｂを単独で、もしくはＭｇ。

Ａ見、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒと共に複合で適量添加すること
によって以下に示すような効果を示す。

すなわち、普通鋳鉄の表面を上記に例示した高密度エネ
ルギ熱源を用いて加熱再溶融すると、溶解される基地中
の黒鉛と鋳鉄中の内在酸素および／または雰囲気中の酸
素とが結合してＣ０１ＣＯ２ガスが発生するが、この発
明による特殊鋳鉄では、添加されたＢ等の脱酸効果を有
する元素が前記酸素と優先的に結合し、黒鉛との結合に
よるガス化を阻止することによって、チル層内でのブロ
ーホールの発生を防止することができる。

さらに、Ｂは脱酸効果を有するだけでなく、オーステナ
イト、フェライトにはほとんど固溶せず、セメンタイト
中に選択的に固溶してＦｅ５（ＣＢ）を生じ、これがス
テダイト中に板状に晶出して＃摩耗性を向上させる効果
もあわせて有する。そして、Ｂを単独で添加する場合に
その含有量が０．００５１ｆｉ％以上になると上記の効
果があられれるが、０．０５重量％を超えてもその効果
の向上はあまりみられず、むしろ粗大な硼化物を生じて
ぜい化するので、Ｂ含有量はこれ単独の場合にｏ　、ｏ
ｏｓ〜０６ｏ５重量％に限定した。

他方、Ｂｔ”Ｍｇ、Ａｕ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒと共に添加
する場合にはＢの含有量が０．００２重量％以上でかつ
Ｍｇ、ＡＭ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒのうちの１種以上とＢと
の合計が０°−０２ｔｍ％以上で効果がみられるが、他
の元素と共に添加した場合Ｂの含有分が０．０２重量％
を超えてもその増量による効果の向トはほとんどなく、
また合計含有量が０．１１Ｊｉ％を超えてもそれらの溶
は込みが難しくなるだけであって効果の向上はほとんど
みられないので、０．０２〜０６１重量％の範囲に限定
した。

また、Ｃが２．５重量％未満、Ｓｉが０．５重量％未満
であるとセメンタイト量が不足し、耐摩耗性が不］−分
となってしまい、逆にＣが４．０重量％超過、Ｓｉが３
．５重量％、Ｉｆｉ過であるとセメンタイトが凝集し、
ぜい化しやすくなるため、Ｃは２．５〜４．ＯｊＩ！量
％、Ｓｉは０．５〜３．５重量％の範囲に限定した。Ｍ
ｎは一部がフェライトに固溶し、一部がＭｎ３Ｃを形成
し、Ｆｅ５Ｃと複合炭化物を作り、パーライトを安定化
し基地強化するのでＱ、２１ｆｉ％以上必要であるが、
１．０重量％を超えて含有してもその効果の向上はあま
りなく、炭化物が粗大化するのでＭｎの含有量は０．２
〜１．０重量％の範囲に限定した。

Ｐは・部フェライトに固溶するが、Ｆｅ、Ｃと耐摩耗性
のある三元共晶のステダイトを形成するので０．０２重
量％以上含有することが必要であるが、０゜８重量％を
超えて含有してもその効果の向上はなく、かえってぜい
化をもたらすのでＰの含有量は０．０２〜０．８重量％
とした。

（実施例）以下、この発明の実施例を比較例と共に説明する。

〈実施例１〜８〉く比較例１〜６）第１表に示す化学組成の元？２！ＡにＦｅ−Ｂを添加し
て、第２表に示す実施例１〜４．比較例１〜３の鋳鉄を
鋳造し、同じく第１表に示す元湯ＢにＦｅ−Ｂを添加し
て、第３表に示す実施例５〜８．比較例４〜６の鋳鉄を
鋳造した。なお、元湯Ａ、Ｂ中のｓ、ｓｂは不可避的不
純物であり、鋳物用ケシ鉄に帰因するものである０次い
で、これらの鋳鉄の表面を２ｍｍ程度加工除去して黒皮
面を取り除いた後、不活性雰囲気中でその表面をＴＩＧ
アークにより加熱再溶融奉自己冷却させた。このとき、
ＴＩＧアークによる再溶融処理条件は、直流型Ｖｆｔ：
　９０Ａ　、タングステン電極と鋳鉄表面との距＠：２
ｍｍとし、１５ｍｍ／ｓｅｃで走査させた。次に、ＴＩ
Ｇアークによる再溶融処理後に表面を０．５ｍｍ加工し
、その加工面にあられれたブローホールを画像処理装置
で測定した。この結果を同じく第２表、第３表に示す。

第２表および第３表から明らかなように、Ｂ含有量が０
．００４重量％以下では表面に多数のブローホールが認
められるが、Ｂ含有量が増えるにしたがってその発生量
は減少し、含有；；ｌが０．０５重ｆｆｉ＋Ｌ％のもの
ではブローホールの発生は認められなかった。

〈実施例９〜１２〉く比較例７〜９〉第１表の元湯ＡにＦｅ−ＢおよびＭｇ　、　ＡＭ　。

Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒを含有する脱酸剤を添加してそれぞれ
実施例９〜１２および比較例７〜９の鋳鉄を鋳造し、前
記実施例１〜８と同様の方法で加熱再溶融・自己冷却し
、その後前記実施例１〜８と同様の方法でブローホール
の発生状況を測定した。この結果を同じく第４表に示す
。

第４表から明らかなように、Ｂが０．００２重量％未満
であったり、また、Ｂが０．００２１量％以りであって
もＢ、Ｍｇ、Ａｎ、Ｃａ、Ｚｎ。

Ｚｒの合計含有量が０．０２重量％未満であったりした
場合は多数のブローホールが認められるが、Ｂを０．０
０２重量％以上含有し、かつＢ。

Ｍｇ、Ａ見、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒの合計含有量が０．０２
ｆｉｆｉ％以とではブローホールの発生はほとんどなく
、特にＢを０．００３重量％以上含みかつＢ、Ｍｇ、Ａ
ｆＬ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒの合計含有量が０　、０７８　
Ｑ　ｉ１％以上ではブローホールの発生は認められない
ことが確認された。

く耐久試験）次に、前記実施例１−１２に示す本発明品および比較例
１〜９に示す比較品の組成を持つ鋳鉄カムシャフト素材
を鋳造し、これらの鋳鉄カム面の表面を２ｍｍ程度加工
除去して黒皮面を取り除いた後、前記実施例１〜８で示
した条件でカムシャフトのカム面をＴＩＧアークで加熱
再溶融−自己冷却させることにより表面硬化したカムシ
ャフトを製作した。

次に、このようにして得たカムシャフトを自動車用エン
ジンに組込んで耐久試験を行った。このとき、相手材で
あるロッカーアームのチップは、自動車用エンジンのロ
ッカーアームチップ材として近年一般的に用いられるよ
うになった鉄系焼結才才で、その組成は、Ｃ：２．５重
量％、　Ｍ　ｎ　：０．４重量％、Ｃｒ：１２重量％、
Ｍｏ；１．０ｆｆｉ量％、Ｐ二０．５重量％、残部Ｆｅ
からなるものであって、その硬度はＨＲＣで５０以トの
ものを用いた。

そして、＋ｍＪ久試験は第５表に示す試験条件により行
うた。その結果を第６表に示す。

第　　５　　表第６表より明らかなように、実施例１〜１２の供試材の
場合に、カムシャフト摩耗量はいずれも極めて小さい値
となっており、比較例１〜９の供試材の場合に比べてか
なり優れていることがわかる。

［発明の効果］以上説明してきたように、この発明による表面硬化用鋳
鉄は、Ｃを２．５〜４．０重量％、Ｓｉを０．５〜３．
５ｆｉｉ％、Ｍｎを０．２〜１．０重量％、Ｐを０．０
２〜０．８重量％含有し、さらに、脱酸性がありかつ耐
摩耗性向上効果のあるＢｌ単独で０．００５〜０．０５
重量％含有するか、もしくはＢを０．００２〜０．０２
重量％含有しかつ脱酸元素であるＭｇ、ＡＭ、Ｃａ。

Ｚｎ、Ｚｒのうちの１種以上と共に合計で０．０２〜０
．１重量％含有する成分組成としたから、レーザビーム
、電子ビーム、ＴＩＧアーク、プラズマアーク等の高密
度エネルギ熱源による鋳鉄表面の再溶融処理に際して、
当該再溶融チル層内でのブローホール発生を有効に阻止
することが可能であり、１耐摩耗性を著しく向丘させる
ことができるという非常に優れた効果が得られる。

また、この発明による鋳鉄では、その溶解、保持、＃Ｊ
Ｊ造において何ら特別な装置１手法も必要とせず、従来
の一般の鋳造技術で製造でき、現時点では高価な希土類
元素を含まないため価格を低くおさえることができると
いう著しく優れた効果も得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃを２．５〜４．０重量％、Ｓｉを０．５〜３．
５重量％、Ｍｎを０．２〜１．０重量％、Ｐを０．０２
〜０．８重量％含有し、さらにＢを単独で０．００５〜
０．０５重量％含有するか、もしくはＢを０．００２〜
０．０２重量％含有しかつＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚ
ｒのうちの１種以上をＢとの合計で０．０２〜０．１重
量％含有することを特徴とする表面硬化用鋳鉄。