JPS6393840A - 低熱膨張鋳鉄 - Google Patents

低熱膨張鋳鉄

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JPS6393840A
JPS6393840A JP24001486A JP24001486A JPS6393840A JP S6393840 A JPS6393840 A JP S6393840A JP 24001486 A JP24001486 A JP 24001486A JP 24001486 A JP24001486 A JP 24001486A JP S6393840 A JPS6393840 A JP S6393840A
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JP
Japan
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graphite
cast iron
thermal expansion
coefficient
low
Prior art date
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JP24001486A
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English (en)
Inventor
Makoto Suenaga
末永 允
Fumio Obata
文雄 小幡
Masaaki Koga
正明 古閑
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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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〕 本発明は超精密加工用工作機部材等に用いるのに適した
低熱膨張鋳鉄に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、工作機用ベッドなどには片状黒鉛鋳鉄が使用され
ていた。この材質の物理的性質及び機械的性質はRT〜
100℃の熱膨張係数が10〜12XIO−”程度、引
張強さが10〜20 kgf / m+w2程度である
。近年、工作機による加工精度の要求が飛路的に厳しく
なり、これに伴って工作機を構成する材料も気温による
寸法変化の少い低熱膨張材が要求されるようになってい
る。
これらの要求に応えるRT〜100℃の熱膨張係数が5
.0〜6.0X10’″S程度の鋳鉄材料は、片状黒鉛
系としてはミノ−バー鋳鉄、球状黒鉛系としてはニレジ
スト鋳鉄(D−5)などが以前から存在している。これ
ら工作機を構成する材料の熱膨張係数低減の要求は近年
更に厳しくなり、これに応えるものとしてRT〜100
℃の熱膨張係数が3.0〜4.OX 10−’程度(7
)NiおよびCoをm加した鋳鉄材が供給されている。
このNi及びCoを含有する鋳鉄の黒鉛形状は、例えば
特公昭60−51547号公報で開示されているように
片状のものと、Mgを添加することにより黒鉛を球状化
したものとの2種類がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、片状黒鉛系材質は、工作機部材に要求される他
の性質である減衰能は大きいものの、引張強さが20 
kgf / mva2以下と低く、20kgf/am”
以上の要求機能部品には適用困難である。
一方、球状黒鉛鋳鉄系材質は引張強さは40kgf/m
m”以上と高い値を示すが、工作機部品に凄々要求され
る減衰能が低く、要求に応え得ない場合がある。
従来通常の球状化処理を行った場合、共晶状黒鉛(チャ
ンキー黒鉛)又は部分的な球状化不良黒鉛を屡々発生し
、このため機械的性質が著しく低下することがある。更
には球状化処理後の溶湯処理の有無およびその方法の優
劣によって、部品の薄肉部には炭化物の発生による熱膨
張率の増大と機械的性質および加工性の劣化が、厚肉部
においては粗大黒鉛の発生による機械的性質の劣化など
の不具合が生じる。
本発明の目的は、まず熱膨張係数が極めて低く、しかも
引張強さが片状黒鉛系低熱膨張鋳鉄より大きく、更に付
随機能としては減衰能が球状黒鉛系低熱膨張鋳鉄よりも
大きいCv黒鉛の低熱膨張鋳鉄を提供するものである。
ついで、熱膨張係数が極めて低く、しかも肉厚変化によ
る黒鉛形状の変動が小さい球状黒鉛の低熱膨張鋳鉄を提
供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は化学組成が、重量%でC1,O〜2.7%、 
S i 0 、8〜3 、0%、Ni29〜33%、C
o4゜5〜6.5%、Mn1.0%以下、Cr3.0%
以下。
Ti1.O%以下+Mg及び又は希土類元素(RE)の
総量が0.2%以下、Sb、Bi、Asの一種又は二種
以上の総量が0.002〜0.02%、残部は鉄及び不
可避的元素よりなる低熱膨張鋳鉄と、上記構成要件で黒
鉛組織が球状化率30%以上70%未満のCV黒鉛形状
の低熱膨張鋳鉄、および−上記構成要件で黒鉛組織が球
状化率70%以上である球状黒鉛の低熱膨張鋳鉄である
次に本発明の低熱膨張鋳鉄の化学組成数値限定理由につ
いて説明する。
C:組織中に黒鉛が発生する限界は約0.8%であるが
、1.0%未満では組織中の黒鉛量が著しく減少し、鋳
造性および加工性が低下する。
2.7%を超えると特に厚肉鋳物においてキッシュ黒鉛
が多量に晶出して引張強さが低下し、また、鋳造欠陥も
発生し易くなる。
si:o、a%未満では本来の黒鉛化促進機能が発押さ
れず組織中の黒鉛量が著しく減少し、場合によっては炭
化物発生の恐れが生じる。
3.0%を超えると熱膨張係数を低位に抑制することが
困難になると共に、C量によってはキッシュ黒鉛の発生
を促進し材質を劣化させる。
Ni:他の化学組成が本特許請求の範囲においてNiが
29%未満の場合あるいは33%を超えた場合、何れも
RT〜100℃の熱膨張係数が5X10−’以上となり
Ni単独含有系鋳鉄の熱膨張係数と差がなくなる。
CO:他の化学組成が本特許請求の範囲において、Co
が4.5%未満の場合あるいは6.5%を超えた場合、
何れもRT〜100℃の熱膨張係数が5 x 10’″
6以上となる。本発明の機能上の特徴は5×10−5以
下の低熱膨張係数であることであり、このためにはNi
の組成範囲とCoの組成範囲が各々本特許請求の範囲に
あることが必要である。
Mn:Mnは鋳鉄溶湯を清浄にし、鋳造欠陥を防止する
ために必要な元素であるが、1%を超えると熱膨張係数
が5X10−’以上となる。
Cr:Crは耐食性を向上するが3%を超えると黒鉛の
晶出が著しく困難になり、薄肉鋳物においては屡々炭化
物を晶出し熱膨張係数が大となる。
また硬度が上昇し切削性が低下する。
Ti:Tiは黒鉛の形状を安定してCv化するに有効な
元素であるが、含有量の増加とともに熱膨張係数を増大
させ、更には1%を超えると黒鉛の晶出を阻害すると共
に切削性を低下させる。
なお、Tiは球状黒鉛系鋳鉄には原則として添加しない
Sb、Bi、As:本発明の特徴は通常有害元素として
忌避される、Sb、Bi、Asを一種又は二種以上含有
させることにある。
Ni+Co系の鋳鉄溶湯は、Mg及び又は希土類元素で
処理した場合、極めて共晶状黒鉛(チャンキー黒鉛)を
晶出し易く、最終組織が共晶状黒鉛+CV状黒鉛又は共
晶状黒鉛子球状黒鉛となり、この為に機械的性質が著し
く劣化する。
Sb、Bi、Asの添加はこの共晶状黒鉛の晶出を抑制
するに顕著な効果が有り、しかも熱膨張係数を増大させ
ない。
その含有量の下限はSb、Bi、Asの一種または二種
以上の総量が0.002%であり、これ未満だと効果が
薄い。総量の上限は0.02%であり、これを超えて含
有せしめるとMg及び又は希土類元素で処理しても組織
中に片状黒鉛が晶出し、安定してCv状黒鉛組織又は球
状黒鉛組織が得がたくなる。
Mg及び又は希土類元素(RE):Mg及び又はREは
低熱膨張鋳鉄の黒鉛形状を球状化率30以上70%未満
のCv状または球状化率を70以上の球状にするために
含有させるものである。C■黒鉛の低熱膨張鋳鉄を得る
ためには通常Mg及び又はREを総量でo、Oo8〜0
.03%含有せしめる。更にTiを0.05〜0.3%
含有せしめることによって一層安定したCv状黒鉛組織
を得ることができる。
球状黒鉛の低熱膨張鋳鉄を得るには通常Mg及び又はR
Eの総量を0.03〜0.3%含有せしめる。しかしM
g及び又はREの総量が0.2%を超えると、接種によ
る溶湯黒鉛化促進処理を行なっても薄肉鋳物においては
炭化物が晶出し易くなり、熱膨張係数の増大と切削性の
低下が起る。
以下本発明の実施例を詳細に説明する。
〔実施例、1〕 NiおよびCOを含む戻り屑と金属NiおよびC。
合金を主体とする原料を高周波電気炉にて熔解し、これ
にCr合金及びTi合金を加えて元湯とした。
その半量を取鍋中でFe−8Fe−8i(45)−,5
)−RE (1,5)合金を溶湯量に対し0.45%添
加することによるCv化処理を行った後−次接種はFe
−8i(75)にてSi当量で0.3%添加した。二次
接種はFe−8i(73) −Ca(2) −Al(3
)合金をSi当量で0.1%をYブロック(肉厚25m
m)への注湯流へ添加した。試料の分析結果は、鉄と不
可避的不純物と第1表に示す通りであった。
第1表      (wt%) 第2表に熱膨張係数(20〜100℃)、機械的性質、
及び黒鉛組織を示す。
第2表 熱膨張係数はX 10−’/’Cである〔実施
例、2〕 〔実施例、1〕の半量の残湯に対し、炉中にてsbの0
.025%及びBiのo、o o s%をホスホライザ
ーで溶湯中に添加した。次いで取鍋中にてF e −S
 1(45) −Mg(4,5) −RE (1,5)
合金を溶湯量に対し0.5%添加することによるCv化
処理を行った後−次接種及び二次接種は〔実施例、1〕
と同様に行ない肉厚25mmのYブロックに注湯した。
添加元素及びCV化処理元素の分析結果は第3表に示す
通りであった。 第3表   (wt%)第4表に熱膨
張係数(20〜100℃)、機械的性質、及び黒鉛組織
を示す。
第4表 熱膨張係数はX 10−’/”Cである〔実施
例、3〕 NiおよびGoを含む戻り屑と金属NiおよびC。
合金を主体とする原料を高周波電気炉にて熔解し元湯と
した。
その半量を取鍋中でFe −Si(45)−Mg(4,
5)−RE (1,5)合金を溶湯量に対し0.8%添
加することによる球状化処理を行った後、−次接種はF
e−3L(75)にてSi当量で0.3%添加した。二
次接種はFe−3i(73)−Ca(2)−Al(3)
合金をSi当量で0.1%をYブロックへの注湯流へ添
加した。Yブロックの肉厚は25mmであった。
試料の分析結果は、鉄と不可避的不純物と第5表に示す
通りであった。 第5表 (wt%)第6表に熱膨張係
数(20〜100℃)、機械的性質。
及び黒鉛組織を示す。
第6表 熱膨張係数はXIO″″″/℃である〔実施例
、4〕 〔実施例、3〕の半量の残湯に対し、炉中にてsbの0
.02%及びAsの0.005%をホスホライザーで溶
湯中に添加した。次いで取鍋中にてFe−8L(45)
  Mg(4,5)−RE(1,5)合金を溶湯量に対
し0.8%添加することによる球状化処理を行った後−
次接種及び二次接種は〔実施例、3〕と同様に行ない肉
厚25mmのYブロックに注湯した。
添加元素及び球状化処理元素の分析結果は第7表に示す
通りであった。 第7表   (wt%)第8表に熱膨
張係数(20〜100℃)、機械的性質、及び黒鉛組織
を示す。
第8表 熱膨張係数はX 10−’/”Cである〔実施
例、5〕 金属NiおよびCO合金を主体とする原料を高周波電気
炉にて熔解し、これにSb0.03%をホスホライザー
にて溶湯中に添加した0次いで取鍋中にてF e −S
 1(45) −Mg(4,5) −RE (1,5)
合金を溶湯量に対し0.8%添加することによる球状化
処理を行った後−次接種はFe−8i(75)にてSi
当量で0.3%添加した。二次接種はFe  5i(7
3)−ca(2)−Ag3)合金をSi当量で0.1%
をYブロックへの注湯流へ添加した。Yブロックの肉厚
は25 m mである。
試料の分析結果は、鉄と不可避的不純物と第9表に示す
通りであった。
第9表     (wt%) 第1O表に熱膨張係数(20〜100℃)、機械的性質
、及び黒鉛組織を示す。
第10表 熱膨張係数はX I O−’/’Cである〔
発明の効果〕 〔実施例、1〕及び〔実施例、2〕に示すようにsbお
よびBiを添加した溶湯にMg及び又はRE含有合金を
添加することにより熱膨張係数を増大させることなくチ
ャンキー黒鉛の晶出を防止し、均一なC■黒鉛組織が得
られ、その結果良好な機械的性質を有する低熱膨張Cv
黒鉛鋳鉄を得ることが可能となった。
次に〔実施例、3〕、〔実施例、4〕および〔実施例、
5〕に示すようにsbおよびAsの添加、又はsbを単
独添加した溶湯にMgおよび又はRE含有合金を添加す
ることにより熱膨張係数を増大させることなくチャンキ
ー黒鉛の晶出を防止し、均一で形状の良い球状黒鉛組織
が得られ、その結果、良好な機械的性質を有する低熱膨
張球状黒鉛鋳鉄を得ることが可能となった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、化学組成が、重量%でC1.0〜2.7%、Si0
    .8〜3.0%、Ni29〜33%、Co4.5〜6.
    5%、Mn1.0%以下、Cr3.0%以下、Ti1.
    0%以下、Mg及び又は希土類元素(RE)の総量が0
    .2%以下、Sb、Bi、Asの一種又は二種以上の総
    量が0.002〜0.02%、残部は鉄及び不可避的元
    素よりなる低熱膨張鋳鉄。 2、黒鉛組織が球状化率30%以上70%未満である特
    許請求の範囲第1項記載の低熱膨張鋳鉄。 3、黒鉛組織が球状化率70%以上である特許請求の範
    囲第1項記載の低熱膨張鋳鉄。
JP24001486A 1986-10-08 1986-10-08 低熱膨張鋳鉄 Pending JPS6393840A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994013847A1 (en) * 1992-12-15 1994-06-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing cast iron of high strength and low expansion
WO2022085642A1 (ja) * 2020-10-23 2022-04-28 日之出水道機器株式会社 鋳造用鉄合金材料および鉄鋳物

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