JP3992281B2 - 疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度を向上させる技術としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１においては、重量比で、Ｃ：２．６〜４．０％、Ｓｉ：１．５〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．０３〜０．０９％、Ｃｕ：０．３〜１．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．１０％、残部が実質的にＦｅからなる球状黒鉛鋳鉄部材を、８５０〜１０００℃の温度で４時間以内加熱保持してオーステナイト化した後に、２２０〜２６０℃に急冷し、該温度で３０分以上保持するオーステンパ処理を行い、次いで該部材にショットピーニングを行うことにより、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度の向上を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平１−１６８８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術に係る特許文献１では、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度を向上させるために、複雑な熱処理やショットピーニングを行わなければならず、熱処理の制御が困難であると同時に、熱処理及びショットピーニングに起因してコストアップを招いていた。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、鍛造品並みの疲労強度を発揮することの可能な疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した実情に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、従来技術のように複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、球状黒鉛鋳鉄材のＣ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定量となるように調製しさえすれば、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度を鍛造品並みに向上させることができるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の発明の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材は、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成されたことをその要旨としている。
【０００８】
ここで、Ｃの含有量を３．５〜４．０％に設定したのは、３．５％未満の場合、鋳造性が悪化してしまうおそれがあり、４．０％を超える場合、カーボンドロスが発生してしまうおそれがあるからである。また、Ｓｉの含有量を２．５〜３．３％に設定したのは、２．５％未満の場合、基地組織にセメンタイトが析出してしまうおそれがあり、３．３％を超える場合、基地組織がシリコンフェライト化してしまうおそれがあるからである。更に、Ｓｎの含有量を０．０７〜０．１０％に設定したのは、０．０７％未満の場合、球状黒鉛鋳鉄部材が鍛造品並みの疲労強度を発揮することができないからであり、０．１０％を超える場合、球状黒鉛鋳鉄部材の伸びがなくなって強度が低下してしまうからである。また、Ｍｎの含有量を０．４〜１．０％に設定したのは、０．４％未満の場合、球状黒鉛鋳鉄部材が鍛造品並みの疲労強度を発揮することができないからであり、１．０％を超える場合、コストが嵩むだけで、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度の更なる向上が期待できないからである。
【０００９】
なお、本明細書では、％は特に断らない限り、重量％を意味する。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定量となるように調製した球状黒鉛鋳鉄部材を形成したため、該球状黒鉛鋳鉄部材は、鍛造品並みの疲労強度を発揮することが可能となる。換言すれば、球状黒鉛鋳鉄のＣ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定量となるように調製するだけで、高疲労強度材を得ることができる。
【００１１】
請求項１に記載の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材において、前記球状黒鉛鋳鉄部材の回転曲げ疲れ試験において、繰返し数が１０7回における球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し応力は、３２０ＭＰａ以上であることが好ましい（請求項２）。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果がより確実に奏される。
【００１３】
請求項３に記載の発明の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法は、片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤とＳｎ及びＭｎとを添加して、該Ｓｎ及びＭｎを含有し、かつ球状化処理された球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳造することにより、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成から形成されたことをその要旨としている。
【００１４】
なお、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定値に設定した理由は、請求項１での理由と同じである。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤とＳｎ及びＭｎとを添加することで、該溶湯は球状化剤の作用によって球状化処理されて、Ｓｎ及びＭｎを含有する球状黒鉛鋳鉄の溶湯となる。このとき、球状黒鉛鋳鉄の溶湯は、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有するように調製されており、この調製された球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳造することで、疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材が製造される。このように製造された球状黒鉛鋳鉄部材においては、従来技術のように複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、鍛造品並みの疲労強度が発揮される。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法において、前記鋳造された球状黒鉛鋳鉄のＡ1変態完了後に解枠することをその要旨としている。
【００１７】
一般に、解枠（型ばらし）タイミングの違い〔空冷時の鋳物（球状黒鉛鋳鉄部材）の温度の違い〕により、得られる鋳物の性質にはバラツキが生じやすくなるが、請求項４に記載の発明では、鋳造された球状黒鉛鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄部材）がＡ1変態を完了した後に解枠するものであるため、解枠タイミングの違いに起因した球状黒鉛鋳鉄部材の性能（特に疲労強度）のバラツキが生じにくい。すなわち、Ａ1変態が完了した後に解枠する場合、Ａ1変態完了後における解枠タイミングの違いにより、解枠後に大気（空気）に接触する球状黒鉛鋳鉄部材には温度差が生じることとなるが、この温度差は冷却後の球状黒鉛鋳鉄部材の性質にバラツキを生じさせるような悪影響を及ぼすものではない。従って、請求項４に記載の発明においては、球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了すると同時に解枠した、球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了した後にそのまま放置してから解枠したり等することが可能となり、解枠するタイミングを厳密に調整する必要がなくなる（一例として、例えばＡ1変態完了前に解枠するような場合には、解枠するタイミングを厳密に調整しなければならないことがある）。
【００１８】
上述したように、請求項４に記載の発明によれば、球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了した後に解枠するだけで、得られる球状黒鉛鋳鉄部材の性能にはバラツキが生じにくくなり、球状黒鉛鋳鉄部材の品質を安定させることができるようになる。また、解枠タイミングを厳密に調整しなくて済むため、解枠工程の管理を簡単に行うこともできる。更に、解枠タイミングを厳密に調整する必要がないため、製造ラインの可能な限り鋳造枠数を増やすことで、球状黒鉛鋳鉄部材の生産性を向上させることも可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を具体化した態様について詳述する。この発明の実施の形態では、上述した課題を解決するための手段に記載した技術的事項を補足し、あるいは更に詳細に説明することとした。
【００２０】
本発明の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材は、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成する必要がある。また、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＭｎ以外の成分組成として、Ｍｇ：０．０２〜０．０６％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下の成分組成を有していてもよい。Ｍｇの含有量を０．０２〜０．０６％に設定したのは、０．０２％未満の場合、黒鉛の球状化不良が発生してしまうおそれがあり、０．０６％を超える場合、基地組織がセメンタイト化してしまうおそれがあるからである。また、Ｐの含有量を０．０３％以下に設定したのは、０．０３％を超えると、ステダイトを形成してしまうおそれがあるからであり、Ｓの含有量を０．０１％以下に設定したのは、０．０１％を超えると、溶湯の流動性が悪化し、ひけを増大させてしまうおそれがあるからである。
【００２１】
球状黒鉛鋳鉄部材としては、ダブルカルダン型ユニバーサルジョイントのカップリングヨークやソケットヨーク等が挙げられるが、特にカップリングヨークやソケットヨークに限定されるものではない。ダブルカルダン型ユニバーサルジョイントは、駆動軸から被駆動軸へ回転トルクを伝達する際に用いられるものであり、このユニバーサルジョイントのカップリングヨークやソケットヨークは、鍛造品並みの疲労強度が必要とされる部品である。本発明の球状黒鉛鋳鉄部材は、鍛造品並みの疲労強度が必要とされる部品に適用することができる。
【００２２】
本発明に供される片状黒鉛鋳鉄の溶湯は、特に成分組成が限定されるものではない。要は、出発材としての片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して、球状化剤とＳｎ（スズ）及びＭｎ（マンガン）とを添加して球状黒鉛鋳鉄の溶湯となるように調製した際に、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有するようになるのであれば、出発材としての片状黒鉛鋳鉄溶湯は、どのような成分組成の片状黒鉛鋳鉄溶湯であってもよい。
【００２３】
球状化剤（鋳鉄中の黒鉛を球状に晶出させるための添加剤）としては、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｃｅ（セリウム）等を含有する合金を例示することができるが、球状化剤の球状黒鉛鋳鉄に対する疲労強度への影響を考慮した場合、Ｍｇ含有の合金を使用する必要がある。Ｍｇ含有の合金としては、Ｆｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）−Ｍｇ（マグネシウム）系、Ｎｉ（ニッケル）−Ｍｇ（マグネシウム）系、Ｃｕ（銅）−Ｍｇ（マグネシウム）系等を例示できるが、Ｆｅ、Ｓｉ及びＭｇ以外の成分（Ｎｉ、Ｃｕ等）の球状黒鉛鋳鉄に対する疲労強度への影響を考慮した場合、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系を使用することが好ましい。また、球状化剤としてＭｇ合金を使用する際に、接種剤としてのフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ系）を併用するようにしてもよいし、併用しなくてもよい。フェロシリコンとしては、Ｆｅ−４５％Ｓｉ−４％Ｍｇ、Ｆｅ−３０％Ｓｉ、Ｆｅ−７５％Ｓｉ等を例示できる。なお、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系のフェロシリコンは、接種剤としての機能だけでなく、球状化剤としての機能も発揮することは言うまでもない。
【００２４】
上述した片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤を添加する方法としては、取鍋の底に球状化剤を配置した状態で該取鍋内へ溶湯を注入することによって添加（いわゆる置き注ぎによる添加）したり、取鍋内への溶湯の注入時と同時に該溶湯の流れの中に球状化剤を供給して添加したり、鋳型内に球状化剤を予め配置した状態で該鋳型内に溶湯を注湯することによって添加したり等する方法が挙げられる。ここで、作業性や実用性を考慮した場合には、置き注ぎによる球状化剤の添加方法を採用することが好ましい。
【００２５】
片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤を添加する場合には、Ｓｎ（スズ）及びＭｎ（マンガン）も添加しなければならない。Ｓｎとしては、粒状や塊状等のＳｎを用いることができる。一方、Ｍｎとしては、Ｆｅ−Ｍｎ系等の合金を用いることができる。片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対してＳｎ及びＭｎを添加する方法としては、既述した球状化剤の添加方法と同じ方法を採用することができる。特に、片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対してＳｎ及びＭｎを添加する場合には、球状化剤の添加方法と同一の方法を用いると共に、球状化剤の添加と同時にＳｎ及びＭｎの添加も行うようにすることが好ましい。
【００２６】
球状黒鉛鋳鉄の溶湯としては、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有するように調製しなければならない。また、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＭｎ以外の成分組成として、Ｍｇ：０．０２〜０．０６％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下の成分組成を有するように調製してもよい。Ｍｇ、Ｐ、Ｓの含有量を所定値に設定した理由は、既述した球状黒鉛鋳鉄の成分組成での理由と同じである。
【００２７】
球状黒鉛鋳鉄の溶湯中のＳｎの含有量について言及すると、Ｓｎの含有量は、
０．０７０〜０．０９９％が好ましく、０．０７０〜０．０９８％、０．０７０〜０．０９７％がより好ましく、０．０７１〜０．０９６％、０．０７１〜０．０９５％が更に好ましい。一方、球状黒鉛鋳鉄の溶湯中のＭｎの含有量について言及すると、Ｍｎの含有量は、０．４５〜０．９％、０．４７〜０．８％が好ましく、０．５〜０．７％、０．５〜０．６％がより好ましく、０．５１〜０．５５％、０．５２〜０．５３％が更に好ましい。
【００２８】
鋳型としては、生砂、フラン砂等により造型した砂型を採用することができる。鋳型のキャビティに上述した球状黒鉛鋳鉄の溶湯を注湯して鋳造することにより、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成された球状黒鉛鋳鉄部材を製造することができるようになる。
【００２９】
このように球状黒鉛鋳鉄部材を製造する際において、鋳型のキャビティに注湯して鋳造された球状黒鉛鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄部材）のＡ1変態完了後に該鋳型を解枠（型ばらし）することは好ましい。Ａ1変態完了後に鋳型を解枠することで、鋳型の解枠タイミングの違いに起因した球状黒鉛鋳鉄部材の性能（特に疲労強度）のバラツキが生じにくくなる。すなわち、Ａ1変態が完了した後に鋳型を解枠する場合、Ａ1変態完了後における鋳型の解枠タイミングの違いにより、解枠後に大気（空気）に接触する球状黒鉛鋳鉄部材には温度差が生じることとなるが、この温度差は冷却後の球状黒鉛鋳鉄部材の性質にバラツキを生じさせるような悪影響を及ぼすものではない。従って、Ａ1変態完了後に解枠しさえすれば、球状黒鉛鋳鉄部材は、その機能を十分に発揮することが可能な状態で製造されることとなる。
【００３０】
以上のようにして製造された球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度（繰返し応力）を求める場合には、金属材料の回転曲げ疲れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２７４）に準じて行う。この場合、例えば、図１に示した１インチＹブロック形状の砂型に上述した球状黒鉛鋳鉄の溶湯を注湯して鋳造することで、１インチＹブロック形状の供試材を形成し、この供試材から図２に示した回転曲げ疲れ試験用の試験片を切削加工等により作製して行うことができる。
【００３１】
本発明の球状黒鉛鋳鉄部材は、鍛造品並みの疲労強度を有している必要があり、回転曲げ疲れ試験において、球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し数が１０7回における繰返し応力（疲労強度）は、３２０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、この繰返し応力の値は、３２５ＭＰａ以上、３２８ＭＰａ以上であることがより好ましく、３３０ＭＰａ以上、３３７ＭＰａ以上、３４０ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
【００３２】
【実施例】
本発明を更に具体化した実施例１及び実施例２、並びに、比較例１及び比較例２について説明する。
【００３３】
（実施例１）
まず、出発材としての片状黒鉛鋳鉄溶湯を準備すると共に、取鍋の底に所定量のＦｅ−４５％Ｓｉ−４％Ｍｇの球状化剤と所定量のＳｎ粒及びＦｅ−Ｍｎ系の合金とを配置した。そして、準備した１５００℃の片状黒鉛鋳鉄溶湯を取鍋内へ注入することにより、該片状黒鉛鋳鉄溶湯に対してＳｎ及びＭｎを複合添加する。このとき、溶湯はＭｇの作用によって球状化処理され、Ｓｎ及びＭｎを含有する球状黒鉛鋳鉄の溶湯となる。この球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示す。なお、表１においては、Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を省略してある。
【００３４】
【表１】
【００３５】
次に、取鍋内の球状黒鉛鋳鉄溶湯（注湯温度：１４００℃）を図１に示した１インチＹブロック形状の砂型のキャビティに注湯して鋳造する。このとき、砂型内の球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了した後に型ばらしを行うことで、砂型から１インチＹブロック形状の供試材を得た。得られた供試材の組織写真を図３に示す。その後、供試材を切削加工等して、供試材から図２に示すような形状の回転曲げ疲れ試験用の試験片を作製した。最後に、図２に示した試験片を用いて、回転曲げ疲れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２７４）を行うことにより、試験片（実施例１）の疲労強度（繰返し応力）を調査した。その結果を図４に示す。
【００３６】
（実施例２）
実施例２においては、実施例１でのＳｎ粒の添加量を実施例１の場合よりも若干少なくしただけであり、それ以外の部分では、実施例１と同様にして行った。なお、実施例２に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示すと共に、試験片（実施例２）の疲労強度（繰返し応力）の結果を図４に示す。
【００３７】
（比較例１）
比較例１においては、実施例１でのＳｎ粒及びＦｅ−Ｍｎ系の合金の添加量を実施例１の場合よりも少なくしただけであり、それ以外の部分では、実施例１と同様にして行った。なお、比較例１に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示すと共に、試験片（比較例１）の疲労強度（繰返し応力）の結果を図４に示す。
【００３８】
（比較例２）
比較例２においては、実施例１でのＳｎ粒に代えてＣｕ板を用いると共に、実施例１でのＦｅ−Ｍｎ系の合金の添加量を実施例１の場合よりも若干多くしたものであり、それ以外の部分では、実施例１と同様にして行った。なお、比較例２に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示すと共に、試験片（比較例２）の疲労強度（繰返し応力）の結果を図４に示す。
【００３９】
（実施例及び比較例の疲労強度）
図４から理解できるように、繰返し数が１０7回（図４では、１．００Ｅ+０７と表示）において、実施例１の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３３７．２ＭＰａであり、実施例２の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３２５．８ＭＰａであり、比較例１の試験片の繰返し応力（疲労強度）は２７９．６ＭＰａであり、比較例２の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３０８．９ＭＰａであることがわかる。このことから、実施例１及び実施例２の試験片は、比較例１及び比較例２の試験片よりも疲労強度に優れていることを確認できると共に、鍛造品の疲労強度（３２０ＭＰａ以上）と同等の疲労強度を発揮することができることも確認できた。
【００４０】
また、実施例１と実施例２との疲労強度を比較した場合、繰返し数が１０7回における実施例１の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３３７．２ＭＰａであり、繰返し数が１０7回における実施例２の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３２５．８ＭＰａであるため、実施例１の方が実施例２よりも疲労強度に優れていることがわかった。ここで、表１の実施例１及び実施例２の成分組成を比較検討してみると、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇの含有量はほとんど変わらないものの、Ｓｎの含有量に０．０２％の差が生じているため、Ｓｎが疲労強度に影響を及ぼしているものと推測される。
【００４１】
比較例１においては、Ｃ（３．６６％）、Ｓｉ（２．９８％）、Ｓｎ（０．０４３％）の含有量が所定値を満足しているものの、Ｍｎの含有量が０．２１％であって、０．４〜１．０％という所定値を満足していない。このようにＭｎの含有量が０．４％未満であることにより、比較例１の試験片が鍛造品並みの疲労強度（３２０ＭＰａ以上）を発揮できないことがわかる。
【００４２】
また、比較例２においては、Ｃ（３．６５％）、Ｓｉ（２．９６％）、Ｍｎ（０．６４％）の含有量が所定値を満足しているものの、Ｓｎが含有されておらず
、しかもＳｎの代わりにＣｕが０．５９％含有されている。このようにＳｎの含有量が０．０７％未満であることにより、比較例２の試験片が鍛造品並みの疲労強度（３２０ＭＰａ以上）を発揮できないことを確認できた。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１，請求項２に記載の発明によれば、鍛造品並みの疲労強度を発揮することができる。また、請求項２に記載の発明によれば、球状黒鉛鋳鉄部材の回転曲げ疲れ試験において、繰返し数が１０7回における球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し応力は３２０ＭＰａ以上となるため、鍛造品並みの疲労強度をより確実に発揮することができるようになる。
【００４４】
請求項３に記載の発明によれば、従来技術のように複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、鍛造品並みの疲労強度を発揮することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、複雑な熱処理やショットピーニングが必要ないため、簡単、かつ安価に疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材を製造することができるようになる。
【００４５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果をより確実なものとすることができる。また、請求項４に記載の発明によれば、Ａ1変態完了後に解枠するため、製造される球状黒鉛鋳鉄部材の性能のバラツキを抑制できて、球状黒鉛鋳鉄部材の品質を安定させることができるようになる。更に、解枠タイミングを厳密に調整しなくて済むため、解枠工程の管理を簡単に行うこともできる。加えて、解枠タイミングを厳密に調整する必要がないため、製造ラインの可能な限り鋳造枠数を増やすことで、球状黒鉛鋳鉄部材の生産性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）１インチＹブロック形状の砂型を示す側面図であり、（ｂ）１インチＹブロック形状の砂型を示す正面図である。
【図２】回転曲げ疲れ試験用の試験片を示す正面図である。
【図３】実施例１の供試材の組織を１００倍に拡大して示す顕微鏡写真である。
【図４】実施例及び比較例の回転曲げ疲れ試験の結果を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度を向上させる技術としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１においては、重量比で、Ｃ：２．６〜４．０％、Ｓｉ：１．５〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．０３〜０．０９％、Ｃｕ：０．３〜１．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．１０％、残部が実質的にＦｅからなる球状黒鉛鋳鉄部材を、８５０〜１０００℃の温度で４時間以内加熱保持してオーステナイト化した後に、２２０〜２６０℃に急冷し、該温度で３０分以上保持するオーステンパ処理を行い、次いで該部材にショットピーニングを行うことにより、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度の向上を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平１−１６８８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術に係る特許文献１では、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度を向上させるために、複雑な熱処理やショットピーニングを行わなければならず、熱処理の制御が困難であると同時に、熱処理及びショットピーニングに起因してコストアップを招いていた。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、鍛造品並みの疲労強度を発揮することの可能な疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した実情に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、従来技術のように複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、球状黒鉛鋳鉄材のＣ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定量となるように調製しさえすれば、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度を鍛造品並みに向上させることができるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の発明の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材は、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成されたことをその要旨としている。
【０００８】
ここで、Ｃの含有量を３．５〜４．０％に設定したのは、３．５％未満の場合、鋳造性が悪化してしまうおそれがあり、４．０％を超える場合、カーボンドロスが発生してしまうおそれがあるからである。また、Ｓｉの含有量を２．５〜３．３％に設定したのは、２．５％未満の場合、基地組織にセメンタイトが析出してしまうおそれがあり、３．３％を超える場合、基地組織がシリコンフェライト化してしまうおそれがあるからである。更に、Ｓｎの含有量を０．０７〜０．１０％に設定したのは、０．０７％未満の場合、球状黒鉛鋳鉄部材が鍛造品並みの疲労強度を発揮することができないからであり、０．１０％を超える場合、球状黒鉛鋳鉄部材の伸びがなくなって強度が低下してしまうからである。また、Ｍｎの含有量を０．４〜１．０％に設定したのは、０．４％未満の場合、球状黒鉛鋳鉄部材が鍛造品並みの疲労強度を発揮することができないからであり、１．０％を超える場合、コストが嵩むだけで、球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度の更なる向上が期待できないからである。
【０００９】
なお、本明細書では、％は特に断らない限り、重量％を意味する。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定量となるように調製した球状黒鉛鋳鉄部材を形成したため、該球状黒鉛鋳鉄部材は、鍛造品並みの疲労強度を発揮することが可能となる。換言すれば、球状黒鉛鋳鉄のＣ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定量となるように調製するだけで、高疲労強度材を得ることができる。
【００１１】
請求項１に記載の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材において、前記球状黒鉛鋳鉄部材の回転曲げ疲れ試験において、繰返し数が１０7回における球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し応力は、３２０ＭＰａ以上であることが好ましい（請求項２）。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果がより確実に奏される。
【００１３】
請求項３に記載の発明の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法は、片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤とＳｎ及びＭｎとを添加して、該Ｓｎ及びＭｎを含有し、かつ球状化処理された球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳造することにより、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成から形成されたことをその要旨としている。
【００１４】
なお、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｎの含有量を所定値に設定した理由は、請求項１での理由と同じである。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤とＳｎ及びＭｎとを添加することで、該溶湯は球状化剤の作用によって球状化処理されて、Ｓｎ及びＭｎを含有する球状黒鉛鋳鉄の溶湯となる。このとき、球状黒鉛鋳鉄の溶湯は、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有するように調製されており、この調製された球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳造することで、疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材が製造される。このように製造された球状黒鉛鋳鉄部材においては、従来技術のように複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、鍛造品並みの疲労強度が発揮される。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法において、前記鋳造された球状黒鉛鋳鉄のＡ1変態完了後に解枠することをその要旨としている。
【００１７】
一般に、解枠（型ばらし）タイミングの違い〔空冷時の鋳物（球状黒鉛鋳鉄部材）の温度の違い〕により、得られる鋳物の性質にはバラツキが生じやすくなるが、請求項４に記載の発明では、鋳造された球状黒鉛鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄部材）がＡ1変態を完了した後に解枠するものであるため、解枠タイミングの違いに起因した球状黒鉛鋳鉄部材の性能（特に疲労強度）のバラツキが生じにくい。すなわち、Ａ1変態が完了した後に解枠する場合、Ａ1変態完了後における解枠タイミングの違いにより、解枠後に大気（空気）に接触する球状黒鉛鋳鉄部材には温度差が生じることとなるが、この温度差は冷却後の球状黒鉛鋳鉄部材の性質にバラツキを生じさせるような悪影響を及ぼすものではない。従って、請求項４に記載の発明においては、球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了すると同時に解枠した、球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了した後にそのまま放置してから解枠したり等することが可能となり、解枠するタイミングを厳密に調整する必要がなくなる（一例として、例えばＡ1変態完了前に解枠するような場合には、解枠するタイミングを厳密に調整しなければならないことがある）。
【００１８】
上述したように、請求項４に記載の発明によれば、球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了した後に解枠するだけで、得られる球状黒鉛鋳鉄部材の性能にはバラツキが生じにくくなり、球状黒鉛鋳鉄部材の品質を安定させることができるようになる。また、解枠タイミングを厳密に調整しなくて済むため、解枠工程の管理を簡単に行うこともできる。更に、解枠タイミングを厳密に調整する必要がないため、製造ラインの可能な限り鋳造枠数を増やすことで、球状黒鉛鋳鉄部材の生産性を向上させることも可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を具体化した態様について詳述する。この発明の実施の形態では、上述した課題を解決するための手段に記載した技術的事項を補足し、あるいは更に詳細に説明することとした。
【００２０】
本発明の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材は、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成する必要がある。また、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＭｎ以外の成分組成として、Ｍｇ：０．０２〜０．０６％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下の成分組成を有していてもよい。Ｍｇの含有量を０．０２〜０．０６％に設定したのは、０．０２％未満の場合、黒鉛の球状化不良が発生してしまうおそれがあり、０．０６％を超える場合、基地組織がセメンタイト化してしまうおそれがあるからである。また、Ｐの含有量を０．０３％以下に設定したのは、０．０３％を超えると、ステダイトを形成してしまうおそれがあるからであり、Ｓの含有量を０．０１％以下に設定したのは、０．０１％を超えると、溶湯の流動性が悪化し、ひけを増大させてしまうおそれがあるからである。
【００２１】
球状黒鉛鋳鉄部材としては、ダブルカルダン型ユニバーサルジョイントのカップリングヨークやソケットヨーク等が挙げられるが、特にカップリングヨークやソケットヨークに限定されるものではない。ダブルカルダン型ユニバーサルジョイントは、駆動軸から被駆動軸へ回転トルクを伝達する際に用いられるものであり、このユニバーサルジョイントのカップリングヨークやソケットヨークは、鍛造品並みの疲労強度が必要とされる部品である。本発明の球状黒鉛鋳鉄部材は、鍛造品並みの疲労強度が必要とされる部品に適用することができる。
【００２２】
本発明に供される片状黒鉛鋳鉄の溶湯は、特に成分組成が限定されるものではない。要は、出発材としての片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して、球状化剤とＳｎ（スズ）及びＭｎ（マンガン）とを添加して球状黒鉛鋳鉄の溶湯となるように調製した際に、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有するようになるのであれば、出発材としての片状黒鉛鋳鉄溶湯は、どのような成分組成の片状黒鉛鋳鉄溶湯であってもよい。
【００２３】
球状化剤（鋳鉄中の黒鉛を球状に晶出させるための添加剤）としては、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｃｅ（セリウム）等を含有する合金を例示することができるが、球状化剤の球状黒鉛鋳鉄に対する疲労強度への影響を考慮した場合、Ｍｇ含有の合金を使用する必要がある。Ｍｇ含有の合金としては、Ｆｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）−Ｍｇ（マグネシウム）系、Ｎｉ（ニッケル）−Ｍｇ（マグネシウム）系、Ｃｕ（銅）−Ｍｇ（マグネシウム）系等を例示できるが、Ｆｅ、Ｓｉ及びＭｇ以外の成分（Ｎｉ、Ｃｕ等）の球状黒鉛鋳鉄に対する疲労強度への影響を考慮した場合、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系を使用することが好ましい。また、球状化剤としてＭｇ合金を使用する際に、接種剤としてのフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ系）を併用するようにしてもよいし、併用しなくてもよい。フェロシリコンとしては、Ｆｅ−４５％Ｓｉ−４％Ｍｇ、Ｆｅ−３０％Ｓｉ、Ｆｅ−７５％Ｓｉ等を例示できる。なお、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系のフェロシリコンは、接種剤としての機能だけでなく、球状化剤としての機能も発揮することは言うまでもない。
【００２４】
上述した片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤を添加する方法としては、取鍋の底に球状化剤を配置した状態で該取鍋内へ溶湯を注入することによって添加（いわゆる置き注ぎによる添加）したり、取鍋内への溶湯の注入時と同時に該溶湯の流れの中に球状化剤を供給して添加したり、鋳型内に球状化剤を予め配置した状態で該鋳型内に溶湯を注湯することによって添加したり等する方法が挙げられる。ここで、作業性や実用性を考慮した場合には、置き注ぎによる球状化剤の添加方法を採用することが好ましい。
【００２５】
片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤を添加する場合には、Ｓｎ（スズ）及びＭｎ（マンガン）も添加しなければならない。Ｓｎとしては、粒状や塊状等のＳｎを用いることができる。一方、Ｍｎとしては、Ｆｅ−Ｍｎ系等の合金を用いることができる。片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対してＳｎ及びＭｎを添加する方法としては、既述した球状化剤の添加方法と同じ方法を採用することができる。特に、片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対してＳｎ及びＭｎを添加する場合には、球状化剤の添加方法と同一の方法を用いると共に、球状化剤の添加と同時にＳｎ及びＭｎの添加も行うようにすることが好ましい。
【００２６】
球状黒鉛鋳鉄の溶湯としては、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有するように調製しなければならない。また、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＭｎ以外の成分組成として、Ｍｇ：０．０２〜０．０６％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下の成分組成を有するように調製してもよい。Ｍｇ、Ｐ、Ｓの含有量を所定値に設定した理由は、既述した球状黒鉛鋳鉄の成分組成での理由と同じである。
【００２７】
球状黒鉛鋳鉄の溶湯中のＳｎの含有量について言及すると、Ｓｎの含有量は、
０．０７０〜０．０９９％が好ましく、０．０７０〜０．０９８％、０．０７０〜０．０９７％がより好ましく、０．０７１〜０．０９６％、０．０７１〜０．０９５％が更に好ましい。一方、球状黒鉛鋳鉄の溶湯中のＭｎの含有量について言及すると、Ｍｎの含有量は、０．４５〜０．９％、０．４７〜０．８％が好ましく、０．５〜０．７％、０．５〜０．６％がより好ましく、０．５１〜０．５５％、０．５２〜０．５３％が更に好ましい。
【００２８】
鋳型としては、生砂、フラン砂等により造型した砂型を採用することができる。鋳型のキャビティに上述した球状黒鉛鋳鉄の溶湯を注湯して鋳造することにより、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成された球状黒鉛鋳鉄部材を製造することができるようになる。
【００２９】
このように球状黒鉛鋳鉄部材を製造する際において、鋳型のキャビティに注湯して鋳造された球状黒鉛鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄部材）のＡ1変態完了後に該鋳型を解枠（型ばらし）することは好ましい。Ａ1変態完了後に鋳型を解枠することで、鋳型の解枠タイミングの違いに起因した球状黒鉛鋳鉄部材の性能（特に疲労強度）のバラツキが生じにくくなる。すなわち、Ａ1変態が完了した後に鋳型を解枠する場合、Ａ1変態完了後における鋳型の解枠タイミングの違いにより、解枠後に大気（空気）に接触する球状黒鉛鋳鉄部材には温度差が生じることとなるが、この温度差は冷却後の球状黒鉛鋳鉄部材の性質にバラツキを生じさせるような悪影響を及ぼすものではない。従って、Ａ1変態完了後に解枠しさえすれば、球状黒鉛鋳鉄部材は、その機能を十分に発揮することが可能な状態で製造されることとなる。
【００３０】
以上のようにして製造された球状黒鉛鋳鉄部材の疲労強度（繰返し応力）を求める場合には、金属材料の回転曲げ疲れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２７４）に準じて行う。この場合、例えば、図１に示した１インチＹブロック形状の砂型に上述した球状黒鉛鋳鉄の溶湯を注湯して鋳造することで、１インチＹブロック形状の供試材を形成し、この供試材から図２に示した回転曲げ疲れ試験用の試験片を切削加工等により作製して行うことができる。
【００３１】
本発明の球状黒鉛鋳鉄部材は、鍛造品並みの疲労強度を有している必要があり、回転曲げ疲れ試験において、球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し数が１０7回における繰返し応力（疲労強度）は、３２０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、この繰返し応力の値は、３２５ＭＰａ以上、３２８ＭＰａ以上であることがより好ましく、３３０ＭＰａ以上、３３７ＭＰａ以上、３４０ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
【００３２】
【実施例】
本発明を更に具体化した実施例１及び実施例２、並びに、比較例１及び比較例２について説明する。
【００３３】
（実施例１）
まず、出発材としての片状黒鉛鋳鉄溶湯を準備すると共に、取鍋の底に所定量のＦｅ−４５％Ｓｉ−４％Ｍｇの球状化剤と所定量のＳｎ粒及びＦｅ−Ｍｎ系の合金とを配置した。そして、準備した１５００℃の片状黒鉛鋳鉄溶湯を取鍋内へ注入することにより、該片状黒鉛鋳鉄溶湯に対してＳｎ及びＭｎを複合添加する。このとき、溶湯はＭｇの作用によって球状化処理され、Ｓｎ及びＭｎを含有する球状黒鉛鋳鉄の溶湯となる。この球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示す。なお、表１においては、Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を省略してある。
【００３４】
【表１】
次に、取鍋内の球状黒鉛鋳鉄溶湯（注湯温度：１４００℃）を図１に示した１インチＹブロック形状の砂型のキャビティに注湯して鋳造する。このとき、砂型内の球状黒鉛鋳鉄がＡ1変態を完了した後に型ばらしを行うことで、砂型から１インチＹブロック形状の供試材を得た。得られた供試材の組織写真を図３に示す。その後、供試材を切削加工等して、供試材から図２に示すような形状の回転曲げ疲れ試験用の試験片を作製した。最後に、図２に示した試験片を用いて、回転曲げ疲れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２７４）を行うことにより、試験片（実施例１）の疲労強度（繰返し応力）を調査した。その結果を図４に示す。
【００３６】
（実施例２）
実施例２においては、実施例１でのＳｎ粒の添加量を実施例１の場合よりも若干少なくしただけであり、それ以外の部分では、実施例１と同様にして行った。なお、実施例２に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示すと共に、試験片（実施例２）の疲労強度（繰返し応力）の結果を図４に示す。
【００３７】
（比較例１）
比較例１においては、実施例１でのＳｎ粒及びＦｅ−Ｍｎ系の合金の添加量を実施例１の場合よりも少なくしただけであり、それ以外の部分では、実施例１と同様にして行った。なお、比較例１に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示すと共に、試験片（比較例１）の疲労強度（繰返し応力）の結果を図４に示す。
【００３８】
（比較例２）
比較例２においては、実施例１でのＳｎ粒に代えてＣｕ板を用いると共に、実施例１でのＦｅ−Ｍｎ系の合金の添加量を実施例１の場合よりも若干多くしたものであり、それ以外の部分では、実施例１と同様にして行った。なお、比較例２に係る球状黒鉛鋳鉄の溶湯の成分組成を表１に示すと共に、試験片（比較例２）の疲労強度（繰返し応力）の結果を図４に示す。
【００３９】
（実施例及び比較例の疲労強度）
図４から理解できるように、繰返し数が１０7回（図４では、１．００Ｅ+０７と表示）において、実施例１の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３３７．２ＭＰａであり、実施例２の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３２５．８ＭＰａであり、比較例１の試験片の繰返し応力（疲労強度）は２７９．６ＭＰａであり、比較例２の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３０８．９ＭＰａであることがわかる。このことから、実施例１及び実施例２の試験片は、比較例１及び比較例２の試験片よりも疲労強度に優れていることを確認できると共に、鍛造品の疲労強度（３２０ＭＰａ以上）と同等の疲労強度を発揮することができることも確認できた。
【００４０】
また、実施例１と実施例２との疲労強度を比較した場合、繰返し数が１０7回における実施例１の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３３７．２ＭＰａであり、繰返し数が１０7回における実施例２の試験片の繰返し応力（疲労強度）は３２５．８ＭＰａであるため、実施例１の方が実施例２よりも疲労強度に優れていることがわかった。ここで、表１の実施例１及び実施例２の成分組成を比較検討してみると、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇの含有量はほとんど変わらないものの、Ｓｎの含有量に０．０２％の差が生じているため、Ｓｎが疲労強度に影響を及ぼしているものと推測される。
【００４１】
比較例１においては、Ｃ（３．６６％）、Ｓｉ（２．９８％）、Ｓｎ（０．０４３％）の含有量が所定値を満足しているものの、Ｍｎの含有量が０．２１％であって、０．４〜１．０％という所定値を満足していない。このようにＭｎの含有量が０．４％未満であることにより、比較例１の試験片が鍛造品並みの疲労強度（３２０ＭＰａ以上）を発揮できないことがわかる。
【００４２】
また、比較例２においては、Ｃ（３．６５％）、Ｓｉ（２．９６％）、Ｍｎ（０．６４％）の含有量が所定値を満足しているものの、Ｓｎが含有されておらず
、しかもＳｎの代わりにＣｕが０．５９％含有されている。このようにＳｎの含有量が０．０７％未満であることにより、比較例２の試験片が鍛造品並みの疲労強度（３２０ＭＰａ以上）を発揮できないことを確認できた。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１，請求項２に記載の発明によれば、鍛造品並みの疲労強度を発揮することができる。また、請求項２に記載の発明によれば、球状黒鉛鋳鉄部材の回転曲げ疲れ試験において、繰返し数が１０7回における球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し応力は３２０ＭＰａ以上となるため、鍛造品並みの疲労強度をより確実に発揮することができるようになる。
【００４４】
請求項３に記載の発明によれば、従来技術のように複雑な熱処理やショットピーニングを行わなくても、鍛造品並みの疲労強度を発揮することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、複雑な熱処理やショットピーニングが必要ないため、簡単、かつ安価に疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材を製造することができるようになる。
【００４５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果をより確実なものとすることができる。また、請求項４に記載の発明によれば、Ａ1変態完了後に解枠するため、製造される球状黒鉛鋳鉄部材の性能のバラツキを抑制できて、球状黒鉛鋳鉄部材の品質を安定させることができるようになる。更に、解枠タイミングを厳密に調整しなくて済むため、解枠工程の管理を簡単に行うこともできる。加えて、解枠タイミングを厳密に調整する必要がないため、製造ラインの可能な限り鋳造枠数を増やすことで、球状黒鉛鋳鉄部材の生産性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）１インチＹブロック形状の砂型を示す側面図であり、（ｂ）１インチＹブロック形状の砂型を示す正面図である。
【図２】回転曲げ疲れ試験用の試験片を示す正面図である。
【図３】実施例１の供試材の組織を１００倍に拡大して示す顕微鏡写真である。
【図４】実施例及び比較例の回転曲げ疲れ試験の結果を示すグラフである。
Claims (4)
- 重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成を有する球状黒鉛鋳鉄にて形成されたことを特徴とする疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材。
- 前記球状黒鉛鋳鉄部材の回転曲げ疲れ試験において、繰返し数が１０7回における球状黒鉛鋳鉄部材の繰返し応力は、３２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材。
- 片状黒鉛鋳鉄の溶湯に対して球状化剤とＳｎ及びＭｎとを添加して、該Ｓｎ及びＭｎを含有し、かつ球状化処理された球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳造することにより、重量比で、Ｃ：３．５〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜３．３％、Ｓｎ：０．０７〜０．１０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の成分組成から形成されたことを特徴とする疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法。
- 前記鋳造された球状黒鉛鋳鉄のＡ1変態完了後に解枠することを特徴とする請求項３に記載の疲労強度に優れた球状黒鉛鋳鉄部材の製造方法。
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