鋳鉄の黒鉛化促進処理について

全文

(1)Title. 鋳鉄の黒鉛化促進処理について. Author(s). 三谷, 將之; 相馬, 詢. Citation. 北海道教育大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 42(1) : 51-60. Issue Date. 1991-07. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/6186. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 平成３年７月. 北海道教育大学紀要（第２部Ａ）第４２巻第１号ＩＡ）ＶＯＬ４２ｉｏｎ工ｉｉｄｏＵｎｉｉｔｔｙｏｆＥｄｕｃａｔＪｏｕｍａｌｏｆＨｏｋｋａｏｎ（Ｓｅｃｓｖｅｒ ‐Ｉ，Ｎｏ. ｌＪｕｙ，１９９１. 鋳鉄の黒鉛化促進熱処理について. ニ. 谷. 蒋. 之・相. 馬. 諭＊. 北海道教育大学札幌分校機械工学研究室＊北海道大学工学部機械材料学研究室. ｉｚａｔｉｏｎｏｆＣａｓｔｌｒｏｎｉｎｇＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＧｒａｐｈｉｏｎｔｈｅＰｒｏ］ｔ〔１ｄｏｔＭ［ａｓａｙｕｋｉＮＩＩＴＡＮ工ａｎｄＭ［ａｋｏｔｏｓＯＨＭＡ. ＊. ｉｏｎｌｌｉｄｏＵｎｉｉＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｉｎｅｅｉｎｇｔｙｏｆＥｄｕｃａｔｓｃａＩＥｎｇｒｅｇｅｖｅｒ，ＳａｐｐｏｒｏＣｏ，ＨｏｋｋａＳａｐｐｏｒｏｏ０２ｉｉｄｏＵｎｉｖｅｉ＊ＬａｂｏｒａｔｏｉｉｉｎｅｉａｌｌｉｎｅｅｒｔｙｏｆＥｎｇｔｙａｔｅｒｓｎｇｒｓｎｅｅｒｎｇＭ【ａｃｈ１γ ｏｆＥｎｇｌｙＭ【，Ｆａｃｕ，ＨｏｋｋａＳａｐｐｏｒｏ０６０. Ａｂｓｔｒａｃｔｌｙｎｅｅｄｌｉ［ｏａｉｏｎｇｅｎｅｒａｌｉＥｓｔａｂｌｉｔｔｎｅａｎｄｍーｏｎｇｔｉｕｃｈｅｎｅｒｇｙｚａｔｓｈｅｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｇｒａｐｈｉ ‐Ｓｏｈｉｏｎｏｆｄｉｉｚａｔｉｎｅｇｒａｐｈｉｉｌｈａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｆｔｅｎｏｄｕｌｅｓａｎｄｔｈｅｕｔｒｅｃｔ. ｌａｔｉｐｂｅｔｉｏｎｗｏｕｌｄｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｖｅｓｉｉｏｎｓｈｉｔｔｌｗｒｅｅｎｚａｔｇｒａｐｈｉｇａｔｅｄｔｈｅｒｅｉｎｇｐｒｅ－ｈｅａｔｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｉｎｅｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｆｔｅｎｏｄｕｌｅｓｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｄｕｒ. ｉｉｉｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎａａｔｔｈｅｃｒｔｔｃａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅ‐ ｚａｔｇｒａｐｈｉＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｓｕ工ｎｌｒｌｏｗｓｌａｒｉｚｅｄａｓｆｏｌ：ｉ１）Ｌｏｎｇｅｒｐｒｅ‐ｈｅａｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｔｅａｎｄｉｉｔｒｍａｌｈｅａｔａｔｈｉｇｈｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｃｒｃａｌｓｏｔｈｅｉｉｏｎｔｒａｎｇｅｌｚａｔｅａｄｅｄｔｏｍｏｒｅｇｒａｐｈｉ ‐ ｉｏｎｗａｓｔｏｐｒｅ‐ｈｅａｔｃａｓｔｉｒｏｎｆｏｒ２０ｍｉｎ２）Ｔｈｅｏｐｔｉｉｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｔｚａｔｏｎｓｐｒｏｍｏｔｉｎｇｇｒａｐｈｉｔｏａｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ５. ｌｌｙａｔｔｈｅｔｅｐｍｐｒａｔｔｉｎｇｉｔａｆｔｅｒｔｈｅ・ｒｅｊｕｓｓｏｔｈｅｒｍａｍｍａｎｄｔｈｅｎｈｅａｔ. ｉｏｎ．ｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｆｃｏｏｌｓｔａｒｔｏ. ３）Ｒｅｍａｒｋａｂ１ｉｉｏｎｊｕｓｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｓｄｕｅｔｏｔｔａｆｔｅｒｔｈｅｓｔａｒｔｏｆｃｏｏ１ｅｇｒａｐｈｉｚａｔｉｎｇｔｅ］ｎｐｅｒａｔｕｒｅｓｄｉｉｉｉｏｎｔｒｅｃｔｇｒａｐｈｚａｔｓｏｔｈｅｒｍａｌｈｅａｔ ‐ Ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｅｘｐａｎｓｉｏｎｂｙｌｏｗｅｒｉｉｏｏｆｉｎｄｉｉｉｏｎｉｔｒｅｃｔｇｒａｐｈｗａｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅｒａｔｚａｔ ‐ ｌｙｇａｐｈ４）Ｓｔｉｉｔｒｏｎｇｃａｓｔｉｒｏｎｗａｓｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｅａｓｉｚｅｄ，ｂｕｔｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎｈｉｎｉｒｏｎｏｆｌｔｔｒｎｏｗｓｅｇ ‐. ５）Ｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｕｓｅｆｕｌｄａｔａｔｏ. ｉｉｉｏｎ，ａｎｄａｌｔｚａｔｓｏｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈｅｐｒｏｍｏｔｅｇｒａｐｈ. ｆｆｅｒｅｎｔｓｔｉｂｉｌｉｉｏｎｏｆｃａｓｔｉｒｏｎｓｗｉｉｔｈｄｔｙｏｆｅａｓｉｅｒｐｒｏｄｕｃｔｒｅｎ啓ｈｐｏｓｓ．５１）（.

(3) . ５２. 三谷府之・相馬. １．緒. 言. ）とともにそれ鋳鉄の機械的性質は，化学組成，溶解条件，冷却条件等によって著しく変化する１，らの影響の総合的結果として顕微鏡組織すなわち，基質と黒鉛組織が特徴づけられる．一般的に鋳鉄を機械材料として利用する場合高強度の材質が求められ，そのためには黒鉛片は微細であることが望まれる．また，基質組織としてはパーライトが微細で，量が多いほど強く，耐摩耗性に優れているが，靭性に劣るので，機械材料としての利用に問題が生じる場合がある．そこで，セメンタイトを高温で分解して黒鉛と鉄にすると（黒鉛化：Ｆｅ３Ｃ → ３Ｆｅ十Ｃ）鋳鉄は軟化して）朝性が生じるようになる．２ｏＣに長時間加熱して共晶ＦｅＣをすべて黒鉛化焼鈍は，鋳鉄をまずオーステナイト域の８５０～９５０３焼鈍炭素にした後，緩やかに冷却してＡｒ．変態で析出するパーライトもその温度付近に長く保って分）黒心可鍛鋳鉄は，この方法で解する．前者を第一段黒鉛化，そして後者を第二段黒鉛化と称する．３）工業的に製造されている．４）しかし可鍛鋳鉄の第一段黒鉛化は，比較的解明しやすく，また従来多くの研究がなされてきた．５，第二段黒鉛化においては，安定系によるオーステナイトの直接黒鉛化あるいは準安定系による変態であるオーステナイトのパーライト変態および準安定系から安定系への変化である共析セメンタイトの黒鉛化という，以上三種の変態様式が順次利用され，第二段黒鉛化が完了される．すなわち，第二段黒鉛化は第一段黒鉛化より複雑であるため従来詳細な研究は少なく，また第二段黒鉛化は通）中でも黒鉛化時間の短縮は常数十時間を必要とすることから工業的に多くの問題を残してきた．６，省エネルギーの立場から早急に解決されなければならない問題である．これに対して，著者の一人）変態域を含む成長実験から冷却変態開始直後に恒温加熱することにより黒鉛化が促進されることは７を見出した．さらに，オーステナイト域における加熱も重要であると推察した．すなわち，オーステナイト域加熱中に生じる微小な黒鉛が多いほど，それを核として第二段黒鉛化が促進されると考えられるからである．しかし，これに注目した研究は従来皆無である．そこで，本研究では，片状黒鉛鋳鉄についてオーステナイト域恒温加熱（事前加熱）時間とそれに続く冷却変態域黒鉛化との関係について調べ，黒鉛化促進について有効な知見を求めることを目指した．. ２．実験方法実験に用いた試料は，素材寸法小３０×２５０（ｍｍ）の片状黒鉛鋳鉄ＦＣＩＯ０とＦＣ３００で，化学組成を表１に示した．顕微鏡組織は，図１に示したようにＦＣＩＯＯは長く伸びた片状黒鉛，その周辺のフェライト，そしてパーライト基質からなっている．ＦＣ３００の黒鉛は，ＦＣＩＯＯに比較して細く短く，また，パーライトが級密な様相を呈している．. このような二種類の鋳鉄の中心部から，小５ × ３５（ｍｍ）の丸棒を機械加工により採取して，実験. 表１片状黒鉛鋳鉄の化学組成，％Ｔ．Ｃ. Ｇ．Ｃ. Ｓｉ. Ｍ［ｎ. Ｐ. Ｓ. ＦＣＩＯＯ４．１２２．２６１－８４０．５９０．０７００．０１４ＦＣ３００３．２６０．９８２．０１０－５４０．０５２０．０１９. に供した．２５（）.

(4) . 一－－－露襲滋惑謙鋳鉄の黒鉛化促進熱処理. . . . . . ５３. . . に. . Ｌ」すご遥々；．逸イ．－↓むて．！ＦＣＩＯＯ）片状黒鉛鋳鉄（. 二ヒトきせ」三－〆. ド ≦》. . ー－－ニ. 片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ３００）. 図１片状黒鉛鋳鉄の顕微鏡組織（鋳造のまま，３％ナイタール腐食）熱処理は，図２に示した縦型熱膨張計の電気炉の試料台に上記の試験片をのせ，図３に示したよｏＣまでおよそ１０Ｃ／ｍｉうに室温から９０ｏ００ｍｉｎの加熱速度で加熱した後０ｎ事前恒温加，２０そして６ｏ熱を行った．その後，冷却変態付近温度まで１ｏＣ／ｍｉｎで冷却した．そして，冷却変態開始直前のＡＣ．ＯＱＶ. 検出器. 差動変圧器. →排気. じ１. 冷却水石英管. 冷接点嵯温度－ＣＡ熱電対伸び記録計. 試験片. 温度一時間記録計 ←÷ ガス図２熱膨張計の概略図. ０Ｃ７１５７３００Ｃ７４００Ｃ. ９００ＯＣ－○，２０，６０ｍｉｎ変態域恒温加熱温度. . （加熱時間：３ｈｒ）. ７４０，７３０，７１５，７００，６６０．６６ｏｏＣ. 室温）. . ｒ. ６００７００８００９００圭，ｏｃ加糞丸温厚. 図３熱処理方法３５（）.

(5) . . ５４. 三. 谷. 之・相. 府. 馬. 諭. ｏＣ冷却変態終ｏＣ冷却変態終了直前の７００Ｃ冷却変態半ばの７１０Ｃ冷却変態開始直後の７０５３０７４０，，，，ｏＣの各温度で３ｈｒ恒温加熱した後室温まで０Ｃそして冷却変態が完全に終了した６６０了直後の６８０，冷却して，熱膨張曲線の解析，組織観察そしてフェライト面積率の測定を行った．また，ＦＣ３００にｏＣについてのみ行ったなお加熱は縦型熱膨張計のｏＣ－６０ｍｉｎ → ７３０７００６６０ついては，９０ｏ，，，， ‐ ／ｍｉ０ｃｃ９９‐９９９９％）をおおよそ５石英管の下部から高純度アルゴンガス（ｎの割合で送り込んだ雰囲８｝（日本レギュレー気中で行った．さらにフェライト面積率は，粒子の解析を行うルーゼックス４５０ビデオ信号に変換し，タ社製）を使用した．その測定原理は，視野内の粒子をＴＶカメラによって. しきい値回路に送り，解析したい濃度範囲内の画像だけを抽出する．その後，２値化して計数回路で種々の測定を行う．本実験では，ナイタールで深腐食を行ってパーライトを黒色，フェライトを白色に区分して，フェライト面積率を測定した．. ３．実験結果ｏＣにおける事図４－仰，（Ｂ）式のはＦＣＩＯＯの，そして⑩ はＦＣ３００の熱膨張曲線である．仰は，９ｏｏ前加熱時間がｏｍｉｎ，すなわち恒温加熱を行わなかった場合の結果である．変態域恒温加熱膨張傾ｏＣが一番著しく以後加熱温度の低下とともに減少して変態終了後の向は，変態開始直後の７３０，，ｏ６６０Ｃでは，変態開始直後の約１／４になった‐ また，各温度の膨張傾向に著しい差が生じたが，恒温加熱後の冷却曲線の傾きはいずれの場合もほぼ等しく，平行な直線を描いた．一方，加熱時間にｏＣでは恒温加熱開始から３０対する膨張傾向にも等しい差異が生じた．すなわち，変態開始直後の７，わずか２０ｍｉｎほどで全膨張（３ｈｒ加熱）の約８０％にも達するが，その後の膨張傾向は，著しく減０Ｃにも認められ２０ｍｉ少した．この傾向は，変態半ばの７１５ｎまではやはり著しい膨張傾向を示し，，ｏＣにおいても加熱開始直後の瞬時にｏ０全膨張は，７３０Ｃの８０％に達した．さらに，変態終了直前の７０. Ｒ製ＳＷ率日展の＼ａコＯＯ一× ＾刺ｏ. ｉ圏. ｏ. ，一・. １ｃ６６。。. ３. ｏ. １. 鱒影５－. ハ. ５. ｉｎ. ムー. ＊．も. ６６０℃. ４÷７３０℃. . ＦＣ３００１. ２. ＦＣＩＱＱ. １１７３００Ｃ. －一・一／’ ．. ／. ０. ６. １. ００. 、ー塾誓時翠［. ５. 《Ｏ墓拶－‐－－－－／－ー／ーメびモー獄さ ‐イ〆‐ ２３１加熱時間、ｈ. ５. ７００℃ が. ６吠１４６. ，. ″ 官ＡＩ）. ３. ７３００Ｃ. １. . 夕. ３. ）（Ｂ）. 遡幽＝３Ｃ），（２」・２０６０７０ｏａ考『商一９ｏｏ６０６０７００６００. ６ｏ０７００６００９００６００７００８ｏｏ加熱温度，ｏｃ加熱温度，ｏｃ. 加熱温度、 ℃. 図４恒温加熱熱膨張曲線５４（）. ９００. 加熱温度、 ℃.

(6) . ５５. 鋳鉄の黒鉛化促進熱処理. ｏＣのおおよそ２０％になっ著しい膨張傾向が生じたが，前二者の温度に比べると著しく減少して，７３０. た．一方，変態終了後の二つの温度の膨張傾向は，加熱初期の著しい膨張傾向も消失して類似した０Ｃのおおよそ２５％になった低膨張曲線を描き３ｈｒ加熱後の膨張量は７３０．. ０（Ｂ拝まｎの場合に類似し，ｎの場合である．膨張傾向は④のｏｍｉ，９００Ｃでの事前加熱時間が２０ｍｉ０Ｃ以上の各恒温加熱の膨張はｏｍｉｎまた恒温加熱後の冷却曲線の傾きはほぼ等しい．しかし，７００，の場合よりわずかだが増大する傾向が生じるとともに，加熱後の冷却曲線はやはり重なる傾向を示ｏＣ０Ｃについても恒温加熱を行ってみたが加熱の半ばまでは７１した．一方，冷却変態開始直前の７４０５，０００よりも低膨張で，その後は７１８０Ｃと６６０Ｃの膨張傾向及び膨張量５Ｃにほぼ等しくなった．なお，６は仰の場合にほぼ等しかった．０Ｃ及び７０００Ｃでの膨張傾向は囚及び（（Ｃ）は，事前加熱時間が６Ｂ）に類似し０ｍｉｎの場合である．７３０，ｏているが，わずかに増大する傾向が認められる．また，６６０Ｃは，やはり④及び（）の場合に類似したＢ膨張傾向を示すとともに，膨張量もほぼ等しかった．. 右端の⑩ は，ＦＣ３００の事前加熱時間が６０ｍｉｎの場合である．膨張傾向は先のＦＣＩＯＯに類似して０Ｃの著しい膨張増大傾向はＦＣＩＯＯよりも緩慢になってほぼ４０ｍｉｎいるが，変態開始直後の７３０，，０Ｃの膨張量はＦＣＩ０Ｃ及び７ＯＯよりも少なく００の恒温加熱で膨張が飽和状態に達した．又，７３０，，ｏＣの場合は約３０％減少したしかし変態終了後の６６０ｏＣの膨張はＦＣＩ７３０ＯＯにほぼ等しかった．．０Ｃ事前恒温加熱時間に対する膨張量を変態域恒温加熱温度別に区分して図５は，ＦＣＩＯＯの９００，ｏＣ事前恒温加熱時間が長いほど示した結果で膨張傾向の差異が明瞭に認められる．すなわち，９０ｏ，. 又，冷却変態域での恒温加熱温度が高いほど，膨張が増大した．また，変態終了後の恒温加熱による膨張はほぼ等しく，事前加熱の影響の消失が明瞭である．変態域恒温加熱温度（加熱時間：３ｈｒ）７３００Ｃ７０００Ｃ６６００Ｃ０－６. Ｎ. 言三「園浅. Ｎ. . . “. 二国ｎ璽. 嚢 ○．２０．０. ０２０６０. ０２０６０. 圏ｎ悶０２０６０. ９０ｏｏｃ事前↑亘ラ品加熱時間，ｍｉｎ図５. ｏＣ事前加熱に対する変態域膨張量ＦＣＩＯＯの９０ｏ. 図６は，恒温加熱中の膨張量とフェライト面積率を棒グラフに示した結果である一般的に，膨．張の増大に従ってフェライト面積率が増大したが，その傾向は，必ずしも一致していない．すなわちＦＣＩＯＯの事前加熱時間ｏｍｉｎの場合，恒温加熱温度の低下とともに膨張の減少傾向が著しいが，. フェライト面積率の減少傾向は，極めて緩慢である．一方，事前加熱時間の増大に伴ってフェライト面積率が増大するが，やはり類似した傾向が明瞭に認められた．これに対して，ＦＣ３００の場合は，膨張量とフェライト面積率の関係がＦＣＩＯ０とは逆の関係が生じているのが注目される．すなわち，膨張量はいずれの場合もＦＣＩＯＯよりも少ないが，フェライト面積率はＦＣＩＯＯを上回った．５５（）.

(7) . ５６. 三谷将之・相馬. 詞. ＴＯＯ９ｏｏｏｃ事前↑ 亘漏加熱時間：ｏｍｉｎ. ヤｈ６０. ＦＣＩＯＯ９ｏｏｏｃ事前恒ラ昼加熱時間：２０ｍｌｎ. ム浅６０ヤー６０. １曜４ｏ. . ト糎２０. ト掴２０. Ｏ変態域恒温カロ熱なし. 査のまま金寿美. 変態域恒’ 品加熱なし. 鋳造のまま. ２ぞｏ．０Ｏ．. ７３０７１５７００６６０６６０. ７３０７１５７００６６０６６０. 加勢も温度，ｏｃ. ｉｏｏム繰６０. 加熱温度，ｏｃＦＣ３００９ｏｏｏｃ事前恒温加熱時間：６０ｍｉｎ. ＦＣＩＯＯ９ｏｏｏｃ事前恒温加熱時間：６０ｍｉｎ. 藷６Ｏ. ドｉ６Ｏ. 日把４０. 日憾４０ト糎２０. ト掴２０Ｏ . 昼変態城恒ラ６呂繰０．. 鋳造のまま. 、態域恒温変加熱なし. ６』ｏ ‐. 鋳造のまま. . ２ぞｏ．７３０７１５７００６８０６６０. ７３０７１５７００６６０６６０加勢温度，ｏｃ. 加勢“温度，ｏｃ. 図６. 恒温加熱中の膨張量とフェライト面積率. 図７は，図６の関係を再度整理したグラフで，事前加熱時間に対する変態域恒温加熱中の膨張量. とフェライト面積率の対応関係が明瞭で，膨張とともにフェライト面積率がほぼ直線的に増大した．そして，ｏｍｉｎに対して２０ｍｉｎ事前恒温加熱によるフェライト面積率の増大が顕著であることから，２０ｍｉｎ程度の恒温加熱によって黒鉛化を促進させることが理解できた．しかし，６０ｍｉｎによる結果. は２０ｍｉｎより僅かに大という程度で，殆ど差が無いと言えよう．一方，ＦＣ３００の場合，ＦＣＩＯ０と同じ膨張でもフェライト面積率が大であるという注目すべき結果が明瞭に認められる．０Ｃを基準に比較した膨図８の上図は，ＦＣＩＯＯの変態域恒温加熱温度に対する変態域膨張量を６６０ｏＣ張量比を示す．図から明らかなように，変態域恒温加熱温度とともに膨張量比が増大したが，７００より高温側における増大傾向が著しい．すなわち，黒鉛化傾向が顕著であることが理解できる．一ｏＣ事前恒温加熱時間に対する変態域膨張量を加熱時間ｏｍｉ方，下図は，９０ｏｎを基準に比較した結果ｏＣより７０ｏＣの膨張傾向である変態域恒温加熱温度の増大とともに，膨張量比が増大するが，７３００が大であった．また，恒温加熱時間２０ｍｉｎまでの増大傾向が大きいが，その後は減少する傾向を示した．さらに，６６０℃の場合には恒温加熱時間が増大しても膨張量比がほぼ等しいので，変態終了後の温度においては加熱時間を増大しても黒鉛化を促進する効果がないことが再度理解できた．. ５６（）.

(8) . ５７. 鋳鉄の黒鉛化促進熱処理. ９ｏｏｏｃ恒温加熱時間６０ｍｉ２０ｍｉｎ. 繰. ．. ６０. ジもが. 纂７ｏ. ６６０. ｇｌ. ７３０. ÷湿度（３ｈｒ）変態城恒温加熱７００℃. ；６０３整１．. １ト. 蟹１２．１Ｉ艶． . Ｈ５ . ７００. 変態域恒温加熱温度，ｏｃ. ０．０. ０‐２. ０．４. ０．６. ０．８. ０１０２０３０４０５０６０. ↑ 亘ラ霊力０１熱中の脆察援量，％図７. ９ｏｏｏｅ恒温加熱時間，ｍｉｎ. 恒温加熱膨張量とフェライト面積率. 図８ＦＣＩＯＯの膨張傾向の比較. ｏＣの場合他の変態域恒温図９は，室温で観察したＦＣＩＯＯの代表的顕微鏡組織写真を示す．７３０，加熱温度に比較すると，フェライト面積率が多く，パーライトはほとんど分解傾向であるそして．その傾向は，オーステナイト域恒温加熱時間とともに増大して，６０ｍｉｎの場合，パーライトはほぼ完全に消失した．しかし，パーライトが多少残留しているとは言え，オーステナイト域事前恒温加熱がｏｍｉｎでも変態域で恒温加熱をすると黒鉛化を著しく促進する効果のある結果が得られたことは注目に値する．ｏＣの場合の黒鉛化傾向は７ｏＣに類似しているがパーライト量が多いしかしかなりのパー７００３０．，ライトが分解していることから，この温度でも短時間の恒温加熱で黒鉛化を行わせ得ることが理解できる．ｏＣでの組織変化は図以上は，変態域内において恒温加熱を行った場合であるが，変態終了後の６６０一９の番下に示した通りである‐ すなわち，変態域内の恒温加熱に比較すると残存するパーライト量が多く，しかも，事前恒温加熱時間の増大にもかかわらずパーライトの分解量に大きな差が認められないことが理解できる．これは，先の膨張量とフェライト面積率の測定結果に良く対応している‐ ｏＣで６０ｍｉｏＣ図１０は，ＦＣ３００の場合でオーステナイト域の９０ｏ３０ｎ事前加熱した後，変態域の７，. ｏＣそして変態終了後の６６００Ｃで３ｈｒ恒温加熱した結果である７０７００．３０Ｃの組織はフェライトと黒鉛０のみで，パーライトの存在は認められない．すなわち，完全に黒鉛化が行われたと考えられる７．００Ｃの場合も著しく黒鉛化が生じる一方，同じ条件のＦＣＩＯＯよりも黒鉛化量がわずかに多い様相が認められる．. ５７（）.

(9) . ５８. 三谷府之・相馬. ｏｍｉｎ. ２０ｍｉｎ. 諭. ６０ｍｉｎ. ｏＣ事前加熱９０ｏ ↓. ０Ｃ恒ｉ勘隣ミー３ｈｒ７３０. ｏｍｉｎ. ２０ｍｉｎ. ６０ｍｉｌｌ. ０Ｃ事前加熱９００ ↓ ｏＣ恒温加熱－３虚７００. ｏｍｉｎ. ２０ｍｉｎ. ６０ｍｉｎ. ｏＣ事前加熱９０ｏ ↓ ｏＣ恒温加熱－３ｈｒ６６０. ）を変態域で恒温加熱した顕微鏡組織（３％ナイタール腐食）図９片状黒鉛鋳鉄（ＦＣＩＯＯ. ｏＣ－６０ｍｉ９０ｏｎ事前加熱 ↓ 変態域恒温加熱－３ｈｒｏＣ７３０. ｏＣ７００. ｏＣ６６ｏ. ）を変態域で恒温加熱した顕微鏡組織（３％ナイタール腐食）図１０片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ３００５８（）.

(10) . 鋳鉄の黒鉛化促進熱処理. ４．考. ５９. 察. ＦＣＩ０ともにオーステナイト域で事前恒温加熱時間が増大すると，変態域内での恒ＯＯ及びＦＣ３０. 温加熱膨張及びフェライト面積率が増大，すなわち黒鉛化が促進された．これは，オーステナイト域で事前に恒温加熱をすることによって共晶セメンタイトが分解して析出した粒状小黒鉛を中心に変態域での黒鉛化が進んだ結果と理解できる．しかし，変態終了後ではこのような効果が認められなかったのは，温度が低いので炭素の拡散が抑制されたためと考えられる．一方，冷却変態開始直後における恒温加熱膨張が著しかったのは直接黒鉛化９による．すなわち冷却変態開始直後ではオーステナイトから直接炭素が析出するので，著しい膨張と黒鉛化が生じたと考えられる．そしてこの現象が極めて短時間に生じたので，工業的立場から有益な知見である．これに対して恒温加熱温度の低下による著しい膨張の減少は，直接黒鉛化に変わって間接黒鉛化量が多くなった結果を示す．すなわち，黒鉛から離れた位置に生成されたパーライトの分解により黒鉛化が行われる機構が中心になる．そして，この機構は時間がかかるので本研究の時間内では直接黒鉛化より低膨張になった０｝と考えられる．しかし，もしさらに加熱を続ければ，黒鉛化が促進され膨張が増大したであろう．１一方，ＦＣＩＯＯにおいて，恒温加熱時間とともに冷却曲線の傾きがわずかに穏やかになったが，膨張０ｍｉ傾向は，２０ｍｉｎは２０ｍｉｎにほぼ等しかった．このことから直接黒鉛化ｎ恒温加熱が著しく，６の最適時間は，肉厚５ｍｍに対して，２０ｍｉｎ程度と考えられる．又，注目すべきこととして，ＦＣ３００は，ＦＣＩＯＯよりもパーライトが細かく高強度にもかかわらず冷却変態直後，及び変態半ばの恒温加熱においてＦＣＩＯＯよりも低膨張でフェライト面積率が大であったことである．これは，冷却変態終. ｏＣの両鋳鉄の膨張にはほとんど差異がないことから第一段黒鉛化量が多くす６０了直後すなわち６，，なわち微小な黒鉛の析出量が多いのでそれを核とする直接黒鉛化が増大した結果と理解できる．以上の結果から，片状黒鉛鋳鉄は，オーステナイト域での事前加熱の後，冷却変態域での恒温加熱温度が高い程，直接黒鉛化の割合が増大して，短時間に黒鉛化を達成させることが判明した．しかも，本研究から直径５ｍｍに対して，オーステナイト域事前加熱おおよそ２０ｍｉｎ，冷却変態域加ｏ熱２０～３０ｍｉｎが効果的であることが明らかになった‐ 例えば，ＦＣＩＯＯの場合，９ｏｏＣで２０ｍｉｎ事前に恒温加熱を行うと，行わない場合に比較して，最大で４０％もフェライト面積率が増大した．また，セメンタイト量が多く強度が高い鋳鉄ほど事前加熱による粒状小黒鉛の析出量が多いので，変態域における直接黒鉛化が増大する．さらに，変態域の恒温加熱温度によってパーライトとフェライト量を変えることができるので，種々の機械的性質を付与した材質を得られる可能性も理解できた．従って，本研究の熱処理方法は，黒鉛化を促進して省エネルギーに寄与するので黒鉛化の新たで有効な方法のみならず，鋳造後の鋳鉄の材質を容易に変えることができるので，鋳鉄の種々の工業的利用の拡大にも応用できる方法と考えられた．. ５．結片状黒鉛鋳鉄に靭性を付与する従来の黒鉛化法は，一般的に長時間を要し，省エネルギー的立場）からあらかじめ微小黒鉛の存在とから問題が指摘されている．これに対して著者の一人の成長実験７直接変態を利用することが効果的と考えられた．そこで，本研究では，片状黒鉛鋳鉄のオーステナイト域事前恒温加熱時間を種々変えることによって微小黒鉛の析出量を変化させ，これと冷却変態５９）（.

(11) . ６０. ・. 三谷幣之・相馬. 詞. 域恒温加熱による黒鉛化との関係を調べ，黒鉛化促進に新たな知見を求めることを目指した得ら．れた結論は次の通りである．１）片状黒鉛鋳鉄は，オーステナイト域事前恒温加熱時間が長い程，又，冷却変態域の高い温度で恒温加熱する程，著しい膨張が生じフェライト面積率が増大した例えば，冷却変態開始直後の．恒温加熱によって，おおよそ２０～３０ｍｉｎで全膨張の８０～９０％に達した．２）変態終了後の恒温加熱膨張は，事前加熱にもかかわらず著しく減少して，変態開始直後における恒温加熱膨張の１／４～１／５になった．３）冷却変態直後の恒温加熱による著しい膨張とフェライト化は，直接黒鉛化による一方恒温，．加熱温度の低下による膨張の減少は間接黒鉛化の割合が増大する結果である．４）高強度の鋳鉄ほどオーステナイト域での事前加熱による微小黒鉛の析出量が多く直接黒鉛化，量が増大してフェライト面積率が増加した．しかし，膨張は低強度鋳鉄より少なかった．０Ｃ事前恒温加熱時間２０ｍｉ５）本研究から，肉厚５ｍｍについて９００ｎ，冷却変態開始直後の恒温加熱が最も黒鉛化を促進する条件であることが分かった．６）本研究の結果は，黒鉛化促進に対して有益な知見を与えるばかりでなく，オーステナイト域，. 及び変態域恒温加熱温度及び時間によって組織を変え，種々の工業的要求に容易に対応できる材質が得られることも理解できた．. 文. 献. １）加山延太郎ら：鋳鉄の材質，（コロナ社）（１９７５），Ｐ．１～３８２）岡本正三：鉄鋼材料，（コロナ社）（１９７６）Ｐ１４， ‐９３）矢島悦次郎ら：機械・金属材料，（丸善）（１９８４），Ｐ‐２３６４）幸田成康ら：新版材料篇鋳鉄，（日本金属学会）（１９６３）３～８０，Ｐ‐７５）堤信久，祖父江昌久：鋳物，４１９７０）９，Ｐ．７５７１（６）Ｒ．Ｗ１１９６２），Ｐ‐１０７ｏｄａｗｅｒ：ＦｏｔｍｄｗＴｒａｄｅＪｏｕｍａｌ，２６（. ７）相馬諭，８）相馬諭，９）萩原巌，１０）相馬論，. 若松克光：鋳物，６２（１９）９０２５～６３０，Ｐ‐６長岡金吾：鋳物，５５（９８３）１Ｐ５６～５５１，．４高橋忠義：北大工研究報告，第２４号（１）２月，Ｐ‐１～６１９６若松克光：鋳物，６２（９）１９０Ｐ６２９，．（本学教授. ６０（）. 札幌分校）.

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