放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱,耐磨耗特性

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(1)Title. 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱,耐磨耗特性. Author(s). 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, 48(1) : 37-46. Issue Date. 1997-08. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/1968. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 北海道教育大学紀要（第２部Ａ）第４８巻第１号. 平成９年８月Ａｕｇｕｓｔ，１９９７. ｉｄｏＵｎｉｖｅｉＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｏｋｋａｉｉｏｎｌＩＡ）ＶｏｔｙｏｆＥｄｕｃａｌＩｔｔｒｓｏｎ（Ｓｅｃ．４８．，Ｎｏ. 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱，耐摩耗特性相馬. 諭. 北海道教育大学釧路校技術科教育研究室釧路０８５. ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＨｅａｔａｎｄｖｖｅａｒＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ. Ｆ１ａｋｅＧｒａｐｈｉｔｅＣａｓｔｌｒｏｎｂｙＳｐａｒｋＨａｒｄｅｎｉｎｇ. Ｎ【ａｋｏｔｏｓＯＨＭＡＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｉＩＥｄｕｃａｔｉｉｉｄｏＵｎｏｇｃａｉｖｅｒｉｉｏｎｏｎｒｏＣａｍｐｕｓｔｙｏｆＥｄｕｃａｔｓ，Ｋｕｓｈ，ＨｏｋｋａＫｕｓｈｉｒｏ０８５. Ａｂｓｔｒａｃｔ工ｎｏｒｄｅｒｔｏｒａｉｉｏｎａｌｖａｌｕｅｏｆｈｅａｔａｎｄｗｅａｒｒｅｓｔｉｌａｋｅｇｒａｐｈｉｓｅｔｈｅａｄｄｉｔｅｃａｓｔｉｒｏｎ，ｔｈｅｓｔａｎｃｅｏｆｆ. ｔｈｖｖｃｂｙｓｐａｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓ ”Ｐｅｎｅｔｒｏｎ“ ａｎｄｔｈｅｈｅａｔａｎｄＷｅａｒｓｕｒｆａｃｅＷａｓｃｏａｔｅｄＷｉｉｇａｔｅｄｉｎｓｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＷａｓｉｉｌｌａｉｒｎｖｅｓｔ．. ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄＷｅｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ．. １）Ａｃｏａｔｅｄｌａｙｅｒｏｆａｂｏｕｔ１５”ｍＷａｓｏｂｔａｉｎａｂｌｅｅａｓｉｌｙＷｉｔｈ２ｍｉｎ／ｃ１ｍ２ｂｙｓｐａｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇａｎｄｓａｎｄｂｌａｓｔｉｎｇ．. ２）ＴｈｅｌａｙｅｒＷａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｉｒｏｎ‐ｄｏｕｂｌｅｃａｒｂｉｄｅｏｆＦｅ，Ｗ÷ａｎｄＣｏ．. Ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｌａｙｅｒｒｅａｃｈｅｄ. ＨＶ＝８００ａｎｄｉｔｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏｗａｒｄｔｈｅｃｅｎｔｅｒ．. ３）Ｔｈｅｓｐａｒｋ‐ｈａｒｄｅｎｅｄｉｒｏｎｓｈｏｗｅｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．. Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｉｎｏｘｉｄａ‐ ，. ｉｏｎａｍｏｕｎｔｒｅａｃｈｅｄａｂｏｕｔ３０％ｉｎｔｈｅｉｔｉｎｇｏｆ７７３Ｋａｎｄ７０％ｉｎ９７３Ｋａｎｄｌ１７３Ｋｓｏｔｈｅｒｍａｌｈｅａｔｃｏｎ・ｐａｒｅｄｔｏｎｏｎ‐ｃｏａｔｅｄｉｔｅｒ２０ｈ’ ｉｎｇｒｏｎａｆｓｉｓｏｔｈｅｒｒｎａｌｈｅａｔ. ．. ４）ＴｈｅＷｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＷａｓａｌｓｏｒｅｍａｒｋａｂｌｅ．Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅＷｅａｒａｍｏｕｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｄａｂｏｕｔ９０％ｉｎａｌｌｏａｄｏｆ２１Ｎａｎｄａｂｏｖｅ９０％ＷｉｔｈｔｈｅｆＷｉｔｈ３１Ｎａｎｄ６２Ｎ．. ５ｌａｋｅｇｒａｐｈｉ）Ｔｈｅｓｐａｒｋ‐ｈａｒｄｅｎｅｄｆｔｅｃａｓｔｉｒｏｎｗａｓｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｕｔｉｌｉｚｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｓｔｈｅｈｅａｔａｎｄＷｅａｒ‐ｒｅｓｉｓｔａｎｔｉｉａｌｕｓｅ．ｒｏｎｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒ. １．緒. 言. 近年種々の鉄鋼材料の高品位化・高付加価値化の強い要求に対して多くの研究者による有益な成果が報告２３）））すなわち種々の熱処理合金元素の添加表面処理等による多くの研究が報告され工業的されている１．，，，. 応用が確立されている．一方，最近鋳鉄材料に対しても高機能化が要求されるようになり中でも表面処理，（表面改質）による研究が活発に行われ，耐熱性，耐摩耗性，耐疲労性，耐食性装飾性など各種の特質を有，）した鋳鉄の開発が注目されている４．. 一般に鉄鋼材料の表面改質法には，相変態の利用，元素浸透高機能物質の被覆をする三つの方法に大別，（３７）.

(3) . . 諭. 相馬. ３８. されている．しかし黒鉛組織が材料表面に露出している鋳鉄の場合には，処理時の熱応力による割れ，改質）現在，比較的適切な方法として元素拡散浸透法が推奨され，中で層と基地との密着性が問題となっている３．）が中心的であるさらに表面焼入れ，プラズマ溶射，金属拡散浸透などが注目されてもボライディング処理５．）しかしこれらの諸方法は，複雑な装置と厳しい保守管理が必要であるので製品のコスト高が避けられいる２．. ない．そこで本研究では，切削工具，金型などの切削性，耐久性を向上させるための放電硬化法を鋳鉄の表面改質に試み，新たな表面改質法の確立の可能性を検討した．６放電硬化装置には種々あるが，スイスのユニツール社のペネトロン装置が最も性能が高いとされている）．. それは，この装置は，新しい考えから確立された放電硬化法であって，従来の方法と顕著に異なる点は，例えば，放電点の温度が，２５，００ＯＫにも及ぶことである．これによって迅速確実に，被処理物表面に高硬度の拡散層が生成されることが，工業的実験においても認められている．. 本研究では，片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ２５０級）に上記装置で表面硬化を試みた．そして種々の温度で恒温加熱による耐熱性並びに室温における耐摩耗性を調べた．さらに硬化層（皮膜）と基地の拡散層を硬さ測定とＥＰＭＡ分析を行って皮膜の性質を調べ，放電硬化法によって鋳鉄に付加価値が付与できるかについて検討した．２．実. ２ー１. 方. 験. 法. 放電硬化装置. 図１は，放電硬化装置の回路図である．電極と被加工物はコンデンサーＣに接続され，コンデンサーは抵抗Ｒ. . を通じて直流電源に接続されている．電極は電磁気的に振動し，被加工物との接触を繰返し断続して火花放電を. 丁. 生じさせる．一般に電極物質には高硬度の金属炭化物が用いられ，これが放電現象によって，被加工物の局部を. . 電源. 」ｉ被加工物ー１（－）. 放電硬化装置の回路図. 図１. １ ′ｒ１」ー〜「ｒ」１」ｊＪＥ」；ＦＩ. ，，，」，Ｌｒい ” 、ド＼. ．・－，－＼ →” ＼. ノ ▲いさ ′ －き・ノ′ へ . . . . ｒ. . ～～－. ｔ . － ′．. . 図２. －. ．. ぎ. . も. 、 . . ‘. ．. －．希 ← ；～４二一デキ－～一 ” ” ｛”. . ＋ . 筆メ. . ーーもぎトも. １１Ｌ÷÷．；，. 放電硬化装置図３. （ペネトロン装置）（３８）. 乾式ブラスト装置. .

(4) . 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱，耐摩耗特性. ３９. イオン化し，大気中の酸素，炭酸ガスその他酸化性ガスの反応しない雰囲気を作り同時に著しい高温度に，｝よって，電極物質は被加工物表面層に拡散し，移行する６．本実験の放電硬化は，（１）実情に添った容易な操作で適用できる装置（２）確実な耐久性に関する効果（３）種々の応用物について基本的な処理条件が容易に得られること等を考慮して図２に示したユニツール社のペネトロン装置（タイプ２０２０）（科研費で購入）を選択した． ‐そして電極振動数１０ＯＨ本実験による放電硬化は，電圧１１ＯＶｚで電極棒を付けた振動機を手に持って鋳鉄試験片の表面に行った．電極棒は，ＷＣ系で寸法は，１．５×１‐５×５０ｍｍである又化学組成はＷ：８６９３，．．，Ｃｏ４５Ｃ８７Ｆ：０１５％であた放電皮目標ｅ膜厚おおよはそ２ｍ０としたａｓｓこれには種々っ．．， ‐ ，． ”ｍ，．２の予備実験を行った結果，単位面積（ｃｍ）当り２ｍｉｎの放電で達せられた．その後図３に示した乾式ブラスト装置（ウルサグ社製サンドマスターＴｙｐｅ５５Ｓ；科研費で購入）で軽く研摩すると厚さがおおよそ１５ｍに ”. なった．なお，放電硬化を行う前に試料表面はエメリー紙で＃５００まで研摩してアルコ」ル洗浄した，．２ー２. 実験試料. 実験に用いた片状黒鉛鋳鉄の素材，引張試験片，酸化試験片及び摩耗試験片を図４に示した各試験片は．素材の中心部から機械加工により製作した．そして酸化試験片は全面に摩耗試験片は１０×２５×６０ｍｍの，，. 一面のみに放電硬化を行った．試料の化学組成と諸性質を表１に示した．顕微鏡組織は，図５に示したように片状黒鉛とパ」ライトと微量のフェライトからなっている上部の白色帯状組織が放電皮膜である．．２ー３. 耐熱性試験. 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄は，図６に示した熱サイクルで耐熱性試験を行った加熱雰囲気は静止空気中．で，試料を磁製皿にのせ室温のマッフル炉（２５０×２５０×３００ｍｍ，発熱体ＳｉＣ，電気容量２０ｋｗ）に挿入して. 指定の温度，すなわち７７３Ｋ，９７３Ｋ及び１１７３Ｋまで加熱した．加熱速度はおおよそ８×１０－２Ｋ／ｓであった．そして図に示した時間恒温加熱した後，５７３Ｋまで炉冷却した．その後レンガボックスに移し，室温まで冷却して重量の測定と顕微鏡観察を行った．. ２５０. 素. 材化. 耐熱性試験片. ６０. ｌｏ摩耗試験片. 図４片状黒鉛鋳鉄の素材と各試験片（３９）. 成、ｍａｓｓ％. Ｇ－Ｃ. Ｓｉ. 肋. Ｐ. Ｓ. ３．３１. ２ ‐８９. １．９２. ０ ‐５２. ０ ‐０２９. ０．０１６. 諸. 引張試験片. 組. Ｔ．Ｃ. ９５. 日. 学. 性. 質. 引張強さＭｐ（）ａ. 伸び（）％. ブリネル硬さ（１０／３０００）. ３ αｇ／）ｍ. ２６０. ３．３. １８５. ７．０８. 密度.

(5) . 諭. 相馬. ４０. ７７３Ｋ，１１７３Ｋ，９７３Ｋ. Ｌこ－－一坪 “杷さ. 炉齢８ｘｌｏ‐ＺＫ／ｓ. （レガ箱）ン. ５７３ＫＥ－. き. . 図５. ２ー４. ↑試料挿入. . 加熱時間. 図６. 片状黒鉛鋳鉄の鋳造のままと皮膜組織. 耐熱性試験の熱サイクル. 摩耗試験. 摩耗試験は，大越式迅速摩耗試験機で行った．試験条件は，摩擦距離２００ｍ，摩擦速度０‐１，３‐６，２‐０，０‐９）を使用した．なお，相手材としてＳＫＤ－１１（ＨＲＣ６０ｍ／ｓ，そして最終荷重は，２１Ｎ，３１Ｎ，６２Ｎで行った．／１２ｒによって求めた．ここでＢは，相手リング材の厚さで本実験では３摩耗量は，体積摩耗量Ｗ＝Ｂｂ３ｍｍ，ｒは半径で１５ｍｍ，ｂは摩耗痕幅で，実験後測定して求めた．２ー５. スクラッチ試験. 皮膜の密着性を評価するために，スクラッチ試験をオリエンタルエンヂニアリング社の御協力を得て行ったが，皮膜厚さ１０”ｍ以下，表面粗さがｌｏｓ以下の条件を満たしていないため実験は不可能であった．３．実. 験. 結. 果. 図７は，図５の白色帯状組織をＥＰＭＡ線分析した結果である．皮膜の組成は，Ｗ：おおよそ２５％，Ｃ：２％，Ｆｅ：６０％，Ｃｏ：４％からなるので鉄複炭化物と考えられるとともに非常に硬い組織と推察される．そこで硬さの測定を行った．図８がその結果で，試料の端から中心部に渡るマイクロビッカース硬さの分布曲線を示している．試料の端の白色組織のＨＶは，１０００にも達した．そしてそれより内部は連続的に減少して３０”ｍ付近から. 基地の硬さＨＶ＝３００になった．図９は，耐熱性試験結果で，加熱時間に対する各温度での重量増加割合を示した．７７３Ｋ恒温加熱において，被覆なし（ｅｄ）場合は，ほぼ連続的に重量が増加して，２０ｈで４‐４× ｎｏｎｃｏａｔ２％に達したこれに対して被覆あり（）場合は，加熱ｌｈではｎｏｎｃｏａｔｅｄとほとんど同じであっ１０－ｃｏａｔｅｄ．たが，５ｈまでは増加傾向はほとんど見られなかった．ｌｏｈ以上では僅かに増加傾向に転じたが，２０ｈ加熱後の重量は，ｎｏｎｃｏａｔｅｄのおおよそ７０％であった．ｅｄの９７３Ｋのｎｏｎｃｏａｔｅｄの場合は，加熱時間とともに放物線を描いて重量が増加した．これに対してｃｏａｔ. 場合は著しく重量増加が抑制され，２０ｈ加熱後ではｎｏｎｃｏａｔｅｄのおおよそ３０％であった．１１７３Ｋのｎｏｎｃｏａｔｅｄの場合も９７３Ｋに類似した重量増加傾向を描いた．これに対してｃｏａｔｅｄの場合はｅｄのおおよそ３０％であっｌｏｈまでほとんど重量の増加が見られなかった．そして２０ｈ後の重量は，ｎｏｎｃｏａｔ（４０）.

(6) . . 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱，耐摩耗特性０５節倦０５０ヂご′“ ３２１. ・. 、ｏ …. …. ；. ｒ. １」. ぷＵ・ｕ０が．０. ぎ注. ーＬ－」ｃ. ぞ／＼／！. ヒ層の硬さだ. ‐－” ーー・・、ー. …. 形Ｌ. ブ. ｉ. ｉ. 「. がｄＵポーの３０６. ｒ. ０６. ード蕃ミ＆？ぎ. ｉｒ・・・ー、▼ ｒ▼・ーｒＶＬ－１. ！. ６４２０２１００００２４. １１，～. １「. １ ‐ ｉＥ‐. 基地の硬さ‐. １ト，. 畔ー. －. ′. ，. （）：被覆なしｄ（ｎｔｅ）ｏｎｃｏａ一 ●：被覆あり（ｃｏａｔｅｄ）. 浜. く三. 噺. ６. １１７３. . . も. 加. 熱. 時. ”ｍ. 放電硬化した鋳鉄の. １０〇. . . . 一. ８０. 豪雪. ′. ／. １０. ０１３５. ム○. マイクロビッカース硬さ分布. ９７３Ｋ. ２０. 端からの距離、. 放電硬化膜のＥＰＭＡ線分析. １０. １．. ″Ｗ. ｌ. もぎ. 宰蓋「さ１．ｏｏ. 図８図７. ０＼。 ○. －. ☆ ５００ …. ー. ！. ｗｉ. … …. １ｏｏ. ＦＣ２５０. ：. －－－ ” －－一皿十一◆. ；－－－，一 ‐－－－－か‐－. ４１. １５. ２０. ｌ. 間、ｈ. ｈ加. 図９耐熱性試験結果. 熱. ｌｏ. ｈ. 時. 間、. ２０. ｈ. ｈ. 図ｌｏ放電硬化による重量減少割合. た．. 図１０は，. ｎｏｎｃｏａｔｅｄに対してｃｏａｔｅｄした場合の重量減少割合を示した棒グラフである. ．. ７７３Ｋの場合，ｌｈの減少割合がおおよそ１０％であるが加熱時間とともに増大して２０ｈではおおよそ，，３０％になった．９７３Ｋの場合は，加熱初期の５０％から加熱時間と共に僅かに増加して２０ｈでは７０％に達した一方１１７３，．. Ｋの場合は加熱初期の減少量がおおよそ９４％と著しく大きく，この傾向がｌｏｈまで続いたが２０ｈでは７０％に減少した．又，減少割合は，高温加熱ほど大きいのが注目される．１は，７７図１３Ｋで２０ｈ時間恒温加熱した後の試料の端から中心部に渡る連続顕微鏡組織であるｎｏｎｃｏａｔ‐ ．（４１）.

(7) . . 相馬 …. ４２. 詞戸. ｅｄした場合ｅｄ及びｃｏａｔｅｄ共に２０ｈ加熱後の試料の端には殆ど酸化の影響が見られなかった．さらにｃｏａｔには皮膜の多くが残存していた．図１２は，９７３Ｋの場合であるが，ｎｏｎｃｏａｔｅｄの元の試料端より外側にはスケールが形成され，端に近い内. ）そしてこの影響は，内部に向かって次第に減少するが，中心部付部には著しい酸化，脱炭の影響が生じた７．パ近まで見られた．又ーライトの大部分は分解傾向であった．一方，ｃｏａｔｅｄした場合，外側にはスケ」ルが形成されなかった．又内部の変質層厚さ及びその度合はｎｏｎｃｏａｔｅｄより少なく耐熱性が向上したことが理解できる．なお，内部の基地はほとんどフェライト化した．図１３は，１１７３Ｋの場合であるが，ｎｏｎｃｏａｔｅｄの元の試料端より外側に形成されたスケール，内部の黒鉛周辺の酸化，基地の脱炭がほとんど中心部にまで及んでいることが認められる．これに対して，ｃｏａｔｅｄした場合はスケールの厚さがおおよそ１／５に減少，又内部の黒鉛周辺の酸化の影響の度合はｎｏｎｃｏａｔｅｄより少なく中心部までは達していないことが認められる．なお，基地は完全にフェライト化した．図１４は，ｃｏａｔｅｄ試料を１１７３Ｋで２０ｈ恒温加熱した後，外側の皮膜を線分析した結果である．. 図７の加熱始めに比較すると，皮膜の主要組成であるＷ，Ｃｏが全く消失した．代ってＳｉとＦｅの酸化物の形成が著しく，皮膜の剥離による耐熱性の劣化が明瞭に認められた．図１５，大越式迅速摩耗試験機で行った摩耗試験結果である．最終荷重２１Ｎでｎｏｎｃｏａｔｅｄの摩耗傾向は，摩擦速度０‐９ｍ／ｓまで増大して減少したが，１‐９ｍ. から著. しく増大した．これに対してｃｏａｔｅｄの場合は，０‐９ｍ／ｓまで僅かに増大した後は，ほとんど変化が見られな. ま ▲. ー ▲‐‐‐ｔル・き壷. ．. 端被覆なし（ｎｏｎｃｏａｔｅｄ）中心部. 嬉憾‐ 菟．・、． ‐ ・ ‐ ．ｔ紘 ′ｗｉ. －－. 中心部. 被覆なし（ｎｏｎｃｏａｔｅｄ）. 端. . － ‐蔓. ．霊. ‐－ ‘ ・. ．ｉ＝，‐ Ｅ. ．. ・ ‐、 …. 図１１恒温加熱後の連続顕微鏡組織. １０唾‘ ≦ｍ. 被覆あり（ｃｏａｔｅｄ）. 被覆あり（ｆｍｃｏａｔｅｄ）１０豊‘. ）９７３Ｋ２０ｈ図１２恒温加熱後の連続顕微鏡組織（. （７７３Ｋ－２０ｈ）. 鞭灘灘鴎灘蟻ぎ灘駿謡き講塁騒じ端. 被覆なし（ｎｏｎｃｏａｔｅｄ）. 中当部. 蹟簾麗閣議認璽鍬臓鰯圏霧瓢被覆あり（ｃｏａｔｅｄ）. ）１１７３Ｋ－２０ｈ図１３恒温加熱後の連続顕微鏡組織（（４２）. １０豊三ｍ.

(8) . . 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱，耐摩耗特性. ４３. ー０．５. １. ○．ム－０‐２」. ｉ. Ｔ. ２１Ｎ／ノ. ‐ 最終荷重. ／. －. １. ト、、. 二／ー. ／１／／. ０‐Ｉ. ７. ー. . ご. 最終荷重. －. １／１＼＼ー、０：被覆なし. 日. 櫛Ｊ. ｒ. ご. セた三１ヒー・. 十一」ｖＶ. Ｈ. ー－ ◆ Ｆｅ－二 ‐ ｉ．．，、「. ｉＥ＊．二. レノ. ，Ｖ ‐. ｌ一 ‐ ｒｒｌｌ‐ 試聴ＩＨＨＩ－Ｍ ” ÷. 靴↓. －. ：１重｝行Ｅ紬翻ー躍」れ皿コ：. ー０‐▼. ー. １：：１. Ｌ」． ‐▼．‐ ・・ー・，Ｔｉ－＾＾′ ．・▼ ．・ ‘ Ｖ－－. ー. 罰－－，－●Ｗ. . １，圭＝．！＝－１１－・ー－－－■ ＝＝．．－－－－上１工Ｊ－！ ‐ －ｆ１ＴＴ一ｉ１‐ １１「二口：二二す，↓Ｊｒ，. １. 最終荷重６２Ｐ１／ー. ＼ ℃. ● ：被覆あり（ｃｏａｔｅｄ）. ００．０１．摩. Ｌ. 一. ／. Ｗ％Ｌ１１… ， ‐ Ｑ）％二半Ｔ. ３１Ｎ. （ｎｏｎｃｏａｔｅ・ｄ）. ，／. 一. 豊. ， ▲ ５１－１一ト血；. １ｉ１・ ‐Ｌニ． ‐ ．Ｌｒ ▼ ＩＥ. 十」 “. Ｅ：圧＝７. ー. 無. 山川鼻丁. 幸離. ‐ 」. 咽. 』ｆｌキＦ. ＝００ ”ｍ－－一半. ▼. ．‐ １」－－. い ”. Ｆｅ％. 井. － ”ー. ＾＝ｖー. ０％. 一－・１，－ー．１人. 擦. Ｌ－－２．０３．０４．０度、. 速. ｍ／ｓ. 図１５大越式迅速摩耗試験結果. 図１４１１７３Ｋ－２０ｈ恒温加熱後の. 酸化皮膜ＥＰＭＡ線分析かった．そしてｎｏｎｃｏａｔｅｄの場合より平均して８０％. も摩耗量が減少した．最終荷重３１Ｎのｎｏｎｃｏａｔｅｄの場合は，２１Ｎより. 後は，３‐６ｍ／ｓまで減少した．これに対してｃｏａｔｅｄすると著しい耐摩耗性が生じ，１．９ｍ／ｓでは９８％も摩耗. 量が減少した．最終荷重６２Ｎの場合は，最終荷重３１Ｎに類似した曲線を描いた．またｃｏａｔｅｄすると著しい耐摩耗性が生じ，特に１‐９ｍ／ｓでは９５％も摩耗量が減少した．図１６は，ｎｏｎｃｏａｔｅｄに対してｃｏａｔｅｄした場合の摩耗量を示した棒グラフである．最終荷重２１Ｎの場合，摩擦速度０‐９ｍ／ｓの場合の. 耗量が減少し，驚異的耐摩耗性を示した．. ３１Ｎ. 最終街弔. ６２Ｎ. ４０２０. ー０ｌｏｏ８０６０４０. ０．ｌ. 摩耗割合はおおよそ５０％であるが，摩擦速度が増大すると減少して，３‐６ｍ／ｓでは３％，すなわち９７％も摩. 最終荷弔. ．（ ℃三客Ｕｇ口＼ ℃①なｏＵ）印扉Ｓ咽壊豊. が１‐９ｍ／ｓで著しい摩耗が生じ最大を示したその，．. ２１Ｎ. 沢. 摩耗量が増大すると共に異なった摩耗曲線を描いた．すなわち０‐ｌｍ／ｓと０‐９ｍ／ｓの摩耗量はほぼ等しい. 最終荷重ｔｏｏ. 摩図１６. 擦. ｏ．９. 速. ２．０. 度，. ３．６. ｍ／ｓ. 被覆なし（ｎｏｎｃｏａｔｅｄ）に対する. 被覆あり（）摩耗量の割合ｔｃｏａｅｄ（４３）.

(9) . 相馬ド. ４４. 諭戸. 最終荷重３１Ｎ－摩擦速度０‐ｌｍ／ｓと０‐９ｍ／ｓの場合の摩耗割合は，おおよそ２０％であるが，１‐９ｍ／ｓの場. ８％も摩耗量が減少したことが分かる．合は２％であることから９最終荷重６２Ｎの場合は摩擦速度とともに高荷重にもかかわらず摩耗割合が減少，すなわち耐摩耗性が増大する傾向が生じたとくに最終荷重３１Ｎの場合と同じく１‐９ｍの摩耗割合は，５％と著しく少なく，放．. 電硬化による耐摩耗性向上の効果が明かに認められた．察. ４．考. 鋳鉄の表面改質は，黒鉛組織の存在によって被覆層と基地の密着性が悪く満足できる改質が比較的困難で）そこで著者は，放電硬化法をＷＣを電極物質として片状黒鉛鋳鉄に試みた．その結果皮あるとされている３．一膜が完全に均ではなく，また黒鉛組織の表面には付着しなかった．しかし皮膜の付着性が比較的良く耐熱，耐摩耗性向上に寄与できることが分かった．これは，皮膜の付着は単に試料表面にのるのではなく，火花放電中に電極物質が試料内部へ粒界拡散することによって表面皮膜の付着力が増すためであることが，組織観察では判明しなかったが，皮膜と基地の硬さ変化から理解できた．すなわち，表面の著しく硬い皮膜より内側の基地の硬さはただちに素材と同じになるのではなく，連続的に低下して基地の硬さに達する結果が得られたことから判明できた．がこの値は極微量７７３Ｋで２０ｈ恒温加熱後，ｎｏｎｃｏａｔｅｄはｃｏａｔｅｄより０．０１１ｇだけ重量が大きかった，ｅｄに対すると考えられるので両者の受けた雰囲気の影響はほとんど同じと考えられる．しかしｎｏｎｃｏａｔによる耐熱ｅｄの割合は７０％，すなわち重量は，３０％減少したので，やはり低温加熱によっても放電硬化ｃｏａｔ性向上が顕著になることが分かった．これは，２０ｈ後にも皮膜の付着が明瞭であったことから，この温度の６／Ｋ）と皮膜（熱膨張係数おおよそ４ ×１『６／Ｋ）の熱膨張差によ２×１０－加熱では母材（熱膨張係数おおよそ１. る内部応力が生じても皮膜が硬く基地組織との密着性が良好なので皮膜の破壊，剥離がなく，酸化の侵入を｝そしてさらに長時間の加熱によってこの効果がより明かになると推察され抑制した結果と考えられる３，．た．. ｅｄの重量差は著しく増大，すなわちｃｏａｔｅｄによる９７３Ｋ恒温加熱の場合，加熱と共にｎｏｎｃｏａｔｅｄとｃｏａｔ著しい耐熱性向上が生じた．２０ｈ加熱後には，皮膜の残存もなくなったが，雰囲気の影響の度合はｎｏｎｃｏａｔｅｄ. より著しく少く，７０％も重量が減少した．これは，温度が高くなり雰囲気の影響も強く，また皮膜と母材の熱膨張差が増大はしたが，硬く耐熱的な皮膜の剥離が急激に生じるのではなく，徐々に進行した結果と考えられる．. 以上のことから変態点以下の恒温加熱においては，放電硬化による効果が極めて顕著で，鋳鉄の耐熱性が特に向上することが明かになった．. ０ｈ後には著しい雰囲気の影響が両試料に見られたが，やはり放電硬化によっ１１７３Ｋ恒温加熱において，２０％も酸化量が減少した．ｅｄのおおよそ３０％，すなわち７てその度合が抑制され，ｃｏａｔｅｄの重量はｎｏｎｃｏａｔｅｄの平均わずか３％という驚異的耐また，ｌｏｈまでの耐熱性が著しく，ほとんど重量増加がなく，ｎｏｎｃｏａｔ. 熱性を示した．これらの結果は，やはり上述の二つの温度の恒温加熱の場合と同じく，硬く耐熱的な皮膜によると考えられる．しかしこの最高温度の場合には，皮膜の剥離，脱落が長時間加熱により激しく生じるので，長時間加熱では耐熱性は消失することを実用に際しては考慮する必要があると考えられる．放電硬化による耐摩耗生を大越式迅速摩耗試験機で調べたが，全体的に著しく摩耗量が減少した．すなわｅｄの摩耗曲線は，摩擦速度０．９ｍ／ｓまで増大した後，減少と再度増大ち最終荷重２１Ｎの場合ｎｏｎｃｏａｔ，ｄの一向であが生じる般的な傾った．これに対してｃｏａｔｅｄした場合，０‐９ｍ／ｓにおける摩耗量は，ｎｏｎｃｏａｔｅ，. （４４）.

(10) . 放電硬化した片状黒鉛鋳鉄の耐熱ゴ・－・ハハご、，－、′ ．，、，口，、，耐摩耗特性. ４５. ２０％，すなわち８０％も摩耗量が減少した．その後，わずかに増大したが，ｎｏｎｃｏａｔｅｄに対して平均８０％も減少した．特に摩擦速度０‐ｌｍ／ｓを除くとおおよそ９０％にも達した．これらの著しい耐摩耗性は，やはり硬い皮膜の形成によることが容易に理解できる．最終荷重が３１Ｎ，６２Ｎとなるにしたがって，摩耗量が増大したが類似した曲線を描いた．すなわち，摩擦速度１．９ｍ. までの増加はわずかであるが，１．９ｍ／ｓで著しく増大して減少した．摩耗傾向が著しくなるの. ）は，機械的摩耗でそれ以前は酸化摩耗，その後は溶融摩耗とされている８．これに対して放電硬化した摩耗曲線は，摩擦速度と共にほぼ直線的で，しかもｎｏｎｃｏａｔｅｄより著しく摩耗量が減少したすなわち０．ｌｍ／ｓと．０．９ｍ／ｓの低速側では平均８０％，高速側では９０％以上であった．この原因は，やはり硬い皮膜によるもので，. 摩耗機構は，機械摩耗のみで，酸化や溶融摩耗は生じなかったと考えられる．５．ま. と. め. ＦＣ２５０級の片状黒鉛鋳鉄の耐熱的. ，耐摩耗的付加価値を高めるためにＷＣを電極物質として放電硬化を行い，空気中で恒温加熱による耐熱性試験と摩耗試験を行った．得られた結果をまとめると次ぎのようになる．. １）鋳鉄の表面に単位面積当り２ｍｉｎの放電硬化を行うとおおよそ２０〆ｍの皮膜が得られた．しかし，黒鉛の上には形成されなかった．２）皮膜の最高硬さは，ＨＶ＝１０００であったそして内部に向かって連続的に硬さが低下して３０ｍ付近〆．，. で基地硬さＨＶ＝３００に達した．このことから電極物質の粒界拡散によって皮膜の耐剥離性増大が理解された．. ３）７７３Ｋ恒温加熱においてｎｏｎｃｏａｔｅｄとｃｏａｔｅｄには殆ど酸化の影響が見られなかったが，後者は前者，より約３０％重量が少なかった．これは硬く撤密な皮膜によってわずかだが耐熱性が向上したことを示す．４）９７３Ｋ加熱においては，放電硬化によって著しく耐熱性が増大したすなわち加熱と共にｎｏｎｃｏａｔｅｄの．重量増加が著しいのに対してｃｏａｔｅｄのｎｏｎｃｏａｔｅｄに対する重量割合は平均して３０％，すなわち７０％も. 重量が減少した．また，試料の外側に酸化物の形成が生じなかったと共に内部の変質層の厚さが減少した．５）１１７３Ｋ加熱においても放電硬化によって著しい耐熱性が生じることが明かになったすなわち耐熱性の．傾向は，９７３Ｋの場合に類似しているが，高温にもかかわらずｌｏｈまで重量の増加がごくわずかすなわ，ちｎｏｎｃｏａｔｅｄに対する重量減少量は９０％以上であった一方２０ｈでは７０％であったなお９７３Ｋと，．，．ともに２０ｈ後には皮膜は完全に剥離して，これ以上の加熱では材質の急速な劣化が推察された．. ６）放電硬化した鋳鉄の耐摩耗性は，著しく増大した．すなわち最終荷重２１Ｎにおいては各摩擦速度の摩耗量は被覆しない場合の平均おおよそ２０％，すなわち８０％も摩耗量が減少し，摩擦速度０‐ ｌｍ／ｓを除くと９０％になった．７）最終荷重３１Ｎと６２Ｎでは，摩擦速度０．ｌｍ／ｓと０．９ｍ／ｓの低速側では平均８０％高速側では９０％以，，. 上摩耗量が減少した．８）ＦＣ２５０級の片状黒鉛鋳鉄にペネトロン装置による放電硬化とサンドブラストによる軽研摩を行うと著，. しく耐熱，耐摩耗性が増大することが判明し，工業的応用の可能性が極めて高いことが理解できた．本研究は，平成７年度文部省科学研究費補助金（研究種目名一般研究（）により行われました．当研究にＣ）補助金を賜われた文部省殿，機器の使用に対して丁寧なご指導をいただきましたやさか通商の皆様並びに事務関係の実務に支援をいただきました皆様に心から感謝の意を表します．（４５）.

(11) . 相馬. ４６. 詞献. 文. ），６月，１５２１９８９１）石川量大ら：熱処理，２９（１９９０）２）中山久彦：鋳鍛造と熱処理，（，５，３３），５，４３７１９９１３）池永明ら：鋳物，６３（１９９８），２，６１４）山田俊宏：鋳物，６０（），３，３１９９０５）堀江賠：鋳鍛造と熱処理，（），１，２５１９７２６）小川喜代一：関東学院大学工学部研究報告，１６（）１９７７７）渡辺融ら：鋳物，４９（，１，２８），１１２１９７５８）加山延太郎：鋳鉄の材質（コロナ社），（. （４６）.

(12)