日立高力可鍛鋳鉄の諸性質について

日立高力可鍛鋳鉄の諸性質について

Some Properties _of High Tension MalleableIron

岩

Masa〉rOShiI､､raSe 内 容 梗 概 高か汀鍛鋳掛ま白銑を熱処理して作られる鋳物で,黒心 F】†鍛鋳鉄よりも引慮強さ,疲れ範さは高く, 耐摩耗性に富み,また必要に応じて高周波焼人などにより局部骨吊こ硬度をあげることができる｡また鋼 にくらべて降伏比が高く,減衰能がノこきく,切削性が良好であるなどのすぐれた性質をもっている｡ 】.緒 銅の頗靭悼と鋳鉄の鋳造性とを ね備えた鋳造材料と して,貼L､叶姫鋳鉄は広く†む用されている｡JJ､ミ心可鍛鋳 鉄の金属組織は,フェライト基地のl-いに塊状の焼鈍炭 が点在L-たものであり,これの引張強さほ30､40 kg/mm2,伸びほ1(ト20%であり,切肖り惟は鉄鋼材料中で 最も良好であるため,量産加工部品に†卿Ijされている｡ しかし鋼材に比べて,強度が低いこと,耐摩耗性に乏し く,焼入硬化も行いにくい欠点がある｡ この点を解決するために,日立金属工業株式会社では 古くより高力可鍛鋳鉄の製造に関する研究を行い,需要 に応じてきた｡ 高力可鍛鋳鉄ほ黒心可鍛鋳鉄と同じく,自銑鋳物を熱 処理して製造されるJ熱心 吋鍛鋳鉄は完全焼鈍iこよって, 自銑中の炭素を黒鉛化して焼鈍炭 とL-,基地をフ工ラ イト組織とするのであるが,高力可鍛鋳鉄ほ含布択 一部を化合炭 の形で残すように の 造された牒のであ る｡鋼の機械的性質が,炭素含有量と熱処理によって穐 々異なるように,高力 吋鍛鋳鉄も製造方法によって∠占他 の組織をパーライト,マルチンサイト,ソルバイト,球 状/ミーライトにかえて程々な機械的性質のものをうるこ とができる｡このように基地に化合根素の一十邪を報すの で, エ心 叶鍛 鉄よりも引張強さ,疲れ強さは高く,耐 摩耗悼もますり 最近産莞潮風に日動申関係の一業射では,価楕の低減, 軽_;il:化,性能の向上などのH的のために,高ブJ了-∫鍛鋳鉄 の需要が急激に増加Lているので,高力可鍛鋳鉄の金属 材料としての諸性質についての研究を取りまと的て参考 に供する次第である｡,

2.機械自勺性質

2.1引張試験 平行部20Im叫の粗相より弟1図の､｣ 法の試飲片を加 工して,引張紙険を行い,弾性係数を求めたし 材料は高 * 日立金属工業株式会社戸畑1二場 ･イ｣ ▼一 ‥__⊥ バr′ H-.ノ･--仁一Jl l

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ll ■ u † 第1r叉l引張試験けの形状 1■ _{〟 /} 仲 こ･(仰爪.I 第2図 高力可鍛鋳鉄の応ル･ひずみ線図 第1表 引 張 試 験 結 果

徳*

材 質 岳ノノ50 轟りJ55 高力60 S50C 弾性係数 (kg/mm2) 1.83)く104 1.82×101 1.82〉く10･】 1.83×104 1.84×10ご1 1.84xlO-1 2.14×104 引張強さ (kgソmm2) 53.7 50.9 59.2 62.3 62.5 63.7 81.9 耐 力 (kg/mm2) 42.3 39.5 49.7 50.2 56.5 57.2 53.8 硬 度 (H】∋) 196 228 262 力50,55,60およびS50Cの4種雛であるし.試験機はア ムスラー形50t引張試験機で,マルチンス鏡式ひずみ計 を仙川した｡弟2図に応力ーひずみ線図を,弟1表に測 定結果を示す｡高力1`-J鍛鋳鉄の弾作係数ほ1.82､1.84× 104kg/mm2で,基地の硬度をあげても,弾性係数には大 差ない｡.高力可鍛鋳鉄は鋼のような,明りょうな降伏現象 をホさないので,耐力が規定されている｡,高力可鍛鋳鉄

昭和34年 12 _{月 金}

属

高カー50 ､､ ､ へ一≧＼事)つ潔崇一m 高カー60

号

第4集

高月ー55 S5りC 第3Lヌ1顕微鏡組織(×300) ■ ● ■● ● ● ヽ ･: ●●● ;ご:! ㌧t ▲ ■

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l l 〟J/ガ /′形 _ノ苛7 ∼β7 Zか ∼∬ よ㌍ 毒突.･重(〃β) 第4図 高力可鍛鋳鉄の引張強さと硬度との関係 の耐力の引張強さに対する比率ほ鋼よりも大きく,60∼ 80%である.｡この試験片の麒微鋲組織を弟3図に示す.⊃ 高力可鍛鋳鉄の引張試験は普通の場合魚心可鍛鋳鉄と 同様に,14mm￠に鋳込まれた果皮 験片について行わ れる｡最近の高力可鍛鋳鉄の引張強さと硬度,および伸 びと硬度の関係は弟4∼5図に示すとおりである.｡この 68 日立評論別冊第33号 高力可鍛鋳鉄の基地組織は球状パ ーライトであり,この量の多いほ ど引張強さ,硬度ほ高くなり,伸 びが低下してくる｡ 2.2 _曲げ試験 )■黒心可鍛鋳鉄でほ厚さ10mnl, 幅16mm,長さ230mmの)1､ミ皮試 什で屈曲試験を行い,FCMB32の 場合ほ120度以上,FCMB35の場 介ほ150度以上屈曲することが規 定されている｡鋳鉄でほ35mm￠ に鋳造した阻材より,30mm￠, 長さ350mmの試験片を加= Ⅰ二して 杭折試験を行い,FC30およびFC 35の場合に5.5mnl以上のたわみ を規定されているし Lたがって高 ノ｣ ▲】∫鍛鋳鉄についても同武■じ 行ったっ 試験要領は葬る､7図の とおり)であり,その結果をまとめ て第2表にホす｡なお抗折試験の ときの荷重一たわみ鯨岡を第8図 に示す｡屈曲試験の結果,高力45 でほ120度まで屈曲し,FCMB28 以上の屈曲性を示している｡これ よりも引張強さが高くなるにしたがって,順次屈曲性は 悪くなり,高力60では30､40度で破断する｡7 _しかし鋳 鉄と同じ杭折試験を行うと,いずれの場合もたわみは17 mm以上であり,鋳鉄よりもほるか靭恍をもっているこ とを示している.. 2.3 _衝撃試験 ゴミ心可鍛鋳鉄の衝 話力 叶鍛 値は1.7∼2.3kgm/cm2であるが, 鉄は基地がかたくなるので,これよりも低下 する｡また鉄鋼では室温以下の温度になると急激に衝撃 値が低下する性質をもっているが,黒心可鍛 鉄でほこ の傾向が少なく-30〇Cくらいまでほほとんどかわらない ことが特 である｡したがって高力可鍛 鉄の衝撃 験 を700Cより-1930Cまでの各温度にて行った｡試験i･よ10 kg･mシヤルピ衝撃試験機により行ったもので,試験片 寸法ほJIS3号で1RのUノッチのついたものである｡ 試験の 弟9図に示す｡高力可鍛 鉄の引 張強さが高くなるに従って,伸び,衝撃値ともに低下し, 高力60の室温における衝撃値ほ男心可鍛鋳鉄の約兢とな F),低温になるに従って低下する｡ 2.4 _疲れ試験 高力可鍛鋳鉄は以上に たよ _{うに,50∼80kg/mm2} の高い引張強さをもっているが,部品として使用される 場合には繰返変動荷重をうける場合がほとんどであり,

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鉄

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(ぺ)も聖 ●● ヽ ●■■● ● ● ●● ●■●■■▲ ･一缶･. ●●-● ,ヽl● :卑:t･ ●● _さ･T一 ∫ミi･ ･トヤー･ ●■■小 ■-_も !● ･●吉.. ∴･. ●●●●･l ●■●-● ヽ 司 7 ..射 佃1 代J β7 ご〔■77ご〃 J.誉 ごメLケ 石_更眩(他.) 第5岡 高力可鍛鋳鉄の伸びと硬度との関係 こ＼吾7(_ ′し 第6図 届 こさ三 法 力 験 武 曲 何 万 重 荷 第7図 抗二折･.試験ブイ法 材料の疲れ壊さが重要な問題であるL｡さらに部品には切 欠としで作川する段や油孔をもっているのが 浮通である ので,材料の別欠に対する粕明三を知る必要がある｡.した がって高ルー∫鍛 鉄の疲れ故さを小野式回転肋げ疲れ訳 機によって試験した｡.試験片ほ第】0図に′｣ミす標準形 平滑材と切欠材3穐であるし試験結黒逐第11図にホ 第2表 高力 可鍛鋳鉄の曲げ試験結果 (∼誓言･き)駁丁 芋h ふ ､J リし たわみ(凧で1 祁8図+高力叫灘慄潤の荷重-たわみ練牒i Z〟/貧ノ 粛-.ゼクー/㌶7 〟汐.雅 _{一甜--4フ ー〟} J ∼♂ メガ 〟 盈) 術襲誌各条温度(`ど) 第9図 高ノブ‖J鍛鋳鉄の遷移曲繰 鋭い切欠をつけた場合の切欠係数が鋼材より非常に′トさ いし二.これは高ルー∫鍛鋳鉄町金属組織が単一なパーライト 底地でなく,中に塊状の焼鈍炭素を含有しているための 情夫であり,焼鈍炭素ほ高力 1-J鍛鋳鉄の切欠に対する感 度を非常に鈍感にする役Hを果しているものと考えられ

昭和34年12月 可殿鋳鉄 高力 45 高力 50 高力 55 高力 60

(㌔臣∵営

口 せ 金

_属

_特

第3蓑 高力可鍛鋳鉄の低温衝撃値

片

第4

_{日立評論別冊第33号} タン クエ タフ 33･4;17･0 47.5 _【12.5 平滑疲れ誌規定 5 6 2 3 〇.仇 6 3 2 3 〇.〇. ･川 (U 3 4 j.4 1 1 (U 3 3 1 L 1. 6 7 5 9 .5 .5 〇.〇. 3 7 7 5 1.L ､● -､ 鋸`=∠Jソ 一刀欠汽三｣大〔ご) α音=し緑/ 第10区l二疲 れ 武 験 _片 の 形 _状 1･66;1･75 1.46■1.51 1.04Ll.26

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平滑材の耐久線図および形状係数2.63の切欠をつけた 切欠材の耐久 _{図をまとめると弟13∼14図のようで,平} 滑材の疲労限は21∼26kg/mm2,鍬､切欠をつけた場合 の疲労限ほ12∼15kgノmm2であるっ 70

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1.20.1.26 ℃､ ト 旬■ ノ 丁〔■｢ しイ 勅■一作鋼 ′ノニ了ごニー束 蹄ズ∫鋼 ● /クみ､_ _′一

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タ;ら一一一 高力可鉱綿鉄 J>.一一躍傲傭 ー∵乙-一朗胤爛 一〃.′7gc鋼 α し揖主菜鋼,特殊鋼:才i橋著,金 属の疲労と破壊の防IL参照〕 第121又1双曲線切込みをもった高 力可鍛鋳儲のαと`･≒との関係 ./′/7ハ モ桑り壊し額 第13図 _{平滑材の 耐久維.同} 〔ト〕こ

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･.7･ .･〆 ノ⊥J 績L∴哀し敗 芽!14lズI切欠材ザ耐久睨l采†(√l=2.63) 疲れ強さは表面硬化することによiト一般に向上する｡ 高力‖J鍛鋳鉄を実際に使用する場合に,耐摩粍性をよく するために表血附ヒされることも多いので,高力可鍛鋳 鉄の.相鉄材について,高周汲 _{面焼入の影響を調べた｡} .試験ほ平沼材の全動こわたって高周波表面焼入を行った 場合と平行部の鴇だけ焼入した場合について行った.｡ 20,000サイクルの火花放電式高周波焼入機を用いて, 内径18mm￠のコイルにて表面焼入を行った_表面硬度 はHll(C)58､61であり,その組織ほ黄15図のとおりで ある‥試放結果ほ弟1る図に示すように,表面焼入によ り疲れ強さは4kg./mm2高くなる｡この破断面の状況を

鍛 第15図 高†削皮焼入部の顕微鏡糾朋(X30()) へ.トヾ誓や〕 亡 艮 〃 ー/〔ソ 涼サ蓮L㌫ 第16図 高閲波表面焼人相の耐久線国 第17図 高周波表面焼入を行った試料の 疲れ試験彼の破断l 再(ゝ1) 第18撰l平行郁の兢のみ高周波表面焼入を行 った試料の破断箇所および枇人状況1守l) 第け図に示す｡平行部の抜たけ 面焼 入 を行 _った場合 の改断箇所は胱入部よ`)はなれていて,ほとんど熱影響 を受けていないと考えられる郁分である｣したがってこ の場合の疲れ強さは､=廿材の場合と大差ない)破断箇所 へ0)芸 塵 警 ヘビ‡ 傾 叫埠 狐フど β虎7ど ∼ 5 ノ♂ 加熱時問(加〝) 毒力イJの吸入硬度 (粕柏栂/財) Z J /β カ口熱時間(如月) J4FPの焼入硬蜃 (粗相〃β/仰) へヒ葺 棋 聖 硝化 ∼ r /♂ 加熱日吉閤(仇Ⅵ) 乃〟の娩入硬度 (舶裏方/なガの ク ∫ 〝 刀口熱時間(伽〟) JイJどの煉入硬簾 (粕材〟β∼∼♂) 第19図 各材料の焼入条件と硬度との関係 ねよじ鴻'巨人部の状況は舞18図のとこおりである

3.焼

入

性

満力可鍛鋳鉄の基地は均一な球状パーライトであるた め,焼入硬化ほすこぶる容易である｡S45C材と比較し て.鉛浴を使/-)て帥炊人を行った場合および高周彼表面 焼人を行った場合の焼入性を調べたしノ 3.1鈷浴で加熱し油焼入を行った場合 試料は6x15×15mmの大きさで,7500C.8OO〇C,850OC の行混度に保持された鉛紳こおのおの2,5,10分間ずつ 牲持した宜とに250Cの‡両こ投入して焼入Lて,傾度およ ㌦組繊を比較した_ 峡人温度,時間と硬度との関係を第 19図に示すノ 高ルけ鍛鋳鉄の硬度の高いものほど焼入 は容易であり,胱入帆要も高くなる._､この実験のような 姐理を行ったとき底力45の材料では,750〇Cの加熱では 球召人セメンタイト危が少ないために完全にオーステナイ ト化せず眈入は不一i･分である.､ノしかし8000C以上の混度 に加熱すれば,2分間でも完全に焼入ができてHli(C)60 前後の配度となる｡高力60の材料でほ,某地中の球状セ ノこ/タイト量が多く容易にオーステナイト化されるの で,750〇C2分間以上の加熱で完全に焼入ができて H烏(C)60前後の硬度となるっ S45Cほ粗材の硬度を二

昭和34年12月 高周波潮力20kW 高周波山ノノ25kW 高周波けけ730kW 硯材硬さ 金

_属

_特

高カー45 1IB179 r25nュm￠訳湘 第20匪† 高周波H力20kW 25kW 30kW 粗 材 硬 比 高カーー55 S45C S45C

lIB223 Ilfi179 IIB229

送り 4.2nlnlノs) 周波表面焼入状況

号

第4

日立評論別m第33り･ ∼ イ ♂ β 〝 回 章云 _歎 す丹｢巧"左 片什∵り重能 験験 武試べ 叫‖ り〓 ､ ､､-●､ヽ 885rpm 820Ⅰ一pm 7.35% 50 kg 乾 性 第22岡 各村料のL叫虻田互摩耗ぷ潤 高カー45 HB179 第21図 岳力¶55 ‖B197 (′45mnュ￠試料 第4表 焼入条件と表面硬度との閲係 (25mm￠試料,送り 4.2mlTl/s) とおりにえらんで実験した机 _{いずれもフェライトとパ} ーライトまたほソル/ミイトの混合組蘭であるため,7500C で2分間の加熱でほ均一にオーステナイト化Lないため 焼入が不十分であるし･これ以上の温度または時間に保持 すると完全に焼入ができて,HR(Cノ50､60の硬度とな 72 高カー･55 HB223 送り ヨ.7nュm/s｢ S45C HB179 伯j 焼 人 _{状 況} S45C IIB229 第5表 焼入射件と表面傾度との関係 (45mm￠試料,送り _3.7m皿/s) るしノ高力 ‖J鍛鋳鉄よりも概度が低いのほ基地岬沌巌爵･温度 の差によるものであろ､ 3･2 _{高周波焼入走行った場合} 12,000サイクル電動発電機式高周波焼入装揖を他用し て,25mlTlf)×150m111および451Tlnヽ1`)x150111m丸棒

日 立 力 可

_鍛

鋳

鉄 高力 =∫鍛鋳鉄の同 の武挽けを組合せて,ころがりと同 時にすべりを与えて,乾性の状態で摩托試験した結果 は,弟22図のとおりで,高力 ･1J鍛鋳鉄のかたさは最炭鋼 よりもはるかに低いが,耐伴末帥三にすぐれている｡また 砧･こ述べたように,焼人佃･よきわめて良好で傾度をあげ うるので,耐惟耗性ほさらにすぐれてくる(⊃次に西原 摩耗武儀機にて黒心可鍛鋳鉄,シルジンブロンズ,高力 55および高力45娩人材をおのおの固定し,浸炭鋼を｢F-il転 休として各材質の摩耗最を比較すると,弟23図に示す ようにシルジソブロンズよりもはるかにすぐれた耐 竹三を示している｡ 1 -し 第23図 高力‖J釣鋳鉄のすべ侶宰托結果 の炊入.拭験を子fった｡胱入力法ほ10mm帖のコイルを 固定し,試料を させる逐次焼人力式で, 試料の送り速度を2,6,3.7,4.2111m/s,高周波=力を約 20,25､30kWの三とおりにかえて焼入したし焼入後 表l一輔軋度を測㍍し.試料の中火削を切漸してマクロ組織 および断=妬二ついて表面より小心部までの硬度の分オIJを 測定した二.健人後の表面傾度および断面の状況の一一例を 示すと,第4表,舞20囲および第5表,第21図のとお りで,傾度180以上の高力 叶鍛鋳鉄の場合にほS45Cと 同じ程度の焼人条件で, 面傾度Hlミ(.C.)60前後,娩入 深さ2＼3nュI11の1一鋸鋸皮衣面妖入を施すことか省易にで きるし. 4.耐

摩

耗

性 高力可鍛鋳鉄は題灘け凋押/こ-ライトで硬度がIt二言く, 潤椚作川のある.■徳鉛を組織小に1勺在しているためにl耐摩 耗性ほ良好である｡西原式摩柾試験機にて,銅,銑鉄, 5.加 工

性

量産加1せ有うi■那.＼占においてほ,材料の切削性ほ′1濾 価楕に大きく影響し,材料選定上の屯要な要素となる｡ 高力可鍛鋳鉄は比較的かたさが1軌､ので∴J､㌔心叶鍛 鉄 よりも切削性はおとるかかたさの同じ鋼材よりもほるか に別削しやすいのが特夫である｡1精細な靴胃ほ別に行うr〉

る.緯

言 パーノ川▲鍛鋳鉄は引張政さ50､80kg/mm2,疲れ強さ21 ＼-26kg/mm2であり,切欠をつけた場合の疲れ強さの低 下ほ少なく,鍛造鍬こl叫敵する強さをもっており,しか も峡人件,酢断絶l､/†三,切削怖が良好であるので,近時強 度郁ぶとL-て非常に広範L榔こ使川され始めた甘動車群品 関係のおもなる用途を列牒すると,ギヤーシフトホー ク,/こ′レブロッカーアーム,ユニバーサルジョイントヨ ーク,スピンドルアーム,レバー,ギヤ,カムシャフト, クランクシャフト,デフケース,ホイールハブなどであ るし /㌢後.‡:りJ 叶鍛鈷鋲のノぷ要はますますユ削IIL,郁品の性 能向上,生水価暦の低減に寄与･するものと=じられるの で,高力り鍋戯潮の諸性門について報†一子しご批､囲をこう 次第であるし