專利名稱：非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵的制作方法
技術領域：
本發明涉及不進行奧氏體等溫淬火處理而所得的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵。
背景技術：
作為鑄鐵，石墨形態呈球狀的球墨鑄鐵廣為熟知，這種球墨鑄鐵的抗拉強度是在400～800MPa的范圍，如果進一步提高抗拉強度，則延伸率減低。反之，如果要提高延伸率，則抗拉強度有降低的傾向。
近年來，在強烈要求減輕重量的汽車用部件等領域中，都在尋求均衡、良好地兼備抗拉強度和延伸率這二項機械性能的球墨鑄鐵。作為具有這種機械性能的球墨鑄鐵，熟知的是以下的貝氏體球墨鑄鐵。
一個是將鑄件加熱到奧氏體化溫度(約800～950℃)以后，在約300～400℃的鹽浴爐中急冷，然后在該爐中恒溫保持后取出而得到的貝氏體球墨鑄鐵；另外的是例如添加1～4質量％的Ni、0.5～1.0質量％的Mo，不進行熱處理而在所謂的鑄態下得到的貝氏體球墨鑄鐵。
但是，前者的貝氏體球墨鑄鐵，對于壁厚較厚的產品，連其內部都不能得到充分的貝氏體組織，所以有時用于薄壁的產品，但這時會存在熱處理引起的變形發生，或使用鹽浴爐的熱處理導致成本增高的問題。又，后者的貝氏體球墨鑄鐵由于添加價格昂貴的Mo，所以存在成本提高的問題。
又，當上述的貝氏體球墨鑄鐵，例如為了得到耐蝕性而進行熱鍍鋅(例如，在460℃下保持120秒鐘)時，則如下述表1所示，具有由于該加熱處理而導致抗拉強度和延伸率下降的缺點。
表1
表1說明了具有貝氏體組織的球墨鑄鐵由于加熱(約460℃)所致的影響。在此，所謂熱處理，是在900℃下保溫1小時，然后再于380℃保溫1小時，所謂熱鍍鋅處理是在460℃保溫120秒鐘。
因此，本發明是鑒于上述現有的問題而完成的，其目的在于提供均衡、良好地兼備抗拉強度和延伸率這二項機械性能、且比以往更加提高抗拉強度和延伸率的高強度、高韌性的球墨鑄鐵。
又，本發明的目的是提供即使施以熱鍍鋅等處理其機械性能也不降低、并且不添加Mo也能使抗拉強度和延伸率提高的球墨鑄鐵。
進一步地，本發明的目的是提供加熱至奧氏體化溫度后急冷至約300～400℃，然后恒溫保持這一不進行奧氏體等溫淬火就可得到的非奧氏體等溫淬火處理的球墨鑄鐵。
發明的公開根據本發明，提供不進行奧氏體等溫淬火處理就可得到的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，該球墨鑄鐵的特征在于其抗拉強度為650～850MPa，延伸率為7.0～14.5％。
又，根據本發明，提供不進行奧氏體等溫淬火處理就可以得到的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，該球墨鑄鐵的特征在于其V型缺口試樣的疲勞極限為290MPa以上。
在該球墨鑄鐵中，含有0.05～0.45質量％的Mn為宜，此時，最好含有2.0～4.0質量％的Ni。
又，本發明的球墨鑄鐵，最好是布氏硬度為230～285HB，另外，在切削距離為1.7km時，刀具的后隙面磨損量在0.13mm以下為好。
附圖的簡要說明
圖1是表示切削試樣形狀的說明圖。
圖2是表示Y型供試材料(B號)的形狀的說明圖。
圖3是表示用于旋轉彎曲疲勞試驗的V型缺口試樣的形狀和尺寸的說明圖。
圖4是表示實施例1中的拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度和延伸率)的曲線圖。
圖5是表示實施例1中的疲勞極限的曲線圖。
圖6是表示硬度與抗拉強度/延伸率的關系的曲線圖。
圖7是表示電力產品的連接配件的說明圖。
圖8(a)(b)表示電鍍處理前后的拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度和延伸率)，其中圖8(a)是表示電鍍處理前的曲線圖，圖8(b)是表示電鍍處理后的曲線圖。
圖9是表示汽車產品的車輪支撐部件的說明圖。
圖10是表示實施例6中的拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度和延伸率)的曲線圖。
實施發明的最佳形態以下，詳細說明本發明。
本發明是不采用以往進行的奧氏體等溫淬火處理就可獲得的高強度、高韌性的球墨鑄鐵。具體地講，該種球墨鑄鐵的抗拉強度為650～850MPa，延伸率為7.0～14.5％，并均衡，良好地兼備抗拉強度與延伸率這二項機械性能，而且抗拉強度和延伸率比以往均有所提高。
這種高強度、高韌性的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，不進行熱處理即可使抗拉強度與延伸率提高到規定值以上，并且即使進行熱鍍鋅等其機械性能也不降低。
有關本發明的非奧氏體等溫淬火球墨鑄鐵，其抗拉強度為650～850MPa，較好的范圍是700～850MPa，最好的范圍是750～850MPa。又，其延伸率為7.0～14.5％，較好的范圍是9.5～14.5％，最好的范圍是12.0～14.5％。
在此，球墨鑄鐵的抗拉強度以及延伸率這些機械性能是根據JIS Z2201中所規定的試驗方法而求得的。
具有上述高強度、高韌性的機械性能的本發明的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，其成分中含有0.05～0.45質量％的Mn為好，含有0.10～0.35質量％的Mn更好。通過在上述范圍內改變Mn的添加量，能夠控制球墨鑄鐵的抗拉強度與延伸率的關系。即，如果減少Mn的含量，則抗拉強度降低，但延伸率提高，反之，如果增加Mn的含量，則抗拉強度提高，但延伸率降低。當Mn的含量超過0.45質量％時，則硬度過高，延伸率不足7.0％。再者，Mn是由材料和制造工序不可避免地混入的成分，要使其含量降低到不足0.05質量％，從目前的技術上看是困難的。另外，作為其它的成分，含有2.0～4.0質量％的Ni為好。Ni在上述范圍以外時，延伸率有降低的傾向。
再者，作為本發明的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵的其它構成成分，并未特別地限定，但調整成C 3.1～4.0質量％、Si 1.8～3.0質量％、P 0.05質量％以下、S 0.02質量％以下、Mg 0.02～0.06質量％為好。其理由如下(1)當C不足3.1質量％時，出現碳化物，延伸率顯著減少；當C超過4.0質量％時，則初晶石墨上浮夾雜，成為抗拉強度降低的原因。
(2)當Si不足1.8質量％時，出現碳化物，延伸率顯著減少；當Si超過3.0質量％時，則初晶石墨上浮、夾雜，成為抗拉強度降低的原因。
(3)當P超過0.05質量％時，則出現鐵素體與磷化鐵的共晶體相，發生脆化。
(4)當S超過0.02質量％時，則在進行Mg處理時生成MgS，固溶Mg量降低，阻礙石墨球化，熔渣也增加，所以不理想。
(5)在Mg不足0.02質量％時，不能夠將石墨球化，也不能確保抗拉強度；當Mg超過0.06質量％時，則容易出現碳化物，進行處理時Mg合金價格高，因此不理想。
又，本發明的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵具有V型缺口試樣的疲勞極限在290MPa以上的特性。本發明的球墨鑄鐵如上所述，由于延伸特性特別優異，因此一般認為即使是V型缺口的試樣，其疲勞強度也能高達規定值以上。
又，本發明的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，其加工性能優異。作為表示加工性的指標，當使用進行切削試驗時的刀具的后隙面磨損量時，則本發明的球墨鑄鐵，在切削距離為1.7km時的刀具的后隙面磨損量在0.13mm以下。
再者，對于圖1所示形狀的切削試樣10，作為切削試驗的切削條件是切削速度為100m/min、走刀量為0.2mm/轉、進刀量為1.5mm，作為刀具使用三菱馬太里阿魯(マテリアル)公司生產的刀具UC6010進行干式切削。
進一步地，本發明的球墨鑄鐵顯示出高的硬度，其硬度范圍為230～285HB，較好的硬度范圍是235～280HB，最好的硬度范圍是240～275HB。這樣，本發明的球墨鑄鐵，其硬度也達到規定值以上，在強度、韌性均衡的基礎上，在硬度方面也能達到均衡。
在此，作為硬度試驗，使用JIS Z2245所規定的試驗方法來測定布氏硬度。
上述的本發明的球墨鑄鐵可以使用歷來公知的工序來制造。
說明鑄鐵制造工序的一個例子。首先在材料庫考慮配比成分量配制生鐵、鋼屑等各種鐵合金，以此為原料用電爐(低頻爐或高頻爐)或化鐵爐熔煉鑄鐵金屬熔液。按照目標組成熔煉的金屬熔液使用石墨球化劑在鐵水包內進行金屬熔液處理，此時根據需要添加孕育劑。
進行金屬熔液處理后，金屬熔液從鐵水包澆鑄到由造型機造型的鑄模內，在鑄模內凝固、冷卻。鑄模內的鑄件冷卻后用震動落砂機脫模，鑄件與造型砂分離開來，鑄件經滾筒式冷卻器冷卻后，采用噴丸清理去除附著在鑄件表面的砂，進入鑄件精加工工序。在該鑄件精加工工序中，進行澆口、打毛刺等精加工，最后得到成品的鑄鐵件。
在上述工序中，在保溫爐進行的孕育及球化的金屬熔液處理過程中，通過規定添加的物質的種類以及添加量，能夠制造所要求的球墨鑄鐵。在本發明中，通過在成分上比較好地將Mn和Ni調整到規定量，作為制造方法，在以前已知的奧氏體等溫淬火處理以外的各種方法中，通過控制澆注到鑄模后的冷卻速度，可以獲得其抗拉強度與延伸率這兩項機械性能均比以前高，且均衡、良好地兼備的高強度、高韌性的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵。
即，在本發明中，作為其制造方法，是將調整到目標成分的球墨鑄鐵金屬熔液澆注到鑄模后，控制隨后的冷卻速度，但其形式有以下各種方法。
(1)作為有代表性的方法，對于壁厚25～50mm左右的鑄件產品，在鑄模內使其自然放冷(鑄態)。
(2)對于薄壁鑄件，例如壁厚為10mm以下的產品，由于過快地冷卻，不能獲得具有象本發明那樣的所要求的機械性能的鑄鐵，因此通過將鑄模保溫等(選擇不容易冷卻的鑄模材料或將鑄模集中堆放，或者加熱鑄模等)控制冷卻速度，從而獲得與壁厚為25～50mm左右的鑄件大致一樣的冷卻過程。
(3)脫模以后，一邊加熱鑄件，一邊控制冷卻速度，與上述(2)一樣，獲得與壁厚為25～50mm左右的鑄件大致一樣的冷卻過程。
歸納以上說明，本發明的制造方法不進行象以前已知的奧氏體等溫淬火處理那樣的自奧氏體化溫度急冷至約300～400℃的急冷操作，而是鑄造后連續地緩冷或鑄造后冷卻到常溫附近以后進行加熱，接著一邊加熱一邊冷卻，以此控制冷卻速度。其次，鑒于產品的壁厚不同導致在冷卻速度上產生不同(壁薄時冷卻速度快，壁厚時冷卻速度慢)，控制冷卻速度，獲得均衡、良好地兼備抗拉強度與延伸率這二項機械性能的高強度、高韌性的球墨鑄鐵。
以下，基于實施例，進一步具體說明本發明。
實施例1根據歷來已知的鑄鐵制造工序，熔煉球墨鑄鐵的金屬溶液。
即，配制鑄鐵原料，采用高頻爐熔煉成分調整為C 3.55質量％、Si 2.50質量％、Mn 0.29質量％、P 0.018質量％、S 0.007質量％、Mg 0.039質量％、Cr 0.036質量％、Cu 0.08質量％、Ni 3.1質量％的球墨鑄鐵的金屬溶液。
將該球墨鑄鐵金屬溶液在大約1400℃下澆注到圖2所示的Y型供試材料(B號)30用的鑄模內，在鑄模內自然放冷(鑄態)到常溫。
從所得的Y型供試材料(B號)30(JIS G 5502)的下部31切取試驗片。對于拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度和延伸率)，用JISZ 2201的4號試驗片進行測定，其結果示于圖4。
又，從Y型供試材料(B號)30切取圖3所示的V型缺口試樣32，進行旋轉彎曲疲勞試驗，求出疲勞極限。
在此，旋轉彎曲疲勞試驗是根據JIS Z 2274，使用小野式旋轉彎曲疲勞試驗機，在室溫、大氣中一邊使V型缺口試樣32以2500rpm轉動一邊施加應力，由直到斷裂為止的應力與循環次數的關系測定出疲勞極限，其結果示于圖5。
實施例2與實施例1一樣，切取由圖1所示形狀的球墨鑄鐵構成的切削試驗片10。對于該切削試驗片10進行切削試驗，測定刀具的后隙面磨損量，結果在切削距離為1.7km時，刀具的后隙面磨損量為0.12mm。
另一方面，對于以往的球墨鑄鐵(相當于FCD700)(組成C 3.6質量％、Si 2.5質量％、Mn 0.4質量％、P 0.03質量％、S 0.003質量％、Mg 0.03質量％、Cu 0.8質量％、余量為Fe)的場合，刀具的后隙面磨損量為0.16mm，可見，本發明的球墨鑄鐵加工性優良。
實施例3在Mn 0.05～0.45質量％、Ni 2.0～4.0質量％、C 3.1～4.0質量％、Si 1.8～3.0質量％、P 0.05質量％以下、S 0.02質量％以下、Mg 0.02～0.06質量％、余量為Fe的范圍內，由多個的成分組成的球墨鑄鐵金屬溶液獲得Y型供試材料(B號)，與實施例1一樣，測定拉伸特性(抗拉強度及延伸率)的同時，還測定了硬度，其結果示于圖6。
實施例4對于作為圖7所示的電力產品的連接配件，與實施例1一樣，測定了拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度及延伸率)。再者，試驗片的切取部位是圖7的①、②、③、④、⑤。其結果示于圖8(a)。
實施例5對于與實施例4相同的連接配件，進行了熱鍍鋅處理(在460℃下保溫120秒鐘)后，與實施例1一樣，測定拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度及延伸率)。其結果示于圖8(b)。
由結果可確認拉伸特性在熱鍍鋅處理前后幾乎沒有差別。
實施例6對于作為圖9所示的汽車部件的車輪支撐部件，與實施例1一樣，測定拉伸特性(抗拉強度、0.2％屈服強度及延伸率)。再者，試驗片切取的部位是圖9的A、B、C、D、E。其結果示于圖10。
比較例1
在球墨鑄鐵的金屬熔液成分中，將Mn含量定為0.53質量％，其它成分與實施例1相同，利用同一方法鑄造Y型供試材料(B號)并同樣地切取試驗片，測定其抗拉強度和延伸率。
從結果可知，盡管抗拉強度高達850～900MPa，但延伸率卻下降到6％以下。
考察從上述實施例1、4～6以及比較例1的結果可以看出，根據實施例1、4～6得到的球墨鑄鐵，其抗拉強度為750～800MPa、0.2％屈服強度在500MPa以上、延伸率為7.0％以上，具有所希望的機械性能。又，在實施例1中獲得的V型缺口試樣，在循環次數為107次時的疲勞極限為295MPa，獲得了高的疲勞極限數值。
又，從實施例2可以看出，本發明的球墨鑄鐵的加工性優良，而且硬度為230～285HB，在規定值以上，在高強度、高韌性的基礎上，作為機械特性可達到極大的均衡。
產業上的利用可能性如以上說明的那樣，本發明的球墨鑄鐵不進行奧氏體等溫淬火處理就可獲得，是均衡、良好地兼備抗拉強度和延伸率這二項機械性能、且與以往比更使抗拉強度和延伸率提高的高強度、高韌性的球墨鑄鐵。又，本發明的球墨鑄鐵即使施行熱鍍鋅等處理其機械性能也不降低，而且即使不添加Mo也能使抗拉強度和延伸率提高。因此，本發明的球墨鑄鐵能夠很好地適用于連接配件等電力產品和車輪支撐部件等汽車部件。
權利要求
1.一種非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，它是不進行奧氏體等溫淬火處理而得到的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，其特征是抗拉強度為650～850MPa，延伸率為7.0～14.5％。
2.一種非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，它是不進行奧氏體等溫淬火處理而得到的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，其特征是它的V型缺口試樣的疲勞極限在290MPa以上。
3.根據權利要求1或2所記載的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，它含有0.05～0.45質量％的Mn。
4.根據權利要求3所記載的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，它含有2.0～4.0質量％的Ni。
5.根據權利要求1～4的任何一項所記載的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，其布氏硬度為230～285HB。
6.根據權利要求1～4的任何一項所記載的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵，它在切削距離為1.7km時，刀具的后隙面磨損量在0.13mm以下。
全文摘要
一種球墨鑄鐵,它是不進行奧氏體等溫淬火處理就可獲得的非奧氏體等溫淬火處理球墨鑄鐵,其抗拉強度是650～850MPa,延伸率為7.0～14.5%。該球墨鑄鐵的V型缺口試樣的疲勞極限在290MPa以上。該球墨鑄鐵是均衡、良好地兼備抗拉強度和延伸率這二項機械性能,且與以往的球墨鑄鐵比,更使抗拉強度和延伸率提高的高強度、高韌性的球墨鑄鐵。
文檔編號C22C37/04GK1367847SQ00811154
公開日2002年9月4日 申請日期2000年6月7日 優先權日1999年6月8日
發明者鈴木克美, 中島范之, 大場義夫, 小野高廣 申請人:旭技術株式會社