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JP3963684B2 - Method for producing cast iron member - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳鉄製部材の製造方法に関し、一層詳細には、表層部が高硬度であるために耐摩耗性に優れ、かつ高強度な鋳鉄製部材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3に、自動車に搭載される内燃機関用の鋳鉄製カムシャフトAを示す。このカムシャフトAは、例えば、以下のようにして製造されている。すなわち、まず、原材料を溶解して溶湯とする。原材料としては、鋼屑、返り材(湯口等の方案部あるいは押湯のスクラップや、不良品として生産された鋳鉄製部材等)、銑鉄等が使用される。
【0003】
次に、この溶湯を、砂型や金型等の鋳型に注湯した後に冷却固化する。この冷却固化により、カムシャフトAに略対応する形状の成形品が得られる。なお、この際の冷却速度は、鋳型の種類にもよるが、一般的には、砂型で240℃/分程度、金型で1000℃/分程度である。
【0004】
すなわち、金型を使用することにより、溶湯の冷却速度を著しく高めることができる。換言すれば、金型を使用することには、成形品、ひいては完成製品であるカムシャフトAを効率よく製造することができるという利点がある。
【0005】
ところで、このように冷却速度が高い状態で溶湯を冷却固化させると、成形品の表層部にセメンタイト(Fe3C)からなるチル組織が形成される。さらに、成形品に遊離Nが55ppm程度以上存在する場合には、該成形品に対して熱処理を施すことにより、チル組織が存在していた部分に微細な層状組織(以下、微細パーライトという)が生成する。この微細パーライトは高硬度であり、したがって、カムシャフトAの表層部の耐摩耗性が著しく向上する。
【0006】
このように耐摩耗性に優れるカムシャフトAは、例えば、ジャーナル部がジャーナル受に対して摺動動作する際に摩耗し難い。すなわち、チル組織を形成した後に微細パーライトを生成することにより、長寿命を有するカムシャフトを構成することができる。
【0007】
しかも、この場合、カムシャフトAの強度が高くなる。換言すれば、略同等の強度・耐摩耗性を有するものであれば、微細パーライトが生成していないカムシャフトに比して断面積を小さくすることができる。したがって、軽量化を図ることができるので、該カムシャフトAが組み込まれた内燃機関を搭載する自動車等の燃費の向上を図ることもできる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カムシャフトAの原材料としては、上記したように、鋼屑や返り材、銑鉄等が用いられるが、これらには、Ti、V、Zr、Nb、Al等が多く含有されている。このような金属元素は、溶湯中に存在する遊離Nと速やかに化合し、窒化物を形成する。換言すれば、これらは、遊離Nを捕捉する窒素捕捉元素として機能する。
【0009】
遊離Nが捕捉されることによって溶湯中の遊離Nの割合が55ppm未満となった場合、成形品に対して熱処理を行った際にチル組織の分解が促進されるようになる。すなわち、チル組織(セメンタイト)がオーステナイト(γ−Fe)と黒鉛とに分解することによって消失する。したがって、この場合、微細パーライトが得られなくなり、結局、耐摩耗性が良好でかつ高強度なカムシャフトが得られなくなるという不具合を招く。
【0010】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、溶湯における遊離Nを微細パーライトが確実に得られるような割合とすることが可能であり、このために高硬度な表層部を有する鋳鉄製部材を得ることが可能な鋳鉄製部材の製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、表層部にパーライト組織を有する鋳鉄製部材の製造方法であって、
Ti、V、Zr、Nb、Alの少なくともいずれか1種の元素を含有する原材料を溶解して溶湯を得る第1工程と、
前記溶湯を鋳型内にて表層部にチル組織が生成する条件下で冷却固化して成形品とする第2工程と、
前記第2工程において前記成形品の表層部に生成したチル組織を、該成形品に対して熱処理を施すことによりパーライト組織に変態させる第3工程と、
を有し、
前記第1工程にて前記溶湯における前記元素の割合を合計で0.5重量%以下に調整することで該溶湯中の遊離Nを55ppm以上とした後、前記第2工程を行うことを特徴とする。なお、以下においては、前記元素を窒素捕捉元素と表記する。
【0012】
溶湯における窒素捕捉元素の割合が0.5重量%以下である場合、遊離Nが55ppm以上、特に、70ppm以上であると、遊離Nの一部は、窒素捕捉元素に捕捉されることなく、換言すれば、窒素捕捉元素と化合して窒化物となることなく溶湯中に残留する。このため、成形品に対して熱処理が施された際にチル組織が分解することが抑制されるので、該チル組織が微細パーライト組織に変態を起こす。すなわち、完成製品は、その表層部に高硬度な微細パーライト組織を有するので、耐摩耗性が著しく良好なものとなる。
【0013】
しかも、この鋳鉄製部材には、Nが捕捉されることにより生成した微量の窒化物が分散している。このため、この鋳鉄製部材は、粒子分散強化型複合材に類似した挙動を示し、一般的な鋳鉄製部材に比して靱性や強度が向上するという利点が得られる。
【0014】
窒素捕捉元素の割合の調整は、窒素捕捉元素の含有量が予め測定された原材料を用い、該原材料における窒素捕捉元素の割合を0.5重量%以下に調整した後に溶解して溶湯とすることにより遂行することができる。すなわち、例えば、窒素捕捉元素の含有量が異なる材料同士を種々組合せることによって、原材料における各窒素捕捉元素の含有量が0.5重量%以下に調整される。勿論、窒素捕捉元素の含有量が0.5重量%以下のもののみを原材料として使用するようにしてもよい。
【0015】
または、窒素捕捉元素の割合が0.5重量%を超える溶湯に対して窒素ガスを吹き込むことによって前記溶湯における窒素捕捉元素の割合を0.5重量%以下に調整するようにしてもよい。
【0016】
なお、Nと速やかに化合して窒化物を形成する窒素捕捉元素の主たるものとしては、Ti、V、Zr、Nb、Al等が例示される。勿論、これらは、溶湯での含有量が合計で0.5重量%以下となるように調整される。
【0017】
このようにして製造される鋳鉄製部材の好適な例としては、摺動面を有する部材を挙げることができる。摺動面が耐摩耗性に優れているので、これらの部材の長寿命化を図ることができる。
【0018】
摺動面を有する部材の具体的な例としては、車輌用部材であるカムシャフトやコンロッド、バランサシャフト等、ジャーナル部を有するものを挙げることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋳鉄製部材の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0020】
本実施の形態に係る鋳鉄製部材の製造方法のフローチャートを図1に示す。この製造方法は、原材料を溶解して溶湯とする第1工程S1と、この溶湯を鋳型内(キャビティ)にて表層部にチル組織が生成する条件下で冷却固化して成形品とする第2工程S2と、該成形品に対して熱処理を施すことによりチル組織をパーライト組織に変態させる第3工程とを有する。
【0021】
この製造方法につき、それを遂行する鋳造装置との関係で、鋳鉄製部材としてカムシャフトA(図3参照)を製造する場合を例示して具体的に説明する。
【0022】
鋳造装置10は、図2に示すように、注湯ステーション12と、固定金型14および可動金型16を有する金型成形装置18と、矯正・切断装置20と、熱処理炉22とを備える。なお、可動金型16は、金型成形装置18を構成するシリンダ23の作用下に固定金型14に対して接近または離間自在である。
【0023】
金型成形装置18の上方には、ブロースモーク装置28が上下方向に変位自在に設けられている。また、金型成形装置18の下流側上方には、ワーク取出ロボット30が水平方向に移動自在に設けられている。これらブロースモーク装置28およびワーク取出ロボット30は、支持台31によって支持されている。
【0024】
注湯ステーション12は、溶解炉32と、加圧注湯炉34と、該加圧注湯炉34から導出された溶湯を受け取って金型成形装置18のキャビティに導入する取り鍋24とを有し、このうち、溶解炉32は、架台36上に設置されている。
【0025】
本実施の形態に係る製造方法を行うに際しては、まず、原材料として鋼屑や返り材、銑鉄等が溶解炉32に収容される。
【0026】
ここで、これらの原材料は、各々に含有されている窒素捕捉元素、すなわち、溶湯中に存在する遊離Nと化合して窒化物を形成するTi、V、Zr、Nb、Al等の含有量が予め測定されたものである。そして、原材料は、該原材料中におけるこれら元素の割合が合計で0.5重量%以下となるような組合せで選定される。例えば、Tiを1重量%含有する鋼材料が原材料の1つとして使用される場合、Tiの含有量が少ない鋼材料も原材料として加えられ、最終的に、原材料におけるTiの割合が0.5重量%以下となるように調整される。勿論、その他の窒素捕捉元素が含まれている場合には、窒素捕捉元素が合計で0.5重量%以下となるように原材料が選定される。
【0027】
要するに、本実施の形態では、窒素捕捉元素の含有量が異なる材料同士を種々組合せることにより、原材料における窒素捕捉元素の含有量が合計で0.5重量%以下に調整される。
【0028】
そして、第1工程S1において、溶解炉32を周囲から加熱することにより前記原材料を溶解して溶湯とする。
【0029】
溶解炉32は、傾動動作させることが可能である。すなわち、溶解炉32の上方に突出形成された湯口部38の下端部には、シリンダ40のロッド42が連結されている。また、溶解炉32の底部には、該底部の中央から湯口部38の方に偏在して支軸44が連結されている。このため、溶解炉32は、ロッド42が上下動することに追従して、支軸44との連結箇所を支点として傾動動作する。溶湯を搬送取り鍋46内に注湯する場合には、ロッド42を下降動作させることにより湯口部38を搬送取り鍋46に指向して傾動動作させればよい。
【0030】
図示しないクレーンのフック48に支持された搬送取り鍋46は、前記クレーンの作用下に加圧注湯炉34に指向して搬送される。そして、搬送取り鍋46が図示しない第1傾動機構によって傾動動作することにより、該搬送取り鍋46内の溶湯が漏斗50を介して加圧注湯炉34の内室52に注湯・貯留される。
【0031】
加圧注湯炉34には、内室52の圧力を上昇させるガスを導入するためのガス供給管54が連結されている。すなわち、このガス供給管54からAr等の不活性ガスが供給されることに伴って内室52内の圧力が上昇し、その結果、該内室52に貯留されていた溶湯が、加圧注湯炉34の出湯部56に設けられた湯路58に導入され、最終的に出湯部56の出湯口59から導出される。上記したように、導出された溶湯は、取り鍋24内に注湯される。
【0032】
取り鍋24はロードセル60上に載置されており、該取り鍋24内の溶湯量はロードセル60の作用下に所定量に制御される。すなわち、取り鍋24内に注湯された溶湯の重量の測定値がロードセル60に予め設定された設定値に一致したとき、該ロードセル60と電気的に接続された図示しない制御部からの制御信号により、ガス供給管54に介装されたバルブ(図示せず)が閉止される。これに伴い加圧注湯炉34の内室52へのガスの供給が停止され、その結果、加圧注湯炉34の出湯口59から溶湯の導出が停止される。
【0033】
この取り鍋24は、図示しない第2傾動機構によって傾動動作させることが可能である。この傾動動作に伴い、金型成形装置18を構成する湯口64を介して、取り鍋24内に導入された所定量の溶湯が金型成形装置18のキャビティに注湯され、第2工程S2が開始される。なお、金型成形装置18の固定金型14と可動金型16とが型締めされる前には、ブロースモーク装置28によって、キャビティ面に離型剤が予め塗布される。
【0034】
ここで、溶解炉32中での原材料の溶解や、溶解炉32から搬送取り鍋46を介しての溶湯の搬送、加圧注湯炉34の出湯部56から取り鍋24への溶湯の導入は、全て大気中で行われる。このため、これらの過程を経る際、大気から溶湯中に窒素が溶け込んで遊離Nとなる。また、原材料中にも微量のNが含有されているため、溶湯中には、このNを源とする遊離Nも存在する。これら遊離Nの一部は、上記したような窒素捕捉元素に捕捉され、例えば、TiN等の窒化物を形成するが、窒素捕捉元素に比して遊離Nの方が過剰に存在するので、溶湯中には遊離Nがなお70〜80ppm程度存在している。
【0035】
換言すれば、第2工程S2では、遊離Nを70〜80ppm程度含有する溶湯が冷却固化されることによって成形品Bが作製される。
【0036】
金型成形装置18のキャビティに導入された溶湯は、1000℃/分程度の冷却速度で冷却され、最終的に固化して成形品Bとなる。この成形品Bの表層部には、セメンタイト(Fe3C)からなるチル組織が形成されている。
【0037】
得られた成形品Bは、可動金型16が固定金型14から離間して型開きが行われた後、ワーク取出ロボット30に把持される。このワーク取出ロボット30が水平方向に移動することに伴い、成形品Bが矯正・切断装置20に搬送される。この矯正・切断装置20では、成形品Bに対してトリミング等が施される。
【0038】
その後、成形品Bは、移載ロボット66の作用下に搬送され、熱処理炉22内に導入される。この熱処理炉22において、第3工程S3、すなわち、成形品Bに対する熱処理が施され、完成製品としてのカムシャフトA(鋳鉄製部材)が得られるに至る。
【0039】
この熱処理は、成形品Bの表層部に生成したチル組織(Fe3C)をパーライト組織に変態させるためのものである。すなわち、Nを55ppm以上含有する鋳鉄製成形品Bの表層部に存在するチル組織に対して熱を加えると、チル組織のオーステナイト(γ−Fe)および黒鉛への分解が充分に進行せず、このために微細パーライトが生成する。なお、熱処理の温度や時間は、チル組織がパーライト組織に変態するような条件に設定すればよく、例えば、930℃で30分間保持という条件に設定することができる。
【0040】
この微細パーライトは高硬度であり、したがって、カムシャフトAの表層部の耐摩耗性が著しく向上する。すなわち、溶湯におけるTi、V、Zr、Nb、Al等の窒素捕捉元素の含有量を0.5重量%以下に調整することによりパーライト組織を確実に生成させることができ、結局、耐摩耗性に優れたカムシャフトAを確実に得ることができる。
【0041】
しかも、このカムシャフトAには、微量ではあるが、TiN等の窒化物が分散している。このため、該カムシャフトAは、粒子分散強化型複合材に類似した挙動を示すので、一般的な鋳鉄製部材から構成されたカムシャフトに比して靱性や強度も高いという利点がある。
【0042】
なお、このようにして表層部にパーライト組織が形成されたカムシャフトAに対し、旋削加工等の機械加工を施すようにしてもよい。
【0043】
なお、この実施の形態では、原材料の組合せを種々選定することによって窒素捕捉元素の含有量を0.5重量%以下に調整したが、Ti、V、Zr、Nb、Al等の窒素捕捉元素の含有量が0.5重量%以下のもののみを原材料として使用することもできることはいうまでもない。本発明においては、後者の場合も、窒素捕捉元素の含有量を0.5重量%以下に調整することに含めるものとする。
【0044】
また、窒素捕捉元素の含有量は、溶湯が冷却固化する前であればどの時点で調整してもよい。すなわち、例えば、0.5重量%を超える窒素捕捉元素を含有する原材料が溶解されてなる溶湯に対して窒素ガスを吹き込み、この窒素ガスで窒素捕捉元素を窒化することによって、窒素捕捉元素の含有量を0.5重量%以下に調整するようにしてもよい。
【0045】
さらに、上記した実施の形態では、鋳鉄製部材としてカムシャフトAを例示して説明したが、それ以外のものであってもよいことはいうまでもない。
【0046】
さらにまた、本実施の形態に係る製造方法においては、鋳造時に金型が使用されているが、成形品にチル組織が生成する条件下で鋳造が行われるのであれば、特にこれに限定されるものではない。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る鋳鉄製部材の製造方法によれば、溶湯中に存在する遊離Nを捕捉してしまう窒素捕捉元素の割合が0.5重量%以下となるように調整し、その後、この溶湯を冷却固化して成形品を鋳造するようにしている。このため、該成形品に対して熱処理を施した際、チル組織を微細パーライトに容易に変態させることができるので、表層部の硬度が著しく高く耐摩耗性に優れ、かつ高強度な完成製品を容易に得ることができるという効果が達成される。
【0048】
しかも、これにより、鋳鉄製部材の軽量化を図ることもできる。したがって、該鋳鉄製部材が車輌用の部材であれば、その自動車の燃費の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る鋳鉄製部材の製造方法のフローチャートである。
【図2】本実施の形態に係る鋳鉄製部材の製造方法を遂行する鋳造装置の概略全体構成図である。
【図3】カムシャフトの概略全体斜視図である。
【符号の説明】
10…鋳造装置 12…注湯ステーション
14…固定金型 16…可動金型
18…金型成形装置 20…矯正・切断装置
22…熱処理炉 24…取り鍋
32…溶解炉 34…加圧注湯炉
46…搬送取り鍋 52…内室
54…ガス供給管 60…ロードセル
A…カムシャフト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a cast iron member, and more particularly, to a method for manufacturing a cast iron member having excellent wear resistance and high strength because the surface layer portion has high hardness.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a cast iron camshaft A for an internal combustion engine mounted on an automobile. For example, the camshaft A is manufactured as follows. That is, first, the raw material is melted to form a molten metal. As raw materials, steel scraps, return materials (design parts such as gates or scraps of hot water, cast iron members produced as defective products, etc.), pig iron and the like are used.
[0003]
Next, the molten metal is poured into a mold such as a sand mold or a mold and then cooled and solidified. By this cooling and solidification, a molded product having a shape substantially corresponding to the camshaft A is obtained. The cooling rate at this time is generally about 240 ° C./min for the sand mold and about 1000 ° C./min for the mold, although it depends on the type of mold.
[0004]
That is, the cooling rate of the molten metal can be remarkably increased by using the mold. In other words, the use of the mold has the advantage that the camshaft A, which is a molded product, and thus a finished product, can be efficiently manufactured.
[0005]
By the way, when the molten metal is cooled and solidified in such a high cooling rate, a chill structure made of cementite (Fe 3 C) is formed on the surface layer portion of the molded product. Further, when free N is present in the molded product in an amount of about 55 ppm or more, a fine layered structure (hereinafter referred to as fine pearlite) is formed in the portion where the chill structure was present by performing a heat treatment on the molded product. Generate. This fine pearlite has a high hardness, and therefore the wear resistance of the surface layer portion of the camshaft A is remarkably improved.
[0006]
As described above, the camshaft A having excellent wear resistance hardly wears when the journal portion slides with respect to the journal receiver, for example. That is, by forming fine pearlite after forming a chill structure, a camshaft having a long life can be configured.
[0007]
In addition, in this case, the strength of the camshaft A is increased. In other words, the cross-sectional area can be reduced as long as it has substantially the same strength and wear resistance as compared with a camshaft in which fine pearlite is not generated. Therefore, since the weight can be reduced, the fuel consumption of an automobile or the like equipped with the internal combustion engine in which the camshaft A is incorporated can be improved.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, steel scrap, return material, pig iron and the like are used as the raw material of the camshaft A, and these contain a large amount of Ti, V, Zr, Nb, Al and the like. Such a metal element quickly combines with free N present in the molten metal to form a nitride. In other words, they function as nitrogen capture elements that capture free N.
[0009]
When the ratio of free N in the molten metal is less than 55 ppm due to trapping of free N, decomposition of the chill structure is promoted when the molded product is heat-treated. That is, the chill structure (cementite) disappears by being decomposed into austenite (γ-Fe) and graphite. Therefore, in this case, fine pearlite cannot be obtained, and eventually, there is a problem that a camshaft having good wear resistance and high strength cannot be obtained.
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to make the free N in the molten metal a ratio such that fine pearlite can be obtained with certainty. For this reason, cast iron having a high hardness surface layer portion. It aims at providing the manufacturing method of the member made from cast iron which can obtain a member made.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a cast iron member having a pearlite structure in the surface layer portion,
A first step of obtaining a molten metal by melting a raw material containing at least one element of Ti, V, Zr, Nb, and Al ;
A second step in which the molten metal is cooled and solidified under a condition that a chill structure is formed in a surface layer portion in a mold to form a molded product;
A third step of transforming the chill structure generated in the surface layer portion of the molded product in the second step into a pearlite structure by subjecting the molded product to heat treatment;
Have
After the free N in solution water and more than 55ppm by adjusting the ratio of the element to 0.5 wt% or less in total in the melt in the first step, and characterized in that said second step To do. In the following, the element is referred to as a nitrogen trap element.
[0012]
When the ratio of the nitrogen trapping element in the molten metal is 0.5% by weight or less, if the free N is 55 ppm or more, particularly 70 ppm or more, a part of the free N is not trapped by the nitrogen trapping element. If it does, it will remain in the melt without combining with the nitrogen-trapping element and forming a nitride. For this reason, since decomposition of the chill structure when the heat treatment is applied to the molded product is suppressed, the chill structure causes transformation of the fine pearlite structure. That is, since the finished product has a fine pearlite structure with high hardness on the surface layer, the wear resistance is remarkably good.
[0013]
In addition, in this cast iron member, a small amount of nitride generated by capturing N is dispersed. For this reason, this cast iron member exhibits a behavior similar to that of a particle dispersion strengthened composite material, and has the advantage of improved toughness and strength as compared with a general cast iron member.
[0014]
Adjustment of the ratio of the nitrogen-trapping element is performed by using a raw material whose content of the nitrogen-trapping element is measured in advance, adjusting the ratio of the nitrogen-trapping element in the raw material to 0.5% by weight or less, and then melting to make a molten metal. Can be accomplished. That is, for example, the content of each nitrogen-trapping element in the raw material is adjusted to 0.5% by weight or less by combining various materials having different contents of the nitrogen-trapping element. Of course, only the nitrogen trapping element content of 0.5% by weight or less may be used as the raw material.
[0015]
Or you may make it adjust the ratio of the nitrogen capture element in the said molten metal to 0.5 weight% or less by blowing nitrogen gas with respect to the molten metal in which the ratio of a nitrogen capture element exceeds 0.5 weight%.
[0016]
In addition, Ti, V, Zr, Nb, Al, etc. are illustrated as a main thing of the nitrogen capture element which combines with N rapidly and forms nitride. Of course, these are adjusted so that the total content in the molten metal is 0.5% by weight or less.
[0017]
As a suitable example of the cast iron member manufactured in this manner, a member having a sliding surface can be exemplified. Since the sliding surface is excellent in wear resistance, the life of these members can be extended.
[0018]
As a specific example of a member having a sliding surface, a member having a journal portion such as a camshaft, a connecting rod, a balancer shaft, or the like, which is a vehicle member, can be cited.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the method for producing a cast iron member according to the present invention will be described and described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a flowchart of a method for manufacturing a cast iron member according to the present embodiment. This manufacturing method includes a first step S1 in which raw materials are melted to form a molten metal, and the molten metal is cooled and solidified in a mold (cavity) under the condition that a chill structure is generated in the surface layer portion to form a molded product. Step S2 and a third step of transforming the chill structure into a pearlite structure by subjecting the molded product to heat treatment.
[0021]
This manufacturing method will be specifically described by exemplifying a case where the camshaft A (see FIG. 3) is manufactured as a cast iron member in relation to a casting apparatus that performs the manufacturing method.
[0022]
As shown in FIG. 2, the casting apparatus 10 includes a pouring station 12, a mold forming apparatus 18 having a fixed mold 14 and a movable mold 16, a correction / cutting apparatus 20, and a heat treatment furnace 22. The movable mold 16 can be moved toward or away from the fixed mold 14 under the action of the cylinder 23 constituting the mold forming apparatus 18.
[0023]
A blow smoke device 28 is provided above the mold forming device 18 so as to be freely displaceable in the vertical direction. In addition, a workpiece picking robot 30 is provided in the upper part on the downstream side of the mold forming apparatus 18 so as to be movable in the horizontal direction. The blow smoke device 28 and the workpiece picking robot 30 are supported by a support base 31.
[0024]
The pouring station 12 includes a melting furnace 32, a pressurized pouring furnace 34, and a ladle 24 that receives the molten metal derived from the pressurized pouring furnace 34 and introduces the molten metal into the cavity of the mold molding apparatus 18. Among these, the melting furnace 32 is installed on the mount 36.
[0025]
When performing the manufacturing method according to the present embodiment, first, steel scraps, return materials, pig iron and the like are housed in the melting furnace 32 as raw materials.
[0026]
Here, each of these raw materials has a nitrogen trapping element contained therein, that is, a content of Ti, V, Zr, Nb, Al, etc. that forms a nitride by combining with free N present in the molten metal. It is measured in advance. The raw materials are selected in such a combination that the ratio of these elements in the raw materials is 0.5% by weight or less in total. For example, when a steel material containing 1% by weight of Ti is used as one of the raw materials, a steel material having a low Ti content is also added as a raw material, and finally the proportion of Ti in the raw material is 0.5% by weight. % Is adjusted to be below. Of course, when other nitrogen capture elements are included, the raw materials are selected so that the total amount of nitrogen capture elements is 0.5% by weight or less.
[0027]
In short, in the present embodiment, the content of nitrogen trapping elements in the raw material is adjusted to 0.5% by weight or less in total by combining various materials having different nitrogen trapping element contents.
[0028]
And in 1st process S1, the said raw material is melted by heating the melting furnace 32 from the periphery, and it is set as a molten metal.
[0029]
The melting furnace 32 can be tilted. That is, the rod 42 of the cylinder 40 is connected to the lower end portion of the gate 38 that is formed to protrude above the melting furnace 32. A support shaft 44 is connected to the bottom of the melting furnace 32 so as to be unevenly distributed from the center of the bottom toward the gate portion 38. For this reason, the melting furnace 32 tilts with the connecting portion with the support shaft 44 as a fulcrum, following the vertical movement of the rod 42. When pouring the molten metal into the transport ladle 46, the pouring gate 38 may be tilted toward the transport ladle 46 by moving the rod 42 downward.
[0030]
A transport ladle 46 supported by a hook 48 of a crane (not shown) is transported toward the pressurized pouring furnace 34 under the action of the crane. The transport ladle 46 is tilted by a first tilting mechanism (not shown), so that the molten metal in the transport ladle 46 is poured and stored in the inner chamber 52 of the pressurized pouring furnace 34 through the funnel 50. .
[0031]
A gas supply pipe 54 for introducing a gas for increasing the pressure of the inner chamber 52 is connected to the pressurized pouring furnace 34. That is, as the inert gas such as Ar is supplied from the gas supply pipe 54, the pressure in the inner chamber 52 increases, and as a result, the molten metal stored in the inner chamber 52 becomes pressurized molten metal. It is introduced into a hot water passage 58 provided in a hot water discharge section 56 of the furnace 34 and finally led out from a hot water outlet 59 of the hot water discharge section 56. As described above, the derived molten metal is poured into the ladle 24.
[0032]
The ladle 24 is placed on the load cell 60, and the amount of molten metal in the ladle 24 is controlled to a predetermined amount under the action of the load cell 60. That is, when the measured value of the weight of the molten metal poured into the ladle 24 matches a preset value set in the load cell 60, a control signal from a control unit (not shown) electrically connected to the load cell 60 is obtained. As a result, a valve (not shown) interposed in the gas supply pipe 54 is closed. Accordingly, the supply of gas to the inner chamber 52 of the pressurized pouring furnace 34 is stopped, and as a result, the derivation of the molten metal from the hot water outlet 59 of the pressurized pouring furnace 34 is stopped.
[0033]
The ladle 24 can be tilted by a second tilting mechanism (not shown). Along with this tilting operation, a predetermined amount of molten metal introduced into the ladle 24 is poured into the cavity of the mold forming apparatus 18 through the gate 64 constituting the mold forming apparatus 18, and the second step S2 is performed. Be started. In addition, before the fixed mold 14 and the movable mold 16 of the mold forming apparatus 18 are clamped, a release agent is applied in advance to the cavity surface by the blow smoke apparatus 28.
[0034]
Here, melting of raw materials in the melting furnace 32, conveyance of the molten metal from the melting furnace 32 through the conveyance ladle 46, introduction of the molten metal from the tapping part 56 of the pressurized pouring furnace 34 to the ladle 24, All done in the atmosphere. For this reason, when going through these processes, nitrogen dissolves into the molten metal from the atmosphere and becomes free N. In addition, since a very small amount of N is contained in the raw material, free N derived from this N is also present in the molten metal. A part of these free N is trapped by the nitrogen trapping element as described above and forms, for example, a nitride such as TiN. However, since the free N is present in excess as compared with the nitrogen trapping element, There is still about 70 to 80 ppm of free N.
[0035]
In other words, in the second step S2, the molded article B is produced by cooling and solidifying the molten metal containing about 70 to 80 ppm of free N.
[0036]
The molten metal introduced into the cavity of the mold forming apparatus 18 is cooled at a cooling rate of about 1000 ° C./min, and finally solidifies into a molded product B. A chill structure made of cementite (Fe 3 C) is formed on the surface layer portion of the molded product B.
[0037]
The obtained molded product B is gripped by the workpiece picking robot 30 after the movable mold 16 is separated from the fixed mold 14 and the mold is opened. As the workpiece take-out robot 30 moves in the horizontal direction, the molded product B is conveyed to the correction / cutting device 20. In the correction / cutting device 20, trimming or the like is performed on the molded product B.
[0038]
Thereafter, the molded product B is conveyed under the action of the transfer robot 66 and introduced into the heat treatment furnace 22. In the heat treatment furnace 22, the third step S3, that is, heat treatment is performed on the molded product B, and a camshaft A (cast iron member) as a finished product is obtained.
[0039]
This heat treatment is for transforming the chill structure (Fe 3 C) generated in the surface layer portion of the molded product B into a pearlite structure. That is, when heat is applied to the chill structure existing in the surface layer portion of the cast iron molded product B containing N of 55 ppm or more, decomposition of the chill structure into austenite (γ-Fe) and graphite does not proceed sufficiently. For this reason, fine pearlite is generated. The temperature and time of the heat treatment may be set to conditions such that the chill structure transforms into a pearlite structure.
[0040]
This fine pearlite has a high hardness, and therefore the wear resistance of the surface layer portion of the camshaft A is remarkably improved. That is, by adjusting the content of nitrogen trapping elements such as Ti, V, Zr, Nb, Al, etc. in the molten metal to 0.5% by weight or less, a pearlite structure can be reliably generated, resulting in wear resistance. An excellent camshaft A can be obtained with certainty.
[0041]
In addition, a small amount of nitride such as TiN is dispersed in the camshaft A. For this reason, since the camshaft A exhibits a behavior similar to that of the particle dispersion strengthened composite material, there is an advantage that the toughness and strength are higher than those of a camshaft formed of a general cast iron member.
[0042]
In addition, you may make it perform machining, such as turning, with respect to the camshaft A in which the pearlite structure | tissue was formed in the surface layer part in this way.
[0043]
In this embodiment, the content of nitrogen trapping elements was adjusted to 0.5 wt% or less by selecting various combinations of raw materials. However, the content of nitrogen trapping elements such as Ti, V, Zr, Nb, Al, etc. It goes without saying that only those having a content of 0.5% by weight or less can be used as raw materials. In the present invention, the latter case is included in adjusting the content of the nitrogen-trapping element to 0.5% by weight or less.
[0044]
Further, the content of the nitrogen trap element may be adjusted at any time point before the molten metal is cooled and solidified. That is, for example, nitrogen gas is blown into a molten metal in which a raw material containing a nitrogen trapping element exceeding 0.5 wt% is dissolved, and the nitrogen trapping element is contained by nitriding the nitrogen trapping element with this nitrogen gas. You may make it adjust the quantity to 0.5 weight% or less.
[0045]
Furthermore, in the above-described embodiment, the camshaft A has been described as an example of a cast iron member, but it goes without saying that it may be other than that.
[0046]
Furthermore, in the manufacturing method according to the present embodiment, a mold is used at the time of casting. However, the casting is particularly limited as long as casting is performed under conditions where a chill structure is generated in the molded product. It is not a thing.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for producing a cast iron member according to the present invention, the ratio of the nitrogen trapping element that traps free N present in the molten metal is adjusted to 0.5% by weight or less. Thereafter, the molten metal is cooled and solidified to cast a molded product. For this reason, when the molded product is heat-treated, the chill structure can be easily transformed into fine pearlite, so that a finished product with extremely high surface layer hardness, excellent wear resistance, and high strength can be obtained. The effect that it can be easily obtained is achieved.
[0048]
In addition, this makes it possible to reduce the weight of the cast iron member. Therefore, if the cast iron member is a member for a vehicle, the fuel efficiency of the automobile can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a cast iron member according to the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of a casting apparatus that performs the method for producing a cast iron member according to the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic overall perspective view of a camshaft.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Casting apparatus 12 ... Pouring station 14 ... Fixed mold 16 ... Movable mold 18 ... Mold forming apparatus 20 ... Correction / cutting apparatus 22 ... Heat treatment furnace 24 ... Ladle 32 ... Melting furnace 34 ... Pressurizing pouring furnace 46 ... Transfer ladle 52 ... Inner chamber 54 ... Gas supply pipe 60 ... Load cell A ... Camshaft

Claims (5)

表層部にパーライト組織を有する鋳鉄製部材の製造方法であって、
Ti、V、Zr、Nb、Alの少なくともいずれか1種の元素を含有する原材料を溶解して溶湯を得る第1工程と、
前記溶湯を鋳型内にて表層部にチル組織が生成する条件下で冷却固化して成形品とする第2工程と、
前記第2工程において前記成形品の表層部に生成したチル組織を、該成形品に対して熱処理を施すことによりパーライト組織に変態させる第3工程と、
を有し、
前記第1工程にて前記溶湯における前記元素の割合を合計で0.5重量%以下に調整することで該溶湯中の遊離Nを55ppm以上とした後、前記第2工程を行うことを特徴とする鋳鉄製部材の製造方法。
A method for producing a cast iron member having a pearlite structure in a surface layer part,
A first step of obtaining a molten metal by melting a raw material containing at least one element of Ti, V, Zr, Nb, and Al ;
A second step in which the molten metal is cooled and solidified under a condition that a chill structure is formed in a surface layer portion in a mold to form a molded product;
A third step of transforming the chill structure generated in the surface layer portion of the molded product in the second step into a pearlite structure by subjecting the molded product to heat treatment;
Have
After the free N in solution water and more than 55ppm by adjusting the ratio of the element to 0.5 wt% or less in total in the melt in the first step, and characterized in that said second step A method for manufacturing a cast iron member.
請求項1記載の製造方法において、前記元素の含有量が予め測定された原材料を用い、前記原材料における前記元素の割合を0.5重量%以下に調整した後に溶解して溶湯とすることを特徴とする鋳鉄製部材の製造方法。The manufacturing method of claim 1, wherein, the previous use of a raw material content of Kimoto element is measured in advance, and molten metal by dissolving proportion of the element in the raw materials was adjusted to 0.5 wt% or less A method for producing a cast iron member characterized by the above. 請求項1記載の製造方法において、前記元素の割合が0.5重量%を超える溶湯に対して窒素ガスを吹き込むことによって前記溶湯における前記元素の割合を0.5重量%以下に調整した後に前記第2工程を行うことを特徴とする鋳鉄製部材の製造方法。The manufacturing method of claim 1, wherein after adjusting the ratio of the element to 0.5 wt% or less in the melt by the ratio of the element is blown with nitrogen gas to the melt of more than 0.5 wt% A method for producing a cast iron member, wherein the second step is performed. 請求項1〜のいずれか1項に記載の製造方法において、前記鋳鉄製部材として、摺動面を有する部材を製造することを特徴とする鋳鉄製部材の製造方法。The method for manufacturing a cast iron member according to any one of claims 1 to 3 , wherein a member having a sliding surface is manufactured as the cast iron member. 請求項記載の製造方法において、摺動面を有する前記部材としてカムシャフト、コンロッド、バランサシャフトのいずれかを製造し、かつ前記摺動面としてジャーナル部を形成することを特徴とする鋳鉄製部材の製造方法。The cast iron member according to claim 4 , wherein any one of a camshaft, a connecting rod, and a balancer shaft is manufactured as the member having a sliding surface, and a journal portion is formed as the sliding surface. Manufacturing method.
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