JP3970190B2

JP3970190B2 - Iron-based casting with excellent machinability

Info

Publication number: JP3970190B2
Application number: JP2003023091A
Authority: JP
Inventors: 義幸村上; 正治渡辺; 佳樹石川
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004232041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄系鋳物に係り、とくにパーライト相を主とする基地組織を有する片状黒鉛鋳鉄鋳物の被削性改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カムシャフトは、基地組織をパーライト相とする片状黒鉛鋳鉄（以下、パーライト鋳鉄材ともいう）鋳物を素材として加工により製造されてきた。カムシャフトには、カム部の硬化方法として、鋳型のカム部相当位置に冷し金を配設して、溶湯を鋳入しカムノーズだけチル化するチルタイプと、所定形状に鋳造したのち荒加工し、カム部のみ高周波焼入れや火炎焼入れを施す焼入れタイプの二種のタイプがある。
【０００３】
いずれのタイプのカムシャフトにおいても、カム部が安定して高い硬さを確保できるように、基地組織であるパーライト相を強化するとともにフェライト相の析出を抑制するため、Cu、Cr、Mo、Ｂ等で代表される合金元素が添加されている。
これらの合金元素の添加は、カム部の硬さを増加させ、カム部の耐摩耗性を向上させるが、カム部以外の部位の硬さをも高くする。カムシャフトには、軸受部との摺動部のように加工仕上げを必要とする部や、動弁部品（ロッカーアーム等）と接触するカムロブ部もあり、良好な被削性を有することもカムシャフト用鉄系鋳物の保持すべき重要な特性の一つとなっている。
【０００４】
パーライト鋳鉄材鋳物の被削性を向上させるためには、加工時に除去される鋳物の最表層のみを軟質化することが考えられる。例えば、特許文献１には、カムシャフト用ではないが、パーライト鋳鉄材の表面から少なくとも２mm深さまでの範囲内をパーライト相中にフェライト相が析出した組織とした鋳包み用鋳鉄ライナが開示されている。特許文献１に記載された鋳鉄ライナは、遠心鋳造法などの、塗型材を薄く塗布した金型を使用する金型鋳造を用いて鋳造することにより、表層部の比較的深い部分までを急冷でき、その後の冷却に際し、表面から少なくとも２mm深さの範囲内をパーライト相中にフェライト相が析出した基地組織とすることができ、最表層を軟質化することができるとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平２-29426号公報
【０００６】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された金型鋳造を利用した技術を、カムシャフト用素材のような複雑な形状を有する鉄系鋳物へ適用することは、鋳型製造の観点から見て金型からの抜け等の問題から対応ができない。また、砂型鋳造を利用したカムシャフトの製造方法では、表層部を所望の深さまで急冷することができず、また、従来のパーライト鋳鉄材（片状黒鉛鋳鉄）組成では、鋳物全体でフェライト相の析出が抑制されるため、表層部のみを軟質化することは困難となる。そのため、加工される鋳物表層部の硬さが高くなり、被削性が低下し、加工時の刃具寿命が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題を有利に解決し、とくに焼入れタイプのカムシャフト用素材として好適な、被削性に優れた鉄系鋳物を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、得られる製品（例えば、カムシャフト）の完成硬さを低下させることなく、鉄系鋳物の表層部のみを軟質化させ、鉄系鋳物の被削性を向上させる手段について鋭意検討した。その結果、従来より多いＳ含有量としたうえで、さらにCuを適正量含有させ、ＳとCuとを複合含有する鋳鉄組成とすることにより、砂型を用いた鉄系鋳物においても、加工により除去される表層部のみにフェライト相を析出させることができ、表層部が軟化し、鉄系鋳物の被削性を向上させることができることを見出した。
【０００９】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、基地中に片状黒鉛が晶出した組織を有する鉄系鋳物であって、質量％で、Ｃ：2.8 〜3.8 ％、Si：1.5 〜2.5 ％、Mn：0.5 〜1.0 ％、Ｐ：0.3 ％以下、Ｓ：0.05〜0.12％、Cu：0.2 〜0.7 ％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋳鉄組成と、中心部の基地組織がパーライト相を主とする組織であり、表層部の基地組織が、面積率で20〜50％のフェライト相と残部パーライト相からなる組織と、を有することを特徴とする被削性に優れた鉄系鋳物であり、また、本発明では、前記鉄系鋳物は、砂型鋳造により製造された鋳物であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記した鉄系鋳物を所定の形状寸法に加工してなるカムシャフトである。
なお、本発明でいう「表層部」とは、鋳物表面 (以下、黒皮表面ともいう）から深さ方向に1.5mm の位置までの範囲を言うものとする。また、本発明でいう「中心部」とは上記した「表層部」以外の領域をいうものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄系鋳物は、基地中に片状黒鉛が晶出した組織を有する片状黒鉛鋳鉄製の鋳物であり、Ｓ：0.05〜0.12％、Cu：0.2 〜0.7 ％を含有する鋳鉄組成と、中心部の基地組織がパーライト相を主とする組織であり、表層部の基地組織が、面積率で20〜50％のフェライト相と残部パーライト相である組織と、を有する鉄系鋳物であり、好ましくは砂型鋳造により製造された鋳物である。
【００１３】
まず、本発明の鉄系鋳物の組成限定理由について説明する。なお、以下、組成における質量％は単に％で記す。
本発明の鉄系鋳物は、Ｓ：0.05〜0.12％、Cu：0.2 〜0.7 ％を含有する鋳鉄組成を有する。Ｓ、Cu以外の成分は、通常の片状黒鉛鋳鉄組成範囲内である、Ｃ：2.8 〜3.8 ％、Si：1.5 〜2.5 ％、Mn：0.5 〜1.0 ％、Ｐ：0.3 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物とする。
【００１４】
Ｓ：0.05〜0.12％
Ｓは、本発明で重要な元素であり、鋳物表層部の基地中にフェライトの析出を促進させる作用を有し、これにより加工により除去される表層が軟質化し、被削性が向上するという効果を生じる。このような効果は、0.05％以上の含有で認められるが、一方、0.12％を超えて含有すると、黒鉛が微細に晶出したり、鋳物表面から内部までフェライトの析出が顕著となり、製品の硬さ (強度）が低下するため、0.12％を上限とした。このようなことから、Ｓは0.05〜0.12％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.06〜0.10％である。
【００１５】
Cu：0.2 〜0.6 ％
Cuは、基地を強化するとともに、主として鉄系鋳物中心部におけるフェライト相の析出を抑制する作用を有し、本発明ではＳと同様に重要な元素であり、Ｓと複合して含有させる。CuとＳとを複合して含有することにより、鋳物表層部のみに適正量のフェライトを析出させることができる。このような効果は、Cu：0.2 ％以上の含有で認められる。Cuが0.2 ％未満では、鉄系鋳物の中心部のフェライト量を所定量以下に調整することができず製品の硬さ（強度）が低下し、また焼入れ性が低下する。一方、0.7 ％を超えて含有すると、中心部のフェライト量を所定以下に調整することは可能であるが、フェライト抑制効果が飽和し、効果は変わらなく、過剰に添加してもコスト高になるという問題が生じる。このため、本発明では、Cuは0.2 〜0.7 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.3 〜0.5 ％である。
【００１６】
Ｃ：2.8 〜3.8 ％
Ｃは、鋳鉄の基本元素の一つで、黒鉛晶出のために少なくとも2.8 ％以上含有することが望ましいが、3.8 ％を超えて含有すると黒鉛量が過剰となり強度が低下する。このため、Ｃは2.8 〜3.8 ％の範囲に限定する。
Si：1.5 〜2.5 ％
Siは、鋳鉄の基本元素の一つで、黒鉛晶出のために少なくとも1.5 ％以上含有することが望ましいが、2.5 ％を超えて含有するとフェライトの析出が顕著となり強度が低下する。このため、Siは1.5 〜2.5 ％の範囲に限定する。
【００１７】
Mn：0.5 〜1.0 ％
Mnは、鋳鉄の強度を増加させる元素であり、0.5 ％以上含有することが望ましいが、1.0 ％を超えて含有すると、セメンタイト（Fe₃Ｃ）を析出させ、靱性が低下する。このため、Mnは0.5 〜1.0 ％の範囲に限定する。
Ｐ：0.3 ％以下
Ｐは、鋳鉄中ではリン共晶（ステダイト相）を形成し硬さを増加させる作用を有するが、多量に含有すると脆化するため、0.3 ％以下に限定する。なお、より好ましくは0.15％以下である。
【００１８】
上記した成分以外に、本発明では、必要に応じ、Crを0.2 〜0.5 ％含有できる。Crは、黒鉛を微細化して鋳鉄の硬さを増加させる作用を有する。このような効果は0.2 ％以上の含有で認められるが、0.5 ％を超えて含有すると、黒鉛が微細化し、炭化物が析出しやすくなる。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、Ti：0.15％以下が許容できる。
【００１９】
次に、本発明の鉄系鋳物の組織限定理由について説明する。
本発明の鉄系鋳物は、基地中に片状黒鉛が晶出した組織を有する。
黒皮表面から深さ方向に1.5mm の位置を超える領域である、中心部は、パーライト相を主とする組織からなる基地組織を有する。
本発明でいうパーライト相を主とする組織とは、100 ％パーライト相、または面積率で３％以下のフェライト相と残部パーライト相からなる組織をいうものとする。基地中にフェライト相が３％を超えて多量に析出すると、所望の製品強度（硬さ）が確保できなくなる。なお、中心部におけるフェライト析出量を３％以下とすることは、Ｓ含有量を上記した範囲内としたうえでCu含有量を上記した範囲内とすることにより調整可能である。本発明の鉄系鋳物の中心部組織の一例を図２に示す。基地がパーライト相を主とし、フェライト相が僅かに析出した組織で、基地中に片状黒鉛が晶出した組織となっている。
【００２０】
一方、黒皮表面から深さ方向に1.5mm の位置までの表層部は、面積率で20〜50％のフェライト相と残部がパーライト相である、フェライト＋パーライト混合組織からなる基地組織を有する。析出するフェライト相が面積率で20％未満では、表層部の軟質化の程度が不足し、鉄系鋳物の被削性が低下する。一方、析出するフェライト相が50％を超えて多くなると、中心部のフェライトが４％以上となる不具合が生じる。表層部のフェライト析出量は、主としてＳ含有量を上記した範囲内とすることにより調整可能である。
【００２１】
本発明の鉄系鋳物の表層部組織の一例を図１に示す。基地組織はフェライト相とパーライト相との混合組織を示している。なお、図１に示す表層部ではフェライト析出量は50面積％である。
本発明では、鉄系鋳物の被削性を向上させるために、加工により除去される表層部、すなわち、黒皮表面から深さ方向に1.5mm 位置までの範囲、のみでフェライト相を20％以上析出させればよく、表層部以外の領域、すなわち中心部では、フェライト相の析出を極力抑制することが製品強度 (硬さ）を確保する観点から重要となる。
【００２２】
なお、黒皮表面から深さ方向に1.5mm 位置までの範囲のみで、フェライトを20％以上析出させるためには、製品の大きさに応じて、あるいは素材肉厚に応じて、Ｓ，Cuの含有量を上記した範囲内で適宜調整したり、あるいは鋳造方案を適宜調整することが肝要となる。
本発明では、上記した組成の溶湯を、砂型に鋳込み、所定寸法形状の鉄系鋳物とする。本発明の鉄系鋳物の製造で使用する砂型の作製においては、通常の砂型鋳造で使用する造型法がいずれも適用でき、特別な造型法を使用する必要はない。
【００２３】
溶湯を上記した組成に調整することにより、金型鋳造のようなとくに表層部を急冷する必要もなく、通常の砂型鋳造法を適用して、黒皮表面から深さ方向に1.5mm 位置までの範囲を被削性に優れた軟質組織を有する鉄系鋳物とすることができる。
このようにして得られた鉄系鋳物に、切削加工、研磨加工等の加工を施して、表層部を除去して所定寸法形状のたとえばカムシャフト（製品）とする。軟質な表層部が加工により除去されて、製品の完成面では、硬質なパーライト基地組織を有する面が現れ、製品部として所望の硬さを確保できることになる。本発明の鉄系鋳物を素材とする製品としては、焼入れタイプのカムシャフト以外では、母材が片状黒鉛鋳鉄であり、完成製品でフェライトを制御する必要がある摺動部品、構造部品に用いることができる。また、摺動面に切削加工を要する部品にも用いることができる。
【００２４】
【実施例】
表１、表２に示す組成の溶湯を、砂型に鋳込んで、焼入れタイプカムシャフト用鉄系鋳物（大きさ：カム軸22mmφ×172 mm長さ、カム部：ノーズ高さ22.4mm、ノーズＲ9.5 mm、ベース円Ｒ16mm、カム幅（軸方向厚さ）11mm）とした。
得られた鉄系鋳物から、まず組織観察用試験片を採取し、断面組織を光学顕微鏡により観察した。表層部（黒皮表面から深さ方向に1.5mm 位置までの範囲）と、中央部（代表として、黒皮表面から深さ方向に1.5mm 位置から深さ方向に3.5mm 位置までの範囲）とにおいて、各部で３視野を撮像し、画像解析装置を用いて、各部の各視野におけるフェライト析出量（遊離フェライト量）を測定し、それらを平均して各部の平均値を求め、この値を各部のフェライト析出量とした。
【００２５】
また、得られた鉄系鋳物カムロブ表層部を切削加工した。この際、各鉄系鋳物で使用した加工工具の刃具寿命を測定した。従来組成の鉄系鋳物（鋳物No. １：従来例）の刃具寿命を基準（＝1.0 ）として、各鉄系鋳物で使用した加工工具の刃具寿命比を計算し、被削性を評価した。なお、刃具寿命は一本の刃具（バイト）で加工できた本数とした。したがって、刃具寿命比は（従来例の加工本数）／（加工本数）で定義される。
【００２６】
得られた結果を表１、表２に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
本発明例はいずれも、鋳物表層部のみに20％以上のフェライト相が析出して、軟質化しており、従来例に比べて被削性が顕著に向上している。また、本発明例はいずれも中央部で、フェライトの析出が抑制されており、製品完成面の硬さ低下は認められない。一方、本発明の範囲を外れる比較例では、表層部のフェライト析出量が少なく、硬さが高く被削性が低下している。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、表層部のみにフェライト相が析出した鉄系鋳物を容易にしかも安定して製造でき、とくに焼入れタイプのカムシャフトが容易にしかも安定して安価に製造可能となり産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄系鋳物の表層部組織の一例を示す光学顕微鏡組織写真である。
【図２】本発明の鉄系鋳物の中心部組織の一例を示す光学顕微鏡組織写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to iron-based castings, and more particularly to improvement of machinability of flake graphite cast iron castings having a base structure mainly composed of a pearlite phase.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, camshafts have been manufactured by processing a flake graphite cast iron (hereinafter, also referred to as pearlite cast iron material) casting having a base structure as a pearlite phase. For the camshaft, as a hardening method of the cam part, a cooling metal is disposed at the position corresponding to the cam part of the mold, and a chill type in which the molten metal is cast and only the cam nose is chilled. There are two types of quenching types, in which only the cam is subjected to induction quenching and flame quenching.
[0003]
In any type of camshaft, Cu, Cr, Mo, B, in order to strengthen the pearlite phase, which is the base structure, and to suppress the precipitation of the ferrite phase so that the cam portion can stably secure high hardness. Alloying elements represented by the above are added.
The addition of these alloy elements increases the hardness of the cam part and improves the wear resistance of the cam part, but also increases the hardness of parts other than the cam part. Camshafts also have parts that require machining finish, such as sliding parts with bearings, and cam lobes that come into contact with valve parts (rocker arms, etc.). This is one of the important characteristics that should be retained in shaft-based iron castings.
[0004]
In order to improve the machinability of the pearlite cast iron casting, it is conceivable to soften only the outermost layer of the casting that is removed during processing. For example, Patent Document 1 discloses a cast iron liner for casting that is not for a camshaft but has a structure in which a ferrite phase is precipitated in a pearlite phase within a range of at least 2 mm depth from the surface of the pearlite cast iron material. Yes. The cast iron liner described in Patent Document 1 can be rapidly cooled to a relatively deep portion of the surface layer portion by casting using a die casting using a die having a thin coating material such as a centrifugal casting method. In the subsequent cooling, the base structure in which the ferrite phase is precipitated in the pearlite phase can be formed within a range of at least 2 mm depth from the surface, and the outermost layer can be softened.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 2-29426 [0006]
[Problem to be Solved by the Invention]
However, applying the technique using the die casting described in Patent Document 1 to an iron-based casting having a complicated shape such as a camshaft material is not possible from the viewpoint of mold production. Cannot handle due to problems such as missing. In addition, in the camshaft manufacturing method using sand casting, the surface layer portion cannot be rapidly cooled to a desired depth, and the conventional pearlite cast iron (flaky graphite cast iron) composition has a ferrite phase in the entire casting. Since precipitation is suppressed, it is difficult to soften only the surface layer portion. For this reason, there is a problem that the hardness of the cast surface layer portion to be processed is increased, the machinability is decreased, and the tool life at the time of processing is decreased.
[0007]
An object of the present invention is to advantageously solve such problems of the prior art, and to propose an iron-based casting excellent in machinability, which is particularly suitable as a quench-type camshaft material.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described problems, the present inventors soften only the surface layer portion of an iron-based casting without reducing the finished hardness of a product (for example, a camshaft) to be obtained. The means for improving the machinability have been intensively studied. As a result, after making the S content higher than before, an appropriate amount of Cu is further added, and a cast iron composition containing S and Cu in combination is also removed by processing even in iron-based castings using sand molds. It has been found that the ferrite phase can be precipitated only in the surface layer portion to be formed, the surface layer portion is softened, and the machinability of the iron-based casting can be improved.
[0009]
The present invention has been completed based on the above findings and further studies .
[0010]
That is, the present invention is an iron-based casting having a structure in which flake graphite is crystallized in a matrix, and in mass%, C: 2.8 to 3.8%, Si: 1.5 to 2.5%, Mn: 0.5 to 1.0% , P: 0.3% or less, S: 0.05-0.12%, Cu: 0.2-0.7%, the cast iron composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities, and the central base structure is a structure mainly composed of pearlite phase The base structure of the surface layer portion is an iron-based casting excellent in machinability characterized by having a structure comprising a ferrite phase and a remaining pearlite phase with an area ratio of 20 to 50%, and the present invention Then, it is preferable that the iron-based casting is a casting manufactured by sand mold casting.
[0011]
Moreover, this invention is a cam shaft formed by processing the above-mentioned iron-type casting into a predetermined shape dimension.
The “surface layer portion” in the present invention refers to a range from the casting surface (hereinafter also referred to as the black skin surface) to a position of 1.5 mm in the depth direction. In the present invention, the “central portion” refers to a region other than the “surface layer portion” described above.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The iron-based casting of the present invention is a flake graphite cast iron casting having a structure in which flake graphite is crystallized in the base, and includes a cast iron composition containing S: 0.05 to 0.12% and Cu: 0.2 to 0.7%. The base structure of the central part is a structure mainly composed of a pearlite phase, and the base structure of the surface layer part is an iron-based casting having a ferrite phase having an area ratio of 20 to 50% and a structure of the remaining pearlite phase. Preferably, it is a casting produced by sand mold casting.
[0013]
First, the reason for limiting the composition of the iron-based casting of the present invention will be described. Hereinafter, the mass% in the composition is simply expressed as%.
The iron-based casting of the present invention has a cast iron composition containing S: 0.05 to 0.12% and Cu: 0.2 to 0.7%. Components other than S and Cu are within the normal flake graphite cast iron composition range, including C: 2.8 to 3.8%, Si: 1.5 to 2.5%, Mn: 0.5 to 1.0%, P: 0.3% or less, the balance Fe and inevitable impurities .
[0014]
S: 0.05-0.12%
S is an important element in the present invention, and has the effect of promoting the precipitation of ferrite in the base of the casting surface layer portion, thereby softening the surface layer removed by processing and improving machinability. Produce. Such an effect is recognized at a content of 0.05% or more. On the other hand, when the content exceeds 0.12%, the graphite crystallizes finely or the precipitation of ferrite from the casting surface to the inside becomes remarkable, and the hardness of the product. (Strength) decreases, so the upper limit was made 0.12%. For these reasons, S is limited to a range of 0.05 to 0.12%. In addition, Preferably it is 0.06-0.10%.
[0015]
Cu: 0.2-0.6%
Cu strengthens the matrix and has the effect of mainly suppressing the precipitation of the ferrite phase in the center of the iron-based casting. In the present invention, Cu is an important element as in S, and is contained in combination with S. By containing Cu and S in combination, an appropriate amount of ferrite can be deposited only on the casting surface layer. Such an effect is recognized when Cu: 0.2% or more is contained. If Cu is less than 0.2%, the ferrite content at the center of the iron-based casting cannot be adjusted to a predetermined value or less, and the hardness (strength) of the product is lowered and the hardenability is lowered. On the other hand, if the content exceeds 0.7%, it is possible to adjust the ferrite content in the center to a predetermined value or less, but the ferrite suppression effect is saturated, the effect remains the same, and even if added excessively, the cost increases. The problem arises. For this reason, in this invention, Cu was limited to 0.2 to 0.7% of range. In addition, Preferably it is 0.3 to 0.5%.
[0016]
C: 2.8-3.8%
C is one of the basic elements of cast iron, and it is desirable to contain at least 2.8% for crystallization of graphite, but if it exceeds 3.8%, the amount of graphite becomes excessive and the strength decreases. Therefore, C is you limited to the range of 2.8 to 3.8%.
Si: 1.5-2.5%
Si is one of the basic elements of cast iron, and it is desirable to contain at least 1.5% for crystallization of graphite. However, if it exceeds 2.5%, precipitation of ferrite becomes remarkable and the strength is lowered. Therefore, Si is you limited to the range of 1.5 to 2.5%.
[0017]
Mn: 0.5 to 1.0%
Mn is an element that increases the strength of cast iron and is preferably contained in an amount of 0.5% or more. However, if it exceeds 1.0%, cementite (Fe ₃ C) is precipitated and the toughness is lowered. Therefore, Mn is you limited to the range of 0.5 to 1.0%.
P: 0.3% or less P, the in cast iron has the effect of increasing the hardness to form a phosphorus eutectic (steadite phase), to embrittlement containing a large amount, limited to 0.3% or less. More preferably, it is 0.15% or less.
[0018]
In addition to the components described above, the present invention can contain 0.2 to 0.5% of Cr if necessary. Cr has the effect of refining graphite and increasing the hardness of cast iron. Such an effect is recognized when the content is 0.2% or more. However, when the content exceeds 0.5%, the graphite becomes finer and carbides are likely to precipitate.
The balance other than the above components is Fe and inevitable impurities. As an inevitable impurity, Ti: 0.15% or less is acceptable.
[0019]
Next, the reason for limiting the structure of the iron-based casting of the present invention will be described.
The iron-based casting of the present invention has a structure in which flake graphite is crystallized in the base.
The central portion, which is a region exceeding the position of 1.5 mm in the depth direction from the black skin surface, has a base structure composed of a structure mainly composed of a pearlite phase.
The structure mainly composed of the pearlite phase in the present invention refers to a structure composed of a 100% pearlite phase or a ferrite phase having an area ratio of 3% or less and the remaining pearlite phase. If the ferrite phase exceeds 3% in the matrix and precipitates in a large amount, the desired product strength (hardness) cannot be secured. The ferrite precipitation amount in the center can be adjusted to 3% or less by adjusting the Cu content within the above-mentioned range while keeping the S content within the above-described range. An example of the central structure of the iron-based casting of the present invention is shown in FIG. The base is mainly a pearlite phase, and the ferrite phase is slightly precipitated, and the flake graphite is crystallized in the base.
[0020]
On the other hand, the surface layer part from the black skin surface to a position of 1.5 mm in the depth direction has a base structure composed of a ferrite + pearlite mixed structure in which a ferrite phase with an area ratio of 20 to 50% and the balance is a pearlite phase. When the precipitated ferrite phase is less than 20% in terms of area ratio, the degree of softening of the surface layer portion is insufficient, and the machinability of the iron-based casting is lowered. On the other hand, if the precipitated ferrite phase exceeds 50%, there is a problem that the ferrite in the central portion is 4% or more. The ferrite precipitation amount of the surface layer portion can be adjusted mainly by setting the S content within the above-described range.
[0021]
An example of the surface layer structure of the iron-based casting of the present invention is shown in FIG. The matrix structure shows a mixed structure of ferrite phase and pearlite phase. In the surface layer portion shown in FIG. 1, the ferrite precipitation amount is 50 area%.
In the present invention, in order to improve the machinability of the iron-based casting, the ferrite phase is 20% or more only in the surface layer portion removed by processing, that is, in the range from the black skin surface to the 1.5 mm position in the depth direction. In the region other than the surface layer portion, that is, in the central portion, it is important to suppress the precipitation of the ferrite phase as much as possible from the viewpoint of securing the product strength (hardness).
[0022]
In order to deposit 20% or more of ferrite only in the range from the black skin surface to the depth of 1.5mm, depending on the size of the product or depending on the material thickness, S and Cu It is important to adjust the content appropriately within the above-mentioned range, or to adjust the casting method as appropriate.
In the present invention, the molten metal having the above composition is cast into a sand mold to obtain an iron-based casting having a predetermined size and shape. In the production of the sand mold used in the production of the iron-based casting of the present invention, any molding method used in normal sand casting can be applied, and it is not necessary to use a special molding method.
[0023]
By adjusting the molten metal to the above-mentioned composition, it is not necessary to quench the surface layer particularly like mold casting, and the normal sand mold casting method is applied to the depth of 1.5 mm from the black skin surface to the depth direction. The range can be an iron-based casting having a soft structure excellent in machinability.
The iron-based casting thus obtained is subjected to processing such as cutting and polishing, and the surface layer portion is removed to obtain, for example, a camshaft (product) having a predetermined size and shape. The soft surface layer portion is removed by processing, and a surface having a hard pearlite matrix structure appears on the finished surface of the product, and a desired hardness can be secured as the product portion. As a product made of the iron-based casting of the present invention, except for a hardened camshaft, the base material is flake graphite cast iron, and it is used for sliding parts and structural parts that require ferrite control in the finished product. be able to. It can also be used for parts that require cutting on the sliding surface.
[0024]
【Example】
The molten metal having the composition shown in Tables 1 and 2 is cast into a sand mold, and a hard cast type iron shaft casting for a camshaft (size: cam shaft 22mmφ × 172mm length, cam part: nose height 22.4mm, nose R9 0.5 mm, base circle R16 mm, cam width (axial thickness) 11 mm).
From the obtained iron-based casting, first, a specimen for structure observation was collected, and the cross-sectional structure was observed with an optical microscope. Surface layer (range from the black skin surface to the 1.5 mm position in the depth direction), and central part (typically, a range from the black skin surface to the depth direction from 1.5 mm position to the depth direction to 3.5 mm position) In each part, three fields of view were imaged, and using an image analysis device, the ferrite precipitation amount (free ferrite amount) in each field of view of each part was measured and averaged to obtain an average value of each part. Of ferrite precipitation.
[0025]
Moreover, the obtained iron-based cast cam lobe surface layer part was cut. At this time, the tool life of the processing tool used in each iron-based casting was measured. The cutting tool life ratio of the processing tools used in each iron casting was calculated based on the cutting tool life of a conventional iron casting (casting No. 1: conventional example) as a reference (= 1.0), and the machinability was evaluated. The blade life was defined as the number of blades that could be processed with a single blade (bite). Accordingly, the blade life ratio is defined as (number of machining in the conventional example) / (number of machining).
[0026]
The obtained results are shown in Tables 1 and 2.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Table 2]

[0029]
In all of the examples of the present invention, 20% or more of the ferrite phase is precipitated only in the casting surface layer portion and is softened, and the machinability is remarkably improved as compared with the conventional example. Further, in all of the examples of the present invention, the precipitation of ferrite is suppressed in the central portion, and no decrease in the hardness of the finished product surface is observed. On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, the amount of ferrite precipitation on the surface layer is small, the hardness is high, and the machinability is lowered.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, an iron-based casting in which a ferrite phase is precipitated only on the surface layer portion can be manufactured easily and stably, and in particular, a quench type camshaft can be manufactured easily and stably at low cost. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a photomicrograph of an optical microscope showing an example of a surface layer structure of an iron-based casting of the present invention.
FIG. 2 is a photomicrograph of an optical microscope showing an example of the central structure of the iron-based casting of the present invention.

Claims

It is an iron-based casting having a structure in which flake graphite is crystallized in the base, and in mass%,
C: 2.8 to 3.8%, Si: 1.5 to 2.5%,
Mn: 0.5 to 1.0%, P: 0.3% or less,
S: 0.05-0.12%, Cu: 0.2-0.7%
Cast iron composition comprising the balance Fe and unavoidable impurities, and the matrix structure in the central part is a structure mainly composed of a pearlite phase, and the matrix structure in the surface layer part is composed of a ferrite phase with the area ratio of 20 to 50% and the balance An iron-based casting excellent in machinability, characterized by having a structure composed of a pearlite phase.

A camshaft formed by processing the iron-based casting according to claim 1 into a predetermined shape.