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JPH02163313A - Manufacture of cast iron parts - Google Patents

Manufacture of cast iron parts

Info

Publication number
JPH02163313A
JPH02163313A JP31651388A JP31651388A JPH02163313A JP H02163313 A JPH02163313 A JP H02163313A JP 31651388 A JP31651388 A JP 31651388A JP 31651388 A JP31651388 A JP 31651388A JP H02163313 A JPH02163313 A JP H02163313A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cast iron
parts
iron parts
fatigue strength
cast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31651388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Asai
裕史 浅井
Katsunori Hanakawa
勝則 花川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP31651388A priority Critical patent/JPH02163313A/en
Publication of JPH02163313A publication Critical patent/JPH02163313A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PURPOSE:To manufacture cast iron parts having superior fatigue strength and nearly free from surface roughness by austempering cast iron parts, ion-nitriding the resulting spheroidal graphite cast iron parts at a specified temp. and shot- peening the surfaces of the parts. CONSTITUTION:Raw material for cast iron is melted and cast in casting molds to manufacture cast iron parts. These parts are anstempered and the resulting spheroidal graphite cast iron parts having a structure consisting of 30-60vol.% retained austenite and the balance bainite are ion-nitrided at a low temp. of <=420 deg.C to form hardened surface layers and the surfaces of the cast iron parts are shot-peened to produce high residual compressive stress in the surface parts. Cast iron parts having considerably improved fatigue strength and nearly free from surface roughness are manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、オーステンパ処理を施し、疲労強度の向上
を図ることのできる鋳鉄部品の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing cast iron parts that can be austempered to improve fatigue strength.

[従来の技術] 近年、自動車部品においては、軽量化あるいは高性能化
に伴ない、材料の高強度・高靭性化が図られている。鋳
鉄部品においても、この高強度・高靭性化のための手段
の1つとして、オーステンパ処理が行なわれていて、現
時点において、かなりの鋳鉄部品がこのオーステンパ処
理により製造されている。
[Prior Art] In recent years, materials for automobile parts have been made to have higher strength and toughness in order to reduce their weight and improve their performance. Austempering is also performed on cast iron parts as one of the means for increasing the strength and toughness, and at present, a considerable number of cast iron parts are manufactured by this austempering process.

そして、このオーステンパ処理した鋳鉄部品を疲労強度
が必要な部材に適用する場合には、ロール加工や、例え
ば、特開昭56−116853号公報に示されるように
、ショットピーニング処理により、高い疲労強度を得る
技術が知られている。
When applying this austempered cast iron part to a member that requires high fatigue strength, it is possible to obtain high fatigue strength by rolling processing or, for example, shot peening treatment as shown in JP-A No. 56-116853. There are known techniques for obtaining .

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来においては、このようにオーステン
パ処理した鋳鉄の中で、残留オーステナイトを多量に含
む上部ベーナイトに対するショットピーニング条件の検
討が充分に行なわれていないものである。そして、本願
発明者が詳細に検討した所、通常のショットピーニング
条件では、肌荒れが激しく、また、充分な圧縮圧力が形
成されず、疲労強度が充分に得られていないことが判明
した。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the past, shot peening conditions for upper bainite, which contains a large amount of retained austenite, among cast irons that have been austempered in this manner have not been sufficiently studied. . Further, the inventor of the present application conducted a detailed study and found that under normal shot peening conditions, the skin was severely roughened, sufficient compression pressure was not generated, and sufficient fatigue strength was not obtained.

この発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、この
発明の目的は、表面部の肌荒れが少なく、充分な疲労強
度を得ることの出来る鋳鉄部品の製造方法を提供するこ
とである。
This invention was made in view of the above-mentioned problems, and an object of the invention is to provide a method for manufacturing cast iron parts that has less surface roughness and can obtain sufficient fatigue strength.

[問題点を解決するための手段] 上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明
に係わる鋳鉄部品の製造方法は、鋳鉄素材を溶解鋳造し
、これをオーステンパ処理し、残留オーステナイトを有
するベイナイト組織の球状黒鉛鋳鉄鋳物を得る第1の工
程と、この球状黒鉛鋳鉄部品を420℃以下の温度にお
いて、イオン窒化法により窒化する第2の工程と、この
窒化された鋳鉄部品にショットピーニングする第3の工
程とを具備する事を特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objectives, a method for manufacturing cast iron parts according to the present invention involves melting and casting a cast iron material, subjecting it to austempering treatment, and removing residual austenite. A first step of obtaining a spheroidal graphite cast iron casting having a bainite structure, a second step of nitriding this spheroidal graphite cast iron part by an ion nitriding method at a temperature of 420° C. or lower, and a shot peening of the nitrided cast iron part. It is characterized by comprising a third step of.

[作用] 以上のように較正される鋳鉄部品の製造方法においては
、第1の工程でオーステンパ処理した鋳鉄部品を、42
0℃以下の温度によりイオン窒化している。この結果、
残留オーステナイトの分解が防止され、良好に保持され
ることになる。そして、イオン窒化することにより、表
面部が適度に硬化し、この後、ショットピーニングされ
たとしても、この表面部に割れ等が発生せずに、充分な
圧縮応力が形成され、所望の疲労強度が得られることに
なる。
[Function] In the method for manufacturing cast iron parts calibrated as described above, the cast iron parts austempered in the first step are
Ionic nitridation occurs at temperatures below 0°C. As a result,
Decomposition of retained austenite is prevented and retained well. Then, by ion nitriding, the surface part is moderately hardened, and even if it is subsequently shot peened, sufficient compressive stress is formed without cracking on this surface part, and the desired fatigue strength is achieved. will be obtained.

[実施例] 以下に、この発明に係わる鋳鉄部品の製造方法の一実施
例の構成を添付図面を参照して、詳細に説明する。
[Example] Below, the configuration of an example of the method for manufacturing cast iron parts according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

即ち、この鋳鉄部品の製造方法においては、先ず、鋳鉄
素材を溶解鋳造し、この鋳造された鋳鉄部品をオーステ
ンパ処理する。そして、このオーステンパ処理により、
残留オーステナイトを容量比で30〜60%有するベイ
ナイト組織の球状黒鉛鋳鉄部品となす。
That is, in this method of manufacturing cast iron parts, first, a cast iron material is melted and cast, and the cast iron part is austempered. And through this austempering process,
A spheroidal graphite cast iron part with a bainite structure having 30 to 60% retained austenite by volume is made.

ここで、このオーステンパ処理により形成された残留オ
ーステナイトの量は、オーステンパ処理後における加工
性及び鋳造部品の疲労強度を確保するために、少なくと
も30%以上を確保する必要がある。換言すれば、残留
オーステナイトの量が30%未満であると、部材の母材
の硬さが高くなり、加工j生が悪化して、上述したよう
なオーステンパ処理以降における工程を採用することが
困難となる。また、この残留オーステナイトは、クラッ
クの伝播を抑制する機能を有するものであるため、30
%未満であると、疲労強度の低下が顕著となる。このよ
うにして、残留オーステナイトの量は、30%を下限値
と設定されるものである。
Here, the amount of residual austenite formed by this austempering process needs to be at least 30% or more in order to ensure workability and fatigue strength of the cast part after the austempering process. In other words, if the amount of retained austenite is less than 30%, the hardness of the base material of the component will increase, the processing quality will deteriorate, and it will be difficult to adopt the processes after austempering as described above. becomes. In addition, this retained austenite has the function of suppressing the propagation of cracks, so it is
If it is less than %, the fatigue strength will decrease significantly. In this way, the lower limit of the amount of retained austenite is set at 30%.

一方、残留オーステナイトの1が60%以上になると、
疲労強度の観点からは、これ以上での意味はなくなり、
むしろ、製造面において、合金元素を多量に投入する必
要を生じ、また、熱処理温度を高く設定しなければなら
ず、コストの点で有利でなくなる。このようにして、残
留オーステナイトの量は、60%を上限値と設定される
ものである。
On the other hand, when 1 of retained austenite becomes 60% or more,
From the perspective of fatigue strength, there is no point in going beyond this point.
On the contrary, in terms of manufacturing, it becomes necessary to input a large amount of alloying elements, and the heat treatment temperature must be set high, which is not advantageous in terms of cost. In this way, the upper limit of the amount of retained austenite is set at 60%.

そして、このように残留オーステナイトを多量に含む部
材に対して、420℃以下の温度条件でイオン窒化処理
を行ない、表面に硬化層を形成させる。このような42
0℃以下の温度条件を採用することにより、この温度範
囲での残留オーステナイトは分解することなく、良好に
保持されることになる。換言すれば、残留オーステナイ
トは、420℃以上の温度により、フェライトとFsa
Cとに分解してしまい、この結果、疲労強度の大幅な低
下を招くことになる。このようにして、表面を硬化させ
るために、単に窒化処理するのではなく、低温で実施可
能なイオン窒化処理が採用されるものである。
Then, the member containing a large amount of retained austenite is subjected to ion nitriding treatment at a temperature of 420° C. or lower to form a hardened layer on the surface. 42 like this
By adopting a temperature condition of 0° C. or lower, retained austenite is not decomposed in this temperature range and is well maintained. In other words, the retained austenite becomes ferrite and Fsa at a temperature of 420°C or higher.
This results in a significant decrease in fatigue strength. In this way, in order to harden the surface, instead of simply nitriding, ion nitriding, which can be performed at low temperatures, is employed.

このように鋳鉄部品の表面を硬化させた状態で、ショッ
トピーニング処理を行なう。このショットピーニング処
理により、表面部の肌荒れも少なく、表面部に高い残留
圧縮応力を形成することが出来、疲労強度を大幅に向上
させることが出来るものである。
With the surface of the cast iron component thus hardened, shot peening treatment is performed. This shot peening treatment causes less roughness on the surface, creates high residual compressive stress on the surface, and significantly improves fatigue strength.

以下に、この製造方法により鋳鉄部材を製造する具体的
な実施例を説明する。
A specific example of manufacturing a cast iron member using this manufacturing method will be described below.

先ず、鋳鉄素材を溶解鋳造する際の、組成は、以下の第
1表に示すように設定された。
First, when melting and casting a cast iron material, the composition was set as shown in Table 1 below.

第1表 但し、重量% ここで、上述したイオン窒化に際して、硬化層を形成さ
せ易い合金元素として、CrやV等を添加することが好
ましい。
Table 1: Weight% Here, during the above-mentioned ion nitriding, it is preferable to add Cr, V, etc. as an alloying element that facilitates the formation of a hardened layer.

また、鋳造形状は、小野式回転曲げテストピースとして
用いるために、直径12mmの平滑材と、応力測定用テ
ストピースとして、80X 12X20(mm)の角柱
材との2種類を設定した。
Moreover, two types of casting shapes were set: a smooth material with a diameter of 12 mm for use as an Ono rotary bending test piece, and a prismatic material of 80 x 12 x 20 (mm) as a test piece for stress measurement.

一方、オーステンパの処理条件としては、先ず、900
 ’Cで2時間行ない、引き続き、380℃で2時間行
なった。また、イオン窒化条件としては、410℃で1
0時間継続して実施した。そして、ショットピーニング
所持条件としては、HRC45で直径0.6mmの鋼球
を用いて行なった。
On the other hand, the processing conditions for austempering are as follows:
'C for 2 hours, and then at 380°C for 2 hours. In addition, the ion nitriding conditions were 1 at 410°C.
The test was carried out continuously for 0 hours. The shot peening conditions were HRC45 using a steel ball with a diameter of 0.6 mm.

以上のようにして製造された鋳造部材(即ち、テストピ
ース)と、以下の2種類の比較例とを、表面粗さ、表面
の硬化の程度、残留圧縮応力、及び、疲労強度の4点で
比較検討した。
The cast member (i.e., test piece) manufactured as described above and the following two types of comparative examples were evaluated for four points: surface roughness, degree of surface hardening, residual compressive stress, and fatigue strength. A comparative study was conducted.

く第1の比較例〉 鋳造部品を従来のオーステンパ処理のみを施した状態で
形成した。
First Comparative Example> A cast part was formed using only conventional austempering treatment.

く第2の比較例〉 鋳造部品を従来のオーステンパ処理を施した後、ショッ
トピーニング処理を実施した。即ち、この第2の比較例
においては、本願発明の特徴をなす420℃以下の温度
でのイオン窒化処理が実行されていない。
Second Comparative Example> After the cast parts were subjected to conventional austempering treatment, shot peening treatment was performed. That is, in this second comparative example, the ion nitriding treatment at a temperature of 420° C. or lower, which is a feature of the present invention, was not performed.

これら第1及び第2の比較例と一実施例とにおける表面
粗さに関しては、第1図に示すように、符合A及び符合
Cで示すように、第1の比較例及び一実施例においては
、比較的良好な表面粗さが得られるものの、第2の比較
例においては、かなり粗い表面粗さが表れた。これは、
従来技術において指摘したように、オーステンパ処理に
より、表面が過度に硬化しているため、ショットピーニ
ングにより所謂割れが生じて、肌荒れ状態となるん)ら
である。
Regarding the surface roughness in these first and second comparative examples and one example, as shown in FIG. Although a relatively good surface roughness was obtained, the second comparative example showed a considerably rough surface roughness. this is,
As pointed out in the prior art, since the surface is excessively hardened by the austempering treatment, so-called cracks occur due to shot peening, resulting in a rough surface.

また、疲労強度に関しては、以下の第2表に示すように
、その疲労限界が表れている。
Regarding fatigue strength, the fatigue limit is shown in Table 2 below.

第2表 この第2表から明かなように、この一実施例の鋳造部品
における疲労限界は、第1及び第2の比較例と比較して
、約20%以上の向上が確認された。
Table 2 As is clear from Table 2, the fatigue limit of the cast parts of this example was confirmed to be improved by about 20% or more compared to the first and second comparative examples.

また、表面の硬さに関しては、その比較が第2図に示さ
れている。この第2図に示される表面の硬さは、オース
テンパ処理のみが施された場合には、表面からの距離に
関係無く、一定の硬さが得られ、一方、この一実施例の
ように、オーステンパ処理に続いて、イオン窒化処理が
実行された場合には、表面部において、その硬さが高め
られていることが確認された。
Further, regarding the surface hardness, a comparison is shown in FIG. The hardness of the surface shown in FIG. 2 is constant regardless of the distance from the surface when only austempering is performed, whereas as in this example, It was confirmed that when the ion nitriding treatment was performed following the austempering treatment, the hardness of the surface portion was increased.

更に、残留圧縮応力に関しては、その比較が第3図に示
されている。この第3図に示される残留圧縮応力は、オ
ーステンパ処理に加えてショットピーニング所持が施さ
れた場合には、鋳造部品の内部の深い部分において表れ
、この一実施例においては、表面部分において表れるこ
とが確認された。
Further, regarding the residual compressive stress, a comparison thereof is shown in FIG. The residual compressive stress shown in FIG. 3 appears in the deep part of the cast part when shot peening is applied in addition to austempering treatment, and in this example, it appears in the surface part. was confirmed.

以上詳述したように、この一実施例の製造方法に基づい
て、鋳造部品を製造することにより、疲労限度が高めら
れ、残留圧縮応力も表面部分において強く表れるような
良好な鋳造部品が提供されることになる。
As detailed above, by manufacturing a cast part based on the manufacturing method of this embodiment, a good cast part can be provided in which the fatigue limit is increased and the residual compressive stress is strongly expressed in the surface portion. That will happen.

この発明は、上述した一実施例の構成に限定されること
なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能
であることは言うまでもない。
It goes without saying that this invention is not limited to the configuration of the one embodiment described above, and can be modified in various ways without departing from the gist of the invention.

[発明の効果] 以上詳述したように、この発明に係わる鋳造部品の製造
方法は、鋳鉄素材を溶解鋳造し、これをオーステンパ処
理し、残留オーステナイトを有するベイナイト組織の球
状黒鉛鋳鉄鋳物を得る第1の工程と、この球状黒鉛鋳鉄
部品を420’C以下の温度において、イオン窒化法に
より窒化する第2の工程と、この窒化された鋳鉄部品に
ショットピーニングする第3の工程とを具備する事を特
徴としている。
[Effects of the Invention] As detailed above, the method for manufacturing a cast part according to the present invention includes the steps of melting and casting a cast iron material, austempering the same, and obtaining a spheroidal graphite cast iron casting having a bainitic structure with residual austenite. 1, a second step of nitriding this spheroidal graphite cast iron part by an ion nitriding method at a temperature of 420'C or less, and a third step of shot peening this nitrided cast iron part. It is characterized by

従って、この発明によれば、表面部の肌荒れが少なく、
充分な疲労強度を得ることの出来る鋳鉄部品の製造方法
が提供されることになる。
Therefore, according to the present invention, there is less roughness on the surface,
A method for manufacturing cast iron parts that can obtain sufficient fatigue strength will be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明に係わる鋳鉄部品の製造方法の一実施
例が実施れた場合と、2種類の比較例とにおける表面粗
さの違いを示す図: 第2図はイオン窒化前後における鋳造部品の表面部のミ
クロ硬さの分布状態を示す線図;そして、 第3図は、鋳造部品内における応力分布を示す線図であ
る。 6史’()JHV>
Figure 1 shows the difference in surface roughness between an embodiment of the method for manufacturing cast iron parts according to the present invention and two comparative examples. Figure 2 shows the difference in surface roughness between cast iron parts before and after ion nitriding. FIG. 3 is a diagram showing the distribution of microhardness on the surface of the cast part; and FIG. 3 is a diagram showing the stress distribution within the cast part. 6 history'()JHV>

Claims (1)

【特許請求の範囲】 鋳鉄素材を溶解鋳造し、これをオーステンパ処理し、残
留オーステナイトを有するベイナイト組織の球状黒鉛鋳
鉄鋳物を得る第1の工程と、この球状黒鉛鋳鉄部品を4
20℃以下の温度において、イオン窒化法により窒化す
る第2の工程と、 この窒化された鋳鉄部品にショットピーニングする第3
の工程とを具備する事を特徴とする鋳鉄部品の製造方法
[Claims] A first step of melting and casting a cast iron material and austempering it to obtain a spheroidal graphite cast iron casting having a bainitic structure with residual austenite;
The second step is nitriding using the ion nitriding method at a temperature of 20°C or lower, and the third step is shot peening the nitrided cast iron parts.
A method for manufacturing cast iron parts, characterized by comprising the steps of:
JP31651388A 1988-12-16 1988-12-16 Manufacture of cast iron parts Pending JPH02163313A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008525639A (en) * 2004-12-23 2008-07-17 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション Compositions and methods for enhancing the properties of components containing iron
CN109371212A (en) * 2018-12-17 2019-02-22 常州大学 A Large Deformation Enhanced Rapid Ion Nitriding Method

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