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立体造形

鋳鉄部材に係る多様なニーズに応えるのに不可欠な黒鉛超微細化技術の研究開発

山形県

山形県工業技術センター

2020年3月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 超微細組織鋳鉄材料の創成と鋳鉄品の高機能化に係る技術の開発
基盤技術分野 立体造形
対象となる産業分野 自動車、産業機械、工作機械
産業分野でのニーズ対応 高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高性能化(信頼性・安全性向上)、低コスト化
キーワード 球状黒鉛鋳鉄、延性、靱性、高強度、高硬度、耐熱性
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成20年度~平成22年度

プロジェクトの詳細

事業概要

自動車部材の耐熱性向上等川下産業の鋳鉄部品に係る多様なニーズにこたえるため、球状黒鉛鋳鉄中の黒鉛を「より細かく、より多く、より均一に」晶出させるための製造技術を開発すること等によって、剛性や靱性の向上、耐摩耗性の向上及び耐熱性の向上を低コストで実施することを目的とする

開発した技術のポイント

球状黒鉛鋳鉄を黒鉛超微細化させ、実用化可能な高機能を付加
・球状黒鉛鋳鉄の黒鉛超微細化
→黒鉛粒数:1,000~3,000個/mm2以上、黒鉛微細化効果時間:上記黒鉛粒数を5分間以上維持
・球状黒鉛鋳鉄の剛性・耐摩耗性の向上
→引張強さ:900MPa、硬さ:300HBW以上、耐摩耗性:FCD800以上
・球状黒鉛鋳鉄の耐熱性向上
→耐熱温度930℃以上

(新技術の特徴)
・鋳放しでも機能性が向上するため、コストダウンにつながる
・品質が安定する

黒鉛組織微細化のイメージ
具体的な成果

・球状黒鉛鋳鉄の黒鉛超微細化
‐鋳型内接種を効果的に利用した「改良2段接種」により、黒鉛組織の大幅な微細化を達成した
‐改良2段接種を用いた現場での溶解試験を行い、超微細化効果の持続時間が5分以上であることを明らかにした
‐開発した新規元素含有鋳型内接種剤の効果を検証し、黒鉛粒数が従来品の1.8倍になることを明らかにした
・球状黒鉛鋳鉄の延性・靭性の向上
‐開発した材料を用いて評価試験を行ったところ、引張強さ、伸び、硬さのいずれにおいてもJIS規格を満足する特性が得られた
‐また疲労特性、機械加工性ともに、従来材料と同等以上であることが確認できた
・球状黒鉛鋳鉄の剛性・耐摩耗性の向上
‐開発材料を用いてプーリを試作し、肉厚に関わらず均一な特性を持つことを確認した
・球状黒鉛鋳鉄の耐熱性向上
‐試作したエキゾーストマニホールドについてヒートサイクル試験を実施し、実機での使用において十分な耐久性を有することを明らかにした
・異種金属接合
‐レーザ溶接を用いて高耐熱球状黒鉛鋳鉄とステンレス鋼との溶接を試み、良好に接合できることを明らかにした
‐鋳鉄管とステンレス管を溶接接合したエキゾーストマニホールドの製造方法を検討し、実用化可能であることを明らかにした

研究開発成果の利用シーン

・高耐熱鋳鉄とステンレス鋼とを高度に一体化した自動車排気系部品(エキゾーストマニホールド)
・複雑形状・薄肉でも高い強度・耐摩耗性を有するプーリ
・延性、靱性が要求されるガス用バルブ部品

製品への応用例

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・高耐熱エキゾーストマニホールド、高強度・耐摩耗プーリ、高延性ガス配管バルブ部品等の提供が可能(ユーザからの形状・寸法の指定等、個別の相談が必要)

提携可能な製品・サービス内容

素材・部品製造

製品・サービスのPRポイント

・低コスト化:今後、入手可能性に不安がある低マンガンスクラップを使用しなくても、従来と同等性能の高延性鋳鉄が製造可能
・耐久性・耐摩耗性向上:高合金鋳鉄・鋳鋼に代わる、低コストかつ高耐熱鋳鉄熱処理を省略した高強度・耐摩耗鋳鉄の製造が可能
・複雑形状化:接合品質・形状自由度の高い鋳鉄とステンレス鋼との接合を実現

今後の実用化・事業化の見通し

材料性能の更なる高度化を追求し、接合技術実用化への取組を進める
・鋳鉄材料、鋳鉄製品については、研究により得られた知見をもとに製造プロセスへ反映
・高耐熱鋳鉄とステンレス鋼との接合については、エキゾーストマニホールドとしての事業化を目指し、補助事業による研究を実施

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社ハッピープロダクツ
株式会社柴田製作所
カクチョウ株式会社
事業管理機関 公益財団法人山形県産業技術振興機構
研究等実施機関 有限会社日下レアメタル研究所
山形県立産業技術短期大学校
山形県工業技術センター
国立大学法人岩手大学
国立大学法人秋田大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 山形県工業技術センター(法人番号:5000020060003)
事業内容 山形県内の工業関係企業等を対象とした技術支援機関
社員数 104 名
本社所在地 〒990-2473 山形県山形市松栄2-2-1
ホームページ http://www.yrit.pref.yamagata.jp
連絡先窓口 精密機械金属技術部 松木俊朗
メールアドレス matsukito@pref.yamagata.jp
電話番号 023-644-3222