JP2011101899A - 鋳込まれた鋼芯を備える鋳造ナックルおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のナックルよりも低コストで製造可能であり、かつ、要求される高い剛性に対し、より軽量なナックルを提供する。
【解決手段】ナックルおよびその製造のための方法であって、ナックルは、鋳造部３で構成されており、該ナックル１の車軸領域の内部に、中実又は中空の鋼芯２を備えている鋼芯（中空であってもよい）および鋼芯を包囲するダクタイル鋳鉄合金から成る鋳造部から構成され、高い機械的な剛性（500〜850MPa）と、高い弾性限界(350〜550MPa)と、同時に高い靱性（最大12％）を鋳造部は有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳込まれた鋼芯を備える鋳造ナックル(複合鋳造)およびナックルの製造方法に関する。
従来技術では、トラック用ナックルは鋼鍛造パーツとして形成される。ピンによって、車輪軸受、ハブ、ディスクブレーキおよび車輪が支持される。
特許文献１には、車両におけるジョイント部、特に前輪サスペンションおよびその製造方法が記載されている。ジョイント部は2個の基礎パーツ、すなわち、基礎鋳造部および一部品から成る車軸から構成される。この一部品から成る車軸は、鍛造パーツとして形成される。
鋼鍛造によるナックルの利点は、特にその高い剛性と共に比較的高い破断伸度にある。重量が大きく、中空体やアンダーカット等の形状付与に制約があることが欠点である。これらの欠点は、製造および加工コストの増大につながる。さらに鋳造物の場合、鋼よりも耐腐食性に優れる。
独国特許出願公開第２３４９７３１号明細書
従って、本発明における課題は、従来のナックルよりも低コストで製造可能であり、かつ、要求される高い剛性に対し、より軽量なナックルを提供することにある。
特に本発明に係る複合鋳造ナックルの主な利点は、軸受ピンに対する過度の歪みに対して、従来技術よりも優れる点にある。
複合鋳造ナックルの主な利点は、破断（亀裂）後、即座に機能しなくなるわけではなく、比較的高い変位と共に、時間を置いて機能不全状態に陥る点にある。これにより、運転手は早期に破断に気づくことが可能となり、完全な機能不全に対して何らかの対策を講じることができる。
本発明に係る課題は、特許請求項１〜２の特徴により解決する。
ダクタイル鋳鉄合金によって鋳造したパーツは、好適には500〜850MPaの高い機械的剛性の他に、350〜550MPaの高い弾性限界および最大12％の高い靱性を有する。
さらにダクタイル鋳鉄合金は、以下の例に従った本発明の特別な形態において、主な構成成分であるFeの他に非鉄金属であるC、Si、P、Mg、Cr、Al、S、CuおよびMnを通常の不純物と共に含む：
[例１]
化学組成は、Cが3.34質量％、Siが2.92質量％、Cuが0.62質量％、Mnが0.17質量％、Mgが0.038質量％、Pが0.025質量％、Crが0.021質量％、Alが0.01質量％、Sが0.001質量％であり、残部がFeおよび通常の不純物を含有する。mm2当たりのスフェルライト数は400である。またグラファイト含有量は9.7％である。DIN EN ISO 945に基づくグラファイト形状は、97.9％までVIの形状である。DIN EN ISO 945に基づく粒度分布は、45％が粒度８、42％が粒度７、13％が粒度６に分類される。さらに、パーライト含有量は84％である。ブリネル硬度は、248 HBである。引張試験においては、以下の値が測定された：弾性限界 Ｒp0.2＝474MPa、引張強度 Rm＝778MPa、破断伸度A5〜11.4％および弾性係数 Ｅ＝165〜170kN/mm2。
[例２]
化学組成は、Cが3.5質量％、Siが2.65質量％、Cuが0.77質量％、Mnが0.26質量％、Mgが0.038質量％、Pが0.026質量％、Crが0.029質量％、Alが0.004質量％、Sが0.001質量％であり、残部がFeおよび通常の不純物を含有する。引張試験においては、以下の値が測定された：弾性限界 Ｒp0.2＝405MPa、引張強度 Rm＝639MPa、破断伸度A5〜9.6％および弾性係数 Ｅ＝165〜170kN/mm2。ブリネル硬度は238 HBである。
[例３]
化学組成は、Cが3.43質量％、Siが3.38質量％、Cuが0.71質量％、Mnが0.2質量％、Mgが0.037質量％、Pが0.047質量％、Crが0.043質量％、Alが0.012質量％、Sが0.004質量％、Bが0.0008質量％であり、残部がFeおよび通常の不純物を含有する。引張試験においては、以下の値が測定された：弾性限界 Ｒp0.2＝558MPa、引張強度 Rm＝862MPa、破断伸度A5〜6.1％である。ブリネル硬度は288 HBである。ミクロ構造において測定されたmm2当たりのスフェルライト数は455である。
ナックルの一例を示す図である。
図１は、本発明に係る一実施形態のナックル１の断面図である。ナックル１は、鋼芯２および鋼芯２を包囲する鋳造部３を備える。鋼芯２は一般的な鋼から成り、鋳造部３はダクタイル鋳鉄合金で構成されている。
本発明の主な利点は、ナックルが公知の鍛造法に比べ低コストで製造可能なことである。また、本発明によるナックルは軽量である点で優れる。さらに、加工が極めて容易となる。
１個のパーツ内における２つの材料の組み合わせによって、個々の材料の主な利点を大きい負荷を受ける軸受ピンに最適な形で活かすことができる。すなわち、外部は極めて頑丈であり、内部においては高い延伸性を有する。
複合鋳造により、好適な応力分配（Ε‐モジュール）が可能となり、反復的な曲げに晒される軸受ピンの耐用寿命が高められる。
複合鋳造により、軸受ピンが過度の歪みに晒された場合でも、突発的ではなく漸進的にパーツが機能しなくなるため、破損を早期に認識し、完全な機能不全状態に陥るのを防ぐことが可能となる。
鋼インサートは、鋳造材料の冷却条件および構造形成に極めて有利に影響する。すなわち、多数のスフェルライトを有する細粒状のパーライト/フェライト構造が生じる。
鋼インサートの外面部には、挿入前にコーティングを施してもよい。コーティングは、例えばリン酸塩被膜処理といった化学的析出によって行うことができる。
１ ナックル
２ 鋼芯
３ 鋳造部

Claims (8)

  1. ナックルであって、
    前記ナックル（１）がダクタイル鋳鉄合金から成る鋳造部(３)で構成されており、該ナックル（１）の車軸領域の内部に、中実又は中空の鋼芯(２)を備えていることを特徴とするナックル。
  2. 請求項１に記載のナックルであって、前記鋼芯(２)が一般的な鋼芯であり、高い破断伸度を有することを特徴とするナックル。
  3. 請求項１または２に記載のナックルであって、前記ダクタイル鋳鉄合金が高い機械的な剛性（500〜850MPa）と、高い弾性限界(350〜550MPa)と、同時に高い靱性（最大12％）とを有することを特徴とするナックル。
  4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のナックルであって、ダクタイル鋳鉄合金が非鉄金属成分C、Si、P、Mg、Cr、Al、S、Cu及びMnを通常の不純物と共に含むことを特徴とするナックル。
  5. 請求項１に記載のナックルを製造する方法であって、
    前記鋼芯を製造するステップと、
    砂中子に前記鋼芯を挿入するステップと、
    前記鋼芯を含む砂中子を砂鋳型に挿入するステップと、
    前記ダクタイル鋳鉄合金を砂鋳型に流し込むステップと、
    鋳造された前記ナックルを型から取出し洗浄するステップとを含むことを特徴とする製造方法。
  6. 請求項５に記載の製造方法であって、前記鋼芯(２)が一般的な鋼芯であり、高い破断伸度を有することを特徴とする製造方法。
  7. 請求項５または６に記載の製造方法であって、前記ダクタイル鋳鉄合金が高い機械的な剛性（500〜850MPa）と、高い弾性限界(350〜550MPa)と、同時に高い靱性（最大12％）とを有することを特徴とする製造方法。
  8. 請求項５〜７の何れか一項に記載の製造方法であって、ダクタイル鋳鉄合金が非鉄金属成分C、Si、P、Mg、Cr、Al、S、Cu及びMnを通常の不純物と共に含むことを特徴とする製造方法。
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