JP4137054B2 - ねずみ鋳鉄合金及び内燃機関鋳造部品 - Google Patents

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Description

本発明は、ねずみ鋳鉄合金に関する。より具体的には、本発明は、疲労強度を改善するためにさらなる合金元素を含む、実質的にパーライトのねずみ鋳鉄に関する。
本発明はさらに、本発明によるねずみ鋳鉄合金からの鋳造物である、内燃機関の部品に関する。
ねずみ鋳鉄は、比較的低コストであるだけでなく優れた性能のために好適であるため、例えば乗物用の内燃機関のエンジンブロックとして最も魅力的な材料である。これまでもかなり広範囲の組成が知られているが、そうした組成は通常、引張強度や摩耗特性など、使用される材料の特性と、コストや機械加工性などの製造特性との間の妥協点である。
したがって、鋳造による内燃機関のエンジンブロックの場合、母材０１２０は以下の表１の組成を有し、一般の標準的な合金はやはり表１の組成を有しており、スカニアの標準的な合金は、比較的高い炭素含有量によりパーライト組織を有するねずみ鋳鉄、及び安定な（孔のない）材料をもたらす。
しかし、現在のところ十分許容できるとはいえ、今日では現在の特性を補足するものとして改善された疲労強度が望まれており、それによってこうした従来技術のねずみ鋳鉄の可能な用途が広がることになる。
本発明の一目的は、優れた機械加工特性を与え、さらに標準的な合金と比べて実質的に改善された疲労強度を有する、比較的安定な組織を有するねずみ鋳鉄を提供することである。
本発明の他の目的は、標準的な合金と比べて実質的に改善された疲労強度を有する、エンジンブロックなど、ねずみ鋳鉄による内燃機関の部品を提供することである。
本発明の目的は、請求項１に記載のねずみ鋳鉄によって達成される。好ましい実施形態を従属請求項に明記する。
さらに本発明の目的は、請求項９に記載の、ねずみ鋳鉄による内燃機関の部品によって達成される。好ましい実施形態を従属請求項に明記する。
以下の記載では、明記した合金中の元素について示した百分率はすべて、重量百分率として示してある。
本発明による合金は、実質的にパーライト組織を有するねずみ鋳鉄であり、炭素含有量は３．２〜３．４９％である。比較的高い炭素含有量により、安定な組織が促される。パーライト／カーバイドを安定させる性質を有するクロムを０．２〜０．４％加えると、微細パーライト組織がもたらされる。
０．１〜０．４％のモリブデン、０．０３〜０．３％のバナジウム、０．００７〜０．０１５％のチタン、及び０．１５未満のニオブを加えると、それらのカーバイドを形成する性質に加えて、（一次析出カーバイドとしても二次析出カーバイドとしても）鋳造物としての微細パーライト組織及び片状黒鉛組織をもたらす核として働くようになる。モリブデンはまた、高温においてパーライトを安定させる。
ケイ素は１．８〜２．２％の量だけ存在し、ねずみ鋳鉄の形成を促す。
パーライト安定化剤として、０．３〜０．８％のマンガンが存在する。
銅は、この場合０．３〜１．０％の量であり、パーライト形成を促しパーライトを安定させ、また微細組織の形成も促す。
イオウ及びリンの含有量は、０．１５％未満に抑えるべきである。
窒素は０．００５〜０．０１７％で、片状黒鉛を圧縮してパーライト形成を促し、アルミニウムは０．０１％未満で、黒鉛形成剤として働く。
ねずみ鋳鉄合金はさらに、帳尻が合う量の鉄及び通常の不純物を含む。チタン、窒素及びアルミニウムの量は通常の不純物の範囲内であるが、それが好ましい可能性がある。
１５００ｋｇのバッチを調製した。各バッチは４個の３００ｋｇのエンジンブロックに鋳造され、鋳造は１４２０℃で始まり、鋳造工程中に温度が約１０℃低下した。
ベース合金を用いて、モリブデン、バナジウム、チタン及びニオブの１０通りの異なる組合せのバッチを製造した。
さらに、異なる核形成剤（接種剤）を有する１６種類の異なるバッチで、窒素及びアルミニウムの含有量を変化させた。
各鋳造物から疲労試験のサンプルを採取し、疲労試験を行った。
さらに、前の試験から最良の結果を示した組成を組み合わせたバッチを製造し、疲労試験を行った。
結果を図１に示すが、曲線３は本発明の組成範囲内の組成に対応しており、この組成も表１に示してある。
本発明によるねずみ鋳鉄は、ねずみ鋳鉄のベース合金より約４０％高い疲労強度、及び標準的なエンジンブロックのねずみ鋳鉄より約３０％高い疲労強度を示し、さらに機械加工性、安定性などについて高い性能を実現するねずみ鋳鉄が提供される。
上述のように、本発明によるねずみ鋳鉄合金は、エンジンブロック部品など、内燃機関鋳造部品としてきわめて有用であり、機械加工性、安定性及び高い疲労強度を兼ね備えている。この合金はまた、シリンダヘッドなど他の部品にも有用である。
Figure 0004137054
ベース合金、標準的な合金、及び本発明による合金に対するヴェーラー疲労曲線を示す図である。

Claims (5)

  1. 重量で
    ３．２〜３．４９％の炭素
    １．８〜２．２％のケイ素
    ０．１５％未満のイオウ
    ０．１５％未満のリン
    ０．３〜０．８％のマンガン
    ０．２〜０．４％のクロム
    ０．１〜０．４％のモリブデン
    ０．０３〜０．３％のバナジウム
    ０．３〜１．０％の銅
    ０．１５％未満のニオブ
    ０．００７〜０．０１５％のチタン
    ０．００５〜０．０１７％の窒素
    その他として鉄及び不純物
    のみからなるパーライトのねずみ鋳鉄合金。
  2. ３．３〜３．４％の炭素
    １．８〜２．２％のケイ素
    ０．１％未満のイオウ
    ０．０５％未満のリン
    ０．４〜０．６％のマンガン
    ０．２〜０．４％のクロム
    ０．２〜０．３％のモリブデン
    ０．０５〜０．１％のバナジウム
    のみからなる請求項１に記載の合金。
  3. バナジウムが総計で０．１％未満存在することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の合金。
  4. パーライトのねずみ鋳鉄合金でできた、内燃機関鋳造部品であって、前記合金が
    ３．２〜３．４９％の炭素
    １．８〜２．２％のケイ素
    ０．１５％未満のイオウ
    ０．１５％未満のリン
    ０．３〜０．８％のマンガン
    ０．２〜０．４％のクロム
    ０．１〜０．４％のモリブデン
    ０．０３〜０．３％のバナジウム
    ０．３〜１．０％の銅
    ０．００７〜０．０１３％のチタン
    ０．１５％未満のニオブ
    ０．００５〜０．０１５％の窒素
    ０．０１％未満のアルミニウム
    その他として鉄及び不純物
    のみからなる、上記部品。
  5. エンジンブロック部品又はシリンダヘッド部品であることを特徴とする請求項４に記載の部品。
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