(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状鋳鉄で製作される機械部品を製造するための方法であって、
・２．５質量％〜４．０質量％の範囲の炭素含有量、２．０質量％〜３．５質量％の範囲のケイ素含有量、０．１５質量％未満のマンガン、０．１５質量％未満（０を含む）の銅、０．１５質量％未満（０を含む）のニッケルおよび０．１５質量％未満（０を含む）のモリブデンを含有し、残部が鉄および混入が不可避の不純物からなる鋳鉄で製作された機械部品の鋳物を用意するステップ、
・前記鋳物を、オーステナイトおよびフェライトを含有する構造を得るために必要な時間にわたって、下側のオーステナイト化温度（Ａｃ１）よりも高く上側のオーステナイト化温度（Ａｃ３）よりも低い、部分的なオーステナイト化に適した温度にするステップ、および
・少なくとも部分的にパーライト−フェライト構造を有するマトリクスが得られるように、２５０℃〜４００℃の範囲の温度で恒温焼き入れをするための、オーステナイトおよびフェライトを含有する前記構造の鋳鉄に熱処理を実行するステップを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記恒温焼き入れのための熱処理が、融解塩の槽にて実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。  
【請求項３】
鋳鉄で製作された機械部品の前記鋳物が、５０質量％を超えるフェライトの割合を有していることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
鋳鉄で製作された機械部品の前記鋳物が、８０質量％を超えるフェライトの割合を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳物が、Ａｃ１〜Ａｃ３の範囲のオーステナイト化温度に保持する前記ステップの終わりにおいて、３０質量％〜７０質量％の範囲のオーステナイトの割合を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記恒温焼き入れが、３５０℃〜３９０℃の範囲の温度で実行されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
Ａｃ１よりも高くＡｃ３よりも低い前記温度が、７８０℃〜８４０℃の範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
鋳鉄で製作された機械部品の前記鋳物をＡｃ１〜Ａｃ３の範囲のオーステナイト化温度に保持する時間が、９０〜２１０分の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
パーライト−フェライト構造を有する前記マトリクスが、オースフェライト構造を有する領域を有するように前記熱処理を実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法によって得られた球状鋳鉄で製作された機械部品。
【請求項１１】
前記鋳物が、Ａｃ１〜Ａｃ３の範囲のオーステナイト化温度に保持する前記ステップの終わりにおいて、５０質量％に等しいオーステナイトの割合を有していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
Ａｃ１よりも高くＡｃ３よりも低い前記温度が、８００℃〜８２０℃の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
鋳鉄で製作された機械部品の前記鋳物をＡｃ１〜Ａｃ３の範囲のオーステナイト化温度に保持する時間が、１２０〜１８０分の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状鋳鉄製の機械部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな種類であって、さまざまな構造を有している球状鋳鉄が、現時点において公知であり、とくにはさまざまな種類の機械部品をもたらすために使用されている。
【０００３】
球状鋳鉄は、その主たる特徴として、層状の黒鉛を有する従来からのねずみ鋳鉄において生じる形状とは異なり、文字どおり球状の黒鉛の形状を有しており、黒鉛の球状の構造が、この材料に高い延性をもたらしている。
【０００４】
焼きならし（normalization）のための熱処理を受けた球状鋳鉄は、完全にパーライトのマトリクスを有している。この場合、材料は、より高い耐摩耗性を特徴とするが、延性はかなり低下し、疲労強度は、熱処理によって向上するわけではない。実際、ＩＳＯ  １０８３規格を参照すると、記号ＪＳ／８００−２／Ｓによって分類される熱処理なしのパーライト球状鋳鉄は、２４５という最小のＨＢＷ硬さ、８００ＭＰａという最小の引っ張り強度、および３０４ＭＰａという典型的な疲労強度を有する。
【０００５】
一方、焼きならしのための熱処理を加えた球状鋳鉄は、２７０という最小のＨＢＷ硬さ、９００ＭＰａという最小の引っ張り強度、および不変、すなわち３０４ＭＰａに等しい典型的な疲労強度を有する。
【０００６】
水中または油中で硬化のための熱処理を受けた球状鋳鉄は、ベイナイトまたはマルテンサイト構造を有する。随意により、冷却プロセスの終わりにおいて、焼き戻しの熱処理を加えることができる。そのような鋳鉄は、通常は、きわめて低い延性およびそれに付随する高い表面硬さを特徴とし、結果として、特定の疲労強度を必要とする用途には使用されない。
【０００７】
上記概説した内容から、パーライト球状鋳鉄に古典的なやり方で熱処理を加えた場合、疲労強度の向上は観察されないことを、見て取ることができる。
【０００８】
優れた機械的強度の特性、とくには優れた疲労強度特性を有する材料を生み出す試みのために、ＡＤＩ（オーステンパダクタイル鋳鉄）として市場で知られているオーステンパ球状鋳鉄が考案されている。
【０００９】
この形式の鋳鉄を得るために必要とされる熱処理は、成分を上限のオーステナイト化温度（Ａｃ３と一般に称される）よりも高い温度に保ち、次いで融解塩の槽にて硬化させる完全なオーステナイト化処理で構成される。
【００１０】
このようにして得られる最終構造は、技術的にはオースフェライト（ausferritic）構造として知られ、針状フェライトおよびオーステナイトで構成されている。この特定の構造は、高い機械的特性、とりわけ優れた疲労強度を材料にもたらすが、伝統的な球状鋳鉄よりも機械加工性が低い。
【００１１】
冷却時のパーライトの形成を避けることが不可欠であるため、材料をニッケルおよび／またはモリブデンなどの合金元素によって合金化することが必要である。
【００１２】
１９８０年代の中頃に、本件特許の出願人である企業が、Ｈｏｒｓｔ  Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ博士の許諾のもとで、ＧＧＧ  ７０  Ｂ／Ａとして知られるオーステンパ鋳鉄を得ることを可能にする特定の熱処理を開発した。この熱処理は、Ａｃ３（上側のオーステナイト化限界温度）よりも低くＡｃ１（下側のオーステナイト化限界温度）よりも高い温度でのオーステナイト化、およびその後の融解塩の槽での硬化で構成される。
【００１３】
得られる最終的な構造は、技術的には初析フェライトを有するオースフェライト構造として知られ、初析フェライト、針状フェライト、およびオーステナイトで構成される。冷却時のパーライトの形成を防止することが不可欠であり、さらには熱処理の第一段階において使用されるオーステナイト化温度が比較的低いため、この場合にも、材料を、上述のように初析フェライトを有していないオーステンパ球状鋳鉄における割合よりも高い割合のニッケルおよび／またはモリブデンなどの合金元素によって、合金化することが必要である。
【００１４】
この特定の種類の鋳鉄は、ＩＳＯ  １７８０４規格にＪＳ／８００−１０という呼称で導入され、より最近では、ＳＡＥ規格Ｊ２４７７の２００４年５月改訂版に、ＡＤ７５０という呼称で導入されている。この特定の種類の鋳鉄の疲労強度は、典型的には、３７５ＭＰａに等しい。
【００１５】
最近では、頭文字ＭＡＤＩ（機械加工可オーステンパダクタイル鋳鉄）によって市場で知られている球状鋳鉄も提案されている。この種の鋳鉄も、Ａｃ３よりも低くＡｃ１よりも高い温度での部分的なオーステナイト化のための熱処理、およびその後の融解塩の槽での硬化の結果として得られる。得られる最終構造は、最終的に分散したマルテンサイト針の存在ゆえに、ＧＧＧ７０  Ｂ／Ａおよび／またはＩＳＯ  １７８０４／ＪＳ／８００−１０および／またはＳＡＥ  Ｊ２４７７  ＡＤ７５０として分類される種類の構造と相違している。しかしながら、ＭＡＤＩ鋳鉄も、ニッケルおよびモリブデンなどといった合金材料の含有量が多いことを特徴とする。
【００１６】
ＡＤＩまたはＭＡＤＩ鋳鉄は、結局のところ、きわめて高い静的な機械特性および疲労限界を有するが、それらが上述のとおり塩での硬化によって得られているため、硬化性をパーライトの形成の恐れなく保証するために、ニッケルおよびモリブデンなどの合金材料を必要とする。したがって、現在のところ、このような合金元素の高いコストゆえに、これらの材料は、機械的特性に関して有効であるにもかかわらず、経済的なレベルにおいてほとんど競争力がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目標は、伝統的な球状鋳鉄（フェライト、パーライト、フェライト−パーライト、など）よりも高い機械的特性を有するが、オーステンパ鋳鉄（ＡＤＩおよびＭＡＤＩ）よりも製造コストが大幅に低い材料を得ることができるようにする球状鋳鉄の新規な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目標およびこれらの目的、ならびに以下でさらに明らかになる他の目的は、球状鋳鉄（spheroidal cast iron）で製作される機械部品の製造のための方法であって、
・少なくとも部分的にフェライトであって、２．５％〜４．０％の範囲の炭素含有量および２．０％〜３．５％の範囲のケイ素含有量を有する構造を有している鋳鉄で製作された機械部品の鋳物を用意又は準備するステップ、
・少なくとも部分的にフェライトな構造を有している前記鋳鉄鋳物を、少なくとも部分的にオーステナイトな構造を得るために必要な時間にわたって、下限のオーステナイト化温度（Ａｃ１）よりも高く上限のオーステナイト化温度（Ａｃ３）よりも低い部分的オーステナイト化のための温度にするステップ、および
・少なくとも部分的にパーライト−フェライトまたはパーフェライトな構造を有する基質ないしはマトリクス（matrix）を得るために、２５０℃〜４００℃の範囲の温度で恒温焼き入れのための熱処理を実行するステップを含んでいることを特徴とする方法によって達成される。
【００１９】
本発明のさらなる特徴および利点が、添付の図面にあくまでも例として示される本発明による球状鋳鉄の製造方法のいくつかの好ましい実施の形態（ただし、これらの実施の形態に限られるわけではない）についての説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】約７０ｋｇの重量の支持ブラケットのある領域の光学顕微鏡による拡大写真であり、熱係数（体積／冷却表面の比）が２．７である領域を示している。
【図２】約７０ｋｇの重量の上記支持ブラケットの別の領域の光学顕微鏡による拡大写真であり、熱係数が１．３である領域を示している。
【図３】約６８ｋｇの重量のスパイダーのある領域の光学顕微鏡による拡大写真であり、熱係数が２．４である領域を示している。
【図４】約６８ｋｇの重量の上記スパイダーの別の領域の光学顕微鏡による拡大写真であり、熱係数が１．３５である領域を示している。
【図５】約７６ｋｇの重量の第２のスパイダーの一領域（熱係数が１．２である領域）の光学顕微鏡による拡大写真である。
【図６】円柱形のバーの斜視図である。
【図７】図６に示したバーの一領域の拡大写真（倍率５００倍）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に例示される実施の形態において、特定の実施例に関して提示される個々の特徴を、実際には、他の例示の実施の形態に存在する他のさまざまな特徴と入れ換えることが可能である。
【００２２】
さらに、特許付与の手続きにおいて公知であると判断される内容は、請求されていないと理解され、権利放棄の対象であると理解されることに、注意すべきである。
【００２３】
図面を参照すると、本発明は、例えば支持具（support）、スパイダー（spider）、ハブ（hub）、および機械部品全般など、球状鋳鉄で製作される機械部品の製造方法に関する。
【００２４】
とくには、この方法が、以下のステップ、すなわち
・少なくとも部分的にフェライトであって、２．５％〜４．０％の範囲の炭素含有量および２．０％〜３．５％の範囲のケイ素含有量を有する構造を有している鋳鉄で製作された機械部品の鋳物を用意するステップ、
・少なくとも部分的にフェライトな構造を有している鋳鉄鋳物を、少なくとも部分的にオーステナイトな構造を得るために必要な時間にわたって、下側のオーステナイト化温度（Ａｃ１）よりも高く上側のオーステナイト化温度（Ａｃ３）よりも低い温度にするステップ、および
・実質的にパーライト−フェライトまたはパーフェライトな構造を有するマトリクスを得るために、２５０℃〜４００℃の範囲の温度で恒温焼き入れのための熱処理を実行するステップを提供する。
【００２５】
とくには、熱処理を加えようとする鋳物におけるフェライトの割合が、２０％よりも高く、好ましくは５０％よりも高いと、きわめて好都合であることが明らかになっている。
【００２６】
さらに、実験により、本発明による方法の対象となる部品の典型的な機械的特性に関して、フェライトの割合が８０％を超える球状鋳鉄の鋳物から出発することが、きわめて好都合であることが明らかになっている。
【００２７】
さらに詳しくは、そのような恒温焼き入れ（isothermal hardening）のための熱処理を融解塩の槽（bath of molten salt）にて実行することが、きわめて好都合であることが明らかになっている。
【００２８】
好都合には、恒温焼き入れを実行するために好ましく使用される温度は、３５０℃〜３９０℃の範囲にある。
【００２９】
部分的なオーステナイト化のステップにおいて、上述のとおり機械部品を保持する温度は、技術的にＡｃ１と称される温度（この温度を超えると、鋳鉄の構造のオーステナイトへの変態が始まる）から、技術的にＡｃ３と称される温度、または完全なオーステナイト化の温度までの範囲にある。実際には、部品を技術的にＡｃ３と称される温度よりも高くすることによって、構造のオーステナイトへの完全な変態が得られると考えられる。これに代え、上述のとおり部品をＡｃ３とＡｃ１との間の中間的な温度に保つことによって、すべての構造がオーステナイトとなることがなく、フェライトの一部がそのままに残る（初析フェライト）。
【００３０】
さらに、図７に示されている５００倍の光学顕微鏡での写真に示されているとおり、得られる構造がオースフェライト構造を有するアイランド（island）を有することが観察されている。
【００３１】
部分的なオーステナイト化を実行すべき温度の選択は、実質的に、そのような温度での保持の期間の終わりにおいて得ることが望まれるオーステナイトの量に応じて決まる。オーステナイトへの変態を構造の３０％〜７０％の範囲の割合について可能にする部分的オーステナイト化の温度に部品を維持することが、好都合であることが分かっており、この状況は、Ａｃ３およびＡｃ１の間の区間のほぼ中間にある温度を選択することによって得ることができる。
【００３２】
これは、７８０℃超かつ８４０℃未満の温度を選択することによって達成でき、好都合には、炭素およびケイ素の含有量に応じて、８００〜８２０℃の範囲の温度を選択することによって達成できる。
【００３３】
このような温度は、約３．５０％の炭素含有量および約２．６０％のケイ素含有量を有する鋳鉄についての目安であり、当然ながら、熱処理の対象である鋳物中のこのような元素の割合に応じて、さまざまであってよい。
【００３４】
オーステナイト主体の構造を得るためには、機械部品の寸法に応じて、機械部品のオーステナイト化温度（Ａｃ３およびＡｃ１の間の中間の温度）での保持時間が、９０分から２１０分、好ましくは１２０〜１８０分の範囲であることが実験から明らかになっている。
【００３５】
最初の鋳物を製作するためのフェライト主体の構造を有する鋳鉄は、当然ながら、０．１５％未満の割合のマンガン、および／または０．１５％未満の割合の銅、および／または０．１５％未満の割合のニッケル、および／または０．１５％未満の割合のモリブデンを含むことができる。
【実施例１】
【００３６】
約７０ｋｇの重量のブラケットを、炭素の割合が３．５５％であってケイ素の割合が２．６０％であるフェライト主体のマトリクス（フェライトの割合が５０％超）を有する鋳鉄で鋳造して製作した。
【００３７】
この部品を、８１５℃という部分的オーステナイト化のための温度（Ａｃ３およびＡｃ１の間の中間）とし、１５０分間にわたってこの温度に保持した。
【００３８】
次いで、３７０℃での塩浴にて恒温焼き入れ処理を実行した。
【００３９】
仕上がった部品が、約２５５〜２６５ＨＢという平均硬さを有することを確認した。熱係数（thermal modulus）がそれぞれ２．７および１．３である領域について、平均の機械的特性を表１にまとめた。
【００４０】
【表１】
0005398528.tif 000002
【００４１】
図１および２は、光学顕微鏡で撮影した写真（倍率２００倍）であり、熱係数がそれぞれ２．７および１．３である領域について、部品の金属組織構造を示している。
【実施例２】
【００４２】
約６８ｋｇの重量のスパイダーを、炭素の割合が３．５５％であってケイ素の割合が２．６０％であるフェライト主体のマトリクス（フェライトの割合が７０％超）を有する鋳鉄で鋳造して製作した。
【００４３】
この部品を、１４０分間にわたって８２０℃という部分的オーステナイト化のための温度（Ａｃ３およびＡｃ１の間の中間）とした。
【００４４】
次いで、３７５℃での塩浴にて恒温焼き入れ処理を実行した。
【００４５】
仕上がった部品が、約２５０〜２６０ＨＢという平均硬さを有することを確認した。熱係数がそれぞれ２．４および１．３５である領域について、平均の機械的特性を表２にまとめた。
【００４６】
【表２】
0005398528.tif 000003
【００４７】
図３および４が、光学顕微鏡で撮影した２枚の写真（倍率２００倍）をさらに示しており、熱係数がそれぞれ２．４および１．３５である領域について、部品の金属組織構造を示している。
【実施例３】
【００４８】
約７６ｋｇの重量のスパイダーを、炭素の割合が３．５５％であってケイ素の割合が２．６０％であるフェライト主体のマトリクス（フェライトの割合が８０％超）を有する鋳鉄で鋳造して製作した。
【００４９】
この部品を、１６０分間にわたって８３０℃というオーステナイト化温度（Ａｃ３およびＡｃ１の間の中間）とした。
【００５０】
次いで、３８０℃での塩浴にて恒温焼き入れ処理を実行した。
【００５１】
仕上がった部品が、約２４０〜２５０ＨＢという平均硬さを有することを確認した。熱係数（thermal modulus）が１．２である領域について、平均の機械的特性を表３にまとめた。
【００５２】
【表３】
0005398528.tif 000004
【００５３】
図５が、光学顕微鏡で撮影した写真（倍率２００倍）を示しており、熱係数が１．２である領域について、部品の金属組織構造を示している。
【実施例４】
【００５４】
直径２５ｍｍ、長さ２００ｍｍの試験片を、炭素の割合が３．６５％であって、ケイ素の割合が２．６５％であるフェライト主体のマトリクスを有する鋳鉄で鋳造して製作した。これらの試験片のうちの１つが、図６に示されており、参照番号４０で指し示されている。
【００５５】
この部品４０を、１６０分間にわたって８１０℃という（オーステナイト化温度）にした。
【００５６】
次いで、３７５℃での塩浴にて恒温焼き入れ処理を実行した。
【００５７】
仕上がった部品が、約２６０〜２７０ＨＢという平均硬さを有することを確認した。領域４０ａの平均の機械的特性を、表４にまとめた。
【００５８】
【表４】
0005398528.tif 000005
【００５９】
図７が、光学顕微鏡で撮影した写真（倍率２００倍）を示しており、参照番号４０ａで指し示されている領域の試験片の金属組織構造を示している。
【００６０】
次いで、２５ｍｍの直径を有しているこれらの試験片から、回転曲げ疲労試験のための切り欠きなし（notchless）の試験片（直径６．５ｍｍ）を得た。３６８ＭＰａという疲労限界を有することが明らかになった。
【００６１】
さらに、本発明は、当然ながら、オースフェライト構造を有するアイランドを備える実質的にフェライト−パーライトな構造を有する球状鋳鉄で作られた機械部品に関する。
【００６２】
有利または好都合などとして上述された本発明のすべての特徴を、省略または同等物によって置き換えることも可能である。
【００６３】
このように考えられた本発明について、多数の変更および変種の余地があり、それらはすべて、添付の特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【００６４】
すなわち、例えば、この種の鋳鉄を、焼き入れおよび焼き戻し処理を用意し、焼き戻し処理をＡｃ１に近い温度またはＡｃ１よりも高い温度において実行することによって得ることができることが観察されている。
【００６５】
実際に、本発明が、すべての実施の形態において意図される目標および目的を達成することが、確認されている。
【００６６】
実務において、寸法は、必要に応じて任意であってよい。
【００６７】
さらに、すべての細目は、他の技術的に同等な要素によって置き換えることが可能である。
【００６８】
本出願は、イタリア特許出願第ＶＲ２００６Ａ０００１１１号からの優先権を主張し、このイタリア特許出願における開示は、ここでの言及によって本明細書に援用される。
【００６９】
請求項に記載される技術的特徴に参照符号が後続している場合、そのような参照符号は、あくまでも請求項の分かり易さを高めるためだけの目的で備えられており、そのような参照符号は、そのような参照符号によって例として特定される各要素の解釈を、決して限定するものではない。
【符号の説明】
【００７０】
４０  試験片（部品）
【図１】
0005398528.tif 000006
【図２】
0005398528.tif 000007
【図３】
0005398528.tif 000008
【図４】
0005398528.tif 000009
【図５】
0005398528.tif 000010
【図６】
0005398528.tif 000011
【図７】
0005398528.tif 000012