(57)【要約】  本発明は、機械的強度及び疲労強度の特別な要件を有する内燃エンジンブロック及びヘッドのために特に設計された、バーミキュラ鋳鉄合金を指す。内燃エンジンブロック及びヘッドの生産のための、高い機械的強度及び高い疲労強度を有するバーミキュラ鉄合金は、パーライト系マトリックス並びに主としてバーミキュラ黒鉛（＞７０％）及び３０％までの黒鉛粒が存在する微細組織を有することにより特徴づけられ、その黒鉛の微細組織は、以下に定義される微細組織因子（ＦＭ）により説明され、０．９４より高い微細組織因子を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンブロック及びヘッドの生産のための、高い機械的強度及び高い疲労強度を有するバーミキュラ鉄合金であって、パーライト系マトリックス並びに主としてバーミキュラ黒鉛（＞７０％）及び３０％以下の黒鉛粒が存在する微細組織を有することにより特徴づけられ、ここで、その黒鉛の微細組織が、以下に定義される微細組織因子（ＦＭ）：
ＦＭ＝（８．７０×Ａ１−０．５４１×Ａ２＋０．４４９×Ａ３＋０．０６４×Ａ４）／１０００
（式中、
Ａ１  −  １０μｍより小さい粒子を考慮した、黒鉛の球状粒子の数を指す球状化の百分率、
Ａ２  −  １ｍｍ２当たりの、１０μｍより大きい黒鉛粒子の数、
Ａ３  −  １ｍｍ２当たりの、１０μｍより小さい黒鉛粒子の数、及び
Ａ４  −  １ｃｍ２当たりの共晶セルの数）
により説明され、０．９４より高い微細組織因子の値を有する、
バーミキュラ鉄合金。
【請求項２】
最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ、最小疲労限度１９０ＭＰａ（引張−圧縮、Ｒ＝−１）を示すことにより特徴づけられる、請求項１に記載の内燃エンジンブロック及びヘッドの生産のための、高い機械的強度を有するバーミキュラ鉄合金。
【請求項３】
請求項１及び２に記載の内燃エンジンブロックであって、支持軸受から得たサンプルにおいて、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ、最小疲労限度１９０ＭＰａ（引張−圧縮、Ｒ＝−１）を示すことにより特徴づけられる、内燃エンジンブロック。
【請求項４】
請求項１及び２に記載の内燃エンジンヘッドであって、燃焼面から得たサンプルにおいて、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ、最小疲労限度１９０ＭＰａ（引張−圧縮、Ｒ＝−１）を示すことにより特徴づけられる、内燃エンジンヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的強度及び疲労強度の特別な要件を有する内燃エンジンブロック及びヘッドのために特に設計された、バーミキュラ鋳鉄合金について言及する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業において、車両重量を低減し、エンジン出力を増大することを目的とする、高い機械的強度を有する鋳造合金への要求は厳しい。ＣＧＩ  ４００及びＣＧＩ  ４５０グレードのバーミキュラ鉄の到来は、ブロック及びヘッドの両方の設計者に、サイズは異なるが全て高出力密度を伴うエンジンにおける新しい機会をもたらした。これらのバーミキュラ鋳鉄は、ねずみ鋳鉄よりもはるかに良好な機械的強度を有し、強度限度は４５０ＭＰａまで、また降伏応力０．２は３１５ＭＰａに到達する。ここで、疲労限度は、ゼロに等しい平均引張を伴う引張−圧縮応力において１６０ＭＰａ超であり得る。加えて、その熱伝導度は良好であり、球状鉄とねずみ鉄との中間であり、高温に曝される部品中で良好な抽熱を可能にする。
【０００３】
ＩＳＯ技術規格１６１１２／２００は、強度限度５００ＭＰａまでのクラスを見越しているが、これは、このクラスに役立つようないかなる好適な工業的製造技術へも移行されていない。加えて、このクラスの硬度は、このＩＳＯ規格によれば、２６０ＨＢまでである可能性がある。ＡＳＴＭ規格Ａ８４２は、バーミキュラ鉄の球状化率を２０％までに制限しているため、強度限度５００ＭＰａの前記クラスを予見していない。その理由は、それがより大きい球状化率を必要とするためである。ＳＡＥ規格Ｊ１８８７では、クラス５００が予想されているが、５０％までの球状化率及び２６９ＨＢまでの硬度を有すると、熱伝導度をかなり低減しなければならず、収縮及び機械加工の存在という特別な困難を表す。厳密に言えば、前記クラスは、シリンダライナ及び環のような非常に単純な幾何形状の部品にのみ適合する。更に、特許ＣＮ１０１４２３９１４に記載のバーミキュラ鉄は、パーライト系マトリックスを有していても、環のような非常に単純な幾何形状の部品にのみ適用可能であり、その理由は、それらが、複合的な部品中の鋳造欠陥が存在する傾向を増大し、そのため、機械的強度、特に疲労強度の高い値を得ることを不可能にする、高レベルのリンを含有しているためである。更に古い別の特許、１９７７年の米国特許４，０３６，６４１は、鉄−ケイ素−マグネシウム−希土類−チタン合金を使用した、バーミキュラ鉄を製造する方法であって、０．１５％までの高含量のチタンを有するバーミキュラ鉄をもたらす方法について記載しているが、これもまた、内部細孔を形成する傾向に起因して、機械的強度の高い値の達成を可能にせず、エンジンブロック及びヘッドのような複合的な部品には好適でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許第１０１４２３９１４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，０３６，６４１号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＳＯ技術規格１６１１２／２００
【非特許文献２】ＡＳＴＭ規格Ａ８４２
【非特許文献３】ＳＡＥ規格Ｊ１８８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、複合的な幾何形状の部品であるブロック及びヘッドにおけるバーミキュラ鉄の使用の増加は、最小強度限度５００ＭＰａ及び硬度値２６０ＨＢ以下の、この材料の新しいクラスを求めている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この点について、本発明の、機械的強度及び疲労強度の特別な要件を伴うバーミキュラ鋳鉄合金が提示される。
【０００８】
パーライト系マトリックス並びに主としてバーミキュラ黒鉛（＞７０％）及び３０％までの黒鉛粒（ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｎｏｄｕｌｅｓ）が存在する微細組織を有する、内燃エンジンブロック及びヘッドの生産のための、高い機械的強度及び高い疲労強度を有するバーミキュラ鉄合金であって、その黒鉛の微細組織が、以下に定義される微細組織因子（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆａｃｔｏｒ）（ＦＭ）（ＦＭ＝（８．７０×Ａ１−０．５４１×Ａ２＋０．４４９×Ａ３＋０．０６４×Ａ４）／１０００、Ａ１  −  １０μｍより小さい粒子を考慮した、黒鉛の球状粒子の数を指す球状化（ｎｏｄｕｌｉｚａｔｉｏｎ）の百分率、Ａ２  −  １ｍｍ２当たりの、１０μｍより大きい黒鉛粒子の数、Ａ３  −  １ｍｍ２当たりの、１０μｍより小さい黒鉛粒子の数、及びＡ４  −  １ｃｍ２当たりの共晶セルの数）により説明され、０．９４より高い微細組織因子の値を有する、バーミキュラ鉄合金を提示する。内燃エンジンブロック及びヘッドの生産のための、高い機械的強度を有するバーミキュラ鉄合金は、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ、最小疲労限度１９０ＭＰａ（引張−圧縮、Ｒ＝−１）を示す。
【０００９】
支持軸受（ｓｕｐｐｏｒｔ  ｂｅａｒｉｎｇｓ）から得たサンプルにおいて、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ、最小疲労限度１９０ＭＰａ（引張−圧縮、Ｒ＝−１）を示す、内燃エンジンブロックが示される。
【００１０】
燃焼面（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｆａｃｅ）から得たサンプルにおいて、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ、最小疲労限度１９０ＭＰａ（引張−圧縮、Ｒ＝−１）を示す、内燃エンジンヘッドが示される。
【００１１】
本発明の特許は、以下に列挙される図面に基づいて詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の目的であるバーミキュラ鉄の顕微鏡写真を示し、ここで、（ａ）  −  光学顕微鏡、２００×倍率、アタックなし、（ｂ）  −  走査電子顕微鏡、深いアタックあり、１０００×倍率である。
【図２】本発明の目的であるバーミキュラ鉄の微細組織を示す写真である（ナイタルアタック及び４００×倍率）。
【図３】本発明の目的であるバーミキュラ鉄についての引張強度限度及び降伏応力の結果を示すグラフである。Ｖ６エンジンブロックの軸受から得たサンプル。サンプリングの平均強度限度＝５４０ＭＰａ。サンプリングの平均降伏応力＝３９０ＭＰａ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、高レベルの機械的特性、特に高レベルの疲労強度を得ることを可能にする微細組織を有する新規なバーミキュラ鋳鉄合金を提供する。この微細組織は、図１及び図２において見ることができ、パーライト系マトリックス及び主にバーミキュラ黒鉛構造（ＩＳＯ規格９４５／１９７５の形態ＩＩＩ）からなって、最小で７０％のバーミキュラ黒鉛及び３０％までの黒鉛粒が存在（ＩＳＯ規格９４５／１９７５の形態ＶＩ）する。この新しいタイプのバーミキュラ鉄の、ＣＧＩ  ４００及びＣＧＩ  ４５０グレードのバーミキュラ鉄と比べた主な微細組織上の差は、
ＦＭ＝（８．７０×Ａ１−０．５４１×Ａ２＋０．４４９×Ａ３＋０．０６４×Ａ４）／１０００
（式中、Ａ１  −  １０μｍより小さい粒子を考慮した、黒鉛の球状粒子の数を指す球状化の百分率、Ａ２  −  １ｍｍ２当たりの、１０μｍより大きい黒鉛粒子の数、Ａ３  −  １ｍｍ２当たりの、１０μｍより小さい黒鉛粒子の数、及びＡ４  −  １ｃｍ２当たりの共晶セルの数）
で定義される微細組織因子（ＦＭ）において説明される。
【００１４】
ＣＧＩ  ４００及びＣＧＩ  ４５０グレードのバーミキュラ鉄は０〜０．９３の微細組織因子の値を示し、一方、本発明のバーミキュラ鉄は０．９４超の微細組織因子を示す。この微細組織の差は、鋳型中で金属を鋳造する前の液浴の処理により得られ、Ｍｇ（０．０１０〜０．０７０％）、希土類（０．００５〜０．０５０％）及びＳｉに富む接種剤（０．００５〜０．１５０％）の、バランスの取れた割合での組合せ添加を含む。バーミキュラ鉄の化学的組成は、この材料の特徴であり、特別な合金元素がなく、炭素（３．０〜３．９％）、マンガン（０．１〜０．６％）、ケイ素（１．５〜３．０％）、マグネシウム（０．００５〜０．０３０％）、セリウム（０．００５〜０．０３０％）、スズ（０．０４〜０．１２％）、銅（０．２〜１．２％）、硫黄残留物（０．０３０％未満）、リン残留物（０．０５０％未満）及びチタン残留物（０．０２０％未満）を含有し、これら全ては重量による百分率である。鋳鉄中に、他の一般的な不純物が更に存在してよい。
【００１５】
こうして得た微細組織は、Ｒ＝−１での引張−圧縮試験１０７サイクルにおいて、微細組織因子が０．９４超であり、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ及び最小疲労限度１９０ＭＰａを得ることを可能にする。硬度は、２５５ＨＢまでの値である。
【００１６】
具体的には、前記バーミキュラ鉄合金は、それが、機械的特性の高い値をもたらす微細組織を示すという事実により特徴づけられる。機械的特性は、引張−圧縮試験１０７サイクルにおける、最小強度限度５００ＭＰａ、最小降伏応力３５０ＭＰａ及び最小疲労限度１９０ＭＰａにより特徴づけられる。この１組の特性は、文中に記載されているように、パーライト系マトリックスで、並びに黒鉛の形態及び微細組織因子により説明される分布で、得られる。
【００１７】
この微細組織因子は、バーミキュラ黒鉛を主とした（＞７０％）３０％までの球状黒鉛が存在する状態で、最小値０．９４を推測しなければならない。
【００１８】
それであれば、この１組の特性で、構成部品の重量を低減してエンジン出力を増大するために、新しいエンジンブロック及びヘッドを設計することが可能である。
【００１９】
図３は、本発明の目的であるバーミキュラ鋳鉄の引張試験の１組の結果を示す。このバーミキュラ鉄が、Ｖ６エンジンブロックの支持軸受からの事例の、部品から得たサンプルにおいて、強度限度５００ＭＰａ超及び降伏応力３５０ＭＰａ超を示すことが実証される。このサンプルは、ステアケース法により、Ｒ＝−１での引張−圧縮試験において、疲労限度値１９３ＭＰａを付与した。
【００２０】
したがって、本発明の、高い機械的強度、特に高い疲労強度を有するバーミキュラ鉄は、高レベルの機械的応力を含む、高出力密度のエンジンに好適な、高性能エンジンブロック及びヘッドの開発を可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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