(57)【要約】【課題】高い耐摩耗性および鋳造性を両立させた鋳鉄を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：３．０〜３．８％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｃｒ：０を超えて０．６％以下、Ｍｏ：０．０３〜０．４％、Ｃｕ：０．６〜１．６％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋳鉄。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：３．０〜３．８％、
Ｓｉ：１．０〜３．０％、
Ｍｎ：０．６〜１．０％、
Ｃｒ：０を超えて０．６％以下、
Ｃｕ：０．６〜１．６％、
Ｍｏ：０．０１〜０．４％、および／または、Ｗ：０．０２〜０．８％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物、
からなることを特徴とする鋳鉄。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ  ：３．３〜３．５％、
Ｓｉ：１．７〜２．３％、
Ｍｎ：０．７〜０．８％、
Ｃｒ：０．２〜０．４％、
Ｃｕ：０．９〜１．１％、
Ｍｏ：０．１〜０．２％、および／または、Ｗ：０．２〜０．４％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物、
からなることを特徴とする鋳鉄。
【請求項３】
下記式（１）で表されるΣ値が、２．４５以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の鋳鉄。
Σ値＝［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］＋［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］＋［Ｗ］・・・（１）
（式中、［  ］は括弧内の元素の含有率（質量％）を表す）
【請求項４】
下記式（２）で表される炭素当量が、３．８〜４．１５であ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鋳鉄。
炭素当量＝［Ｃ］＋０．３１［Ｓｉ］−０．０２７［Ｍｎ］＋０．３３［Ｐ］＋０．４［Ｓ］−０．０６３［Ｃｒ］＋０．０７４［Ｃｕ］−０．０１５［Ｍｏ］−０．０２０［Ｗ］・・・（２）
（式中、［  ］は括弧内の元素の含有率（質量％）を表す）
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳鉄を含むことを特徴とする、シリンダーブロック。
【請求項６】
質量％で、
Ｃ  ：３．０〜３．８％、
Ｓｉ：１．０〜３．０％、
Ｍｎ：０．６〜１．０％、
Ｃｒ：０を超えて０．６％以下、
Ｃｕ：０．６〜１．６％、
Ｍｏ：０．０１〜０．４％、および／または、Ｗ：０．０２〜０．８％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物、
からなる組成を有する溶湯を調製し、重力鋳造法または遠心鋳造法によって上記溶湯を鋳型内に鋳込むことを特徴とする、鋳鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い耐摩耗性および鋳造性を両立させた鋳鉄およびその製造方法に関する。本発明はまた、上記鋳鉄を含むシリンダーブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を構成する部材の一つであるシリンダーブロックには、燃料の爆発によりシリンダーを摺動させる機構が含まれており、当該機構を構成する材料には、耐摩耗性が要求される。上記材料の耐摩耗性が低い場合、ピストンの焼付き、気密性の低下などが発生するおそれがあるためである。さらに、内燃機関の出力をより高くするためには、上記材料の耐摩耗性をより高くする必要がある。
【０００３】
このため、高い耐摩耗性を有する材料である鋳鉄が、シリンダーブロックに広く用いられている。そして、より高い耐摩耗性、および耐摩耗性の以外の有利な物性を有する鋳鉄が開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、Ｃ：３．２〜３．６重量％、Ｓｉ：１．７〜２．４重量％、Ｍｎ：０．４５〜０．９重量％、Ｐ：０．２重量％以下、Ｓ：０．２重量％以下、Ｃｒ：０．２〜０．５重量％、Ｃｕ：０．３〜０．５重量％、Ｍｏ：０．２〜０．４重量％を含有し、ＣＥ値が３．８〜３．９５である鋳鉄を開示している。
【０００５】
特許文献２は、Ｃ：２．９〜３．６質量％、Ｓｉ：２．０〜２．５質量％、Ｍｎ：０．５〜１．０質量％、Ｐ：０．０３〜０．３質量％、Ｓ：０．０１〜０．１３質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．６質量％、Ｃｒ：０．０３〜０．３質量％、Ｓｎ０．００１〜０．３質量％および／またはＳｂ：０．００１〜０．２質量％であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる、Ａ型黒鉛を含む鋳鉄を開示している。
【０００６】
特許文献３は、重量で、Ｃ：３．２〜３．４９％、Ｓｉ：１．８〜２．２％、Ｓ：０．１５％未満、Ｐ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：０．２〜０．４％、Ｍｏ：０．１〜０．４％、Ｖ：０．０３〜０．３％、Ｃｕ：０．３〜１．０％、Ｎｂ：０．１５％未満、その他：鉄および不純物、を含む実質的にパーライトのねずみ鋳鉄合金を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２５３３７５号公報（２００３年９月１０日公開）
【特許文献２】特開２００８−１０６３５７号公報（２００８年５月８日公開）
【特許文献３】特表２００５−５２５４６８号公報（２００５年８月２５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のような従来技術は、耐摩耗性と鋳造性とを両立させるという観点からは、改善の余地を残していた。
【０００９】
本発明の一態様は、高い耐摩耗性および鋳造性を両立させた鋳鉄を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、通常よりもＣｕの含有率を高くすることにより、上記の課題を解決しうることを見出した。本発明者らは、上記知見に基づき、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の発明を包含する。
【００１１】
＜１＞  質量％で、Ｃ：３．０〜３．８％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｃｒ：０を超えて０．６％以下、Ｃｕ：０．６〜１．６％、Ｍｏ：０．０１〜０．４％および／またはＷ：０．０２〜０．８％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物、からなることを特徴とする鋳鉄。
【００１２】
＜２＞質量％で、Ｃ：３．３〜３．５％、Ｓｉ：１．７〜２．３％、Ｍｎ：０．７〜０．８％、Ｃｒ：０．２〜０．４％、Ｃｕ：０．９〜１．１％、Ｍｏ：０．１〜０．２％および／またはＷ：０．２〜０．４％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物、からなることを特徴とする鋳鉄。
【００１３】
＜３＞下記式（１）で表されるΣ値が、２．４５以下であることを特徴とする、＜１＞または＜２＞に記載の鋳鉄。
Σ値＝［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］＋［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］＋［Ｗ］・・・（１）
（式中、［  ］は括弧内の元素の含有率（質量％）を表す）。
【００１４】
＜４＞下記式（２）で表される炭素当量が、３．８〜４．１５であることを特徴とする、＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の鋳鉄。
炭素当量＝［Ｃ］＋０．３１［Ｓｉ］−０．０２７［Ｍｎ］＋０．３３［Ｐ］＋０．４［Ｓ］−０．０６３［Ｃｒ］＋０．０７４［Ｃｕ］−０．０１５［Ｍｏ］−０．０２０［Ｗ］・・・（２）
（式中、［  ］は括弧内の元素の含有率（質量％）を表す）。
【００１５】
＜５＞＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の鋳鉄を含むことを特徴とする、シリンダーブロック。
【００１６】
＜６＞質量％で、Ｃ：３．０〜３．８％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｃｒ：０を超えて０．６％以下、Ｃｕ：０．６〜１．６％、Ｍｏ：０．０１〜０．４％および／またはＷ：０．０２〜０．８％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物、からなる組成を有する溶湯を調製し、重力鋳造法または遠心鋳造法によって上記溶湯を鋳型内に鋳込むことを特徴とする、鋳鉄の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、耐摩耗性および鋳造性を両立させた鋳鉄が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、実施例１において行われた、湯流れ試験の方法を表す概略図である。鋳鉄製の試験片１〜３の一端に、溶湯が流れる湯道が備えられている。（ｂ）は、実施例２において行われた、摩耗試験の方法を表す概略図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、実施例において作製された試験片の、湯流れ性試験の結果である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施例において作製された試験片の組織を観察した、金属顕微鏡像である。
【図４】発明材およびＦＣ材に対して行われた、耐摩耗性試験の結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態の一例について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味し、単に「％」と表記されている場合は、質量％を意味する。
【００２０】
〔１．鋳鉄の物性〕
以下に、本発明の一実施形態に係る鋳鉄の特徴である物性、すなわち耐摩耗性および鋳造性について説明する。
【００２１】
［１−１．耐摩耗性］
本発明の一実施形態に係る鋳鉄の耐摩耗性は、例えば、実施例２における方法により評価できる。従来の材料よりも高い耐摩耗性を得るためには、上記方法で評価した際の上記鋳鉄の摩耗量は、０．８０μｍ以下が好ましい。
【００２２】
材料の耐摩耗性を評価するより簡便な方法として、当該材料のブリネル硬さ、引張強さ、弾性率を評価する方法がある。
【００２３】
本明細書において、材料のブリネル硬さは、例えば、直径１０ｍｍの超硬合金球を２９，４００Ｎの荷重にて上記材料に押し込み、その際に発生する窪みの表面積で上記荷重を除する方法により測定できる。上記方法により測定した場合、上述した程度の高い耐摩耗性が期待できるという観点からは、本発明の一実施形態に係る鋳鉄のブリネル硬さは、２０５ＨＢ以上が好ましく、２２０ＨＢ以上がより好ましい。一方、上記鋳鉄の加工性を低下させないという観点からは、上記鋳鉄のブリネル硬さは、２５５ＨＢ以下が好ましく、２５０ＨＢ以下がより好ましい。
【００２４】
本明細書において、材料の引張強さは、例えば、金属材料引張試験によって測定できる。上記方法によって測定した場合、本発明の一実施形態に係る鋳鉄を加工した製品の強度を確保するという観点からは、上記鋳鉄の引張強さは、２４０ＭＰａ以上が好ましい。
【００２５】
本明細書において、材料の弾性率は、例えば、金属材料引張試験によって測定できる。上記方法によって測定した場合、本発明の一実施形態に係る鋳鉄を加工した製品の剛性を確保するという観点からは、本発明の一実施形態に係る鋳鉄の弾性率は、８０ＧＰａ以上が好ましい。
【００２６】
［１−２．鋳造性］
鋳造性の指標としては、例えば、湯流れ性を採用することができる。本明細書において「湯流れ性」とは、溶湯の流動性を意図する。湯流れ性は、例えば、実施例１において行われている方法（図１参照）により評価することができる。上記方法によれば、鋳鉄製の試験片１〜３に発生する湯回り不良部が小さいこと、特に試験片３に発生する湯回り不良部が小さいことが、湯流れ性が高いことを意味する。
【００２７】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄は、以下に詳述する特定の組成を有することにより、上述した耐摩耗性および鋳造性を、共に好適な値とすることができる。このような物性を有する鋳鉄は、摺動による摩耗に耐えることができ、複雑な形状に鋳造することができることから、例えばシリンダーブロックの材料として好適である。
【００２８】
〔２．鋳鉄〕
［２−１．鋳鉄の合金成分］
以下、本発明の一実施形態に係る鋳鉄の組成を、元素ごとに詳述する。
【００２９】
（炭素）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有する炭素は、３．８質量％以下が好ましく、３．５質量％以下がより好ましい。炭素含有率が３．８質量％を超える場合、黒鉛の晶出量の過剰、および晶出した黒鉛の成長の過剰が発生し、上記鋳鉄の強度が低下する。
【００３０】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有する炭素は、３．０質量％以上が好ましく、３．１質量％以上がより好ましく、３．３質量％以上がさらに好ましい。炭素含有率が３．０質量％未満の場合、黒鉛の晶出量の減少の過剰、および晶出した黒鉛の微細化の過剰が発生し、上記鋳鉄の鋳造性が低下する。
【００３１】
（ケイ素）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するケイ素は、３．０質量％以下が好ましく、２．３質量％以下がより好ましい。ケイ素含有率が３．０質量％を超える場合、黒鉛の晶出量の過剰、および晶出した黒鉛の成長の過剰が発生し、上記鋳鉄の強度が低下する。
【００３２】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するケイ素は、１．０質量％以上が好ましく、１．５質量％以上がより好ましく、１．７質量％以上がさらに好ましい。ケイ素含有率が１．０質量％未満の場合、黒鉛の晶出量の減少の過剰、および晶出した黒鉛の微細化の過剰が発生し、上記鋳鉄の鋳造性が低下する。
【００３３】
（マンガン）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するマンガンは、１．０質量％以下が好ましく、０．８質量％以下がより好ましい。マンガン含有率が１．０質量％を超える場合、基地組織のパーライトが過剰に緻密化し、鋳造品の肉厚が５ｍｍ以下であるときに、上記基地組織がマルテンサイトまたはベーナイトに変態する場合がある。マルテンサイトおよびベーナイトは、共に硬質の組織であるため、上記鋳鉄の加工性が低下する。
【００３４】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するマンガンは、０．６質量％以上が好ましく、０．７質量％以上がより好ましい。マンガン含有率が０．６質量％未満の場合、上記鋳鉄の基地組織のパーライトが粗大化し、硬さが低下する。
【００３５】
（クロム）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するクロムは、０．６質量％以下が好ましく、０．４質量％以下がより好ましい。クロム含有率が０．６質量％を超える場合、クロムと炭素との間に炭化物が形成され、上記鋳鉄の加工性が低下する。
【００３６】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するクロムは、０質量％を超えることが好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、０．２質量％以上がさらに好ましい。クロムが含有されない場合、上記鋳鉄の基地組織の硬さが低下する。
【００３７】
（銅）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有する銅は、１．６質量％以下が好ましく、１．１質量％以下がより好ましい。銅含有率が１．６質量％を超える場合、銅とモリブデンとの合計の含有率が高くなり、上記鋳鉄の基地組織がマルテンサイトまたはベーナイトに変態するため、上記鋳鉄の加工性が低下する。
【００３８】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有する銅は、０．６質量％以上が好ましく、０．７質量％以上がより好ましく、０．９質量％以上がさらに好ましい。銅含有率が０．６質量％未満の場合、上記鋳鉄の鋳造性が低下し、基地組織のパーライトが粗大化し、さらに硬さが低下する。
【００３９】
（モリブデン）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するモリブデンは、０．４質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．２質量％以下がさらに好ましい。モリブデン含有率が０．４質量％を超える場合、基地組織の硬さが過剰となり、かつ、モリブデンと炭素との間に炭化物が形成される。その結果、上記鋳鉄の加工性が低下する。また、銅とモリブデンとの合計の含有率が高くなると、基地組織がマルテンサイトまたはベーナイトに変態するため、この場合も上記鋳鉄の加工性が低下する。
【００４０】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するモリブデンは、０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましい。モリブデン含有率が０．０１質量％未満の場合、上記鋳鉄の基地組織の硬さが低下し、高温におけるパーライトが不安定になる。
【００４１】
（タングステン）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するタングステンは、０．８質量％以下が好ましく、０．７質量％以下がより好ましく、０．４質量％以下がさらに好ましい。タングステン含有率が０．８質量％を超える場合、基地組織の硬さが過剰となり、かつ、タングステンと炭素との間に炭化物が形成される。その結果、上記鋳鉄の加工性が低下する。また、銅とタングステンとの合計の含有率が高くなると、基地組織がマルテンサイトまたはベーナイトに変態するため、この場合も上記鋳鉄の加工性が低下する。
【００４２】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するタングステンは、０．０２質量％以上が好ましく、０．２質量％以上がより好ましい。タングステン含有率が０．０２質量％未満の場合、上記鋳鉄の基地組織の硬さが低下し、高温におけるパーライトが不安定になる。
【００４３】
（モリブデンとタングステンとの関係）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄において、モリブデンとタングステンとは、共に上記鋳鉄を硬くするという同様の効果をもたらす。したがって、モリブデンとタングステンとは相互に置き換え可能な成分である。上記鋳鉄は、モリブデンを含有してタングステンを含有しなくてもよく、モリブデンを含有しないでタングステンを含有してもよく、モリブデンおよびタングステンを含有してもよい。
【００４４】
タングステンを含有させることによって、モリブデンを含有させることと同等の効果を得るためには、タングステンの含有率をモリブデンの含有率の２倍（［Ｍｏ］＝２［Ｗ］）とすればよい。この関係は、モリブデンとタングステンとの原子量の違いなどに起因すると考えられる。
【００４５】
［２−２．不可避的不純物］
本発明の一実施形態に係る鋳鉄は、不可避的不純物を含有している。上記不可避的不純物には、以下に説明する元素が含まれうる。ここで、不可避的不純物とは、鋳鉄の原料、鋳鉄を製造する設備などに由来する成分であって、意図的に添加されたものではなく、鋳鉄に不可避的に混入している構成成分を意味する。
【００４６】
（リン）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するリンは、０．０８質量％以下が好ましく、０．０５質量％以下がより好ましい。リンの含有率を０．０８質量％以下とすることにより、上記鋳鉄の強度を好適な範囲に保つことができる。
【００４７】
（硫黄）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有する硫黄は、０．２質量％以下が好ましく、０．１５質量％以下がより好ましい。硫黄の含有率を０．２質量％以下とすることにより、鋳造凝固過程における上記鋳鉄の高温割れを防ぐことができる。
【００４８】
（ニッケル）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するニッケルは、０．０５質量％以下が好ましく、０．０２質量％以下がより好ましい。
【００４９】
（アルミニウム）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するアルミニウムは、０．０５質量％以下が好ましく、０．０１質量％以下がより好ましい。アルミニウムの含有率を０．０５質量％以下とすることにより、鋳造欠陥であるピンホールの形成を抑制できる。
【００５０】
（チタン）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するチタンは、０．０５質量％以下が好ましく、０．０１質量％以下がより好ましい。チタンの含有率を０．０５質量％以下とすることにより、チタン炭化物の発生による加工性の低下を抑制できる。
【００５１】
（バナジウム）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄が含有するバナジウムは、０．０１質量％以下が好ましく、０．００５質量％以下がより好ましい。バナジウムの含有率を０．０１質量％以下とすることにより、バナジウム炭化物の発生による加工性の低下を抑制できる。
【００５２】
［２−３．成分間のパラメーター］
（Σ値）
本発明の一実施形態に係る鋳鉄は、下記式（１）で表されるΣ値が、２．４５以下であることが好ましい。Σ値が２．４５以下であることにより、上記鋳鉄の基地組織がマルテンサイトまたはベーナイトに変態することによる、上記鋳鉄の過剰な硬化を防ぐことができる。すなわち、Σ値が２．４５以下であることにより、上記鋳鉄の加工性が好適な範囲となる。
Σ値＝［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］＋［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］＋［Ｗ］・・・（１）
（式中、［  ］は括弧内の元素の含有率（質量％）を表す）。
【００５３】
（炭素当量（ＣＥ値））
本発明の一実施形態に係る鋳鉄は、下記式（２）で表される炭素当量が、４．１５以下であることが好ましく、４．１以下であることがより好ましい。また、本発明の一実施形態に係る鋳鉄は、下記式（２）で表される炭素当量が、３．８以上であることが好ましく、３．９以上であることがより好ましい。炭素当量が上述の範囲にあることにより、上記鋳鉄の耐摩耗性と流動性とを両立させることが可能となる。
炭素当量＝［Ｃ］＋０．３１［Ｓｉ］−０．０２７［Ｍｎ］＋０．３３［Ｐ］＋０．４［Ｓ］−０．０６３［Ｃｒ］＋０．０７４［Ｃｕ］−０．０１５［Ｍｏ］−０．０２０［Ｗ］・・・（２）
（式中、［  ］は括弧内の元素の含有率（質量％）を表す）。
【００５４】
［２−４．鋳鉄の組織］
本発明の一実施形態に係る鋳鉄の基地組織は、特に限定されない。上記鋳鉄をシリンダーブロックに加工する場合には、パーライトが主要な基地組織であることが好ましい。しかし、例えば、より硬度を必要とする部材（例えば、軸受など）に加工する場合には、上記鋳鉄を熱処理して、基地組織をマルテンサイトおよび／またはベーナイトに変態させても構わない。また、上記熱処理は、上記鋳鉄の一部にのみ施されていてもよい。
【００５５】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄の組織における黒鉛の形状は、特に限定されない。上記鋳鉄をシリンダーブロックに加工する場合には、上記黒鉛の形状がＡ型黒鉛であることが好ましい。
【００５６】
〔３．鋳造方法〕
本発明の一実施形態に係る鋳鉄の鋳造方法は、特に限定されない。以下に、上記鋳鉄の鋳造方法の一例を例示する。
【００５７】
まず、本発明の一実施形態に係る鋳鉄と同じ組成（すなわち、Ｃ：３．０〜３．８質量％、Ｓｉ：１．０〜３．０質量％、Ｍｎ：０．６〜１．０質量％、Ｃｒ：０を超えて０．６質量％以下、Ｍｏ：０．０１〜０．４質量％、Ｃｕ：０．６〜１．６質量％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物）の溶湯を調製する。上記溶湯の調製方法および各種成分の溶湯中への添加順序は特に限定されず、公知の手法を用いることができる。なお、上記溶湯の組成は、溶湯を調製する際の添加原料の割合から算出される。
【００５８】
次に、調製された溶湯を鋳型へと鋳込む。この際、重力鋳造法または遠心鋳造法のいずれの方法を採用してもよい。鋳造によりシリンダーブロックを製造する場合には、重力鋳造法を採用することが好ましい。鋳造を終えた部品は、鋳型から取り出したままで用いてもよいし、上記部品の一部または全部を熱処理して用いてもよい。
【００５９】
〔４．鋳鉄の用途〕
本発明の一実施形態に係る鋳鉄の用途は、特に限定されない。上記鋳鉄が、鋳造性と高い耐摩耗性とを両立させている点を考慮すると、上記鋳鉄をシリンダーブロックに用いることが好ましい。特に、上記鋳鉄を、シリンダーブロックの中でも高い燃焼圧に曝される部材、すなわちシリンダーヘッドなどに用いることが、より好ましい。
【００６０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００６１】
〔実施例１〕
組成を変化させた鋳鉄片を作製し、諸物性を調査した。
【００６２】
表１に記載の成分組成である溶湯を調製し、重力鋳造法により、発明材１〜１０、比較材１〜５、およびＦＣ材からなる試験片（全て縦４ｃｍ×横２０ｃｍ×厚さ５ｍｍ）を鋳造した。鋳型としてはフラン鋳型を用いた。なお、それぞれの材の成分組成は、鋳造後の上記材を発光分光分析により分析することによって測定された値である。
【００６３】
表中、耐摩耗性および鋳造性が一般的な水準にある片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ）を、ＦＣ材として示した。発明材１〜１０は、共通して、ＦＣ材よりもＣｕ含有率が高いという特徴を有している。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
［１−１．ブリネル硬さの測定］
作製した試験片のブリネル硬さを、以下の条件にて測定した。測定結果は表１に示した。
・使用球：超硬合金級
・球直径：１０ｍｍ
・荷重：２９，４００Ｎ
［１−２．引張強さの測定］
作製した試験片の引張強さを、油圧式万能試験機（島津製作所製）によって測定した。測定は２回行い、２回の測定値の相加平均を引張強さとした。測定結果は表１に示した。
【００６６】
［１−３．弾性率の測定］
作製した試験片の弾性率を、油圧式万能試験機（島津製作所製）によって測定した。測定は２回行い、２回の測定値の相加平均を弾性率とした。測定結果は表１に示した。
【００６７】
（耐摩耗性に関わる物性値の測定結果）
発明材１〜５は、質量％で、Ｃ：３．３〜３．５％、Ｓｉ：１．７〜２．３％、Ｍｎ：０．７〜０．８％、Ｃｒ：０．２〜０．４％、Ｃｕ：０．９〜１．１％、Ｍｏ：０．１〜０．２％および／またはＷ：０．２〜０．４％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋳鉄である。すなわち、本発明の一態様に係る目的を達するために、特に好適である組成を有している。
【００６８】
発明材６〜１０は、Ｃ：３．０〜３．８％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｃｒ：０を超えて０．６％以下、Ｃｕ：０．６〜１．６％、Ｍｏ：０．０１〜０．４％および／またはＷ：０．０２〜０．８％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋳鉄である。すなわち、本発明の一態様に係る目的を達するために、好適である組成を有している。
【００６９】
表１に示されている発明材１〜１０の物性を概観すると、以下の通りである。全ての発明材において、ブリネル硬さは、特に好ましい範囲である２２０〜２５０ＨＢに収まった。全ての発明材において、引張強さは、好ましい範囲である２４０ＭＰａ以上となった。全ての発明材において、弾性率は、好ましい範囲である８０ＧＰａ以上となった。
【００７０】
一方、比較材１〜５は、上記範囲から外れた組成をしている。具体的には、以下の点において発明材とは異なっており、結果として物性上の欠点が生じた。
【００７１】
比較材１は、モリブデン含有率が過剰なため、ブリネル硬さが大きくなりすぎ、加工性が低い。
【００７２】
比較材２は、モリブデン含有率が高いが炭素当量が大きすぎるため、引張強さと弾性率が低い値となっている。
【００７３】
比較材３は、Σ値が大きく基地組織が変態しており、ブリネル硬さが大きくなりすぎている。
【００７４】
比較材４は、炭素含有率が低く炭素当量が小さすぎるため、黒鉛晶出量が不足しており、ブリネル硬さが大きくなりすぎている。
【００７５】
比較材５は、モリブデンを含有しておらず、引張強さが好ましい範囲を外れている。
【００７６】
［１−４．湯流れ性］
発明材１、３および１０、比較材５、並びにＦＣ材の湯流れ性を測定した。以下、図１に基づいて測定方法を説明する。
【００７７】
３枚の試験片１〜３を、３ｃｍ間隔で並べ、試験片１〜３の一端に溶湯を流せる溝を設けた。試験片１〜３は、１−１〜１−３と同様の手法により作製され、大きさは縦４ｃｍ×横２０ｃｍ×厚み５ｍｍであった。次に、上記溝に１４００℃の溶湯を注湯した。
【００７８】
（結果）
上記試験の結果を、図２に示した。発明材１および３に発生した湯回り不良部は、ＦＣ材に発生した湯回り不良部と、ほぼ同程度の大きさであった（図２の（ａ）、（ｂ））。このため、発明材１、３および１０は、ＦＣ材と同等の湯流れ性を有しており、したがってＦＣ材と同等の鋳造性を有していると言える。発明材１０に発生した湯回り不良部は、ＦＣ材に発生した湯回り不良部よりも、やや大きかった（図２の（ｃ））。このため、発明材１０は、ＦＣ材よりはやや劣る湯流れ性を有しており、したがってＦＣ材よりはやや劣る鋳造性を有していると言える。
【００７９】
一方、比較材５に発生した湯回り不良部は、ＦＣ材に発生した湯回り不良部よりも、遥かに大きかった（図２の（ｄ））。このため、比較材５は、ＦＣ材より明らかに劣る湯流れ性を有しており、したがってＦＣ材より明らかに劣る鋳造性を有していると言える。
【００８０】
［１−５．組織構造］
発明材１および３、並びに比較材３の基地組織を、金属顕微鏡にて観察した。
【００８１】
（結果）
発明材１および３がパーライト基地を有しているのに対し、比較材３はΣ値が高い（特に、Ｍｏ含有率が過剰である）ため、基地組織がベーナイトに変態している（図３の（ｃ））。このため、材料としての硬度が過剰となり、加工性が低下してしまう。
【００８２】
〔実施例２〕
発明材１とＦＣ材を用いて、摩耗試験を行った。
【００８３】
まず、発明材１とＦＣ材とを、実施例１と同様の手法により鋳造して板状に加工した（シリンダーブロック材４）。さらに、相手材として、実際に使用されるピストンリング材から切り出した金属片（相手材５）を使用し、下記表２の条件により摩耗試験を課した。試験の概略図を図１の（ｂ）に示す。
【００８４】
【表２】
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【００８５】
試験結果を図４に示した。発明材１の摩耗量は、ＦＣ材の摩耗量と比較して２０％以上減少している。すなわち、発明材１の耐摩耗性は、ＦＣ材を大きく上回るものであった。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の一実施形態に係る鋳鉄は、摺動による摩耗に十分に耐えることができ、複雑な形状に鋳造することができることから、例えばシリンダーブロックの材料として好適である。
【符号の説明】
【００８７】
１  試験片
２  試験片
３  試験片
４  シリンダーブロック材
５  相手材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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