(57)【要約】  本発明は、遠心鋳造方法に関し、特に、複合鋳造における、少なくとも二つの異なる鉄合金よりなるシリンダブッシュ等の回転対称な鋳物に関する。前記方法は、鋳物（１８）の少なくとも一のアウターケーシング（１６）を製造するために、溶湯状の第一合金（１０）を回転する鋳型（１４）に注入し；このようにして製造された鋳物を、第一合金又はそこで使用されている合金が硬化するまで冷却し、少なくとも一の溶湯状の他の合金（１２）を、鋳型（１４）の回転を維持したまま、内面に注入するステップを含む。少なくとも一つの他の合金（１２）が、第一又は先に注入された合金（１６）からの冷却された物質の特定箇所を溶融し、凝固中に、他の材料特性を有する鋳鉄を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下により特徴づけられる遠心鋳造方法、とりわけ、複合鋳造における少なくとも２種の鉄合金から造られたシリンダライナーのような、回転対称な鋳物の遠心鋳造方法
−鋳物（１８）の少なくとも一つのアウターケーシング（１６）を形成するために、溶湯状の第一合金（１０）を、回転する鋳型（ingot mould）（１４）に注入し、
−凝固が開始するまで、第一又は既に注入された一つ又は複数の鋳物である前記形成された鋳物が冷却され、
−少なくとも一つの溶湯状の追加的な合金（１２）を、内部表面の一部上に流し込み、その間、鋳型（１４）の回転を維持し、
−境界領域において、前記少なくとも一つの追加的な合金（１２）が、第一又は既に注入された合金（１６）の冷却された材料と共に合金にされ、凝固により、他の材料特性を有する鋳鉄が形成される。
【請求項２】
異なる化学的組成を有する２種の鋳鉄合金が用いられ、凝固の後に、第二鋳鉄合金（１２）がより高い耐磨耗性を有することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
局部的に硬質である回転対称な部品（workpiece）、とりわけ、少なくとも２種の合金（１０、１２）より造られたシリンダライナーの製造のために、鋳物の一部に追加的な鋳鉄合金（１２）が供給され、第一又は先の鋳鉄合金のケーシング（１６）の特定箇所の、厚みの一部を再溶融させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
シリンダライナーの製造のために、シリンダライナー内の頂部ピストンリング（top piston ring）の上方の反転部位（upper reversal point）の箇所に、第二鋳鉄合金（１２）が供給され、同時に、前記第一鋳鉄合金（１０）が所望の層厚に変わるまで、既に存在する冷却された第一鋳鉄合金の一部を再溶融させることを特徴とする、請求項３の方法。
【請求項５】
以下により特徴づけられる、シリンダライナー製造のための、請求項４の方法、
−溶融した部分から取り除かれた第一合金（１０）と、
−注入された第二合金（１２）との、
混合材料（２２）が、第二合金（１２）の注入箇所及び溶融箇所から離れた、第一合金（１０）のケーシング（１６）内の内部に沈着し、その鋳造箇所は、シリンダライナー（１８）のドリルアウトの際に、除去される。
【請求項６】
鋳型（１４）内に溶湯状の第二材料を鋳造する機器（２０）を通じて、第二合金（１２）の溶湯流（stream of molten）（２４）が、第一合金（１０）のケーシング（１６）内に既に存在する先の鋳物上に、実質的に、半径方向外向きに注入されることを特徴とする、前記請求項の何れか一に記載の方法を実行するための装置。
【請求項７】
ドリルアウトの後、第二合金（１２）が第一合金（１０）と置き換わった箇所（２６）の境界において、二つの合金（１０、１２）の置換の進行経路（２８）が、シリンダライナー内部に対して緩やかな角度をなして完了すること特徴とする、請求項１から５の一の方法により製造されるシリンダライナー。
【請求項８】
内面の一部の材料が、層板状黒鉛を有し、より高い硬質面比率を有する鋳鉄であることを特徴とする請求項７のシリンダライナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に、少なくとも２種の鋳鉄合金（cast iron alloys）より造られた、シリンダライナー等の回転対称な鋳物の遠心鋳造方法に関し、とりわけ、磨耗しやすい箇所での合金の耐摩耗性が向上し、部分的な磨耗を防ぐことができる、シリンダライナーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダライナーは通常、大きなエンジンに使用され、相当な磨耗にさらされており、船舶用エンジン及び定置機関において、特に粗末な潤滑剤及び燃料濃度の場合には、磨耗が頻繁におこる。特に、第一ピストンリングの上方の反転部位（upper reversal point）の箇所においては、ライナーの内面に相当の圧力が掛かり、ここで一番の磨耗現象が起こる。
【０００３】
シリンダライナーに、より耐摩耗性のある鋳鉄合金を選択することによって磨耗を防止することは自明であり、それは通常遠心鋳造により製造される。しかしながら、より耐磨耗性のある合金を使用した場合、柔軟性が減少するという不利益点が生じ、その結果、シリンダライナーに亀裂が入る傾向が強くなる。
【０００４】
これは、ほとんど致命的な欠点であり、このような合金は極めて加工が困難である。切断による合金の加工において、遠心鋳造によって製造された鋳物は、ブランクの50%以下が取り除かれる必要があり、シリンダライナーの製造において必須の費用基準となる。
【０００５】
わずかに円錐状であるライナーが、円筒型の鋳型である一固体より取り除かれなければならないので、非常に多くの材料が外部及び内部で取り除かれる必要がある。これは、他の方法では、全ての外部形状、特にアンダーカット（undercuts）を製造することができないからである。
【０００６】
対応する箇所を硬化させることにより、表面処理を行うことも可能である。しかしながら、費用がかさみ、薄い耐磨耗性コーティングとなるだけである。
【０００７】
例えば、ドイツ出願公開第A1-3327490号では、遠心鋳造において、連続的に加えられた異なる合金による加工がすでに開示されている（特許文献１）。しかしながら、合金の混合の問題及び不要な材料特性である5〜50mmの分厚い中間層の形成に関し、詳細には記載されていない。加えて、内層の合金構成材料が外層に拡散し、内層には孔が形成されてしまうといった問題が生じる。この問題は、中間層において、特定の合金、特にスズ、チタニウム、アルミニウム、及びジルコニウムを付加的に加えることによって解決される。しかしながら、これでは非常に費用がかさみ、複雑であり、不完全にしか問題を解決していない。なぜなら、合金において、残留した鋳造物の材料特性が全長にわたって現れており、それ故に、内側の穴全体は加工が困難となり、広範囲にわたって不要な含有物が存在するリスクがあるからである。
【０００８】
すでに冷却された一部の鋳造物上に鉄を鋳造する際に起こる技術的課題は、ドイツ出願公開第A1-3441569号にも述べられており、ここでは、不活性ガス環境下で、延性のある内部材料により、さらに耐久性のあるアウターケーシングが「完全に鋳造」される（特許文献２）。
【特許文献１】ドイツ出願公開第A1-3327490号
【特許文献２】ドイツ出願公開第A1-3441569号
【発明の開示】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、安価で局所的に耐摩耗性を増加させる方法を開発することである。
【００１０】
本発明によれば、この課題は、主要請求項の特徴を有する方法により解決される。有利な実施形態は副請求項に挙げられている。耐摩耗性を増加させた合金が、遠心鋳造により、シリンダライナーに予め定められた一箇所に導入され、よって、残りの箇所、特に残りの内部が容易に加工でき、シリンダライナーが継続的に所望の力学特性を有することとなる。前記所望の箇所は、ライナーの長さのおおよそ5%〜40%超と様々である。しかしながら、更なる耐摩耗性には、10%より短くても一般的には十分である。
【００１１】
特に、材料は一部鋳造によって、頂部ピストンリング（top piston ring）上方の反転部位（upper reversal point）周辺の上部の強い負担のかかる箇所、好ましくは水平軸によって取り付けられた鋳型の回転中に、鋳型において既に冷却している鋳物にのみ加えられる。これは後から供給されるものであるので、これは軸方向、特に前記の供給箇所に分散され、また、遠心力により、内部全体に分散される。
【００１２】
冷却がされていないために、より高温である第二合金の鉄は、特に第一の部分的な鋳造により製造されたアウターケーシングの内部に影響を及ぼす箇所で、そこから取り除かれたものよりも多くの材料を溶融する。この効果は、点状に、好ましくは半径方向外向きに注入された第二合金組成の材料を利用したものである。より薄い内層が製造された場合、第二鋳物の温度及び／又は材料の量を増加し、又は、第一鋳造の材料の冷却をより高い温度で終了することが可能である。
【００１３】
第一合金の置換及び（ライナー内部上の）第一合金の表面における「流動」によって、第二合金はその下層の第一合金と混合され、所望の厚みが得られていない箇所では、混合合金として加工（ドリルアウト）の際に取り除くことが出来る。より複雑な鋳造が望まれる場合は、２種の合金に代えて、３種以上の合金を連続的に注入することが可能である。
【００１４】
特に好適な異なる方法では、高度に目標設定された方法で、すなわち鋳物に対し縦に伸びる方向又は内面に対し急な交角で、より耐摩耗性のある合金が、第一合金組成のすで凝固した材料に浸透し、従って、エンジンが稼動している際に、薄い層が高い機械的負荷に接すること、ピストンリグの動作が材料の限界を超えることを防ぐことができる。
【００１５】
内部の合金は、何れかの炭化鉄材料（iron-carbon material）であることが好ましく、従って加工面がその後に製造され、一方で外側は、異なる組成を有する鋳鉄を含み、請求という意味においては、鋳鉄は何れかの炭化鉄合金（iron-carbon alloy）、とりわけスチールである。
【００１６】
有利には、第二合金が、第一合金の後に加えられ、外側の合金は凝固しはじめ、従って、添加された溶湯状の第二合金が、第一合金の一部に溶融し、そこに位置する材料は、遠心鋳造中の高速な回転により、次の溶湯状の鋳造物に置き換えられる。強い遠心力及び高温のために、第二合金の添加は、含有物がなく、第一合金組成と密に合金にすることができる。
【００１７】
第二合金の例としては、硬質面を形成し、それによって、耐摩耗性を増加させるものがあり、モリブデン及び／又はリン及び／又はホウ素及び／又は比率を増加させたバナジウム及び／又はクロムの添加を特徴とする合金などである。
【００１８】
この方法で製造されたシリンダライナーは、内部及び外部が従来の方法でドリルアウトされた後に、適切な大きさにされ、その後、アニーリング及びホーニング仕上げが行われる。ホーニング仕上げにより製造された表層構造は長期にわたって持続するので、この増加した耐摩耗性は有利である。
【００１９】
本発明の更なる有利点及び特徴は、好適な実施形態及び添付の図面に関連して以下に詳細に述べられる。ここで：
【００２０】
図１  鋳型への第一合金の注入を図示したものである。
図２  鋳型への第二合金の注入である。
図３  突出箇所を取り除いた後の、エンジンにおいて使用される完成したシリンダライナーである。
図４  硬質面部分を200倍に拡大したものを示す。
【００２１】
本発明の、複合鋳造における、少なくとも２種の異なる鉄合金より造られた、シリンダライナー等の回転対称な鋳物の遠心鋳造方法は、回転する鋳型への溶湯状の第一鋳鉄合金の第一の注入により行われ、少なくとも鋳物のアウターケーシングの製造及び、引き続きかつ所望により数回、先に製造された鋳物を従来の方法で十分に冷却することが可能である。ただし、第一又は既に注入された一又は複数の鋳物の凝固が開始すると、溶湯状の第二またはそれ以上の鋳鉄合金が、内面の特定の箇所に注入され、その間、鋳型の回転は維持され、第二又はさらなる鋳鉄合金が、境界において、第一又は先に注入された鋳鉄合金の既に冷却された材料と共に合金にされ、凝固により、異なる材料特性である鋳鉄が形成される。
【００２２】
少なくとも２種の合金からなる、局部的に耐摩耗性を増加させた、回転対称な部品（workpiece）、特にシリンダライナーの製造のための鋳物の内部は、さらなる鋳鉄合金の作用をうけ、同時に、ケーシングの特定箇所の厚みの一部が、第一又は先の鋳鉄合金から再溶融する。
【００２３】
このために、シリンダライナー内の、頂部ピストンリング（top piston ring）の上方の反転部位（upper reversal point）の箇所は、第二鋳鉄合金の作用を受け、同時に、第一鋳鉄合金がこの箇所を所望の層厚にするまで、既に存在する冷却された第一鋳鉄合金の部分的な再溶融がおこる。上方反転部において溶融したものから置き換えられた第一合金、及び第二合金により構成される両合金から造られた混合材料（２２）が存在する鋳造箇所であって、第一合金のケーシング内の、第二合金の注入箇所から離れた内部箇所は、シリンダライナーのドリルアウトの際に除去される。
【００２４】
図１及び図２に示された遠心鋳造装置は、溶湯状の第二材料が流れ込む機器を特徴とし、第二合金の溶融流を、第一合金のケーシング上で十分に半径方向外向きに偏向させる。
【００２５】
この方法で製造されたシリンダライナー（図３及び詳細には図４）は、好ましくは、ドリルアウトの後、当該箇所の端部又は第二合金が第一合金と置き換えられた箇所において、２種の合金の置換の進行経路を有し、それは、シリンダライナーの内側に緩やかな角度で伸び、具体的には内側につながっている。
【００２６】
外部材料は、層板状黒鉛（GJL）又は球状黒鉛（GJS）を有する鋳鉄で、一方、内部材料は、層板状黒鉛及び、より高い硬質面比率を有する。表１は構成物の例示的な範囲を示すものである。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】鋳型への第一合金の注入を示す図である。
【図２】鋳型への第二合金の注入を示す図である。
【図３】突出箇所を取り除いた後の、エンジンにおいて使用される完成したシリンダライナーを示す図である。
【図４】硬質面部分を200倍に拡大したものを示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  第一鋳鉄合金
１２  追加的な合金、第二鋳鉄合金
１４  回転鋳型
１６  アウターケーシング
１８  鋳物
２０  溶湯を鋳造する機器
２２  混合材料
２４  第二合金の溶湯流
２６  第二合金が第一合金と置き換わった箇所
２８  置換の進行経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2006528073.tif 000009
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