JP2004060055A

JP2004060055A - 鋳鉄合金

Info

Publication number: JP2004060055A
Application number: JP2003201026A
Authority: JP
Inventors: Werner Menk; ヴェルナー　メンク
Original assignee: Georg Fischer Fahrzeugtechnik AG; Georg Fischer Automotive AG
Current assignee: Georg Fischer Fahrzeugtechnik AG; Georg Fischer Automotive AG
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: US20040018111A1; ES2244859T3; DE10233732A1; DE50301032D1; EP1386976A1; US7156929B2; JP4489383B2; ATE302861T1; SI1386976T1; CN1477223B; EP1386976B1; CN1477223A

Abstract

【課題】安価で且つ使用可能温度の高い鋳鉄合金を得る。
【解決手段】非鉄成分として少なくともＣ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＡｌを含み、混合添加物としてＮｉ、Ｍｇ及び／又はＳを含み、Ｃの含有量を２．９重量％より低くした、熱的安定性の高い、鋳鉄製品用の鋳鉄合金である。この鋳鉄合金は、変態温度が高いため、高温で使用しても体積の変化が少ないなどの特徴を有し、例えば、排気マニホルド又はターボチャージャ鋳造物に使用することができる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱的安定性の高い、鋳鉄製品用の鋳鉄合金であって、非鉄成分として少なくともＣ、Ｓｉ、Ｍｏ及びＡｌを含み、混合添加物としてＮｉ、Ｍｇ及び／又はＳを含む鋳鉄合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業において、鋳鉄合金は、熱的安定性を高くしておく必要のある鋳造物、例えば、内燃機関からの熱せられた排気ガスと接触する部品を製造するのに用いられる。内燃機関の発生する出力が高くなるほど、排気ガスの温度も一層高くなる。排気マニホルド及びターボチャージャのケーシングは、９００〜１０００℃より高い温度に曝されることになる。このような高温では、変態温度、即ち、合金中のある種類の結晶が他の種類の結晶に変化する温度が重要な意味をもつ。この変態温度においては、体積が変化し、この体積の変化により、鋳造物の一部における不規則な膨張特性につながることになる。これらの用途において使用することのできる合金は、使用時における最高温度よりも変態温度が高いものでなければならない。上述したように使用温度が高い場合については、オーステナイト鋳鉄鋼合金又はニッケル含有量の多い合金も使用される。ニッケルは、比較的高価な原材料である。排気マニホルドは、しばしば、シートメタルから形成されることもあるが、このような排気マニホルドは、防音性に乏しく不快感を与えるものである。しかし、これら問題を解決するには製造が比較的複雑となる。
【０００３】
欧州特許第５３４８５０号明細書には、一般的な種類の鋳鉄合金が開示されている。この合金は、Ｃを約３．１重量％、Ｓｉを約４．６重量％、Ａｌを約１．９重量％、Ｍｏを約１重量％を含んでおり、また適宜、混合添加物としてＣｏ及びＮｂを含むものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、この従来技術の問題を解決するための、できるだけ安価な元素から形成され、使用温度をできるだけ高くできる鋳鉄合金を得るにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、熱的安定性の高い、鋳鉄製品用の鋳鉄合金であって、非鉄成分として少なくともＣ、Ｓｉ、Ｍｏ及びＡｌを含み、混合添加物としてＮｉ、Ｍｇ及び／又はＳを含む鋳鉄合金において、Ｃの含有量を、２．９重量％より少なくしたことを特徴とする。
本発明の好ましい実施例は、従属項により得られる。
【０００６】
合金は、形態安定性及び耐酸化性ができる限り高いと有利である。このことは、Ｓｉの含有量を４．７〜５．２重量％とすると達成される。このことは、Ａｌの含有量を０．５〜０．９重量％とすることによっても達成される。
【０００７】
本発明の基本的な着想は、変態温度が９５０℃よりも高く、内燃機関と共に用いた場合でも破壊を起こさせような膨張性がなく、鋳造工程においてできる限り安価に製造することができるような鋳鉄合金を得ることにある。鋳鉄合金中の黒鉛は、球状黒鉛又はバーミキュラ黒鉛とすることができる。添加するニッケルの量は、約１重量％に抑えられたままとなっている。最終的な形状に鋳造する直前に、０．１〜０．４重量％の範囲のジルコニウムを加えると特に有利であることを確認した。ジルコニウムは、耐酸化性及び機械的強度について好ましい影響を与える。ジルコニウムは、予め合金化した形態で添加することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施例１
乗用車の内燃機関用の排気マニホルドであって、以下の重量パーセント、即ち、Ｃが２．６％、Ｓｉが５．１％、Ｎｉが０．１％、Ｍｏが０．６％、Ａｌが０．６％、Ｚｒが０．６％、Ｍｇが０．０４％及びＳが０．０１％未満の化学組成を有するノジュラー鋳鉄から形成した排気マニホルドは、フェライト微細構造を有する。膨張計による測定では、長手方向の線膨張係数は１６×１０^−１６／Ｋであり、これによれば、変態温度は９５０℃より大きいと結論付けることができる。３００℃での熱間引張試験においては、機械強度の値は、Ｒｐ_０．２　＝５７５Ｎ／ｍｍ^２、Ｒｍ＝６００Ｎ／ｍｍ^２及びＡ＝０．４％であった。
【０００９】
実施例２
乗用車の内燃機関用の排気マニホルドであって、以下の重量パーセント、即ち、Ｃが２．６％、Ｓｉが５．１％、Ｎｉが１．０％、Ｍｏが０．７％、Ａｌが０．６％、Ｚｒが０．３％、Ｍｇが０．０２％及びＳが０．０２％の化学組成を有する、バーミキュラ黒鉛を含む鋳鉄から形成した排気マニホルドは、フェライト微細構造を有する。膨張計による測定では、長手方向の線膨張係数は１６×１０^−１６／Ｋであり、これによれば、変態温度が９５０℃よりも大きいと結論付けることができる。３００℃での熱間引張試験においては、機械強度の値は、Ｒｍ＝５４５Ｎ／ｍｍ^２及びＡ＝０．１％であった。
【００１０】
鋳造中の温度が１４６０℃以下にならないようにし、例えば、予め合金化したＡｌ−Ｚｒ合金として、元素Ａｌ及びＺｒを鋳造の直前に加えるようにすれば、変態温度が９５０℃より高いフェライト鋳鉄製品を製造することができる。このようにして製造される製品は、温度の関数として体積の変化が極めて小さく、温度衝撃耐性が良好であり、機械的性質が良好であり、耐酸化性が良好であり及び原材料費が安価であるという格別の効果が得られる。

Claims

熱的安定性の高い、鋳鉄製品用の鋳鉄合金であって、非鉄成分として少なくともＣ、Ｓｉ、Ｍｏ及びＡｌを含み、混合添加物としてＮｉ、Ｍｇ及び／又はＳを含む鋳鉄合金において、
Ｃの含有量を、２．９重量％より少ないものとしたことを特徴とする鋳鉄合金。
Ｃの含有量を、２．５〜２．８重量％とした請求項１に記載の鋳鉄合金。
Ｓｉの含有量を、４．７〜５．２重量％とした請求項１又は２に記載の鋳鉄合金。
Ｎｉの含有量を、０．１〜１．０重量％とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
Ｍｏの含有量を、０．５〜０．９重量％とした請求項１乃至４のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
Ａｌの含有量を、０．５〜０．９重量％とした請求項１乃至５のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
Ｚｒの含有量を、０．１〜０．４重量％とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
黒鉛成分を、球状黒鉛とした請求項１乃至７のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
黒鉛成分を、バーミキュラ黒鉛とした請求項１乃至７のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
内燃機関からの排気ガスと接触する鋳造物に使用する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の鋳造合金。
自動車の排気マニホルド又はターボチャージャケーシングに使用する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の鋳鉄合金。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の鋳鉄合金を製造する方法において、
融解物を鋳造する直前に、予め合金化したＡｌ−Ｚｒ合金として元素Ａｌ及びＺｒのみを添加することを特徴とする方法。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の鋳鉄合金を製造する方法において、
鋳造前の融解物の温度が１４６０℃より高いことを特徴とする方法。