JPS60125351A

JPS60125351A - 耐熱鋳鉄

Info

Publication number: JPS60125351A
Application number: JP23115283A
Authority: JP
Inventors: Masami Suzuki; 鈴木　正実; Tsutomu Sekiguchi; 関口　勉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-12-06
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1985-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、耐熱鋳鉄に関し、詳しくは、鋳鉄にＣｒ、　
Ｍｏ、　Ｖ、　Ｃｕの適当量を複合添加することにより
、耐熱疲労性を向上させることにより、熱負荷の厳しい
ディーゼルエンジンの、シリンダヘッドに好適に適用で
きる耐熱鋳鉄にがかる。

〔従来技術〕

近年、ディーゼルエンジンの高出力・高性能化に伴い、
そのシリンダヘッドに対する熱負荷がまずます苛酷とな
り、特に熱負荷の厳しい弁間部において、熱疲労現象に
起因した、熱亀裂が発生するという問題が生じている。

この熱疲労現象は、シリンダヘッド下面が燃焼室から伝
達された熱によって加熱され、材料は熱膨張しようとす
るが、シリンダヘッドが拘束されているため、圧縮応力
が作用することにより降伏して収縮し、エンジンの運転
が停止されて、シリンダヘッドが冷えると、シリンダヘ
ッドが拘束された状態で材料が熱収縮しようとするため
、前述の加熱状態時に圧縮降伏変形した部位に引張応力
が発生する。

このような、エンジンの運転・停止に伴う、シリンダヘ
ッド材料に発生する、引張・圧縮応力の繰り返しによっ
て、熱亀裂が発生するものである。

従来、このシリンダヘッドの熱亀裂対策として、■、水
冷によりシリンダヘッド表面温度を低下させる。

■、シリンダヘッド材料（鋳鉄）に、Ｃｒ、Ｍｏ等の耐
熱性向上元素を添加して、シリンダヘッド材料の熱疲労
耐久性を向上させる。

等が試みられている。

しかし、最近では、このような従来の対策だけでは、熱
亀裂耐久性を確保できないような、高出力ディーゼルエ
ンジンの設計がなされており、これに対処できる熱亀裂
耐久性に優れた、ディーゼルエンジンのシリンダヘッド
用耐熱鋳鉄の開発が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明は、従来のディーゼルエンジンのシリンダヘッド
用材料（鋳鉄）に、微量のＣｒｓ　Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕを添
加することにより、材料の高温降伏点を高めるとともに
、基地パーライトの高温での組織安定性、ならびに、高
温強度を改良することによって、耐熱亀裂耐久性を向上
させて、熱負荷の厳しいディーゼルエンジンのシリンダ
ヘッドに、好適に通用できる耐熱鋳鉄を、提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

このような目的は、本発明によれば、重量比率で、Ｃ９
３，０〜３．７％、５ｉＨ１，７〜２．２％、Ｍｎ；０
、５〜１．０％、ＣｒＨｏ、１〜０．５％、Ｍｏ；　０
．２〜１゜０％、Ｖｉｏ、１〜０．４％、Ｃｕｔｏ、２
〜２．０％、残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなる耐
熱鋳鉄であヮて、高い高温降伏点を有し、高温において安定なパーライト
基地組織としたことを特徴とする耐熱鋳鉄によって達成
される。

〔発明の作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

まず、本発明の耐熱鋳鉄を構成する各成分の、範囲限定
理由について述べる。

なお、以下の説明において、合金元素の含有量はすべて
重量比率（％）で表示する。

本発明において、Ｃは、溶湯に流動性をもたせ鋳造性を
良好にするには、３．０％以上必要であるが、３８７％
を越えると、材質が脆弱となるとともに、機械加工性を
劣化するので、３．０〜３．７％とした。

Ｓｉは、鋳造性を悪化させないために、１．７％以上必
要であるが、２．２％を越えると熱伝導率を低下させ、
材料内の温度ムラを生じやすくなるたや・１．７〜２．
２％とした。

Ｍｎは、基地パーライトの安定化と、不純物として不可
避のＳの弊害を防止するため、０．５％以上必要である
が、１．０％を越えると材料（鋳鉄）が白銑化し易く脆
弱となりやすいため、０．５〜１．０％とし、た。

Ｃｒは基地パーライトの高温安定化、とりわけ、５００
℃までのパーライトの分解を阻止するのに有効な元素で
、その効果を発揮するには０．１７％以上必要であるが
、０．５％を越えると遊離炭化物が析出して、材質を脆
弱とするので、０．１〜０．５％とした。

Ｍｏは、高温強度、とりわけ、高温降伏点を向上させる
ために有効な元素で、その効果を発揮するには０．２％
以上必要であるが、１．０％を越えると添加量に見合っ
た改善効果が得られないばかりでなく、鋳造欠陥を発生
しやすくなるため、０．２〜１．０％とした。

■は、Ｍｏ含有による高温強度向上をさらに高給るのに
有効な元素で、その効果を発揮するには、０．１％以上
必要であるが、０．４％を越えると、遊離炭化物を析出
して材質を脆弱するので、０．１〜０．４％とした。

Ｃｕは、黒鉛化を助長する元素であり、本発明鋳鉄のよ
うに炭化物形性能の強い、Ｃｒｓ　ＭＯ％　Ｖを含有す
る鋳鉄に添加すると、材質を脆弱にする遊離炭化物の生
成の抑制に有効で、その効果を発揮するには０．２％以
上であり、２．０％を越える添加においては、それに見
、合う改善効果が得られないことから、０．２〜２．０
％とした。

本発明の耐熱鋳鉄は、上述の成分を上述の範囲で添加す
ることにより、鋳鉄の高温降伏点を高めるとともに、基
地パーライトの高温での組織安定性、ならびに、高温強
度を改善することによって、熱亀裂耐久性を向上させる
ことができるものである。

〔実施例〕

以下、表および添付図面に基づいて、本発明の詳細な説
明する。

実施例１電気−油圧サーボ方式熱疲労試験機により、本発明鋳鉄
の耐熱疲労性を、従来材を比較材として評価した。

第１表に、熱疲労試験に供した、供試材の化学成分を示
す。

第１表　供試材の化学成分（重量％）この表において、比較材■はＪＩＳ規格ＦＣ２５の普通
鋳鉄、比較材■は、Ｃｒｓ　Ｍｏを添加した合金鋳鉄で
ある。

熱疲労試験は、φ１０１１１１１の先棒試験片を用い、
冷却下限温度を５０℃一定とし、加熱上限温度を４００
℃、４５０℃の２水準に変化させ、加熱・冷却サイクル
を、ｌサイクル１０分として試験した。

なお、試験片は熱疲労試験中、完全な拘束状態とした。

第１図に、熱疲労試験結果を示す。

この結果から明らかなように、Ｃｒ−ＭＯ％　Ｖ、Ｃｕ
を複合添加した本発明鋳鉄は、従来材である比較材■、
比較材■に比べて、明らかに耐熱疲労性が優れているこ
とが理解される。

実施例２急速加熱・急速冷却を繰り返す熱衝撃試験により、本発
明鋳鉄および従来材としての比較材の耐熱衝撃性を評価
した。

用いた供試材は、実施例１と同様に、第１表に示す成分
の鋳鉄である。

試験は、外形φｌ　００　ｍ＋ｗ、外周板圧５ＩＩＩ１
１、中心部にφ５■の孔を有し、中心部φ６０ｍｍの範
囲で、板厚を３１１Ｍとした、円板状試験片を用ｉ）で
、バーナーにより試験片中心部を、平均加熱速度１５℃
／秒で４５０℃まで加熱後、直ちに水冷して３５℃まで
冷却した。

なお、この時の平均冷却速度は１５００ｔ／秒であった
。

また、加熱・冷却サイクルは、ｌサイクル１５０秒とし
た。

第２図に、熱衝撃試験結果を示す。

第２図から明らかなように、本発明鋳鉄は、従来材とし
ての比較材■、比較材■に比べて、耐熱衝撃性にも優れ
ていることが理解される。

実施例３本発明鋳鉄および従来材としての比較材を用いて、２．
４１デイーゼルターボエンジン用シリンダヘツドを製作
し、ベンチ苛酷耐久試験により耐久性を評価した。

第２表に、試験に供した供試品の化学成分を示す。

製作したもの、比較品■は、Ｃｒ％朽０を添加した合金
鋳鉄で製作したものである。

試験は、４４００　ｒｐｓ全負［５分と１００９　ｒｐ
ｓアイドル運転５分の繰り返し冷熱サイクルを、５００
時間実施して評価した。

なお、全負荷時の冷却水温は１１０’Ｃ、アイドル運転
時の冷却水温は４０ｔであった。

第３表に、ベンチ苛酷耐久試験結果を示す。

さで評価した。

普通鋳鉄で製作されたシリンダヘッド比較品■には、３
．２〜４．０　＋ｎｍの熱亀裂が発生した。

また、Ｃｒ、　Ｍｏを添加した合金鋳鉄で製作した比較
品■には、■、５〜２．６１１ＩＩ１１．の熱亀裂が発
生した。

これらに比較して、本発明鋳鉄で製作したシリンダヘッ
ドには、熱亀裂発生が認められなかった。

以上の結果から、本発明鋳鉄は、熱負荷のきびしいディ
ーゼルエンジンのシリンダヘッドに通用して、優れた耐
久性を確保できるものであることが明らかとなった。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる耐熱鋳鉄に
よれば、従来のディーゼルエンジンのシリングヘッド用
材料（鋳鉄）に、微量のＣｒ−、Ｍｏ、Ｖ、’Ｃｏを添
加することにより、材料の高温降伏点を高めるとともに
、基地パーライトの高温での組織安定性、ならびに、高
温強度を改良することによって、耐熱亀裂耐久性を向上
させて、熱負荷の厳しいディーゼルエンジンのシリンダ
ヘッドに、好適に適用できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明鋳鉄の熱疲労試験結果を示すグラフ、第２ＦｙＪは、本発明鋳鉄の熱衝撃試験結果を示すグラ
フである。出願人　トヨタ自動車株文会社手続補正ＩＦ（方式）１．事件の表示昭和５８年特許願第２３１１５２号２、発明の名称耐熱鋳鉄３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　愛知県豊田布トヨタ町１番地　〒４７１昭和５９
年　２月２８日５、補正の対象明細書６、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比率で、Ｃ；３．０〜３．７％、Ｓｉ；１．７
〜２．２％、Ｍｎ；　０．５〜１．０％、ＣｒＨＯ，１
〜０．５％、Ｍｏ；　０．２〜１．０％、ｖ；ｏ、１−
０．４％、ＣＬＩ；０．２〜２０％、残部Ｆｅおよび不
可避の不純物からなる耐熱鋳鉄であって、高い高温降伏点を有し、高温において安定なパーライト
基地組織としたことを特徴とする耐熱鋳鉄。