專利名稱：球墨鑄鐵合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種供生產具有高彈性模數的鑄鐵產品用的球墨鑄鐵合金，如同有色金屬組分那樣，球墨鑄鐵合金包含至少下列元素C，Si，Mn，Cu，Mg，S和作為混合物的Ni和/或Mo。
球墨鑄鐵合金在汽車制造業中用于制造對扭矩必須具有高抗力的鑄件產品，例如作為機動車發動機零件的曲軸。這類鑄件常常具有極為復雜的多面狀幾何形狀，每個表面承受著不同程度的載荷，故有著不同的壁厚。這就要求一種鑄造技術，能適用于鑄造具有極大差異的幾何形狀之零件。此外，這類鑄件常常還必須進行后繼處理。這種后繼處理可以是熱處理和/或機械加工處理。這類鑄件所需的一項重要性能是有盡可能高的彈性模數。目前通常的合金具有的彈性模數高達約160GPa。鐵合金通常用于要求彈性模數盡可能高的零件，而這類零件將采用鍛造的方法制造。但是，所述是一種昂貴的制造方法。WO99/19525已公開了一種球墨鑄鐵合金，可用于制造軸和盤式制動器的圓盤。按重量百分率計，這種合金含有1.5～4.5％的C，1.5～4.5％的Si和至少1.0～6.5％的Mo，以及若合適還含有Ni和Cu，(％Mo+％NIi+％Cu)的總和不超過6.5％，剩余部分為鐵和典型雜質。所述合金顯示出具有良好的抗高溫和耐磨性的特色。
WO96/38596已公開了一種具有高彈性模數的球墨鑄鐵合金。
所述合金含有以下元素，以重量百分率計為3.0～3.8％的C，2.0～2.6％的Si，0.2～0.6％的錳，小于0.02％的P，小于0.03％的S，0.03～0.06％的鎂，0.8～1.2％的Ni，0.8～1.2％的Cu，0.4～1.0％的Mo，剩余部分為Fe。
珠光體和石墨含量高的那些球墨鑄鐵合金已為眾所周知。在這些已知合金中，對于某些應用場合而言，其彈性模數太低了。如果使石墨含量保持處于低水平，則基體含量就能像彈性模數那樣增加。含量高于石墨的固溶體便形成了。
基于對現有技術的研究，本發明的一個目的就是要提供一種供生產彈性模數大于170GPa的制造鑄鐵產品用的球墨鑄鐵合金。
所述目的根據以下事實就能實現，所述合金由以下元素組成，按重量百分率計為C＜2.9％，Si3.8～4.3％，Cu0.5～1.0％，Ni和/或Mo0～4％，Mn0.1～0.8％，Mg0.03～0.07和S至多0.015％，C和Si混合物的含量極接近于低共熔混合物。
本發明的優選改進之處顯示在后附的權利要求書中。
減少鑄鐵產品顯微結構中珠光體含量和使這種合金非常接近于低共熔混合物是有利的。當珠光體含量小于50～70％時就能獲得這種有利條件。較低的珠光體含量改進了機械性能。
保證鑄鐵產品顯微結構中固溶體熔凝可能也是有利的。當Si含量為3.8～4.0％時就能獲得這種有利條件。
本發明的基本思想是要提供一種特別適于供制造內燃機中曲軸用的球墨鑄鐵合金。較高的彈性模數顯著地減小了斷裂的危險，即使是在由橫剖面相對地大和小交替出現形成的幾何形狀之單件曲軸的情況下亦是如此，并顯著地延長了該軸的使用壽命。所述曲軸的剛度也增加了，所述能導致曲軸平穩運轉，平穩運轉還意味著作用在曲軸軸承上的震動顯著地減小。因此，軸承和曲軸有著長得多的工作壽命。對于曲軸的彈性模數來說，C含量是關鍵。如果使含金中的石墨含量保持處于低水平，那么與顯微結構中的石墨含量相比，固溶體的體積比增加所述將導致彈性模數升高。以前已公開了含C量小于3.0％的球墨鑄鐵合金。球墨鑄鐵合金通常所含石墨量按體積計為10～15％。此處提出的球墨鑄鐵合金首次力圖實現石墨含量按體積計至多為10％。
實施例1客車的汽車發動機曲軸由含以下化學組成的球墨鑄鐵(GJS)制成2.8％的C，4.0％的Si，0.2％Mn，0.9％的Cu，0.047％的Mg，0.005％的S。
顯微結構由60～70％的珠光體，30～40％的鐵氧體組成。石墨的總含量為10％。在尺度為6～7的情況下，所述石墨的成型大于90％V和VI(按照DINEN ISO945)。
所述鑄件所具有的機械性能為Rp0.2＝574N/mm2，Rm＝811N/mm2，和A＝2.7％。彈性模數為179.5GPa。整個橫剖面上的硬度為254～285HB10/3000。
權利要求
1.一種供制造具有高彈性模數的鑄鐵產品用的球墨鑄鐵合金，其含有的化學組分為C，Si，Cu，Ni和/或Mo，Mn，Mg和S，按重量百分率計，所述合金的組成為C＜2.9％，Si 3.8～4.3％，Cu 0.5～1.0％，Ni和/或Mo 0～4％，鉬的含量至多為1.0％，Mn 0.1～0.8％，Mg 0.03～0.07％，和S至多為0.015％，C和Si的混合比非常接近于低共熔混合比。
2.權利要求1的球墨鑄鐵合金，其中C含量是2.6～2.9％。
3.權利要求1的球墨鑄鐵合金，其中Si含量是3.9～4.1％。
4.權利要求1～3中至少一項的球墨鑄鐵合金，其中S含量小于0.01％。
5.權利要求1～4中至少一項的球墨鑄鐵合金，其中珠光體含量小于70％。
6.權利要求1～5中至少一項的球墨鑄鐵合金，其中珠光體含量是50～70％。
7.上述權利要求中至少一項的球墨鑄鐵合金，其中用其生產的零件具有的彈性模數至少為170GPa。
8.上述權利要求中至少一項的球墨鑄鐵合金，它用于制造機動車的曲軸。
全文摘要
本發明敘述一種供制造具有高彈性模數的鑄鐵產品用的球墨鑄鐵合金，其含有的化學組分為C，Si，Cu，Ni，和/或Mo，Mn，Mg和S，按重量計，所述合金的組成為C2.9％，Si，3.8～4.3％，Cu 0.5～1.0％，Ni和/或Mo 0～4％，鉬的含量至多為1.0％，Mn 0.1～0.8％，Mg 0.03～0.07％和S至多為0.015％，C和Si的混合比非常接近于低共熔混合比。
文檔編號C22C37/04GK1496418SQ02806464
公開日2004年5月12日 申請日期2002年12月7日 優先權日2002年1月14日
發明者W·門克, W 門克 申請人:喬治費希爾汽車技術有限公司