专利名称：球墨铸铁合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供生产具有高弹性模数的铸铁产品用的球墨铸铁合金，如同有色金属组分那样，球墨铸铁合金包含至少下列元素C，Si，Mn，Cu，Mg，S和作为混合物的Ni和/或Mo。
球墨铸铁合金在汽车制造业中用于制造对扭矩必须具有高抗力的铸件产品，例如作为机动车发动机零件的曲轴。这类铸件常常具有极为复杂的多面状几何形状，每个表面承受着不同程度的载荷，故有着不同的壁厚。这就要求一种铸造技术，能适用于铸造具有极大差异的几何形状之零件。此外，这类铸件常常还必须进行后继处理。这种后继处理可以是热处理和/或机械加工处理。这类铸件所需的一项重要性能是有尽可能高的弹性模数。目前通常的合金具有的弹性模数高达约160GPa。铁合金通常用于要求弹性模数尽可能高的零件，而这类零件将采用锻造的方法制造。但是，所述是一种昂贵的制造方法。WO99/19525已公开了一种球墨铸铁合金，可用于制造轴和盘式制动器的圆盘。按重量百分率计，这种合金含有1.5～4.5％的C，1.5～4.5％的Si和至少1.0～6.5％的Mo，以及若合适还含有Ni和Cu，(％Mo+％NIi+％Cu)的总和不超过6.5％，剩余部分为铁和典型杂质。所述合金显示出具有良好的抗高温和耐磨性的特色。
WO96/38596已公开了一种具有高弹性模数的球墨铸铁合金。
所述合金含有以下元素，以重量百分率计为3.0～3.8％的C，2.0～2.6％的Si，0.2～0.6％的锰，小于0.02％的P，小于0.03％的S，0.03～0.06％的镁，0.8～1.2％的Ni，0.8～1.2％的Cu，0.4～1.0％的Mo，剩余部分为Fe。
珠光体和石墨含量高的那些球墨铸铁合金已为众所周知。在这些已知合金中，对于某些应用场合而言，其弹性模数太低了。如果使石墨含量保持处于低水平，则基体含量就能像弹性模数那样增加。含量高于石墨的固溶体便形成了。
基于对现有技术的研究，本发明的一个目的就是要提供一种供生产弹性模数大于170GPa的制造铸铁产品用的球墨铸铁合金。
所述目的根据以下事实就能实现，所述合金由以下元素组成，按重量百分率计为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混合物的含量极接近于低共熔混合物。
本发明的优选改进之处显示在后附的权利要求书中。
减少铸铁产品显微结构中珠光体含量和使这种合金非常接近于低共熔混合物是有利的。当珠光体含量小于50～70％时就能获得这种有利条件。较低的珠光体含量改进了机械性能。
保证铸铁产品显微结构中固溶体熔凝可能也是有利的。当Si含量为3.8～4.0％时就能获得这种有利条件。
本发明的基本思想是要提供一种特别适于供制造内燃机中曲轴用的球墨铸铁合金。较高的弹性模数显著地减小了断裂的危险，即使是在由横剖面相对地大和小交替出现形成的几何形状之单件曲轴的情况下亦是如此，并显著地延长了该轴的使用寿命。所述曲轴的刚度也增加了，所述能导致曲轴平稳运转，平稳运转还意味着作用在曲轴轴承上的震动显著地减小。因此，轴承和曲轴有着长得多的工作寿命。对于曲轴的弹性模数来说，C含量是关键。如果使含金中的石墨含量保持处于低水平，那么与显微结构中的石墨含量相比，固溶体的体积比增加所述将导致弹性模数升高。以前已公开了含C量小于3.0％的球墨铸铁合金。球墨铸铁合金通常所含石墨量按体积计为10～15％。此处提出的球墨铸铁合金首次力图实现石墨含量按体积计至多为10％。
实施例1客车的汽车发动机曲轴由含以下化学组成的球墨铸铁(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。
显微结构由60～70％的珠光体，30～40％的铁氧体组成。石墨的总含量为10％。在尺度为6～7的情况下，所述石墨的成型大于90％V和VI(按照DINEN ISO945)。
所述铸件所具有的机械性能为Rp0.2＝574N/mm2，Rm＝811N/mm2，和A＝2.7％。弹性模数为179.5GPa。整个横剖面上的硬度为254～285HB10/3000。
权利要求
1.一种供制造具有高弹性模数的铸铁产品用的球墨铸铁合金，其含有的化学组分为C，Si，Cu，Ni和/或Mo，Mn，Mg和S，按重量百分率计，所述合金的组成为C＜2.9％，Si 3.8～4.3％，Cu 0.5～1.0％，Ni和/或Mo 0～4％，钼的含量至多为1.0％，Mn 0.1～0.8％，Mg 0.03～0.07％，和S至多为0.015％，C和Si的混合比非常接近于低共熔混合比。
2.权利要求1的球墨铸铁合金，其中C含量是2.6～2.9％。
3.权利要求1的球墨铸铁合金，其中Si含量是3.9～4.1％。
4.权利要求1～3中至少一项的球墨铸铁合金，其中S含量小于0.01％。
5.权利要求1～4中至少一项的球墨铸铁合金，其中珠光体含量小于70％。
6.权利要求1～5中至少一项的球墨铸铁合金，其中珠光体含量是50～70％。
7.上述权利要求中至少一项的球墨铸铁合金，其中用其生产的零件具有的弹性模数至少为170GPa。
8.上述权利要求中至少一项的球墨铸铁合金，它用于制造机动车的曲轴。
全文摘要
本发明叙述一种供制造具有高弹性模数的铸铁产品用的球墨铸铁合金，其含有的化学组分为C，Si，Cu，Ni，和/或Mo，Mn，Mg和S，按重量计，所述合金的组成为C2.9％，Si，3.8～4.3％，Cu 0.5～1.0％，Ni和/或Mo 0～4％，钼的含量至多为1.0％，Mn 0.1～0.8％，Mg 0.03～0.07％和S至多为0.015％，C和Si的混合比非常接近于低共熔混合比。
文档编号C22C37/04GK1496418SQ02806464
公开日2004年5月12日 申请日期2002年12月7日 优先权日2002年1月14日
发明者W·门克, W 门克 申请人:乔治费希尔汽车技术有限公司