專利名稱：：制造球形鑄鐵機械部件的方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種制造球形鑄鐵機械部件的方法。
背景技術(shù)：
：各種結(jié)構(gòu)和各種類型的球形鑄鐵現(xiàn)已廣為人知，特別地，它們被用于生產(chǎn)各類機械部件。作為其主要特征，球形鑄鐵具有真正球形的石墨形狀，與使用薄層狀石墨的常規(guī)灰鑄鐵中產(chǎn)生的形狀不同；球形結(jié)構(gòu)的石墨給予材料很好的延展性。經(jīng)過熱處理解除內(nèi)應力的球形鑄鐵具有完全珠光體基體。在這種情況下，盡管由于熱處理，材料的延展性降低很多并且疲勞強度沒有增加，但是其以更高的耐磨性為特征。的確，參考ISO1083標準，被歸類為編碼JS/800-2/S的非熱處理珠光體球形鑄鐵的最小HBW硬度為245，最小抗張強度為800MPa，典型疲勞強度為304MPa。經(jīng)過熱處理解除內(nèi)應力的珠光體球形鑄鐵的最小HBW硬度是270，最小抗張強度為900MPa，典型疲勞強度未發(fā)生改變，即等于304MPa。經(jīng)在水或油中硬化熱處理的球形鑄鐵具有貝氏體或馬氏體結(jié)構(gòu)。在冷卻過程結(jié)束時，它們?nèi)芜x地接受熱回火處理。通常，這種鑄鐵的特征是延展性非常低并伴隨表面硬度高，因此不能被用于需要特定疲勞強度的應用中。從以上簡述可看出，如果按傳統(tǒng)方式對珠光體球形鑄鐵進行熱處理，則其疲勞強度不增加。為了要設計一種機械強度性質(zhì)、特別是疲勞強度性質(zhì)改善的材料，人們已經(jīng)設計了商業(yè)上被稱為ADI(奧貝球鐵)的等溫淬火球形鑄鐵。獲得這類鑄鐵所需的熱處理由以下步驟組成完全奧氏體化處理，將部件保持在高于奧氏體化溫度上限(通常稱為Ae3)的溫度下，然后在熔鹽浴中硬化。由此獲得的最終結(jié)構(gòu)(技術(shù)上被稱為奧鐵體結(jié)構(gòu)(ausferriticstructure))由針狀鐵素體和奧氏體組成。該特定結(jié)構(gòu)給予材料優(yōu)良的機械性質(zhì)，尤其是上好的疲勞強度，其加工性低于傳統(tǒng)球形鑄鐵。既然在冷卻過程中須要避免形成珠光體，就必須使材料和合金元素(諸如鎳和/或鉬)形成合金。在1980年代中葉，申請本專利的公司在得到HorstMuehlberger博士許可后開發(fā)了特定的熱處理技術(shù)，其能夠獲得被稱為GGG70B/A的等溫淬火鑄鐵，該熱處理技術(shù)由以下操作組成在低于Ac3(上限奧氏體化溫度)并高于Ad(下限奧氏體化溫度)的溫度下進行奧氏體化，然后在熔鹽浴中硬化。所得最終結(jié)構(gòu)(技術(shù)上被稱為具有先共析(proeutectoid)鐵素體的奧鐵體結(jié)構(gòu))由先共析鐵素體、針狀鐵素體和奧氏體組成。由于必須防止在冷卻過程中形成珠光體，并且，由于該熱處理的第一步中使用的奧氏體化溫度也較低，所以，在該情況中，必須使材料與合金元素(諸如鎳和/或鉬)以一定百分比形成合金，所述百分比高于上述無先共析鐵素體的等溫淬火球形鑄鐵中的百分比。該特定類型的鑄鐵已經(jīng)被引入ISO17804標準，命名為JS/800-10，最近，又被引入SAE標準J2477的2004年5月修訂本中，命名為AD750。該特定類鑄鐵的疲勞強度通常等于375MPa。最近，有人提出商業(yè)上被稱為縮寫詞MADI(可加工奧貝球鐵)的球形鑄鐵；該類鑄鐵也是在低于Ae3并高于A^的溫度下進行部分奧氏體化熱處理，然后在熔鹽浴中硬化的結(jié)果。所得最終結(jié)構(gòu)因存在最終分散的馬氏體針狀物而與歸類為GGG70B/A和/或ISO17804/JS/800-10和/或SAEJ2477AD750的結(jié)構(gòu)不同。然而，即使MADI鑄鐵也是以高含量合金材料，諸如鎳和鉬為特征。ADI或MADI鑄鐵最終具有更優(yōu)質(zhì)的靜態(tài)機械性質(zhì)和疲勞極限，但是由于它們?nèi)缟纤鍪窃邴}中硬化而得，所以它們需要合金材料，諸如鎳和鉬，以便確保它們的可硬化度，而且沒有形成珠光體的風險。因此，由于這些合金元素價格高昂，所以目前除了其機械性質(zhì)方面的有效性以外，這些材料很少在經(jīng)濟方面具有競爭力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)球形鑄鐵的新方法，其能獲得比傳統(tǒng)球形鑄鐵(鐵素體、珠光體、鐵素體-珠光體等)具有更高的機械性能但生產(chǎn)成本比等溫淬火鑄鐵(ADI和MADI)低很多的材料。通過一種制造由球形鑄鐵制成的機械部件的方法，所述目的和其它目標(它們在下文中將變得更加明了)都能達到，該方法的特征在于，其包含以下步驟-提供由鑄鐵制成的機械部件的鑄件，所述鑄鐵的結(jié)構(gòu)是至少部分鐵素體(ferritic)，并且碳含量為2.5%至4.0%，硅含量為2.0%至3.5%;_將具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的所述鑄鐵鑄件置于部分奧氏體化溫度下一定時間，所述溫度高于下限奧氏體化溫度(Aei)并低于上限奧氏體化溫度(Ae3)，所述時間為獲得至少部分奧氏體(austenitic)結(jié)構(gòu)所需的時間；-在250'C至40(TC的溫度下進行等溫硬化熱處理，以便得到具有至少部分珠光體-鐵素體(pearlitic-ferritic)或全鐵素體(perferritic)結(jié)構(gòu)的基體。附圖簡要說明在一些優(yōu)選的但并非唯一的本發(fā)明的制造球形鑄鐵的方法的實施方式中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得更加明了，附圖通過非限制性實施例的方式舉例說明了這些實施方式，其中圖1和圖2是通過光學顯微鏡拍攝的重約70千克的支承架(supportingbmcket)的兩個區(qū)域的放大照片圖1的照片針對熱模數(shù)(thermalmodulus)(體積/冷卻表面比率)為2.7的區(qū)域；圖2的照片涉及熱模數(shù)為1.3的區(qū)域；圖3和圖4是通過光學顯微鏡拍攝的重約68千克的十字叉(spider)的兩個區(qū)域的放大照片，圖3的照片針對熱模數(shù)為2.4的區(qū)域，圖4的照片涉及熱模數(shù)為1.35的區(qū)域；6圖5是通過光學顯微鏡拍攝的重約76千克的第二十字叉的區(qū)域的放大照片，該區(qū)域的熱模數(shù)為1.2;圖6是圓柱形長條的透視圖7是圖6中所示長條的區(qū)域的放大照片(放大倍數(shù)為500)。在隨后的示例性的實施方式中，以相對于特定實施例的方式表達的個體性質(zhì)實際上可以與其它示例性實施方式中存在的其它不同性質(zhì)互換。而且，要注意，在申請專利過程中發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為人所知的任何技術(shù)要點都理解為不要求獲得保護并且聲明放棄。本發(fā)明實施方式參考附圖，本發(fā)明涉及用于制造由球形鑄鐵制成的機械部件，諸如支承架、十字叉、輪軸和一般的機械部件的方法。具體地，該方法提供以下步驟-提供由鑄鐵制成的機械部件的鑄件，所述鑄鐵具有至少部分鐵素體的結(jié)構(gòu)，并且碳含量為2.5%至4.0%，硅含量為2.0%至3.5%;-將具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的所述鑄鐵鑄件置于某一溫度下一定時間，所述溫度高于下限奧氏體化溫度(Acl)并低于上限奧氏體化溫度(Ac3)，所述時間為獲得至少部分奧氏體結(jié)構(gòu)所需的時間；-在25(TC至400。C的溫度下實施等溫硬化熱處理，以便得到結(jié)構(gòu)基本上為珠光體-鐵素體或全鐵素體的基體。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別有利的是待接受熱處理的鑄件中鐵素體的百分含量大于20%，優(yōu)選大于50%，。而且，在實驗上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由鐵素體百分含量大于80%的球形鑄鐵鑄件開始，對于接受本發(fā)明方法處理的部件的一般機械性質(zhì)特別有利。更具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，操作這種在熔鹽浴中等溫硬化的熱處理方法特別方便。有利地，優(yōu)選用于實施等溫硬化的溫度為35(TC至39(TC。如所述的，在部分奧氏體化步驟中機械部件所保持的溫度為從技術(shù)上被稱為Ael的溫度至技術(shù)上被稱為A。的溫度或完全奧氏體化溫度，在Acl溫度以上，鑄鐵的結(jié)構(gòu)開始轉(zhuǎn)化為奧氏體；實際上，通過將部件置于技術(shù)上被稱為Ac3的溫度以上的溫度中，可以使部件的結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)換為奧氏體。如所述的使部件保持在Ae3至A"之間的中間溫度時，并非所有的結(jié)構(gòu)都變?yōu)閵W氏體，而是有部分鐵素體保持原樣(先共析鐵素體)。而且，我們觀察到，如圖7中所示的用500x光學顯微鏡拍攝的照片中所示，所得結(jié)構(gòu)具有奧鐵體結(jié)構(gòu)的島狀物(islands)。部分奧氏體化實施時的溫度的選擇基本取決于在處于該溫度的保持過程結(jié)束時希望獲得的奧氏體的量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使部件保持在允許30%至70%的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為奧氏體的部分奧氏體化溫度下是有利的；可以通過選擇在Ac3至A^區(qū)間的約一半處的溫度，來獲得上述情況。這一點可以通過選擇大于78(TC并小于84(TC的溫度，較優(yōu)地根據(jù)碳和硅的含量，800至82(TC的溫度來實現(xiàn)。這類溫度是碳含量約為3.50%、硅含量約為2.60%的鑄鐵的一個指標，但是，它們當然會根據(jù)待接受熱處理的鑄件中的這些元素的百分數(shù)而變化。為了獲得主要為奧氏體的結(jié)構(gòu)，實驗發(fā)現(xiàn)，根據(jù)機械部件的尺寸，機械部件在奧氏體化溫度(處于Ae3至Acl之間的溫度)的保持時間為90分鐘至210分鐘，較優(yōu)地120分鐘至180分鐘。用于制成初始鑄件的主要為鐵素體結(jié)構(gòu)的鑄鐵當然可以含有小于0.15%的錳和/或小于0.15%的銅和/或小于0.15%的鎳和/或小于0.15%的鉬。實施例1鑄造一個支架，其重約70kg，由具有主要為鐵素體的基體(鐵素體百分含量大于50%)和3.55%碳和2.60%硅的鑄鐵制成。該部件被置于815。C的部分奧氏體化溫度(處于Ac3至Aci之間)并在該溫度下保持150分鐘。然后在370'C下于鹽浴中實施等溫硬化處理。我們發(fā)現(xiàn)完成的部件的平均硬度約為255-265HB，熱模數(shù)分別為2.7和1.3的區(qū)域中的平均機械性質(zhì)總結(jié)在表1中。表1Rm(MPa)Rp02(MPa)A5模數(shù)2.7的區(qū)域7205007.5模數(shù)1.3的區(qū)域8205508.5圖1和2是光學顯微鏡拍攝的照片(放大率為200x)，其顯示熱模數(shù)分別為2.7和1.3的區(qū)域中部件的金相結(jié)構(gòu)。實施例2鑄造一個十字叉，其重68kg，由具有主要為鐵素體的基體(鐵素體百分含量大于70%)和3.55%碳和2.60%硅的鑄鐵制成。該部件被置于82(TC的部分奧氏體化溫度(處于Ae3至Ael之間)并在該溫度下保持140分鐘。然后在375。C下于鹽浴中實施等溫硬化處理。我們發(fā)現(xiàn)完成的部件的平均硬度約為250-260HB，熱模數(shù)分別為2.4和1.35的區(qū)域中的平均機械性質(zhì)總結(jié)在表2中。表2Rm(MPa)Rp02(MPa)A5模數(shù)2.4的區(qū)域700450模數(shù)1.35的區(qū)域8004808.0圖3和4進一步顯示光學顯微鏡拍攝的兩張照片(放大率為200x)，它們顯示熱模數(shù)分別為2.4和1.35的區(qū)域中部件的金相結(jié)構(gòu)。實施例3鑄造一個十字叉，其重約76kg，由具有主要為鐵素體的基體(鐵素體百分含量大于80%)和3.55%碳和2.60%硅的鑄鐵制成。該部件被置于83(TC的奧氏體化溫度(處于Ac3至Aei之間)160分鐘。然后在380'C下于鹽浴中實施等溫硬化處理。我們發(fā)現(xiàn)完成的部件的平均硬度約為240-250HB，熱模數(shù)為1.2的區(qū)域中的平均機械性質(zhì)總結(jié)在表3中。表3Rm(MPa)Rp02(MPa)A5模數(shù)1.2的區(qū)域7304408.59圖5顯示光學顯微鏡拍攝的照片(放大率為200)，其顯示熱模數(shù)為1.2的區(qū)域中部件的金相結(jié)構(gòu)。實施例4鑄造直徑為25mm、長度為200mm的測試件；這些測試件中的一件顯示在圖6中并以附圖標記40指代；測試件由具有主要為鐵素體的基體和3.65%碳和2.65%硅的鑄鐵制成。部件40被置于810"C的(奧氏體化)溫度中160分鐘。然后在375。C下于鹽浴中實施等溫硬化處理。我們發(fā)現(xiàn)完成的部件的平均硬度約為260-270HB，區(qū)域40a的平均機械性質(zhì)總結(jié)在表4中。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖7顯示光學顯微鏡拍攝的照片(放大率為200)，其顯示附圖標記40a指代的區(qū)域中測試件的金相結(jié)構(gòu)。接著進行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試，由直徑為25mm的測試件獲得直徑為6.5mm的無刻痕測試件，我們發(fā)現(xiàn)它們的疲勞極限為368MPa。本發(fā)明當然還涉及由球形鑄鐵制成的機械部件，所述球形鑄鐵主要為具有奧鐵體結(jié)構(gòu)的島狀物的鐵素體-珠光體結(jié)構(gòu)。以上被敘述為有利的、方便的或類似術(shù)語的本發(fā)明的所有特征也可以被刪除或用等同物代替。如此構(gòu)思的本發(fā)明容許許多修改和變化，所有這些都屬于所附權(quán)利要求的范圍。因此，比如，我們已經(jīng)注意到，通過提供硬化和回火處理，回火在接近或高于Ad的溫度下進行，可以得到這類鑄鐵。實際上，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在所有實施方式中本發(fā)明都達到了預期的目標和目的。實際上，根據(jù)需要，尺寸可以任意。而且，所有的細節(jié)都可以被技術(shù)上相當?shù)钠渌厮妗１旧暾堃笠獯罄麑＠暾埖赩R2006A000111號的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。任何權(quán)利要求中所述的技術(shù)特征后都跟隨著附圖標記，包括這些附圖標記的唯一目的是增加權(quán)利要求的可理解性，因此，這些附圖標記不會對通過實施例的方式由這些附圖標記標識的每一個要素的說明具有任何的限制作用。權(quán)利要求1.一種制造由球形鑄鐵制成的機械部件的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟-提供由鑄鐵制成的機械部件的鑄件，所述鑄鐵的結(jié)構(gòu)是至少部分鐵素體，并且該鑄鐵的碳含量為2.5％至4.0％，硅含量為2.0％至3.5％；-將具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的所述鑄鐵鑄件置于高于下限奧氏體化溫度(Ac1)但低于上限奧氏體化溫度(Ac3)的溫度下一定時間，所述時間為獲得至少部分奧氏體結(jié)構(gòu)所需的時間；-在250℃至400℃的溫度下實施等溫硬化熱處理，以便得到具有至少部分珠光體-鐵素體或全鐵素體結(jié)構(gòu)的基體。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述等溫硬化熱處理在熔鹽浴中進行。3.如權(quán)利要求1或2中所述的方法，其特征在于，由具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的鑄鐵制成的機械部件的所述鑄件含有大于20%的鐵素體。4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，由具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的鑄鐵機械部件的所述鑄件含有大于50%的鐵素體。5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，由具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的鑄鐵制成的機械部件的所述鑄件含有大于80%的鐵素體。6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在Ad至Ac3的奧氏體化溫度保持的步驟結(jié)束時，所述鑄件的奧氏體百分含量為30%至70%，較優(yōu)地基本上等于50%。7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述等溫硬化在350至39(TC的溫度下進行。8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述奧氏體化溫度為780。C至840。C，較優(yōu)地800。C至820。C。9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述鑄鐵機械部件的鑄件被保持在Ad至Ac3的奧氏體化溫度下的時間為90至210分鐘，較優(yōu)地為120至180分鐘。10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的制造機械部件的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)基本上為珠光體-鐵素體或全鐵素體的基體具有奧鐵體結(jié)構(gòu)的島狀物。11.一種由球形鑄鐵制成的機械部件，其特征在于，所述鑄鐵具有結(jié)構(gòu)基本上為鐵素體-珠光體或全鐵素體的基體。12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法獲得的由球形鑄鐵制成的機械部件。全文摘要一種制造由球形鑄鐵制成的機械部件的方法，該方法包括以下步驟-提供由鑄鐵制成的機械部件的鑄件，所述鑄鐵的結(jié)構(gòu)是至少部分鐵素體，并且該鑄鐵的碳含量為2.5％至4.0％，硅含量為2.0％至3.5％；-將具有至少部分鐵素體結(jié)構(gòu)的所述鑄鐵鑄件置于部分奧氏體化溫度下一定時間，所述溫度高于下限奧氏體化溫度(A_c1)并低于上限奧氏體化溫度(A_c3)，所述時間為獲得至少部分奧氏體結(jié)構(gòu)所需的時間；-在250℃至400℃的溫度下實施等溫硬化熱處理，以便得到具有至少部分珠光體-鐵素體或全鐵素體結(jié)構(gòu)的基體。文檔編號C21D1/18GK101484592SQ200780025272公開日2009年7月15日申請日期2007年6月18日優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日發(fā)明者F·扎納瑞迪,M·布萊納扎托,Z·伊利巴斯克申請人:扎納迪馮德瑞股份公司