專利名稱：高合金鑄鐵，該材料用于經(jīng)受高熱應(yīng)力的構(gòu)件的用途和相應(yīng)的構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是指一種具有奧氏體結(jié)構(gòu)和球墨構(gòu)型的高合金鑄鐵材料。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特 別適合用于發(fā)動機中處于大熱應(yīng)力的那些部件，特別是發(fā)動機的排氣系統(tǒng)，但也適用于處 于高熱應(yīng)力的其它構(gòu)件。發(fā)明背景由于新燃燒方法的引進，排氣歧管和渦輪增壓器殼體的熱應(yīng)力大量增加?，F(xiàn)代奧托 (Otto)發(fā)動機的排氣溫度，具體的，普遍達到1000。C以上。經(jīng)受這種熱應(yīng)力的構(gòu)件，除高溫抵抗力之外，還必須具有高防垢能力，良好的溫度波動抵抗力，和低的溫度膨脹系數(shù)。 因此，從現(xiàn)有技術(shù)可知，處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件用鑄鋼制成。雖然后者滿足上述要求，但是 非常昂貴，因此不是很適合用于系列生產(chǎn)這些構(gòu)件。而且，從商標名為鎳保護膜(Ni-Resist)的技術(shù)進展了解到球墨構(gòu)型的奧氏體鑄鐵合 金。這些合金，在EN 13835中描迷為EN-GJSAXNi35 (或根據(jù)ASTM 439為D5),除了其 優(yōu)良的機械性能外，還具有高熱抵抗力、良好的防垢能力和很高的溫度波動抵抗力。這就 是為什么在現(xiàn)有技術(shù)中它們被用于系列生產(chǎn)處于高熱應(yīng)力的發(fā)動機部件，特別用于高壓縮 或增壓引擎的排氣歧管和/或渦輪增壓器殼體。這些合金是經(jīng)濟的，且容易澆鑄。正如EN 13835所顯示的，它們已經(jīng)擁有很高的熱抵抗力，達到1050攝氏度。但是，在壁厚小于8毫 米的薄壁構(gòu)件中，熱抵抗力下降到僅約950。C。為了降低溫度到這最高允許程度，用昂貴的 發(fā)動機控制器仔細調(diào)節(jié)噴射和燃燒，這反過來再次耗盡更多燃料。因此，有必要研發(fā)在高 溫情況下，即使它們的元件具有薄壁，仍具有更高抵抗力的材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)是提出一種具有很高熱抵抗力的奧氏體鑄鐵材料，而不管具有薄壁的構(gòu)件。用一種鑄鐵材料、其應(yīng)用和與獨立權(quán)利要求的特征一致的構(gòu)件，本任務(wù)得到了解決。 根據(jù)本發(fā)明，具有奧氏體結(jié)構(gòu)和球墨構(gòu)型的高合金鑄鐵材料含有除了別的以外的下列 成分(重量％):碳<2%,珪2.0~6.0%，鎳29~36%，鉻1.0~2.5%，鈮0.1~1.0%和鉬0.1~2.5%。 與已知的含有基于鎳的含有球墨的奧氏體合金相比，在該材料中按上述給出的濃度以合金 形式特別添加鉬和鈮。已經(jīng)表明，通過加入鉬連同鈮，可以增加這種合金的溫度波動4氐抗 力，而不會由于碳化物的形成導(dǎo)致材料變脆。另外，用根據(jù)本發(fā)明的合金，可以提高處于 更高溫度的材料的抵抗力和防垢能力。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的合金具有較低的熱膨
脹系數(shù)，從而減少了在溫度波動情況下可能發(fā)生的開裂的危險。
合金中的碳濃度被限定到2%的值，以防止碳化物的形成。在這里，采用這樣的方法調(diào) 節(jié)碳濃度，盡管這樣，熔融體仍具有良好的流動和澆注性能。已知合金中的硅含量具有還原效果，并在這里改善熱氣腐蝕抵抗力。然而，根據(jù)本發(fā) 明的材料具有有利的低熱膨脹系數(shù)。
鉻提高在高溫下的抗氧化能力。在這里，鉻的比例被限制到2.5%。
具體實施例方式
本發(fā)明的一特別有利的組合規(guī)定了鑄鐵材料具有0.5 1.5%的錳。合金中的錳含量一方 面影響澆注性能，但另一方面也減少石墨析出，所以在這種情況下錳含量較佳的限制到 1.5%。
與本發(fā)明的另一有利的組合一致，由于更高比例的磷也可能導(dǎo)致材料的脆性，該材料 具有低于0.1%的磷。此外，具有小于0.5%的銅對于所述材料是有利的。
本發(fā)明的特別優(yōu)選的組合規(guī)定了鑄鐵材料含有34~36%的鎳。鎳的這個比例具有構(gòu)建一 個奧氏體基本結(jié)構(gòu)的功能。
本發(fā)明的另一有利的組合規(guī)定材料較佳地具有1.5~2.5%的鉻，以提高高溫抵抗力和抗 氧化能力。
與使用球墨和鎳為主要載體的傳統(tǒng)奧氏體鑄鐵合金(D5)相比，具有較高的溫度抵抗 力對于鑄鐵(與本發(fā)明一致)是特別有利的。因此，根據(jù)本發(fā)明的鑄鐵也非常適合使用在 處于溫度纟艮高的具有壁厚3 6毫米的^l薄壁材料中。
根據(jù)本發(fā)明的材料因此非常適合用在處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件中。根據(jù)目前的認識，由根 據(jù)本發(fā)明的鑄鐵材料制造的薄壁構(gòu)件能抵抗約985攝氏度。根據(jù)本發(fā)明，這種高合金鑄鐵材 料因此用于組裝引擎排氣系統(tǒng)的部件。該材料特別適合用于排氣歧管和渦輪增壓器殼體。 這種材料可用于特殊改進其內(nèi)可產(chǎn)生達1100。C排氣溫度的高壓縮和增壓發(fā)動機的排氣系統(tǒng) 的部件。
該材料特別適合用在整體殼體中(換言之，與排氣歧管和排氣渦輪增壓器的渦輪殼體 一體化的殼體)。
根據(jù)本發(fā)明，處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件(尤其是發(fā)動機排氣系統(tǒng)的構(gòu)件)由具有上述特性 的鑄鐵材料組成。因此，用于本發(fā)明的鑄鐵可替代傳統(tǒng)用于排氣系統(tǒng)的材料?；旧希T鐵可以依照一般方法制造和加工。構(gòu)件可以進行一次使結(jié)構(gòu)均勻的退火處理，這反過來又 取得了更好的碳化物分布。
與用于車輛排氣系統(tǒng)的傳統(tǒng)奧氏體鑄鐵合金相比，它能夠?qū)崿F(xiàn)35攝氏度的熱抵抗能力 的增加。由此實現(xiàn)的排氣或燃燒溫度的增加也允許增加位移相關(guān)馬力和減少污染物排放， 從而節(jié)省燃料。
此外，在剪切裂縫試驗中，與屬于D5類(ASTM 439)的傳統(tǒng)合金相比，根據(jù)本發(fā)明
的鑄鐵材料具有高出8%的溫度波動抵抗力。在高速公路性能測試中，可以看到根據(jù)本發(fā)明 的材料具有高達30%的改進。
本發(fā)明尤其適合于車輛排氣系統(tǒng)的構(gòu)件，但并不局限于它們。在本發(fā)明范圍內(nèi)的修改 和組合也落入本專利的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.具有奧氏體結(jié)構(gòu)和球墨構(gòu)型的、具備更高溫度波動抵抗力和用于發(fā)動機的有利用途的高合金鑄鐵材料，其特征在于，所述材料以重量百分數(shù)表示包含下列成分碳＜2.0％硅2.0～6.0％鎳29～36％鉻1.0～2.5％鈮0.1～1.0％鉬0.1～2.5％
2. 根據(jù)在前權(quán)利要求所述的鑄鐵材料，其特征在于，所述材料包含0.5~1.5%的錳。
3. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的鑄鐵材料，其特征在于，所述材料包含小于0.1%的磷。
4. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的鑄鐵材料，其特征在于，所述材料包含小于0.5%的銅。
5. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的鑄鐵材料，其特征在于，所述材料較佳地包含34 36%的 鎳。
6. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的鑄鐵材料，其特征在于，所述材料較佳地包含1.5 2.5%的鉻。
7. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的高合金鑄鐵材料用于發(fā)動機的處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件的用 途。
8. 根據(jù)在前權(quán)利要求所述的用途，其特征在于，所述的處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件是發(fā)動機的 部分排氣系統(tǒng)，尤其是排氣歧管和/或渦輪增壓器殼體。
9. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的用途，其特征在于，所述的處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件是整體 殼體。
10. 處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件，尤其是發(fā)動機的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件用根據(jù)權(quán)利 要求1 7之一所述的鑄鐵材料制成。
11. 根據(jù)在前權(quán)利要求所述的處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件是排氣歧管。
12. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件是排氣渦 輪增壓器的渦輪殼體。
13. 根據(jù)在前權(quán)利要求之一所述的處于高熱應(yīng)力的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件是整體殼 體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有奧氏體結(jié)構(gòu)和球墨構(gòu)型的高合金鑄鐵，包括以下用重量百分數(shù)表示的組分碳＜2.0％，硅2.0～6.0％，鎳29～36％，鉻1.0～2.5％，鈮0.1～1.0％和鉬0.1～2.5％。本發(fā)明也涉及該鑄鐵材料用于經(jīng)受高熱應(yīng)力的構(gòu)件的用途，尤其用于獨立或整體式內(nèi)燃機的排氣歧管和渦輪增壓器殼體。本發(fā)明最后涉及經(jīng)受高熱應(yīng)力的構(gòu)件，尤其是由上述鑄鐵材料組成的發(fā)動機的排氣系統(tǒng)。
文檔編號C22C37/00GK101120112SQ200680004792
公開日2008年2月6日 申請日期2006年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月12日
發(fā)明者迪特馬爾·哈恩, 霍斯特·凱爾 申請人:艾森韋克埃拉有限公司