專利名稱：用于氣缸蓋的鑄鐵合金的制作方法
用于氣缸蓋的鑄鐵合金本發(fā)明涉及片狀石墨鑄鐵合金和由其鑄成的氣缸蓋。這種類型的鑄鐵合金或氣缸蓋是已知的。從例如DE-A-100 12 918已知用于內(nèi) 燃機(jī)的氣缸蓋。后者描述了用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋，該氣缸蓋由合金化的片狀石墨鑄鐵鑄 成并且含有如下添加劑3.30重量％-3.60重量％碳、1.73重量％-1.92重量％硅、0.60 重量％-0.90重量％錳、最大0.055重量％磷、最大0.10重量％硫、0.20重量％-0.32重 量％鉻、0.40重量％-0.90重量％銅、0.08重量％-0.10重量％錫、0.035重量％-0.55重 量％鉬和0.01重量％-0.014重量％鈦。此外，從例如MAN工作標(biāo)準(zhǔn)M 3422，2000年4月 已知由合金化的灰鑄鐵制成的氣缸蓋，其含有如下添加劑3.30重量％-3.55重量％碳、 1.80重量％-2.30重量％硅、0.55重量％-0.80重量％錳、最大0.20重量％磷、最大0.13 重量％硫、0.10重量％-0.15重量％鉻、0.10重量％-0.20重量％鉬、0.08重量％-0.12重 量％錫和最大0.15重量％銅。不斷進(jìn)一步提高氣缸內(nèi)的點(diǎn)火壓力以便不斷改善發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒。此處的最薄 弱區(qū)域是將燃燒室封閉的氣缸蓋的閥式連通件(Ventilsteg)。雖然已知多種方法通過(guò)加入 特定合金元素來(lái)調(diào)節(jié)所需性能，然而直到目前仍未成功地提供滿足與機(jī)械性能有關(guān)和關(guān) 于熱導(dǎo)率，特別是關(guān)于疲勞極限或使用壽命的提高要求的鑄鐵合金或氣缸蓋。此外，還 存在已知合金需要加入昂貴的合金元素的事實(shí)。因此本發(fā)明基于以使得所描述的缺陷基本上得到排除的方式開(kāi)發(fā)開(kāi)頭所描述的 合金或氣缸蓋的目的。在該情形中，特別應(yīng)能夠提供尤其在低溫下即約100-約400的溫 度下具有改善的機(jī)械性能和改善的熱導(dǎo)率的合金或氣缸蓋。還期望降低已知合金或氣缸 蓋的成本。上述目的通過(guò)片狀石墨鑄鐵合金得以實(shí)現(xiàn)，其特征在于所述鑄鐵具有如下添加 劑2.80 重量 ％-3.60 重量 ％碳(C)、1.00 重量 ％-1.70 重量 ％硅(Si)、0.10 重量 ％-1.20 重量％錳(Mn)、0.03 重量％ -0.15 重量％硫(S)、0.05 重量％ -0.30 重量％鉻(Cr)、0.05 重量％ -0.30重量％鉬(Mo)、0.05重量％ -0.20重量％錫(Sn)和一般雜質(zhì)。這種鑄鐵合金的有利配置，特別是其作為氣缸蓋的用途由下面更加詳細(xì)描述的 從屬權(quán)利要求2-9顯現(xiàn)出。根據(jù)本發(fā)明的合金或根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋具有與現(xiàn)有技術(shù)相比改善的熱導(dǎo)率， 并且具有改善的拉伸強(qiáng)度，特別是閥式連通件的強(qiáng)度。由于兼具有高的熱導(dǎo)率和高的 強(qiáng)度，因此減少了熱疲勞裂紋的發(fā)生或者停止或甚至防止其過(guò)程。特別地，在低溫范圍 內(nèi)，尤其是約100-約400°C的溫度下獲得成功。根據(jù)本發(fā)明的合金的使用導(dǎo)致了這樣的 事實(shí)在高溫范圍內(nèi)產(chǎn)生的裂紋不能夠在低溫范圍內(nèi)擴(kuò)展，即它們保持固定。因此提高 了根據(jù)本發(fā)明的合金或根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋的使用壽命。附加于此的事實(shí)是，根據(jù)本發(fā) 明的合金或根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋比由現(xiàn)有技術(shù)中已知的合金或氣缸蓋更加經(jīng)濟(jì)。根據(jù)本發(fā)明的鑄鐵合金或根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋的組織的基體由珠光體構(gòu)成，該 珠光體具有最多約5%，特別最多約3%的鐵素體。鐵素體在此處作為組織而非作為如珠 光體中的相被提及。如在此處提及的所有組織細(xì)節(jié)中，％細(xì)節(jié)在此處涉及平磨的％分
3數(shù)。在顆粒中，片狀石墨以I型存在，其中大于80%，優(yōu)選大于90%以排布A存在，并 且以尺寸3或更細(xì)(EN ISO 945 1994-09)存在。該特殊結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)是，所需性能 即機(jī)械性能的保持和熱導(dǎo)率的提高得到了進(jìn)一步改善。處于I型、處于分布A和尺寸2 的片狀石墨由于缺乏孕育而僅在低負(fù)荷區(qū)域是可允許的。在芯中，片狀石墨還可按分布 B、C、D和/或E的小分?jǐn)?shù)存在。在一直到3mm深度的邊緣區(qū)域中，因?yàn)槟Ｋ懿牧系挠绊?，分布D+E可允許達(dá)到 100%。特別在根據(jù)本發(fā)明的鑄鐵合金或根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋的強(qiáng)熱機(jī)械負(fù)荷區(qū)域中， 所優(yōu)選的結(jié)構(gòu)性能是顯著的，所述區(qū)域具有20-480°C和不變的300-450°C的溫度變化應(yīng) 力和熱連續(xù)應(yīng)力。在其它位置處，這些較為次要。結(jié)合氣缸蓋，這意味著當(dāng)上述規(guī)定的組織存在于入口和出口閥開(kāi)孔之間的連通 件上或者連通件之間的多重閥中時(shí)性能是優(yōu)化的。還任選能夠通過(guò)目標(biāo)的冷卻或退火處理來(lái)進(jìn)行熱處理用以減少內(nèi)應(yīng)力，但是絲 毫不影響金相學(xué)組織的組成。特別通過(guò)所給定的添加劑及其量的組合來(lái)調(diào)節(jié)所需性能，即后者以協(xié)同方式一 起來(lái)起作用。碳的用量為2.80重量％-3.60重量％，優(yōu)選3.20重量％-3.50重量％和特別優(yōu)選 3.30重量％-3.50重量％。過(guò)低的碳含量導(dǎo)致形成微孔洞，而過(guò)高的碳含量具有的缺陷是 合金具有過(guò)低的強(qiáng)度。硅的用量為1.00重量％-1.70重量％，優(yōu)選的量為1.20重量％-1.60重量％和特 別優(yōu)選的量為1.30重量％ -1.50重量％。過(guò)低的硅含量導(dǎo)致冷硬傾向，而過(guò)高的硅含量 具有的缺陷是熱導(dǎo)率大大降低。錳的用量為0.10重量％-1.20重量％，優(yōu)選的量為0.30重量％-0.80重量％且特
別優(yōu)選的量為0.50重量％ -0.60重量％。需要錳來(lái)結(jié)合硫，這是因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的合 金中不存在純硫，只存在硫化錳。過(guò)高的錳含量導(dǎo)致冷硬傾向。硫的用量為0.03重量％-0.15重量％，優(yōu)選的量為0.05重量％-0.14重量％和特 別優(yōu)選的量為0.08重量％ -0.12重量％。在MnS化合物中需要硫以便保證良好的可加工 性。過(guò)少的硫?qū)е赂鶕?jù)本發(fā)明的合金難以加工。過(guò)高的硫含量導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷。鉻的用量為0.05重量％-0.30重量％，優(yōu)選的量為0.08重量％-0.20重量％且特 別優(yōu)選的量為0.08重量％ -0.15重量％。鉻具有在> 550°C的溫度下使珠光體穩(wěn)定的目 的。過(guò)高的鉻含量導(dǎo)致冷硬傾向。鉬的用量為0.05重量％-0.30重量％，優(yōu)選的量為0.10重量％-0.25重量％和特 別優(yōu)選的量為0.10重量％ -0.20重量％。優(yōu)選在氣缸蓋應(yīng)用中的300°C -400°c范圍內(nèi)， 鉬保證耐熱性。過(guò)高的鉬含量提高合金成本并且導(dǎo)致孔洞傾向。錫的用量為0.05重量％-0.20重量％，優(yōu)選的量為0.05重量％-0.15重量％和特 別優(yōu)選的量為0.08重量％-0.12重量％。錫用于防止鐵素體形成。過(guò)高的錫含量導(dǎo)致脆 性。錫很特別地優(yōu)選以0.08-0.12重量％的量存在。根據(jù)本發(fā)明的鑄鐵合金或根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋可以含有一般雜質(zhì)。可能雜質(zhì)的 例子是鎳、銅、鈦、釩、鈮、氮、磷。如果孕育劑的一種或多種元素并非必須代表合金性能，則術(shù)語(yǔ)雜質(zhì)還包括孕育劑。鎳的量?jī)?yōu)選為至多1重量％，特別優(yōu)選至多0.30重量％，很特別地優(yōu)選 < 0.1%。銅的存在量?jī)?yōu)選為至多1重量％，特別優(yōu)選至多0.30重量％，很特別地優(yōu)選 <0.30重量％。過(guò)高的銅量導(dǎo)致析出問(wèn)題并且昂貴。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，銅的使用完 全并非必須或者根據(jù)本發(fā)明的合金僅含有來(lái)自廢料的銅。鈦的存在量?jī)?yōu)選為最大0.020重量％，特別優(yōu)選至多最大0.010重量％。過(guò)高的 鈦含量削弱鑄鐵合金的可加工性。釩的存在量?jī)?yōu)選為至多0.2重量％，特別優(yōu)選至多0.1重量％，很特別地優(yōu)選 <0.10重量％。如果釩含量過(guò)高，則韌性和熱導(dǎo)率降低。鈮的存在量?jī)?yōu)選為至多0.2重量％，特別優(yōu)選至多0.1重量％，很特別地優(yōu)選 < 0.10重量％。如果有意地加入則過(guò)高的鈮分?jǐn)?shù)使成本增加并且導(dǎo)致熱導(dǎo)率的削弱。氮的存在量?jī)?yōu)選為至多0.03重量％，特別優(yōu)選至多0.0080重量％。過(guò)高的氮含 量具有的缺陷是鑄造零件中可存在多孔性。磷的存在量?jī)?yōu)選為至多0.15重量％，特別優(yōu)選的量為至多0.06重量％。過(guò)高的 磷含量導(dǎo)致韌性降低。合金的孕育優(yōu)選用鋇、鋯或稀土金屬進(jìn)行。這些的用量為0.0005重量％-0.0500 重量％，優(yōu)選的量為0.0010重量％-0.00125重量％。特別優(yōu)選的是鋇，因?yàn)楹笳咭鹑?石墨成核劑那樣的灰凝固(gnmerstarrang)。特別優(yōu)選地，鋇還是合適的是因?yàn)槠渥鳛榉€(wěn) 定凝固的助劑而補(bǔ)償?shù)偷墓枇俊ｄ^以上述量使用。已證明，下面具有準(zhǔn)確限定的分?jǐn)?shù)和合金元素的準(zhǔn)確組成是特別有利的
權(quán)利要求
1.片狀石墨鑄鐵合金，其特征在于該鑄鐵具有如下添加劑 2.80重量％ -3.60重量雜(C)，1.00 重量 ％ -1.70 重量 ％硅(Si)， 0.10 重量％ -1.20 重量％錳(Mn)， 0.03重量％ -0.15重量％硫(S)， 0.05 重量％ -0.30 重量％鉻(Cr)， 0.05 重量％ -0.30 重量％鉬(Mo)， 0.05 重量％ -0.20 重量％錫(Sn)， 和一般雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鑄鐵合金，其特征在于硅(Si)的存在量為1.00重量％-1.50重量％。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鑄鐵合金，其特征在于在該鑄鐵合金中具有如下添 加劑3.20重量％ -3.50重量耀(C)， 1.30 重量％ -1.50 重量％硅(Si)， 0.50 重量％ -0.60 重量％錳(Mn)， 0.08重量％ -0.12重量％硫(S)， 0.10 重量％ -0.15 重量％鉻(Cr)， 0.20 重量％ -0.25 重量％鉬(Mo)， 0.05 重量％ -0.10 重量％錫(Sn)， 和一般雜質(zhì)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鑄鐵合金，其特征在于所述一般雜質(zhì)中以如下存 在至多1重量％鎳(Ni)、至多1重量％銅(Cu)、至多0.2重量％鈦(Ti)、至多0.2重 量％釩(乂)、至多0.2重量％鈮(Nb)、至多0.03重量％氮(N)和至多0.15重量％磷(P)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鑄鐵合金，其特征在于該鑄鐵合金的組織基體由具 有最多約5%，特別最多約3%鐵素體的珠光體構(gòu)成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鑄鐵合金，其特征在于顆粒中的片狀石墨以I型存 在，其中大于80%，優(yōu)選大于90%以排布A存在，并且以尺寸3或更細(xì)存在(EN ISO 945 1994-09)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鑄鐵合金，其通過(guò)用0.0005重量％-0.0500重量％， 優(yōu)選0.0010重量％ -0.00125重量％的鋇進(jìn)行孕育獲得。
8.氣缸蓋，其由根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鑄鐵合金鑄成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的氣缸蓋，其特征在于該氣缸蓋是內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的氣缸蓋，其特征在于該氣缸蓋配置為用于多氣缸，特別是 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的串聯(lián)氣缸蓋。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有片狀石墨的鑄鐵合金，該鑄鐵合金包含如下添加劑2.80重量％-3.60重量％碳(C)，1.00重量％-1.70重量％硅(S i)，0.10重量％-1.20重量％錳(Mn)，0.03重量％-0.15重量％硫(S)，0.05重量％-0.30重量％鉻(Cr)，0.05重量％-0.30重量％鉬(Mo)，0.05重量％-0.20重量％錫(Sn)和一般雜質(zhì)，還描述了可由其獲得的氣缸蓋。
文檔編號(hào)B22D19/00GK102015158SQ201080001293
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者F·施恩費(fèi)爾德, H·米勒, U·施密特根 申請(qǐng)人:曼恩載重汽車股份公司