專利名稱：鑄鐵滑動(dòng)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄鐵滑動(dòng)件，特別是在高表面壓力下使用的滑動(dòng)件。
內(nèi)燃機(jī)用的鑄鐵凸輪軸一般認(rèn)為是上述的那種滑動(dòng)件。凸輪軸的整個(gè)外周面可以是滑動(dòng)部分，或者外周區(qū)域的一半，包括一突出部分，可以是滑動(dòng)部分。在上述兩種情況下，這種滑動(dòng)件的整個(gè)滑動(dòng)部分都是冷硬的。
當(dāng)上述凸輪軸在高表面壓力下使用時(shí)，突出部分的耐點(diǎn)腐蝕和磨損的性能就會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
為了改善上述滑動(dòng)部分耐點(diǎn)腐蝕和磨損的性能，要求突出部分的冷硬組織是具有大量析出的自由滲碳體的勻細(xì)組織。這種組織具有高的硬度。這種基礎(chǔ)組織的硬度不會(huì)被鑄造后在600℃的熱處理溫度下進(jìn)行的減小應(yīng)力的退火處理所減小。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的鑄鐵滑動(dòng)件，它具有一個(gè)滑動(dòng)部分，其中，利用構(gòu)成凸輪軸的具體成分可以滿足上述要求。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明提供一種鑄鐵滑動(dòng)件，其鑄鐵成分包括3.0%(重量)(含此值)至3.6%(重量)(含此值)的碳(C)，1.6%(重量)(含此值)至2.4%(重量)(含此值的硅(Si)，0.2%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的錳(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的鉻(Cr)，1.5%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的鎳(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的鉬(Mo)，0.003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的至少一種促進(jìn)冷硬元素El，促進(jìn)冷硬元素是從下述一組中選擇的鉍(Bi)，碲(Te)，和鈰(Ce)鈰其余為鐵(Fe)和不可避免的雜質(zhì);其中，所述滑動(dòng)件包括一冷硬滑動(dòng)部分。
如果滑動(dòng)件的成分保持在上述規(guī)定的范圍中，那么，滑動(dòng)部分的冷硬組織就是具有大量高硬度的析出的滲碳體的勻細(xì)組織。另外，基礎(chǔ)組織轉(zhuǎn)變成馬氏體并細(xì)微化。因此，基礎(chǔ)組織的硬度可以通過(guò)在大約600℃的熱處理溫度下進(jìn)行的減少應(yīng)力的退火過(guò)程中被減小，因此，可以從生產(chǎn)出具有極好耐點(diǎn)腐蝕和磨損性能的滑動(dòng)件。
加入每種化學(xué)成分的原因，以及規(guī)定每種化學(xué)成分的含量的原因如下所述。
碳(C)用來(lái)提高滑動(dòng)件的可鑄性以便在滑動(dòng)部分形成冷硬組織并改善冷硬組織的質(zhì)量。但是，如果碳含量小于3%(重量)，那么就會(huì)降低熔融金屬合金的可流動(dòng)性。另一方面，如果碳含量高于3.6%(重量)，那么就有石墨析出的危險(xiǎn)，降低冷硬組織的質(zhì)量。
硅(Si)用來(lái)改善冷硬組織的質(zhì)量。但是，如果硅含量小于1.5%(重量)，那么就會(huì)增加冷硬組織的深度，使滑動(dòng)件具有降低的偏轉(zhuǎn)力，另一方面，如果硅含量大于2.4%(重量)，冷硬組織的濃度就會(huì)減小，這是由于硅(Si)是促進(jìn)石墨化元素的緣故。
錳(Mn)用于保證冷硬組織具有足夠的深度以便使冷硬組織和基礎(chǔ)組織均勻地細(xì)微化，另外還可防止石墨的析出。但是，如果錳含量小于0.2%(重量)，那么熔融金屬就沒(méi)有過(guò)冷能力，冷硬組織的深度減小，冷硬組織和基礎(chǔ)組織就不能均勻地細(xì)微化。另一方面，如果錳含量大于1.5%(重量)，那么就會(huì)減小熔融金屬的可流動(dòng)性。
鉻(Cr)用于增大在組織中析出的自由滲碳體量，以便改善冷硬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量并強(qiáng)化基礎(chǔ)組織。但是，如果鉻含量小于0.5%(重量)，那么析出的自由滲碳體量就會(huì)減小以至不能強(qiáng)化基礎(chǔ)組織。另一方面，如果鉻含量小于1.5%(重量)，那么，冷硬就會(huì)在整個(gè)外周區(qū)域得到，從而減小偏轉(zhuǎn)力并降低可加工性，這是由于鉻具有促進(jìn)冷硬的效果。
鎳(Ni)用于促進(jìn)向馬氏體的轉(zhuǎn)化并強(qiáng)化基礎(chǔ)組織。但是，如果鎳含量小于1.0%(重量)，那么，基礎(chǔ)組織就不能變成馬氏體，另一方面，如果鎳含量大于3.0%(重量)，那么滑動(dòng)件的可加工性就會(huì)降低，例如，在加工時(shí)在滑動(dòng)件上就會(huì)產(chǎn)生裂紋。
鉬(Mo)用于增加自由滲碳體的強(qiáng)度，改善冷硬組織的質(zhì)量，以及強(qiáng)化基礎(chǔ)組織。但是，如果鉬含量小于0.5%(重量)，那么自由滲碳體和基礎(chǔ)組織就不能足夠地強(qiáng)化。另一方面，如果鉬含量大于1.0%(重量)，那么冷硬就會(huì)在整個(gè)外周區(qū)域得到，從而減小偏轉(zhuǎn)力并降低可加工性，這是因?yàn)殂f具有鉻那樣的促進(jìn)冷硬的效果的緣故。
鉍，碲和鈰為促進(jìn)冷硬的元素El。它們用于促進(jìn)冷硬組織的形成，以便使冷硬組織均勻細(xì)微化，并限制石墨的析出。至少要加入從上述元素中選擇的一種元素。因此，如果加入兩種或更多促進(jìn)冷硬的元素El，那么，其總量要在0.0003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的范圍內(nèi)。如果El含量小于0.0003%(重量)，那么就失去了加入促進(jìn)冷硬的元素El的效果。另一方面，如果El含量大于0.1%(重量)，那么就會(huì)在整個(gè)外周區(qū)域冷硬，特別是使滑動(dòng)件的內(nèi)部硬度過(guò)度增大，因此，難于甚至不可能在滑動(dòng)件上鉆孔。促進(jìn)冷硬的元素El的含量最好小于0.001%(重量)。如果El含量等于或大于0.001%(重量)，那么滑動(dòng)件的整個(gè)外周區(qū)域容易冷硬。
通過(guò)閱讀對(duì)照以下附圖對(duì)于推薦實(shí)施例的詳細(xì)描述，將會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的上述的和其它的目的，特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是凸輪軸關(guān)鍵部分的立體圖;
圖2是沿圖1中2-2線的，以箭頭方向看去的剖視圖;以及圖3是鑄模關(guān)鍵部分的剖視圖。
圖1和2表示作為滑動(dòng)件的，內(nèi)燃機(jī)用的鑄鐵凸輪軸1。凸輪軸1具有包括凸輪2的突出部分3的局部外周區(qū)域A。局部外周區(qū)域A已冷硬，因而每個(gè)凸輪2具有冷硬組織B。每個(gè)凸輪2的大部區(qū)域C，除去局部外周區(qū)域A和包括軸頸部分4的軸5以外，未冷硬。在圖1和2中標(biāo)號(hào)6代表油孔。
在本實(shí)施例中的凸輪軸1由鑄鐵構(gòu)成，鑄鐵含有3.0%(重量)(含此值)至3.6%(重量)(含此值)的碳(C)，1.6%(重量)(含此值)至2.4%(重量)(含此值)的硅(Si)，0.2%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的錳(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的鉻(Cr)，1.5%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的鎳(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的鉬(Mo)，0.003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的從由鉍(B)，碲(Te)，和鈰(Ce)構(gòu)成的一組中選擇的至少一種促進(jìn)冷硬的元素El，其余為鐵(Fe)和不可避免的雜質(zhì)。
這種凸輪軸1是使用圖3所地的鑄模7鑄造的。鑄模7包括上模8，下模9和油孔成形芯10，芯10通過(guò)上模8和下模9的閉合而夾在上模8和下模9之間。凸輪軸型腔11是繞芯10限定的。用于形成局部外周區(qū)域A的下模9的一部分，包括在型腔11凸輪成形區(qū)域12的突出部分3，是由Fe-基或Cu-基的冷卻器13構(gòu)成的。
制備具有適當(dāng)鑄鐵成分的熔融金屬并將其澆入型腔11，從而鑄成凸輪軸1。同時(shí)凸輪2的局部外周部分A被冷卻器13冷卻并冷硬以便形成冷硬組織B。鑄造以后，凸輪軸1在大約600℃的熱處理溫度下承受減小應(yīng)力的退火處理。
表1表示在實(shí)例1-3中使用鉍(Bi)作為促進(jìn)冷硬的元素El所生產(chǎn)的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織，以及軸部5的硬度。在表1的化學(xué)成分一欄內(nèi)，其余是由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的，其它表與此同。在有關(guān)突出部分3組織的一欄內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“冷硬”的意思是指具有勻細(xì)的冷硬組織，其它表與此同。
表3表示在實(shí)例6和7中，使用鈰(Ce)作用促進(jìn)冷硬的元素El所生產(chǎn)的凸輪軸1的突出部分的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
表4表示在實(shí)例8和9中，使用碲(Te)和鈰(Ce)作為促進(jìn)冷硬的元素El所生產(chǎn)的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
表5表示在實(shí)例10和11中使用三種元素鉍(B)，碲(Te)和鈰(Ce)作為促進(jìn)冷硬的元素El所生產(chǎn)的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
表6表示在對(duì)比例1至5中，使用碲(Te)作為促進(jìn)冷硬的元素El所生產(chǎn)的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
如表1至5所示，在凸輪軸1的實(shí)例1至11中，每種化學(xué)成分都控制在上述的范圍內(nèi)，因而各突出部分3的HRC硬度均等于或大于54，突出部分3的組織均為勻細(xì)的冷硬組織B。另外，軸部5的HRC硬度與突出部分3的硬度相比較保持低值。
如表6所示，按照對(duì)比例1至5制成的凸輪軸的冷硬組織的微細(xì)化是含有碲的結(jié)果，但是在對(duì)比例1和2中，因?yàn)镃r，Ni和Mo含量與上述范圍不符，故未得到強(qiáng)化。因此，凸輪的突出部分的HRC硬度是不均勻的。另外，凸輪軸1的整個(gè)外周區(qū)域容易被冷硬，這是由于碲含量較大的緣故。
因?yàn)樵趯?duì)比例3和4中Ni和Mo的含量與上述范圍不符，在對(duì)比例5中Mo含量與上述范圍不符，所以基礎(chǔ)組織未得到強(qiáng)化，突出部分的HRC硬度不均勻并降低了。
曾將實(shí)例5的凸輪軸1裝入內(nèi)燃機(jī)的閥操縱系統(tǒng)中以檢驗(yàn)凸輪2的滑動(dòng)特性。所述閥操縱系統(tǒng)是一種滑動(dòng)式閥操縱系統(tǒng)，它具有搖臂的凸輪滑動(dòng)中分，是由滑動(dòng)面形成件構(gòu)成的，還用具有輥和輥式閥操縱系統(tǒng)，用輥來(lái)代替滑動(dòng)件形成件。
上述滑動(dòng)面形成件是由鑄鐵構(gòu)成的，鑄鐵含有2.4%(重量)的碳(C)，0.8(重量)的硅(Si)，0.5%(重量)的磷(P)，0.3%(重量)的錳(Mn)，13%(重量)的鉻(Cr)，2.8%(重量)的鉬(Mo)，0.13%(重量)的鎢(W)，0.13%(重量)的釩(V)，1.4%(重量)的鎳(Ni)，其余為鐵(Fe)。上述輥是由高碳鉻軸承鋼(JIS SUJ2)構(gòu)成的。每個(gè)凸輪2的外周面承受了相同的已知的表面處理，例如蒸汽處理以改善其對(duì)搖臂的適應(yīng)性。
在滑動(dòng)式閥操縱系統(tǒng)中，每個(gè)凸輪2存在磨損問(wèn)題。因此，通過(guò)將內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整為每分鐘4300轉(zhuǎn)，并改變作用在突出部分3上的表面壓力來(lái)檢驗(yàn)突出部分3的耐磨損性能。結(jié)果表明，即使在100kgf/mm2的很小表面壓力下，在突出部分3上也出現(xiàn)了磨損。
另一方面，在輥式閥操縱系統(tǒng)中，每個(gè)凸輪2存在點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。因此，通過(guò)將內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整為每分鐘2000轉(zhuǎn)，并改變作用在突出部分3上的表面壓力來(lái)檢驗(yàn)突出部分3的耐點(diǎn)腐蝕性能。結(jié)果表明，即使在180kgf/mm2的低表面壓力下，在突出部分3也出現(xiàn)了點(diǎn)腐蝕。
從上述事實(shí)可以看出，在實(shí)例5中的凸輪軸1顯示了在高表面壓力下的極好的滑動(dòng)特性。
雖然對(duì)本發(fā)明應(yīng)用于凸輪軸進(jìn)行了詳細(xì)描述，但顯然本發(fā)明并不局限于凸輪軸，當(dāng)然也適用于其它滑動(dòng)件。






權(quán)利要求
1.一種鑄鐵滑動(dòng)件，構(gòu)成它的鑄鐵含有3.0%(重量)(含此值)至3.6%(重量)(含此值)的碳(C)，1.6%(重量)(含此值)至2.4%(重量)(含此值)的硅(Si)，0.2%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的錳(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的鉻(Cr)，1.0%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的鎳(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的鉬(Mo)，0.0003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的從由鉍(Bi)，碲(Te)和鈰(Ce)構(gòu)成的一組中選擇的至少一種促進(jìn)冷硬的元素El，其余為鐵(Fe)和不可避免的雜質(zhì)；所述滑動(dòng)件包括一滑動(dòng)表面部分。
2.如權(quán)利要求1所述的鑄鐵滑動(dòng)件，其特征在于所述促進(jìn)冷硬的元素El的含量小于0.001%(重量)。
全文摘要
一種鑄鐵滑動(dòng)件，構(gòu)成它的鑄鐵含有3.0％(含此值)至3.6％(含此值)的碳，1.6％(含此值)至2.4％(含此值)的硅，0.2％(含此值)至1.5％(含此值)的錳，0.5％(含此值)至1.5％(含此值)的鉻，1.5％(含此值)至3.0％(含此值)的鎳，0.5％(含此值)至1.0％(含此值)的鉬，0.0003％(含此值)至0.1％(含此值)的從由鉍，碲和鈰構(gòu)成的組中選擇的至少一種促進(jìn)冷硬的元素E1，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。所述滑動(dòng)件有一冷硬的滑動(dòng)部分，因而可以改善滑動(dòng)件的耐磨損和點(diǎn)腐蝕性能。
文檔編號(hào)F01L1/16GK1109915SQ9411293
公開日1995年10月11日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月10日
發(fā)明者坂勉, 藤原昭, 山田范之 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社