[发明专利]制造球形铸铁机械部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造球形铸铁机械部件的方法。

背景技术

各种结构和各种类型的球形铸铁现已广为人知，特别地，它们被用于生产各类机械部件。

作为其主要特征，球形铸铁具有真正球形的石墨形状，与使用薄层状石墨的常规灰铸铁中产生的形状不同；球形结构的石墨给予材料很好的延展性。

经过热处理解除内应力的球形铸铁具有完全珠光体基体。在这种情况下，尽管由于热处理，材料的延展性降低很多并且疲劳强度没有增加，但是其以更高的耐磨性为特征。的确，参考ISO1083标准，被归类为编码JS/800-2/S的非热处理珠光体球形铸铁的最小HBW硬度为245，最小抗张强度为800MPa，典型疲劳强度为304MPa。

经过热处理解除内应力的珠光体球形铸铁的最小HBW硬度是270，最小抗张强度为900MPa，典型疲劳强度未发生改变，即等于304MPa。

经在水或油中硬化热处理的球形铸铁具有贝氏体或马氏体结构。在冷却过程结束时，它们任选地接受热回火处理。通常，这种铸铁的特征是延展性非常低并伴随表面硬度高，因此不能被用于需要特定疲劳强度的应用中。

从以上简述可看出，如果按传统方式对珠光体球形铸铁进行热处理，则其疲劳强度不增加。

为了要设计一种机械强度性质、特别是疲劳强度性质改善的材料，人们已经设计了商业上被称为ADI(奥贝球铁)的等温淬火球形铸铁。

获得这类铸铁所需的热处理由以下步骤组成：完全奥氏体化处理，将部件保持在高于奥氏体化温度上限(通常称为A_c3)的温度下，然后在熔盐浴中硬化。

由此获得的最终结构(技术上被称为奥铁体结构(ausferritic structure))由针状铁素体和奥氏体组成。该特定结构给予材料优良的机械性质，尤其是上好的疲劳强度，其加工性低于传统球形铸铁。

既然在冷却过程中须要避免形成珠光体，就必须使材料和合金元素(诸如镍和/或钼)形成合金。

在1980年代中叶，申请本专利的公司在得到Horst Muehlberger博士许可后开发了特定的热处理技术，其能够获得被称为GGG 70B/A的等温淬火铸铁，该热处理技术由以下操作组成：在低于A_c3(上限奥氏体化温度)并高于A_c1(下限奥氏体化温度)的温度下进行奥氏体化，然后在熔盐浴中硬化。

所得最终结构(技术上被称为具有先共析(proeutectoid)铁素体的奥铁体结构)由先共析铁素体、针状铁素体和奥氏体组成。由于必须防止在冷却过程中形成珠光体，并且，由于该热处理的第一步中使用的奥氏体化温度也较低，所以，在该情况中，必须使材料与合金元素(诸如镍和/或钼)以一定百分比形成合金，所述百分比高于上述无先共析铁素体的等温淬火球形铸铁中的百分比。

该特定类型的铸铁已经被引入ISO 17804标准，命名为JS/800-10，最近，又被引入SAE标准J2477的2004年5月修订本中，命名为AD 750。该特定类铸铁的疲劳强度通常等于375MPa。

最近，有人提出商业上被称为缩写词MADI(可加工奥贝球铁)的球形铸铁；该类铸铁也是在低于A_c3并高于A_c1的温度下进行部分奥氏体化热处理，然后在熔盐浴中硬化的结果。所得最终结构因存在最终分散的马氏体针状物而与归类为GGG70B/A和/或ISO 17804/JS/800-10和/或SAE J2477AD750的结构不同。然而，即使MADI铸铁也是以高含量合金材料，诸如镍和钼为特征。

ADI或MADI铸铁最终具有更优质的静态机械性质和疲劳极限，但是由于它们如上所述是在盐中硬化而得，所以它们需要合金材料，诸如镍和钼，以便确保它们的可硬化度，而且没有形成珠光体的风险。因此，由于这些合金元素价格高昂，所以目前除了其机械性质方面的有效性以外，这些材料很少在经济方面具有竞争力。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产球形铸铁的新方法，其能获得比传统球形铸铁(铁素体、珠光体、铁素体-珠光体等)具有更高的机械性能但生产成本比等温淬火铸铁(ADI和MADI)低很多的材料。

通过一种制造由球形铸铁制成的机械部件的方法，所述目的和其它目标(它们在下文中将变得更加明了)都能达到，该方法的特征在于，其包含以下步骤：

-提供由铸铁制成的机械部件的铸件，所述铸铁的结构是至少部分铁素体(ferritic)，并且碳含量为2.5％至4.0％，硅含量为2.0％至3.5％；