[发明专利]用于气缸盖的铸铁合金

说明书

本发明涉及片状石墨铸铁合金和由其铸成的气缸盖。

这种类型的铸铁合金或气缸盖是已知的。从例如DE-A-100 12 918已知用于内燃机的气缸盖。后者描述了用于内燃机的气缸盖，该气缸盖由合金化的片状石墨铸铁铸成并且含有如下添加剂：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％锰、最大0.055重量％磷、最大0.10重量％硫、0.20重量％-0.32重量％铬、0.40重量％-0.90重量％铜、0.08重量％-0.10重量％锡、0.035重量％-0.55重量％钼和0.01重量％-0.014重量％钛。此外，从例如MAN工作标准M 3422，2000年4月已知由合金化的灰铸铁制成的气缸盖，其含有如下添加剂：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％锰、最大0.20重量％磷、最大0.13重量％硫、0.10重量％-0.15重量％铬、0.10重量％-0.20重量％钼、0.08重量％-0.12重量％锡和最大0.15重量％铜。

不断进一步提高气缸内的点火压力以便不断改善发动机内的燃烧。此处的最薄弱区域是将燃烧室封闭的气缸盖的阀式连通件(Ventilsteg)。虽然已知多种方法通过加入特定合金元素来调节所需性能，然而直到目前仍未成功地提供满足与机械性能有关和关于热导率，特别是关于疲劳极限或使用寿命的提高要求的铸铁合金或气缸盖。此外，还存在已知合金需要加入昂贵的合金元素的事实。

因此本发明基于以使得所描述的缺陷基本上得到排除的方式开发开头所描述的合金或气缸盖的目的。在该情形中，特别应能够提供尤其在低温下即约100-约400的温度下具有改善的机械性能和改善的热导率的合金或气缸盖。还期望降低已知合金或气缸盖的成本。

上述目的通过片状石墨铸铁合金得以实现，其特征在于所述铸铁具有如下添加剂：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％锰(Mn)、0.03重量％-0.15重量％硫(S)、0.05重量％-0.30重量％铬(Cr)、0.05重量％-0.30重量％钼(Mo)、0.05重量％-0.20重量％锡(Sn)和一般杂质。

这种铸铁合金的有利配置，特别是其作为气缸盖的用途由下面更加详细描述的从属权利要求2-9显现出。

根据本发明的合金或根据本发明的气缸盖具有与现有技术相比改善的热导率，并且具有改善的拉伸强度，特别是阀式连通件的强度。由于兼具有高的热导率和高的强度，因此减少了热疲劳裂纹的发生或者停止或甚至防止其过程。特别地，在低温范围内，尤其是约100-约400℃的温度下获得成功。根据本发明的合金的使用导致了这样的事实：在高温范围内产生的裂纹不能够在低温范围内扩展，即它们保持固定。因此提高了根据本发明的合金或根据本发明的气缸盖的使用寿命。附加于此的事实是，根据本发明的合金或根据本发明的气缸盖比由现有技术中已知的合金或气缸盖更加经济。

根据本发明的铸铁合金或根据本发明的气缸盖的组织的基体由珠光体构成，该珠光体具有最多约5％，特别最多约3％的铁素体。铁素体在此处作为组织而非作为如珠光体中的相被提及。如在此处提及的所有组织细节中，％细节在此处涉及平磨的％分数。在颗粒中，片状石墨以I型存在，其中大于80％，优选大于90％以排布A存在，并且以尺寸3或更细(EN ISO 945：1994-09)存在。该特殊结构具有的优点是，所需性能即机械性能的保持和热导率的提高得到了进一步改善。处于I型、处于分布A和尺寸2的片状石墨由于缺乏孕育而仅在低负荷区域是可允许的。在芯中，片状石墨还可按分布B、C、D和/或E的小分数存在。

在一直到3mm深度的边缘区域中，因为模塑材料的影响，分布D+E可允许达到100％。

特别在根据本发明的铸铁合金或根据本发明的气缸盖的强热机械负荷区域中，所优选的结构性能是显著的，所述区域具有20-480℃和不变的300-450℃的温度变化应力和热连续应力。在其它位置处，这些较为次要。

结合气缸盖，这意味着当上述规定的组织存在于入口和出口阀开孔之间的连通件上或者连通件之间的多重阀中时性能是优化的。

还任选能够通过目标的冷却或退火处理来进行热处理用以减少内应力，但是丝毫不影响金相学组织的组成。

特别通过所给定的添加剂及其量的组合来调节所需性能，即后者以协同方式一起来起作用。