CN105274299A - 由热处理铸铁制成的部件的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产由特殊热处理铸铁(例如AGI)制成的调质部件的工艺。根据本发明，制备由铸铁制成的主体，其可以已经是发动机缸体的形状。之后主体经过预加工，其可以包括形成一个或多个孔。之后，主体可以通过合适的热处理被调质，例如通过特殊热处理。在公开的热处理之后，可以进行部件的后期处理，例如形成最终的尺寸。

Description

由热处理铸铁制成的部件的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种用于生产由热处理的铸铁制成的部件的工艺。

背景技术

由铸铁制成的金属部件比利用纯机械处理所生产的部件具有优势，由铸铁制成的金属部件在铸造期间已经基本成形。在这种情况下，将铸造材料加热到其转变为液相并且随后浇铸入模具中。随着冷却，液相凝固以产生预定义形状的主体。尤其地，这样可以产生更加复杂的部件形状。铸造可以是生产一些部件的唯一方法，或者使生产更加节约成本。后者一般需要实施相对大产量的制造，这是由于所需模具的工作量以及相关成本可能是相对高的。

典型地，为了利用铸造生产部件，要利用合适的铁合金，该合金具有高比例的碳。碳会以石墨或渗碳体呈现。根据碳呈现的类型，构成了灰口铸铁(石墨)或白口铸铁(渗碳体)间的区别。关于这样的铸铁的机械性能，石墨起到一定的作用。例如，铸铁被分为具有片状石墨以及具有球状石墨的铸铁。

凭借上述介绍的优势，铸铁越来越多地使用在汽车构造以及在这种情况下尤其在发动机生产领域。遵循降低尺寸的普遍趋势，其一般指的是在保持强度性能的同时降低重量，铸铁材料回到关注焦点中。事实上，对于这种材料也可能的是，开发可能实现更高的强度值的新生产方法。因此，为了既实现其强度的增加又提高其断裂延伸性能，对于铸铁的热处理的各种可能性是已知的。在这样的情况下，开发了一种特别的热处理铸铁，也就是已知的等温淬火灰口铸铁或简称为AGI。AGI可以是具有优良的延伸性的极高的强度，同时具有高的疲劳强度以及耐磨性。例如专利文献EP1032770B1涉及在制动盘背景下的AGI。但是，仅仅是制动盘主体本身由AGI制成，其中制动盘轮毂由另一种材料制成。例如，轮毂可以由常规的铸铁、铸造钢或拉伸强度高于170N/mm²的锻钢形成。两种材料通过轮毂与制动盘主体的复合铸造而组装，在连接区域形成整体的结合点。在降低和硬化之后，这种部件经受贝氏体硬化并且之后进行抛光。

但是，上述有优势的性能(例如较高的强度)也存在大规模的实践生产上的不足。在这种情况下是处理，尤其是在特殊热处理铸铁制成的部件的机械加工，其证明在增加的强度及硬度的情况下非常困难。在这样的情况下，主要的不足是长的处理时间以及处理工具的磨损。

考虑到热处理铸铁——即调质铸铁——固有的刚性性能，仍然存在提升尤其是热处理铸铁的加工的空间。

在这样的背景下，本发明包括开发用于生产由热处理铸铁制成的部件的工艺，具有将与之相关的所有的精加工工作最小化的目的，并且因此提升由铸铁制成的部件(其在中间步骤中进行调质)的生产成本的竞争力。

发明内容

根据本发明，该目标利用本发明的生产工艺而实现。并且公开了该工艺进一步有利的改进。

可以指出的是，在下述说明中单独规定的特征可以利用任何所需的技术上有意义的方式彼此组合并且因此公开本发明的进一步改进。

在下面显示了适于生产由热处理的铸铁制成的部件的工艺。在本发明的意思中，“铸铁的热处理”应该理解为实现了相关部件理想的100％奥氏体硬化的全部奥氏体微观结构的这种特殊的热处理。根据本发明该特殊的热处理涉及在盐浴中淬火。

根据本发明，可以制备由铸铁制成的主体，例如发动机缸体。这可以预先通过合适的铸造工艺而生产。除了去毛刺工作，本发明尤其涉及铸造主体(例如发动机缸体)需要进一步加工的事实。为此，首先加工还没有热处理的主体。根据本发明，首先仅以这种方式加工主体，之后才进行特殊热处理以便调质主体。换言之，只有在没有调质的主体进行加工之后才将铸铁转化成调质的铸铁。

由此所带来的优势在于这样可以使主体以快速和低磨损的方式在主体还不具有提高的强度性能时进行加工。主体只有在加工之后才在上述特殊热处理程序中实质上进行调质。

在一个实施例中，此处公开的加工可以认为是预加工的方式，当然这在不一定要排除可能的后加工，尤其是后续加工。

根据本发明，可以规定的是，在加工的前后过程中，在主体的至少一些区域进行磨削。在本发明中，磨削理解为表面区域的去毛刺精细处理。这一般通过与相应磨削工具的接触而机械地实施。当然，磨削也可以以移除的方式实施，例如利用激光来实施。

而且，在加工主体的前后过程中，至少一个孔可以安置于前者内或其上。在本发明中，孔可以理解为通孔或局部的孔，例如盲孔。

应当注意的是，所述磨削和/或钻孔也可以在特殊热处理之后的任何后续处理的前后过程中实施，也就是在主体调质之后。在这个意义上，此处所述的加工也可以理解为后期处理的意思。这特别的适用于一般磨削和偶尔钻孔用于提高部件区域的测量精度和/或形状精度的情况下。

有利地，在主体加工之后，其可以加热到例如850℃到950℃的温度。在一个实施例中，在上述定义的特殊热处理的前后过程中可以加热主体。在这种情况下，加热可以发生在合适的加热炉里。在一个实施例中，那么加热可以发生在保护气氛之下。停留时间可以考虑例如未经热处理的主体的壁厚和/或化学成分而适当地确定，从而实现上述性能(奥氏体微观结构、奥氏体硬化)。

在将经过加工的主体加热之后，在特殊热处理的前后过程中，加热之后可以为主体盐浴冷却。用于转变的盐浴温度可以位于220℃到450℃的温度范围。转变时间可以是几个小时。在一个实施例中，转变时间是固定的，从而优选地产生90％以上例如100％的向奥氏体铸铁的转变。

所完成的部分可以是发动机缸体。以这种方式，根据本发明，特殊热处理铸铁的有利的性能可以与这种简单并且有成本效益的发动机缸体的生产相结合。

虽然本发明在特殊热处理期间没有设定主体实质或至少均匀的形状变化，但是如果在主体加工期间已经相应地考虑到其后期特殊热处理(例如调质)所引起的可能的形状变化，则认为是有优势的。为此，可能的是，例如在特殊热处理之前进行加工的前后过程中，任何开口可以制成相应地较小或较大，以便这些开口在特殊热处理之后已经具有高的尺寸稳定性。

根据本发明的一个实施例，已经通过特殊热处理调质的主体之后可以至少在一些区域进行后期处理。因此，可能的是，例如主体的表面区域可以被给定其最终尺寸。

这里也一样，通过调质而提高的当前特殊热处理的铸铁的性能或多或少地会妨碍后期处理，但是程度有限。换言之，在这一点上，已经实施了主要的加工工作，以便现在实质地降低为形成所需最终尺寸的后期处理。

结合后期处理还可以想到的是，也是仅在这一点上，已经通过特殊热处理调质的主体上的至少一个开口之后至少部分地通过后期处理到达其最终尺寸。在本发明的背景下，开口也理解为孔。此外，可以参照对以上关于磨削和/或钻孔的说明。

也可能的是，在后期处理的前后过程中，已经通过特殊热处理调质的主体上的至少一个开口随后至少部分地设置螺纹。这可以提供所需螺纹的高尺寸稳定性，并且可以需要较少的工作量。

附图说明

图1显示了根据现有技术的例如发动机缸体的生产工艺；

图2显示与图1比较的图示，其修改为包括根据一个实施例的工艺。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明的详细实施例，然而，应当理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以体现为不同的和替代的形式。附图不一定是按比例绘制，且为了显示特定部件的细节，一些特征可以被夸大和缩小。因此，在此公开的特定的结构和功能细节不应被解释为限制，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员多方面使用本发明的典型基础。

图1以程式化形式示出了部件的典型生产工序，该部件由正常的铸铁(线GG，实线)和特殊热处理铸铁(线AGI，实线)而制成。这开始于铸造H1主体，经过调质主体，通过特殊热处理H2以及后续加工H3成为成品部件。以示意图形式显示的生产工序在横坐标表示关于成本U的所需时间T相关的信息，成本U沿纵坐标类似地延伸。

在那种情况下，上曲线代表由特殊热处理铸铁制成的部件AGI的生产，而下曲线代表传统铸铁部件GG的生产。可以看出，生产由热处理铸铁制成的部件的成本通常高于由灰口铸铁制成的传统铸铁部件(GG)。此处，除了热处理H2之外，尤其是加工H3引起这些高的成本。这是由于热处理的主体实质上更硬，这导致处理工具的大量磨损，因此这些不得不提前更换(例如重新获得)。

现在图2显示了根据本发明的工艺能够实现的关于成本的结果。为了可以更好的区分，此处将由特殊热处理铸铁制成的部件(例如发动机缸体)标示为AGIn，该部件在特殊热处理之后进行处理。曲线AGIn是虚线。利用根据本发明的工艺生产的部件(例如发动机缸体)可以产生可观的更多成本效益。

在这种情况下的成本节约尤其在加工H3中，根据本发明，加工H3被分成预先处理H3a和后期处理或精加工H3b。由于基本的处理发生在预先处理H3a的前后过程中，因此在后期处理或精加工H3b中存在显著的工作量的降低以及由此的成本的降低。但是，应该注意到的是，前期的预先处理工艺也涉及到成本，因此，最初在H3a和H2区域，曲线AGIn在曲线AGI之上。但是，这种最初的成本因素通过在特殊热处理之后更低的处理工作量以及更低的处理工具磨损而得到更多的补偿并且实质上显著地降低，如曲线AGI和AGIn之间的双箭头所示。双箭头代表根据本发明的工艺超越传统工艺的成本优势。

虽然示例性实施例在上面已叙述，但是可以预期的是，这些实施例并非描述出本发明所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语是说明而并非限制，以及可以理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种变化。此外，各种实现实施例的特征可以组合以形成本发明的其他的实施例。

Claims (20)

1.一种用于生产由热处理铸铁制成的部件的工艺，所述工艺包含：

用铸铁铸造主体；

对所述主体进行预加工，其中所述预加工包含至少在一些区域磨削并且产生至少一个孔，

对预加工的所述主体进行特殊热处理，其中所述特殊热处理形成奥氏体化微观结构；以及

精加工所述主体至其最终尺寸。

2.根据权利要求1所述的工艺，其中：

所述预加工的主体在特殊热处理的前后过程中被加热到850℃到950℃的温度。

3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述预加工的主体在特殊热处理之后在盐浴中被冷却。

4.根据权利要求3所述的工艺，其中所述盐浴具有220℃到450℃的温度。

5.根据权利要求1所述的工艺，其中所述主体是发动机缸体。

6.根据权利要求1所述的工艺，其中所述预加工将由于随后的所述特殊热处理所引起的所述主体的形状变化考虑在内。

7.根据权利要求1所述的工艺，其中已经通过特殊热处理调质的所述主体的至少一个开口之后通过机械加工至少部分地形成螺纹。

8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述特殊热处理形成至少90％的奥氏体化微观结构。

9.根据权利要求1所述的工艺，其中所述特殊热处理形成100％的奥氏体化微观结构。

10.根据权利要求1所述的工艺，其中所述特殊热处理在保护气氛下进行。

11.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一个孔是通孔或局部的孔。

12.一种用于生产由热处理铸铁制成的部件的工艺，所述工艺包含：

用铸铁铸造主体；

对所述主体进行预加工以磨削所述主体的一部分区域或产生至少一个孔；

对预加工的所述主体进行热处理以形成至少90％的奥氏体化微观结构；以及

对所述主体进行后期加工。

13.根据权利要求12所述的工艺，其中所述热处理步骤包括将所述预加工的主体加热至850℃到950℃的温度。

14.根据权利要求12所述的工艺，其中所述主体在所述热处理步骤之后在盐浴中被冷却。

15.根据权利要求12所述的工艺，其中所述预加工将由于所述热处理步骤所引起的所述主体的形状变化考虑在内。

16.根据权利要求12所述的工艺，在所述热处理步骤之后所述主体的至少一个开口通过机械的加工至少部分地形成螺纹。

17.根据权利要求12所述的工艺，其中所述热处理步骤形成100％的奥氏体化微观结构。

18.根据权利要求12所述的工艺，其中所述热处理步骤在保护气氛下实施。

19.根据权利要求12所述的工艺，其中所述预加工步骤包括产生通孔或局部的孔。

20.一种用于生产热处理铸铁的发动机缸体的工艺，所述工艺包含：

用铸铁铸造发动机缸体；

对所述发动机缸体进行预加工以磨削所述发动机缸体的一部分区域或产生至少一个孔；

对预加工的所述发动机缸体在850℃到950℃的温度进行热处理以形成至少90％的奥氏体化微观结构；以及

对所述发动机缸体进行后期加工。