DE102011054930B3 - Cast iron material with lamellar graphite, useful for manufacturing cylinder crankcases, comprises vanadium, carbon, silicon, copper, manganese, chromium, molybdenum, tin, niobium, titanium, nitrogen and iron - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Gußeisenwerkstoff mit lamellarem Graphit, ein Verfahren zum Herstellen eines Gußteils und die Verwendung des Gußeisenwerkstoffs.The invention relates to a cast iron material with lamellar graphite, a method for producing a casting and the use of the cast iron material.
Aus Röhrig/Wolters, „Legiertes Gußeisen”, GIESSEREI-VERLAG GMBH, Düsseldorf, 1970, Band 1 – Gußeisen mit Lamellengraphit und karbidisches Gußeisen, S. 12 ist bekannt, daß bei Gußeisen hohe Festigkeiten durch Legieren der Elemente Cu, Sn, V, Cr, Mo, W, N und Si erreicht werden. Bekannt ist die Einzelwirkung der Elemente auf die Festigkeitseigenschaften bei genormten, getrennt gegossenen Probegußteilen. Ebenfalls bekannt ist die Wirkung von Mehrfachkombinationen der Elemente auf die Festigkeit, wobei aber meist nur die Dreifachkombination beschrieben wird.From Röhrig / Wolters, "Alloyed cast iron", GIESSEREI-VERLAG GMBH, Dusseldorf, 1970, Volume 1 - cast iron with flake graphite and carbide cast iron, p 12 is known that in cast iron high strength by alloying the elements Cu, Sn, V, Cr, Mo, W, N and Si can be achieved. Known is the individual effect of the elements on the strength properties in standardized, separately cast Probegußteilen. Also known is the effect of multiple combinations of the elements on the strength, but usually only the triple combination is described.
Eine quantitative Übertragbarkeit der Ergebnisse auf ein spezielles Gußteil, wie z. B. ein Kurbelgehäuse, ist nicht möglich, weil die speziellen Abkühlbedingungen – bedingt durch die Bauteilgeometrie und das Fertigungsverfahren – die Vorhersage von Festigkeiten unmöglich machen. Daher bleibt unbekannt, welches bei einem speziellen Gußteil die optimalen Einzelgehalte innerhalb einer Mehrfachkombination der Legierungselemente sind.A quantitative transferability of the results to a special casting, such. As a crankcase, is not possible because of the special cooling conditions - due to the component geometry and the manufacturing process - make the prediction of strength impossible. It therefore remains unknown which in a special casting are the optimum individual contents within a multiple combination of alloying elements.
Mehrfachkombinationen bei der Legierungszusammensetzung werden häufig dann angewandt, wenn bestimmte Werkstoffkennwerte (u. a. die Zugfestigkeit) gezielt erhöht und gleichzeitig bestimmte Einflüsse (z. B. Weißerstarrung, Karbide, ...) minimiert werden sollen. Wie in Röhrig/Wolters, a. a. o., S. 16 beschrieben, sind gerade die Legierungselemente, welche eine starke Erhöhung der Zugfestigkeit bewirken, Karbidbildner, so daß die Neigung zur Weißerstarrung der Zusatzmenge Grenzen setzt.Multiple combinations of alloy compositions are often used when specific material properties (including tensile strength) are intentionally increased while certain influences (eg white solidification, carbides, etc.) are minimized. As in Röhrig / Wolters, a. a. o., P. 16, just the alloying elements, which cause a large increase in the tensile strength, carbide, so that the tendency to whitening of the additional amount limits.
Die
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gußeisenwerkstoff mit lamellarem Graphit (GJL-Werkstoff) mit hoher Festigkeit bei gleichzeitiger minimierter Carbidbildung sowie aus diesem Gußeisenwerkstoff bestehende Gußteile mit entsprechenden Eigenschaften zu schaffen.The object of the invention is to provide a cast iron material with lamellar graphite (GJL material) with high strength while minimizing carbide formation as well as from this cast iron material existing castings with appropriate properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Gußeisenwerkstoff gemäß dem Oberbegriff dadurch gelöst, daß der Gußeisenwerkstoff 0,10 bis 0,50 Gew.-% V enthält, daß das Verhältnis V:C:Mo 13 bis 16:13 bis 16:1 bis 3 beträgt, wobei der Gußeisenwerkstoff
3,20 bis 3,25 Gew.-% C,
1,90 bis 2,10 Gew.-% Si,
0,90 bis 1,05 Gew.-% Cu,
0,50 bis 0,80 Gew.-% Mn,
0,14 bis 0,22 Gew.-% V,
0,15 bis 0,20 Gew.-% Cr,
0,021 bis 0,028 Gew.-% Mo,
0,07 bis 0,12 Gew.-% Sn,
0,00 bis 0,030 Gew.-% Nb,
0,00 bis 0,015 Gew.-% Ti und
130 bis 170 ppm N
sowie Eisen zu 100 Gew.-%
enthält.This object is achieved in a cast iron material according to the preamble in that the cast iron material 0.10 to 0.50 wt .-% V contains that the ratio V: C: Mo 13 to 16:13 to 16: 1 to 3 , wherein the cast iron material
From 3.20 to 3.25% by weight of C,
1.90 to 2.10% by weight of Si,
0.90 to 1.05 wt.% Cu,
0.50 to 0.80% by weight of Mn,
0.14 to 0.22% by weight V,
0.15 to 0.20 wt% Cr,
0.021 to 0.028 wt% Mo,
0.07 to 0.12 wt.% Sn,
0.00 to 0.030 wt.% Nb,
0.00 to 0.015% by weight of Ti and
130 to 170 ppm N
and iron at 100% by weight
contains.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß der erfindungsgemäße Gußeisenwerkstoff eine Alternative zu Gußeisen mit Vermiculargraphit (GJV) darstellt. Es wurden bei einem Zylinderkurbelgehäuse aus dem erfindungsgemäßen Gußeisenwerkstoff Zugfestigkeiten im Lagerbereich von mindestens 360 MPa und eine Härte im Zylinderlauf von max. 270 HB gemessen. Die Dreierkombination der Legierungselemente V, Cr und Mo hat sich als wirksamer als eine einzelne Verwendung dieser Legierungselemente mit hohen Einzelgehalten erwiesen. Es treten insbesondere im Lagerbereich keine die Bearbeitbarkeit des Gußeisenwerkstoffs verschlechternden größeren (Durchmesser > 50 μm) Mischcarbide auf.It has been found in the context of the invention that the cast iron material according to the invention represents an alternative to cast iron with vermicular graphite (GJV). With a cylinder crankcase made from the cast iron material according to the invention, tensile strengths in the bearing area of at least 360 MPa and a hardness in the cylinder bore of max. 270 HB measured. The triple combination of alloying elements V, Cr and Mo has proven to be more effective than a single use of these high single content alloying elements. In particular, in the storage area, no larger (diameter> 50 μm) mixed carbides deteriorating the machinability of the cast iron material occur.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß der Gußeisenwerkstoff bis zu 0ß,030 Gew.-% Nb enthält. Die Viererkombination V, Cr, Mo und Nb ist noch wirksamer als die Dreierkombination. Um Nb in das Gußeisen einzubringen, ist eine Nb-haltige Vorlegierung mit 50 bis 70 Gew.-% Nb und 50 bis 30 Gew.-% Ni vorteilhaft. Nickel erniedrigt den Schmelzpunkt der Vorlegierung, so daß Nb einfacher und sicherer in den Werkstoffherstellprozeß eingebracht werden kann. Das Einbringen von Nb zusammen mit Ni ist gewollt, da sich der Ni-Gehalt dadurch erhöht und Ni ebenfalls zur Mischkristallverfestigung und damit zur Festigkeitssteigerung beiträgt. Es hast sich ein Nickelgehalt in dem Gußeisenwerkstoff von bis zu 0,2 Gew.-% als vorteilhaft erwiesen. Insgesamt resultiert daraus eine Fünferkombination der Legierungselemente V, Cr, Mo, Nb und Ni.It has proved to be particularly advantageous that the cast iron material contains up to 0, 030 wt .-% Nb. The four-combination V, Cr, Mo and Nb is even more effective than the triple combination. In order to incorporate Nb into the cast iron, an Nb-containing master alloy containing 50 to 70% by weight of Nb and 50 to 30% by weight of Ni is advantageous. Nickel lowers the melting point of the master alloy so that Nb can be more easily and safely introduced into the material manufacturing process. The incorporation of Nb together with Ni is intentional because Ni content is thereby increased and Ni also contributes to solid solution strengthening and hence increase in strength. A nickel content in the cast iron material of up to 0.2% by weight has proved to be advantageous. Overall, this results in a five-combination of the alloying elements V, Cr, Mo, Nb and Ni.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gußteils, bei dem der erfindungsgemäße Gußeisenwerkstoff verwendet wird und die Abkühlrate in der Gußform nahe der konstruktiv belasteten Stelle von 0,5 bis 8 K/min, im stationären Bereich ca. 2 K/min beträgt.In the context of the invention is also a method for producing a casting, in which the cast iron material according to the invention is used and the cooling rate in the mold near the constructively loaded point of 0.5 to 8 K / min, in the stationary area about 2 K / min is.
Schließlich liegt auch Verwendung des erfindungsgemäßen Gußeisenwerkstoffs zur Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen im Rahmen der Erfindung.Finally, use of the cast iron material according to the invention for producing cylinder crankcases is also within the scope of the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
Beispiel:Example:
Ein Gußeisenwerkstoff, der
3,29 Gew.-% C,
2,10 Gew.-% Si,
0,92 Gew.-% Cu,
0,66 Gew.-% Mn,
0,16 Gew.-% V,
0,16 Gew.-% Cr,
0,022 Gew.-% Mo,
0,09 Gew.-% Sn und
156 ppm N
enthält, wird in üblicher Weise hergestellt und in eine Gußform für ein Zylinderkurbelgehäuse eingefüllt.
3.29 wt.% C,
2.10% by weight of Si,
0.92% by weight of Cu,
0.66% by weight of Mn,
0.16% by weight V,
0.16 wt.% Cr,
0.022 wt% Mo,
0.09 wt .-% Sn and
156 ppm N
contains is prepared in a conventional manner and filled in a mold for a cylinder crankcase.
Die mechanischen Werkstoffeigenschaften sind wie folgt:
Zugfestigkeit der Kopffläche (berechnet aus der Keildruckfestigkeit): 382 MPa
Zugfestigkeit des Lagerbereiches (berechnet aus der Keildruckfestigkeit): 365 MPa
Härte der Kopffläche: 236 HB
Härteverlauf im Zylinder: 249 bis 260 HBThe mechanical material properties are as follows:
Tensile strength of the head surface (calculated from the wedge compressive strength): 382 MPa
Tensile strength of the bearing area (calculated from the wedge compressive strength): 365 MPa
Hardness of the top surface: 236 HB
Hardness curve in the cylinder: 249 to 260 HB
Ein getrennt gegossener Probestab mit Durchmesser 20 mm wies eine Festigkeit von 410 MPa auf.A separately cast test bar with a diameter of 20 mm had a strength of 410 MPa.
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