DE112009001294B4

DE112009001294B4 - Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen

Info

Publication number: DE112009001294B4
Application number: DE112009001294T
Authority: DE
Inventors: Sakae Takahashi; Ryousuke Fujimoto; Naoki Sakamoto
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: KR20130019002A; JP2009287103A; DE112009001294T5; US20110041960A1; US20140000832A1; KR20100139117A; JP5618466B2; KR101268160B1; KR101423892B1; WO2009145039A1

Abstract

Diese Erfindung beschreibt ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gusseisen ist, umfassend 3 bis 7% Al, und durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen erzeugt ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen mit einem hohen Young-Modul und einem hohen Vibrations-Dämpfungsvermögen. Das Gusseisen dieser Erfindung wird als strukturelles Material für Maschinenwerkzeuge und Hochpräzisionsmaschinenwerkzeuge verwendet, die eine Festigkeit aufweisen müssen, oder für präzise Messinstrumente, bei denen der Young-Modul und die Vibration berücksichtigt werden müssen. Eine solche Verwendung ermöglicht es, die Verarbeitungseffizienz des Materials und die Genauigkeit und Präzision der Arbeit zu erhöhen.
Stand der Technik
Bisher wurde Gusseisen mit schüppchenförmigem Graphit, das ein verhältnismäßig hohes Vibrations-Dämpfungsvermögen aufweist, hauptsächlich als strukturelles Material für Maschinenwerkzeuge verwendet. Schüppchenförmiges Graphit-Gusseisen umfasst eine große Menge an schüppchenförmigem Graphit und hat daher einen Vibrations-Dämpfungsmechanismus vom komplexen Typ. Daher hat dies ein höheres Dämpfungsvermögen als Stahl oder dgl. und hat vorteilhafte Eigenschaften angesichts der Formfähigkeit und Kosten für die Herstellung von großen strukturellen Materialien. Forschungen wurden bezüglich anderer Materialien mit einem hohen Dämpfungsvermögen durchgeführt, wie Materialien auf Betonbasis, natürlicher Granit und CFRP, zur Verwendung als strukturelle Materialien für Maschinenwerkzeuge anstelle von schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen. Jedoch wurde keines dieser Materialien wegen einer niedrigen Festigkeit, eines Problems mit der Formfähigkeit oder der Kosten oder dgl. tatsächlich verwendet.
Nun wird Gusseisen mit schüppchenförmigem Graphit in großem Umfang als strukturelles Material für Maschinenwerkzeugbetten, Tische, Säulen und dgl. verwendet, weil es vorteilhaft angesichts der Dämpfungseigenschaft, Gussfähigkeit und Kosten ist. Jedoch müssen Maschinenwerkzeuge zum Bearbeiten von schwer zu bearbeitenden Materialien, die sehr schwer kalt verfestigt werden, eine hohe Festigkeit aufweisen, so dass ein großes Schneidvermögen stabil aufrecht erhalten werden kann, und müssen ein hohes Dämpfungsvermögen aufweisen, so dass eine schädliche Vibration verhindert werden kann. Daher kann in einigen Fällen, wenn ein viel höheres Vibrations-Dämpfungsvermögen gewünscht ist, ein konventionelles schüppchenförmiges Graphit-Gusseisen keine ausreichende Verarbeitungseffizienz oder ausreichende Arbeitsgenauigkeit aufgrund des Einflusses der Vibration erzielen.
Konventionelles schüppchenförmiger Graphit-Gusseisen, das für Maschinenwerkzeuge und dgl. verwendet wird, wie FC 300, umfasst eine große Menge an schüppchenförmigem Graphit, der einen Dämpfungsmechanismus vom komplexen Typ erzeugt. Somit ist es ein strukturelles Material, das unter den konventionellen Materialien bezüglich des Vibrations-Dämpfungsvermögens ausgezeichnet ist. Das Vibrations-Dämpfungsvermögen eines solchen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisens kann durch Erhöhen der Menge an schüppchenförmigem Graphit verbessert werden. Jedoch gibt es ein Problem, dass mit Zunahme des schüppchenförmigen Graphit-Gusseisens der dynamische Young-Modul (nachfolgend einfach als Young-Modul bezeichnet) sich vermindert. Der Graphitgehalt von schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen kann durch Einstellen der Menge an C und Si eingestellt werden. Wenn ein strukturelles Material für Maschinenwerkzeuge einen niedrigen Young-Modul aufweist, muss das strukturelle Material dick gemacht werden, so dass ein gewisses Ausmaß an Festigkeit aufrechterhalten werden kann. Dies ist nicht nur wegen des Problems mit dem strukturellen Design, sondern ebenfalls wegen der Erhöhung der Kosten nicht bevorzugt.
Zur Verbesserung des Vibrations-Dämpfungsvermögens wurden Verfahren vorgeschlagen, worin Bainit oder Martensit in der Basisstruktur von schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen gebildet wird (Casting Engineering 68 (1996) 876). Bei diesen Verfahren vermindert sich jedoch mit Zunahme des Vibrations-Dämpfungsvermögens der Young-Modul und es ist schwierig, beide Eigenschaften gleichzeitig zu verbessern. Beispielsweise offenbaren die Patentdokumente 1, 2 und 3 Verfahren zur Verbesserung des Vibrations-Dämpfungsvermögens. Die Patentdokumente 1 bis 3 offenbaren alle ein Verfahren zur Verbesserung des logarithmischen Dekrements.
Die Patentdokumente 1 bis 3 zeigen die Ergebnisse der Messung des Vibrations-Dämpfungsvermögens. Jedoch wird in diesen Dokumenten nichts bezüglich des Young-Moduls beschrieben, und der Wert des Young-Moduls ist von diesen Dokumenten nicht bekannt. Spezifisch betreffen die Patentdokumente 1 und 2 Bremsenmaterialien, und daher wird angenommen, dass in diesen Dokumenten der Young-Modul nicht wichtig ist, sondern dass die Festigkeit ziemlich wichtig ist. Insbesondere offenbart das Patentdokument 1, dass ein Ziel der Erfindung darin liegt, ein Bremsenmaterial mit einer Festigkeit, die so hoch ist wie die von Grauguss, und einem Dämpfungsvermögen anzugeben, das gleich ist oder höher ist als das von Grauguss. Das Patentdokument 3 offenbart, dass ein aluminiumhaltiges Dämpfungsgusseisen zur Verbesserung der Dämpfungsleistung angesichts einer Verbesserung der Dämpfungsleistung von Maschinenwerkzeugen oder Präzisionsmaschinenanlagen erfunden wurde. Obwohl es für die Aufrechterhaltung der Maschinengenauigkeit unverzichtbar ist, die Festigkeit des strukturellen Materials beizubehalten, offenbart das Dokument nichts diesbezüglich.
Es ist aus den Patentdokumenten 1 bis 3 bekannt, dass das Vibrations-Dämpfungsvermögen durch Zugabe von Aluminium verbessert werden kann. Bei detaillierter Durchsicht sind jedoch die offenbarten Verfahren unterschiedlich. Spezifisch wird gemäß Patentdokument 1 ein Bremsenmaterial erzeugt, das ein hohes Vibrations-Dämpfungsvermögen und Festigkeit aufweist, indem eine Wärmebehandlung von Gusseisen, das mit Aluminium versetzt ist, bei einer A₁-Transformationstemperatur oder höher (910 bis 1.000°C) und die Einstellung der Kühlrate durchgeführt werden, zur Bildung von Perlit bei einem Flächenverhältnis von 70% oder mehr. Im Patentdokument 2 wird das Vibrations-Dämpfungsvermögen durch die Wirkung der Zugabe von A₁ und durch die Erzeugung einer hypereutektischen Zusammensetzung verbessert, zur Erhöhung der Menge an Graphit und zur Bildung von Mikroporen. Jedoch wird überlegt, dass dieses Verfahren signifikant den Young-Modul reduziert. Das Patentdokument 3 ist ein Beispiel, bei dem das Vibrations-Dämpfungsvermögen durch die Zugabe von Aluminium verbessert wird. Jedoch sagt dieses Dokument nichts über den Young-Modul aus. Die in Patentdokumenten 1 bis 3 offenbarten Verfahren verbessern nicht notwendigerweise den Young-Modul und das Vibrations-Dämpfungsvermögen gleichzeitig, und daher muss das Vibrations-Dämpfungsvermögen weiter verbessert werden.
Stand der Technik
Patendokumente

Patentdokument 1: Japanische Patenanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnr. 63-140064
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnr. 2001-200330
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnr. 2002-348634

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Diese Erfindung wurde unter den oben beschriebenen Umständen durchgeführt, und ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen anzugeben, dessen Vibrations-Dämpfungsvermögen weiterhin verbessert wird, wobei eine Kompatibilität zwischen dem Young-Modul und dem Vibrations-Dämpfungsvermögen existiert, die eine Angelegenheit im Stand der Technik war, und das somit einen hohen Wert des Young-Moduls und des Vibrations-Dämpfungsvermögens aufweist. Spezifisch liegt ein Ziel dieser Erfindung darin, ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen anzugeben, das das gleiche Ausmaß des Young-Moduls wie bei einem konventionellen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen, das ein hohes Vibrations-Dämpfungsvermögen hat, und ebenfalls ein signifikant hohes Vibrations-Dämpfungsvermögen hat.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen gemäß dieser Erfindung (erste Erfindung) ist ein Gusseisen, umfassend 3 bis 7% Al, erzeugt durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Guss und anschließendes Kühlen. Mehr spezifisch betrifft diese Erfindung ein Gusseisen, umfassend 3 bis 7% Al, 0,25 bis 1,0% Mn, 0,04% oder weniger P, 0,03% oder weniger S und Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, das erzeugt ist durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen.
Ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen gemäß dieser Erfindung (zweite Erfindung) ist ein Gusseisen, umfassend 3 bis 7% Al und 0,03 bis 0,20% Sn, erzeugt durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und durch anschließendes Kühlen. Mehr spezifisch ist die zweite Erfindung ein Gusseisen, umfassend 3 bis 7% Al, 0,25 bis 1,0% Mn, 0,04% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,03 bis 0,20% Sn und Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, erzeugt durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen.
Weiterhin ist ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen gemäß dieser Erfindung (dritte Erfindung) ein Gusseisen, umfassend 3 bis 7% Al und C und Si in solchen Mengen, dass ein Kohlenstoff-Äquivalent, dargestellt durch die Formel (1), von 3,30 bis 3,95 ist, erzeugt durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen. Kohlenstoff-Äquivalent (%) = C-Gehalt (%) + (1/3) × Si-Gehalt (%) (1)
Mehr spezifisch ist die dritte Erfindung ein Gusseisen, bestehend aus C und Si in solchen Mengen, dass das Kohlenstoff-Äquivalent, dargestellt durch die obige Formel (1) von 3,30 bis 3,95 ist, 3 bis 7% Al, 0,25 bis 1,0% Mn, 0,04% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,03 bis 0,20% Sn und Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, erzeugt durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen, und durch Kühlen.
Vorteile der Erfindung
Gemäß dieser Erfindung wird ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen angegeben, dessen Dämpfungsvermögen weiterhin verbessert wird, wobei eine Kompatibilität zwischen dem Young-Modul und dem Vibrations-Dämpfungsvermögen existiert, und das einen hohen Young-Modul und Vibrations-Dämpfungsvermögen aufweist. Mehr spezifisch wird ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen angegeben, das den gleichen Wert des Young-Moduls wie ein konventionelles schüppchenförmiges Graphit-Gusseisen, das ein hohes Vibrations-Dämpfungsvermögens hat, und das ebenfalls ein signifikant hohes Vibrations-Dämpfungsvermögen hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und dem Verbesserungsverhältnis der Dämpfungsleistung zeigt.
2 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Young-Modul und dem logarithmischen Dekrement des Al-haltigen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisens zeigt.
3 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Young-Modul und dem logarithmischen Dekrement von Al- und Sn-haltigem schüppchenförmigen Gusseisen zeigt.
Beste Art zur Durchführung der Erfindung
Diese Erfindung wird nachfolgend detailliert beschrieben.
Zur Lösung der Probleme, die in den Patentdokumenten 1 bis 3 auftreten, haben die Erfinder dieser Erfindung früher ein Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen vorgeschlagen, worin die Beziehung zwischen dem Kohlenstoff-Äquivalent und dem C-Gehalt und Si-Gehalt eingestellt wird ( japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungs-Nr. 2008-223135 ). Jedoch wurde festgestellt, dass hierdurch ein ausreichendes Dämpfungsvermögen nicht erzielt werden kann.
Unter diesen Umständen haben die Erfinder weitere Verbesserungen zur Vervollständigung dieser Erfindung gemacht.
Wenn der Al(Aluminium)-Gehalt sich erhöht, verbessert sich das Vibrations-Dämpfungsvermögen von schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen (Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen), erreicht aber eine Grenze. Wenn beispielsweise das Vibrations-Dämpfungsvermögen und der Young-Modul gemessen werden, wenn sich der Al-Gehalt graduell erhöht, werden Verbesserungen von diesen von einem Al-Gehalt von 3% beobachtet, aber das Vibrations-Dämpfungsvermögen wird niedriger, wenn der Al-Gehalt höher als 7% wird. Jedoch haben die Erfinder festgestellt, dass die Zugabe von Zinn (Sn) zum Al-haltigen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen den Young-Modul und das Vibrations-Dämpfungsvermögen verbessert. Zusätzlich haben diese Erfinder festgestellt, dass das Vibrations-Dämpfungsvermögen und der Young-Modul signifikant geändert werden können, indem das Kohlenstoff-Äquivalent (C. E.), das C/Si-Gewichtsverhältnis, der Al-Gehalt und der Sn-Gehalt des schüppchenförmigen Graphit-Gusseisens eingestellt werden. Zur Verbesserung des Vibrations-Dämpfungsvermögens und der Aufrechterhaltung des Wertes des Young-Moduls sollten C. E., das C/Si-Gewichtsverhältnis, der Al-Gehalt und der Sn-Gehalt, wie in den Ansprüchen beschrieben, adäquat eingestellt werden.
In dieser Erfindung wird der Al-Gehalt mit 3 bis 7% wegen der unten angegebenen Gründe definiert. Mit 3% beginnt der Al-Gehalt, eine vorteilhafte Wirkung auf das Vibrations-Dämpfungsvermögen von Al- und Sn-haltigem schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen zu haben. Wenn der Al-Gehalt weniger als 3% ist, kann nahezu keine Verbesserungswirkung beobachtet werden. Wenn er 6% oder mehr wird, kann sich das Vibrations-Dämpfungsvermögen graduell vermindern, und wenn er 7% übersteigt, kann das Vibrations-Dämpfungsvermögen weiter vermindert sein. Wenn der Al-Gehalt mehr als 7% ist, wird Eisenaluminiumcarbid, gebildet durch die Zugabe von Al, hart und spröde, so dass das Material brüchig und weniger verarbeitbar wird. Aus den oben beschriebenen Gründen wird. der adäquate Al-Gehalt auf 3 bis 7% eingestellt.
Der Mechanismus zur Verbesserung des Vibrations-Dämpfungsvermögens des schüppchenförmigen Graphit-Gusseisens durch Zugabe von Al kann durch die Theorie erläutert werden, dass die Verbesserung aufgrund der Bildung einer Eisenlegierung erfolgt, worin Al fest gelöst ist (früher) oder durch die Theorie erklärt werden, dass die Verbesserung aufgrund der Bildung eines Eisenaluminiumcarbides erfolgt (später). Die Forschungen dieser Erfinder basieren auf der späteren Theorie. Diese Theorien legen beide nahe, dass die gebildete Substanz einen ferromagnetischen Dämpfungsmechanismus erzeugen kann.
In dieser Erfindung wird der Sn-Gehalt mit 0,03 bis 0,2% aus den unten angegebenen Gründen definiert. Wenn der Sn-Gehalt zu gering ist, können die Wirkung der Verbesserung des Young-Moduls und die Vibrationsdämpfungsfähigkeit nicht beobachtet werden. Bei etwa 0,03% wird der Gehalt effektiv für die Verbesserung des Young-Moduls und des Vibrations-Dämpfungsvermögens, und wenn der Gehalt etwa 0,08% ist, wird die Wirkung am meisten signifikant. Wenn sich der Sn-Gehalt erhöht, vermindert sich die Wirkung graduell, und wenn der Gehalt 0,2% oder mehr wird, vermindert sich die Wirkung signifikant, so dass die Verbesserungswirkung nicht erhalten werden kann. Somit ist der adäquate Sn-Gehalt von 0,03 bis 0,2%. Sn ist ein wichtiges Additivelement, weil es nicht nur dem Young-Modul und das Vibrations-Dämpfungsvermögen, sondern ebenfalls die Zugfestigkeit verbessern kann.
Während es verschiedene Theorien bezüglich des Mechanismus der Verbesserungswirkung durch die Zugabe von Sn gibt, stellen die Erfinder folgende Überlegungen an. Es wird gesagt, dass dann, wenn Al zu schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen gegeben ist, Eisen-Aluminiumcarbid durch Reaktion von Eisen und Al mit Kohlenstoff gebildet wird. Es wird auch gesagt, dass das Eisen-Aluminiumcarbid, das eine ferromagnetische Substanz ist, einen Vibrations-Dämpfungsmechanismus vom ferromagnetischen Typ erzeugt. Gemäß der Studien der Erfinder erhöht sich, wenn die Zugabemenge von Al erhöht wird, die Menge an Eisen-Aluminiumcarbid, aber erhöht sich nicht, wenn der Al-Gehalt etwa 6% erreicht. Jedoch ist die Menge des gebildeten Eisen-Aluminiumcarbides immer größer, wenn Sn ebenfalls zugegeben wird, im Vergleich zu dem Fall, wenn nur Al zugegeben ist. Es wird überlegt, dass die Verbesserungswirkung durch die Zugabe von Sn gleichermaßen verursacht wird.
Erfindungsgemäß umfasst das Gusseisen mit hoher Steifigkeit und hohem Dämpfungsvermögen gemäß dieser Erfindung andere Elemente als Al und Sn wie C, Si, Mn, P und S. Der C-Gehalt und der Si-Gehalt werden später detailliert beschrieben.
Der Mn-Gehalt sollte von 0,25 bis 1,0% wie beim konventionellen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen sein. Der Mn-Gehalt sollte im obigen Bereich liegen, weil dann, wenn der Mn-Gehalt 0,25% oder mehr ist, das Gusseisen eine erhöhte Festigkeit und Härte haben kann, wenn aber der Mn-Gehalt mehr als 1,0% ist, kann das Gusseisen gekühlt sein, so dass es hart und spröde sein kann.
Der P-Gehalt sollte 0,04% oder weniger wie beim konventionellen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen sein. Der P-Gehalt sollte im obigen Bereich liegen, weil dann, wenn der P-Gehalt mehr als 0,04% ausmacht, P mit Eisen zur Bildung von Steadit, einer harten Verbindung reagieren kann, die das Gusseisen spröde macht.
Der S-Gehalt sollte 0,03% oder weniger wie beim konventionellen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen sein. Der Grund liegt darin, dass dann, wenn der S-Gehalt mehr als 0,03% ist, das geschmolzene Metall eine geringe Fließfähigkeit haben kann, und dass das Gusseisen gekühlt sein kann, so dass es hart und spröde wird.
Gemäß der dritten Erfindung ist das Kohlenstoffäquivalent, dargestellt durch die obige Formel (1), von 3,30 bis 3,95%. Wenn sich das Kohlenstoffäquivalent erhöht, erhöht sich das Vibrations-Dämpfungsvermögen, aber der Young-Modul vermindert sich. Beide von diesen können nicht gleichzeitig verbessert werden, indem das Kohlenstoffäquivalent erhöht oder vermindert wird, aber das Kohlenstoffäquivalent sollte auf einen adäquaten Wert eingestellt werden, weil es eine signifikante Wirkung auf das Vibrations-Dämpfungsvermögen und den Young-Modul hat. Wenn Al zugegeben wird, ändert sich die eutektische Zusammensetzung, bei der die eutektische Reaktion zwischen Austenit und Graphit auftritt, von der vom konventionellen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen. Beim konventionellen schüppchenförmigen Graphit-Gusseisen tritt die eutektische Reaktion auf, wenn das Kohlenstoffäquivalent, dargestellt durch die Formeln 1, 4,3% ist. Wenn Al zugegeben ist, kann die eutektische Reaktion bei einem kleineren Kohlenstoffäquivalent als diesem Wert auftreten. Wenn das Kohlenstoffäquivalent größer ist als der Wert der eutektischen Zusammensetzung, kann das Gusseisen hypereutektisch sein, wodurch ein signifikant verminderter Young-Modul erhalten wird, was nicht bevorzugt ist.
Wenn erfindungsgemäß das Kohlenstoffäquivalent (C. E.) 3,95% übersteigt, kann das Vibrations-Dämpfungsvermögen signifikant verbessert werden, aber der Young-Modul kann signifikant vermindert werden. Dies kann erfolgen, weil bei einem solchen Kohlenstoffäquivalent das Gusseisen die eutektische Zusammensetzung übersteigt, unter Erhalt einer hypereutektischen Zusammensetzung. Wenn auf der anderen Seite das Kohlenstoffäquivalent klein ist, wird die Menge der Bildung an Graphit klein sein, so dass der Young-Modul verbessert werden kann, in diesem Fall kann jedoch das Vibrations-Dämpfungsvermögen vermindert werden, und daher sollte das Kohlenstoffäquivalent 3,3% oder mehr sein. Somit wird das Kohlenstoffäquivalent mit 3,30 bis 3,90 definiert.
Erfindungsgemäß ist die Temperatur der Wärmebehandlung, die nach dem Gießen durchgeführt wird, von 280 bis 630°C. Die Verbesserung der Leistung durch Erwärmen und Kühlen variiert signifikant mit der Erwärmungstemperatur. Die Wirkung der Wärmetemperatur ist in 1 gezeigt. Während 1 Fälle zeigt, bei denen Al und Sn in der Produktion der Materialien gemäß dieser Erfindung zugegeben wurden, wurde nahezu die gleiche Tendenz beobachtet, wenn nur Al zugegeben wurde. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger als 280°C oder mehr als 630°C ist, ist die Wirkung der Wärmebehandlung gering.
Somit ist es bevorzugt, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur in dem Bereich durchgeführt wird, bei dem das Verhältnis der Verbesserung des Dämpfungsvermögens 5% oder mehr ist, das heißt im Bereich von 280 bis 630°C vor dem Kühlen. Der Temperaturbereich, bei dem die Wirkung um 20% oder mehr verbessert wird, ist von 360 bis 580°C. Eine hohe Wirkung kann in diesen Temperaturbereichen erzeugt werden, und die höchste Wirkung kann durch Erwärmen auf 500°C mit anschließendem Kühlen erhalten werden. Das Kühlverfahren kann irgendeines von Ofenkühlen und Luftkühlen sein. Der Grund, warum das Dämpfungsvermögen durch die Wärmebehandlung verbessert wird, ist nicht klar.
Das Wärmebehandlungsverfahren kann mit dem Verfahren variieren, das nach dem Gießen des Produktes gemäß dieser Erfindung durchgeführt ist. Wenn beispielsweise das gegossene Produkt mit den Oberflächen nach dem Gießen so wie es ist verwendet wird, sollte die Wärmebehandlung nach dem Gießen durchgeführt werden. Wenn beispielsweise das gegossene Produkt zu einem Produkt mit einer vorbestimmten Größe vor der Verwendung verarbeitet wird, wird die Wärmebehandlung am meisten bevorzugt nach dem Verarbeiten durchgeführt. Wenn die Wärmebehandlung nicht nach dem Verarbeiten aus einem bestimmten Grund durchgeführt werden kann, kann jedoch die Wärmebehandlung vor dem Verarbeiten durchgeführt werden.
Spezifische Beispiele dieser Erfindung und Vergleichsbeispiele werden nachfolgend beschrieben.
(Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
Die Zusammensetzung von Gusseisen wurde unter Verwendung eines Hochfrequenz-Schmelzofens gesteuert. Ein Gusseisenbarren, erzeugt mit FC 300, ein Carbonisiermittel, Ferromangan und Siliziumcarbid wurden zu einem Graphittiegel gegeben und geschmolzen. Danach wurden der Kohlenstoffgehalt und der Siliziumgehalt mit Ferrosilizium und einem Carbonisiermittel eingestellt, und somit wurden etwa 20 kg geschmolzenes Metall erhalten. Der Al-Gehalt und der Zinngehalt des erhaltenen gegossenen Produktes wurden durch Zugabe von Ferroaluminium und reinem Zinn eingestellt. Die Schmelztemperatur wurde auf etwa 1.450°C eingestellt. Vor dem Abstich wurde ein Impfmittel auf Ca-Si-Ba-Basis zur Schmelze gegeben, dann wurde die Schmelze in eine Furan-Selbsthärtungsform mit 930 × 300 mm gegossen.
Das resultierende gegossene Produkt wurde zu einer Größe von 4 × 20 × 200 mm verarbeitet und dann bezüglich des logarithmischen Dekrementes als Index des Vibrations-Dämpfungsvermögens und bezüglich des dynamischen Young-Moduls vermessen. In diesem Fall erfolgte ein Vergleich zwischen wärmebehandelten und nicht-wärmebehandelten Produkten. Bei den Beispielen 1 bis 8 wurde das Al-haltige Gusseisen wärmebehandelt, während in den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 das Al-haltige Gusseisen nicht wärmebehandelt wurde. Das Testverfahren war gemäß JIS G 0602. Spezifisch wurde das Teststück von zwei Punkten suspendiert und eine Verformungsamplitude von 1 × 10^–4 wurde durch einen elektromagnetischen Vibrator auferlegt. Die Vibration wurde für die freie Dämpfung gestoppt, und die logarithmische Verminderung und der dynamische Young-Modul wurden bestimmt. Die Eigenschaften der resultierenden Gussprodukte sind unten in Tabelle 1 gezeigt. Das logarithmische Dekrement ist ein Wert, der gemessen wurde, wenn die Verformungsamplitude der Vibration 1 × 10^–4 war. Obwohl Tabelle 1 nichts bezüglich P oder S zeigt, gelten: P < 0,025 und S < 0,020.
Unterschiedliche Beispiele mit der gleichen Zusammensetzung bedeuten, dass sie von der gleichen Schmelze, aber von unterschiedlichen Gussproben stammen.
Von den in Tabelle 1 gezeigten Daten sind der Young-Modul und das logarithmische Dekrement einer jeden Probe zur Erläuterung der Beziehung zueinander in 2 aufgezeichnet. Wenn der Young-Modul und das logarithmische Dekrement gleichzeitig bewertet werden, ist der Vergleich in 2 leicht zu verstehen. Obwohl die Werte des Young-Moduls und des logarithmischen Dekrementes der jeweiligen Proben variieren, sind die Durchschnittswerte als gerade Linie angezeigt. In 2 bedeutet Linie a die Daten der Beispiele 1 bis 8, und Linie b bedeutet die Daten der Vergleichsbeispiele 1 bis 8. Wenn dem Vibrations-Dämpfungsvermögen von FC 250 und FC 300, den gegenwärtig verwendeten Gusseisen, Bedeutung beigemessen wird, entfalten sie einen Young-Modul von etwa 120 GPa. Zum Vergleich mit diesen sind daher die Daten des Young-Moduls im Bereich von 115 bis 130 GPa in der Zeichnung dargestellt.
2 zeigt, dass in Bezug auf die Eigenschaften des Young-Moduls und des logarithmischen Dekrementes die Leistung der wärmebehandelten Produkte gemäß dieser Erfindung um etwa 40% im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 (nicht-wärmebehandelte Produkte) verbessert wird. Dieser Wert zeigt an, dass die Leistung des Gusseisens gemäß dieser Erfindung etwa um das 2,5- bis 3,0-fache höher ist als das von FC 250 oder FC 300, den gegenwärtig verwendeten Gusseisen (die ein logarithmisches Dekrement von etwa 100 × 10^–4 zeigen, wenn der Young-Modul 120 GPa ist).
(Beispiele 9 bis 16 und Vergleichsbeispiele 9 bis 16)
Die Schmelze wurde in eine Furan-Selbsthärtungsform mit φ30 × 300 mm unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie bei den Beispielen 1 bis 8 und Vergleichsbeispielen 1 bis 8 gegossen.
Das resultierende Gussprodukt wurde zu einer Größe von 4 × 20 × 200 mm verarbeitet und dann bezüglich des logarithmischen Dekrementes als Index des Vibrations-Dämpfungsvermögens und dynamischen Young-Moduls vermessen. In diesem Fall erfolgte ein Vergleich zwischen wärmebehandelten und nicht-wärmebehandelten Produkten. Bei den Beispielen 9 bis 16 wurden das Al- und Sn-haltige Gusseisen wärmebehandelt, während in den Vergleichsbeispielen 9 bis 16 das Al- und Sn-haltige Gusseisen nicht wärmebehandelt wurde. Das Testverfahren war entsprechend JIS G 0602. Spezifisch wurde das Teststück von zwei Punkten suspendiert und eine Verformungsamplitude von 1 × 10^-4 durch einen elektromagnetischen Vibrator auferlegt. Die Vibration wurde dann für die freie Dämpfung gestoppt, und das logarithmische Dekrement und der dynamische Young-Modul bestimmt. Die Eigenschaften der resultierenden Gussprodukte sind unten in Tabelle 2 gezeigt. Das logarithmische Dekrement ist ein Wert, der gemessen wird, wenn die Verformungsamplitude der Vibration 1 × 10^–4 war. Obwohl Tabelle 2 nichts bezüglich P oder S zeigt, gilt: P < 0,025 und S < 0,020. Unterschiedliche Beispiele mit der gleichen Zusammensetzung bedeuten, dass sie von der gleichen Schmelze, aber von unterschiedlichen Gussproben stammen.
Von den in Tabelle 2 gezeigten Daten sind der Young-Modul und das logarithmische Dekrement einer jeden Probe zur Erläuterung der Beziehung zwischen diesen in 3 dargestellt. Wenn der Young-Modul und das logarithmische Dekrement gleichzeitig bewertet werden, ist der Vergleich in 3 leicht zu verstehen. Obwohl die Werte des Young-Moduls und des logarithmischen Dekrementes der jeweiligen Proben variieren, sind die Durchschnittswerte als gerade Linie angezeigt. In 3 bedeutet Linie a die Daten der Beispiele 9 bis 16 und die Linie b die Daten der Vergleichsbeispiele 8 bis 16. Wenn dem Vibrations-Dämpfungsvermögen von FC 250 und FC 300, den gegenwärtig verwendeten Gusseisen, Bedeutung beigemessen wird, entfalten sie ein Young-Modul von etwa 120 GPa. Zum Vergleich mit diesen sind daher die Young-Modul-Daten in dem Bereich von 115 bis 130 GPa in der Zeichnung gezeigt.
3 zeigt, dass im Hinblick auf die Eigenschaften des Young-Moduls und des logarithmischen Dekrementes die Leistung der wärmebehandelten Produkte dieser Erfindung um etwa 30% im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 9 bis 16 (nicht wärmebehandelte Produkte) verbessert wird. Dieser Wert zeigt an, dass die Leistung des Gusseisens dieser Erfindung etwa um 3,5 Mal höher ist als die von FC 250 oder FC 300, dem gegenwärtig verwendeten Gusseisen (das ein logarithmisches Dekrement von etwa 1 × 10^–4 zeigt, wenn der Young-Modul 120 GPa ist).
Diese Erfindung ist nicht durch die verschiedenen Ausführungsbeispiele, die oben beschrieben sind, beschränkt und in der Praxis dieser Erfindung können die Zusammensetzungen von Al, Sn, C, Si, Mn, P, S oder dgl. angemessen geändert werden, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Weiterhin können unterschiedliche Zusammensetzungen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben sind, angemessen in Kombination verwendet werden.

Claims

Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gusseisen ist, umfassend 3 bis 7% Al, und durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen erzeugt ist.
Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gusseisen ist, umfassend 3 bis 7% Al und 0,03 bis 0,20% Sn, und durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen erzeugt ist.
Gusseisen mit hoher Festigkeit und hohem Dämpfungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gusseisen ist, umfassend 3 bis 7% Al und C und Si in solchen Mengen, dass ein Kohlenstoffäquivalent, dargestellt durch die Formel (1), von 3,30 bis 3,95 ist, und das durch Erwärmen bei 280 bis 630°C nach dem Gießen und anschließendes Kühlen erzeugt ist: Kohlenstoffäquivalent (%) = C-Gehalt (%) + (1/3) × Si-Gehalt (%) (1)