DE3943345A1 - Duennwandiger, hochfester gegenstand aus kugelgraphitguss und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Duennwandiger, hochfester gegenstand aus kugelgraphitguss und verfahren zu dessen herstellungInfo
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- C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
- C21D5/02—Heat treatments of cast-iron improving the malleability of grey cast-iron
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen dünnwandigen
bzw. dünnen, hochfesten Gegenstand aus Kugelgraphitguß und ein
Verfahren zu dessen Herstellung.
Bei der Herstellung von Kugelgraphitguß mit einer Ferrit
matrix läßt man die Gußeisenerzeugnisse üblicherweise nach dem
Ausformen an der Luft stehen, so daß sie auf niedrige Tempera
turen wie etwa Raumtemperatur abgekühlt werden, und sie werden
wieder auf Temperaturen erwärmt, die höher sind als ihre
A3-Umwandlungspunkte, insbesondere auf 850 bis 950°C, um
die Ferritisierung des Perlits durchzuführen, das in ihren Ma
trices enthalten ist. Wenn diese Wärmebehandlung bei dünnen
Kugelgraphitguß-Erzeugnissen durchgeführt wird, dann sind
anfänglich ausgefällte Graphitpartikel, die nachfolgend als
"Primär-Partikel" bezeichnet werden, in den Matrices diffun
diert, wobei feine Spalten um deren Graphitpartikel bleiben.
Als Ergebnis haben die dünnwandigen Erzeugnisse aus Kugelgra
phitguß unvermeidlich verschlechterte mechanische Eigenschaf
ten, insbesondere eine verringerte Ermüdungsfestigkeit.
Da zusätzlich die Kugelgraphitguß-Erzeugnisse auf eine
hohe Temperatur erwärmt werden, nachdem sie auf Raumtemperatur
abgekühlt wurden, wird eine große Menge an Wärmeenergie ver
braucht, was bedeutet, daß dieses Verfahren wirtschaftlich
nachteilig ist.
Die JP-OS Nr. 57-28 669 offenbart ein Verfahren zur Her
stellung eines solchen Erzeugnisses, als sei es aus Kugelgra
phitguß gegossen. Bei diesem Verfahren wird ein Kugelgraphit
guß-Erzeugnis mit Abschnitten unterschiedlicher Wandstärke so
abgekühlt, daß jeder Abschnitt mit einer Abkühlgeschwindigkeit
von 13°C/min oder mehr abgekühlt wird, so daß eine Matrix
struktur, die 50-90% Perlit enthält, in einem gußähnlichen
Zustand stabil erhalten werden kann. Dieses Verfahren verfehlt
es allerdings, hochfeste Kugelgraphitgußerzeugnisse zu lie
fern, die Matrices aufweisen, die im wesentlichen aus Ferrit
bestehen und die frei sind von feinen Spalten rund um die Gra
phitpartikel, wodurch sie hervorragende mechanische Eigen
schaften zeigen.
Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfin
dung, einen dünnwandigen, hochfesten Gegenstand aus Kugelgra
phitguß mit guten mechanischen Eigenschaften vorzusehen, ins
besondere mit verbesserter Ermüdungsfestigkeit.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen dünnwandigen, hochfe
sten Gegenstand aus Kugelgraphitguß mit niedrigem Verbrauch an
Wärmeenergie herzustellen.
Angesichts der obigen Ziele haben die Erfinder der vor
liegenden Erfindung herausgefunden, daß durch die Wärmebehand
lung eines dünnen Gegenstandes aus Kugelgraphitguß, ohne die
sen nach dem Ausformen auf Raumtemperatur abzukühlen, bei
einer Temperatur von dessen A3-Umwandlungspunkt oder höher
für einen kurzen Zeitraum und durch Abkühlen mit einer kon
trollierten Abkühlgeschwindigkeit die Diffusion der Graphit
partikel in die umgebende Ferritmatrix des Kugelgraphitgusses
wirksam verhindert werden kann, während man die Ferritisierung
der Matrix erreicht, wobei Kugelgraphitguß-Erzeugnisse, die im
wesentlichen frei sind von feinen Spalten, rund um die Gra
phitpartikel in der Matrix, erhalten werden können, und daß
solche Kugelgraphitguß-Erzeugnisse in äußerstem Maße verbes
serte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte
Ermüdungsfestigkeit, aufweisen. Die vorliegende Erfindung be
ruht auf dieser Erkenntnis.
Somit sind beim dünnwandigen, hochfesten Gegenstand aus
Kugelgraphitguß gemäß der vorliegenden Erfindung Graphitparti
kel in einer Ferritmatrix dispergiert, die 10% oder weniger an
Perlit enthält, und der Gegenstand ist dadurch gekennzeichnet,
daß im wesentlichen keine feine Spalten zwischen den Graphit
partikeln und der Ferritmatrix vorliegen.
Das Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, hochfe
sten Gegenstands aus Kugelgraphitguß gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Schritte auf, eine Schmelze mit einer Zu
sammensetzung für Kugelgraphitguß in eine Gußform zu gießen,
die Gußform nach Abschluß der Verfestigung der Schmelze durch
Ausbrechen zu entfernen, während sich im wesentlichen der gesam
te Abschnitt des resultierenden Gußeisen-Erzeugnisses noch bei
der Temperatur seines A3-Umwandlungspunktes oder einer
höheren Temperatur befindet, Einbringen des Gußeisen-Erzeug
nisses in den Bereich mit gleichförmiger Temperatur eines
Durchlaufofens, der bei der Temperatur des A3-Umwandlungs
punktes oder einer höheren Temperatur gehalten wird, wo das
Gußeisenerzeugnis 30 Minuten lang oder weniger verbleibt, um
das Cementit abzubauen, das in der Matrix enthalten ist, und
Umsetzen des Gußeisen-Erzeugnisses in einen Abkühlungsbereich
des Durchlaufofens, um das Gußeisen-Erzeugnis mit einer sol
chen Abkühlungsgeschwindigkeit durchzuführen, daß die Ferriti
sierung der Matrix durchgeführt wird.
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine Seitenansicht, die ein Muster zeigt, das eine
stufenweise zunehmende Dicke aufweist,
Fig. 2 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewon
nene Mikrophotographie (100-fach) der Metallstruktur eines
Musters, das in Beispiel 1 hergestellt wurde,
Fig. 3 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewon
nene Mikrophotographie (100-fach) der Metallstruktur eines
gußähnlichen Musters mit derselben Zusammensetzung wie jenes
der Fig. 2,
Fig. 4 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewonne
ne Mikrophotographie (100-fach) der Metallstruktur eines Mu
sters, das in Beispiel 2 erhalten wurde,
Fig. 5 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewonne
ne Mikrophotographie (100-fach) der Metallstruktur eines guß
ähnlichen Musters mit derselben Zusammensetzung wie jene der
Fig. 4,
Fig. 6 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewonne
ne Mikrophotographie (960-fach) eines Graphitpartikels in
einem Muster, das im Beispiel 3 wärmebehandelt wurde,
Fig. 7 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewonne
ne Mikrophotographie (960-fach) eines Graphitpartikels in
einem Muster, das durch ein herkömmliches Wärmeverfahren
behandelt wurde,
Fig. 8 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewonne
ne Mikrophotographie (1500-fach) eines Graphitpartikels in
einem Muster, das gemäß Beispiel 4 wärmebehandelt wurde,
Fig. 9 eine mit einem Raster-Elektronenmikroskop gewonne
ne Mikrophotographie (1500-fach) eines Graphitpartikels in
einem Muster, das durch ein herkömmliches Verfahren wärmebe
handelt wurde,
Fig. 10 eine Draufsicht, die einen Steuerarm zeigt, und
Fig. 11 die Ansicht eines vergrößerten Querschnitts, der
längs der Linie A-A in Fig. 10 durchgeführt wurde.
Es folgt nun die detaillierte Beschreibung der Erfindung.
Bei der Metallstruktur des dünnwandigen, hochfesten Ku
gelgraphitguß-Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung
liegen im wesentlichen keine feinen Spalten zwischen den Gra
phitpartikeln und einer Ferritmatrix vor. Die Graphitpartikel
weisen eine mittlere Partikelgröße von 20 µm oder weniger und
eine maximale Partikelgröße von 60 µm oder weniger auf.
Um den dünnen, hochfesten Kugelgraphitguß-Gegenstand mit
einer solchen Struktur herzustellen, wird das Gußeisen-Erzeug
nis, das eine Zusammensetzung für Kugelgraphitguß aufweist,
von einer Form entfernt, während das im wesentlichen gesamte
Gußeisen-Erzeugnis sich noch immer bei einer Temperatur seines
A3-Umwandlungspunktes (etwa 850°C) oder einer höheren Tem
peratur befindet, und zwar nach der Verfestigung, und das Er
zeugnis wird in einen Durchlaufofen eingebracht, der bei einer
Temperatur von dessen A3-Umwandlungspunkt oder einer höheren
Temperatur gehalten wird, und das Erzeugnis wird dann einer
Ferritisierungs-Behandlung unterzogen, während man die Bildung
einer Perlit-Phase in der Matrix durch Kontrollieren bzw.
Steuern der Abkühlungsgeschwindigkeit verhindert.
Im Durchlaufofen wird das Gußeisen-Erzeugnis in einem
Bereich mit gleichförmiger Temperatur gehalten, der bei der
Temperatur des A3-Umwandlungspunkts oder einer höheren
Temperatur gehalten wird, und zwar 30 Minuten lang oder
weniger, vorzugsweise 1-25 Minuten, und noch mehr bevorzugt
5-20 Minuten. Die Temperatur des Bereichs mit gleichförmiger
Temperatur des Durchlaufofens beträgt bevorzugt 850-950°C.
Es ist eine überraschende Entdeckung, daß im wesentlichen
das gesamte Cementit durch die Wärmebehandlung bei der Tempe
ratur des A3-Umwandlungspunktes oder einer höheren Tempera
tur einen so kurzen Zeitraum wie 30 Minuten oder weniger ver
setzt oder entfernt werden kann, wenn diese Wärmebehandlung
unmittelbar nach dem Ausformen durchgeführt wird, während sich
das Gußeisen-Erzeugnis noch immer in einem Zustand befindet,
in welchem der A3-Umwandlungspunkt in der Matrix noch nicht
aufgetreten ist. Wenn andererseits die Wärmebehandlung durch
geführt wird, nachdem erst einmal eine Abkühlung auf eine
niedrigere Temperatur, etwa die Raumtemperatur, stattgefunden
hat, erfordert das Zersetzen der Cementit-Phase viel mehr
Zeit, üblicherweise nahezu 2 oder 3 Stunden. Der Grund, warum
die Zersetzung des Cementits in einem so kurzen Zeitraum bei
der Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung erreicht werden
kann, muß nicht notwendigerweise klar sein, es wird jedoch un
terstellt, daß die Cementit-Phase nicht in hohem Ausmaß gebil
det wird, solange das dünnwandige Gußeisenerzeugnis nicht auf
eine niedrige Temperatur abgekühlt ist. Da im allgemeinen das
dünnwandige Gußeisen-Erzeugnis dazu neigt, rasch abgekühlt zu
werden, ist es wahrscheinlich, daß eine große Menge an
Cementit im Abkühlungsprozeß erzeugt wird. Es kann
dementsprechend dadurch, daß man die Wärmebehandlung
unmittelbar nach dem Ausformen bereits durchführt, die Bildung
einer großen Menge an Cementit verhindert werden.
Wenn die Zeit, das Gußeisen-Erzeugnis im Bereich des
Durchlaufofens mit gleichförmiger Temperatur zu halten, 30
Minuten überschreitet, dann hat das Gußeisen-Erzeugnis eine
erhöhte Spannung, und eine so lange Verweilzeit ist wirt
schaftlich nachteilig.
Das Gußeisen-Erzeugnis wird dann aus dem Bereich mit
gleichförmiger Temperatur in einen Abkühlungsbereich im Ofen
umgesetzt und im Abkühlungsbereich mit einer Abkühlgeschwin
digkeit von 40°C/min oder weniger, vorzugsweise 5-25°C/min
abgekühlt. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit 40°C/min über
schreitet, dann besteht die Neigung, daß Perlit in der ver
bleibenden Matrix verbleibt, der hierbei die Härte des
Kugelgraphitgusses erhöht und seine Zähigkeit und Zerspanbar
keit verringert.
Der Gegenstand wird dann aus dem Durchlaufofen bei einer
Temperatur seines Ar1-Umwandlungspunktes (etwa 700°C oder
niedriger) oder einer geringeren Temperatur herausgenommen,
insbesondere bei 650°C oder weniger.
Das Gußeisen-Erzeugnis, das auf diese Weise hergestellt
wurde, weist Graphitpartikel mit einer mittleren Korngröße von
20 µm oder weniger und einer maximalen Korngröße von 60 µm
oder weniger auf. Wenn die mittlere Korngröße der Graphitpar
tikel 20 µm überschreitet, dann hat das dünnwandige Gußeisen-
Erzeugnis eine nur niedrige Ermüdungsfestigkeit. Die bevor
zugte mittlere Korngröße der Graphitpartikel beträgt 15 µm
oder weniger. Das Gußeisen-Erzeugnis hat auch eine Ferritma
trix, die eine verringerte Menge an Perlit enthält. Der Per
litgehalt in der Matrix beträgt nur 10% oder weniger, insbe
sondere 5% oder weniger.
Im übrigen weist der Kugelgraphitguß mit einer solchen
Struktur insgesamt eine Zusammensetzung auf, die im wesentli
chen aus 3,50-3,90 Gew.-% an C, 2,0-3,0 an Gew.-% an Si,
0,35 Gew.-% oder weniger an Mn, 0,10 Gew.-% oder weniger an P,
0,02 Gew.-% oder weniger an S, 0,025-0,06 Gew.-% an Mg und
im Rest im wesentlichen aus Fe und den unvermeidlichen Verun
reinigungen besteht.
Der Begriff "dünnwandiger Gegenstand aus Kugelgraphit
guß", der hier verwendet wurde, bezeichnet einen Kugelgraphit
guß-Gegenstand, dessen wesentlicher Abschnitt eine Dicke bzw.
Wandstärke von nur 12 mm oder weniger, vorzugsweise 8 mm oder
weniger, insbesondere 2-5 mm, aufweist.
Wenn der Kugelgraphitguß-Gegenstand eine Wandstärke von
nur 12 mm oder weniger aufweist, dann ist die Wahrscheinlich
keit hoch, daß er rasch abgekühlt wird, wobei sich eine große
Menge an Cementit in der Matrix bildet. Wenn das rasch abge
kühlte Kugelgraphitguß-Erzeugnis wieder auf 850-950°C er
wärmt wird, neigen die zunächst ausgefällten Graphitpartikel
dazu, in die umgebende Ferritmatrix zu diffundieren, was zur
Erzeugung feiner Spalten zwischen den Graphitpartikeln und der
Ferritmatrix führt. Somit hat der herkömmliche Kugelgraphitguß
verhältnismäßig schlechte mechanische Eigenschaften, wenn die
daraus gefertigten Gegenstände dünnwandig sind. Dieses Problem
wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst. Das heißt, das
Verfahren der vorliegenden Erfindung verhindert feine Spalten
daran, zwischen den Graphitpartikeln und der Ferritmatrix er
zeugt zu werden, weil der Kugelgraphitguß bei einer Temperatur
des A3-Umwandlungspunktes oder einer höheren Temperatur wäh
rend eines kurzen Zeitraums von nur 30 Minuten oder weniger
unmittelbar nach der Verfestigung wärmebehandelt wird. Es ist
übrigens in praktischen Anwendungsfällen 2 mm die untere
Grenze der Wandstärke.
Das erfindungsgemäße Kugelgraphitguß-Erzeugnis ist für
dünne Gußstücke wie Aufhängungsteile für Kraftfahrzeuge usw.
geeignet.
Die vorliegende Erfindung wird noch detaillierter durch
die folgenden Beispiele beschrieben.
Ein Gußeisenmaterial mit einer Zusammensetzung, die aus
Eisen, unvermeidlichen Verunreinigungen und den folgenden
Komponenten besteht, wurde verwendet, um ein Versuchsstück mit
stufenweise zunehmender Wandstärke zu erzeugen, wie es in Fig.
1 gezeigt ist.
C: | |
3,65 Gew.-% | |
Si: | 2,15 Gew.-% |
Mn: | 0,20 Gew.-% |
P: | 0,025 Gew.-% |
S: | 0,009 Gew.-% |
Mg: | 0,037 Gew.-% |
Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammen
setzung wurde bei 1410°C in eine Form gegossen, und die Form
wurde durch Ausbrechen dann entfernt, wenn die Oberflächentem
peratur des Gußeisen-Erzeugnisses im Abschnitt mit 3 mm Wand
stärke 870°C betrug. Es wurde sofort in einen Bereich mit
gleichförmiger Temperatur eines Durchlaufofens eingebracht,
der bei 850°C gehalten wurde, und hier 5 Minuten lang gehal
ten. Danach wurde es in einen Abkühlungsbereich umgesetzt, in
welchem es während 10 Minuten auf 650°C abgekühlt wurde, und
wurde dann dem Ofen entnommen.
Bei dem Muster, das durch die obige Wärmebehandlung
erhalten wurde, wurde eine Untersuchung mit dem Raster-Elek
tronenmikroskop durchgeführt. Die mit dem Raster-Elektronen
mikroskop gewonnene Mikrophotographie des Abschnitts mit 3 mm
Wandstärke ist in Fig. 2 gezeigt.
Es wurde im übrigen das Kugelgraphitgußmaterial mit der
selben Zusammensetzung, wie sie oben genannt wurde, verwendet,
um ein gußähnliches Muster der gleichen Form zu erzeugen. Die
mit dem Raster-Elektronenmikroskop gewonnene Mikrophotographie
des Abschnitts mit 3 mm Wandstärke ist in Fig. 3 gezeigt.
Ein Gußeisenmaterial mit einer Zusammensetzung, die aus
Eisen, den unvermeidlichen Verunreinigungen und den folgenden
Komponenten bestand, wurde verwendet, um ein Versuchsstück
herzustellen, das eine stufenweise zunehmende Wandstärke auf
wies, wie in Fig. 1 gezeigt.
C: | |
3,67 Gew.-% | |
Si: | 2,13 Gew.-% |
Mn: | 0,21 Gew.-% |
P: | 0,027 Gew.-% |
S: | 0,010 Gew.-% |
Mg: | 0,038 Gew.-% |
Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammenset
zung wurde bei 1420°C in eine Form gegossen, und die Form
wurde durch Ausbrechen dann entfernt, wenn die Oberflächentem
peratur des Gußeisenerzeugnisses in einem Abschnitt mit 2 mm
Wandstärke 850°C betrug. Das Gußstück wurde sofort in den Be
reich mit gleichförmiger Temperatur eines Durchlaufofens ein
gebracht, der bei 850°C gehalten wurde und hierin 10 Minuten
lang gehalten. Danach wurde das Gußstück in einen Abkühlungs
bereich umgesetzt, wo es auf 650°C innerhalb von 18 Minuten
abgekühlt wurde, und wurde dann dem Ofen entnommen.
Bei dem durch die obige Wärmebehandlung gewonnenen Muster
wurde eine Untersuchung mit dem Raster-Elektronenmikroskop
durchgeführt. Die mit dem Raster-Elektronenmikroskop gewon
nene Mikrophotographie des Abschnitts des Gußstücks mit 2 mm
Wandstärke ist in Fig. 4 gezeigt.
Im übrigen wurde das Kugelgraphitgußmaterial, das diesel
be Zusammensetzung wie die obige aufwies, verwendet, um ein
gußartiges Muster mit derselben Form zu erzeugen. Die mit dem
Raster-Elektronenmikroskop gewonnene Mikrophotographie seines
Abschnitts mit 2 mm Wandstärke ist in Fig. 5 gezeigt.
Ein Gußeisenmaterial mit einer Zusammensetzung, die aus
Eisen, unvermeidlichen Verunreinigungen und den nachfolgenden
Komponenten bestand, wurde verwendet, um einen runden Stab mit
einem Durchmesser von 17 mm zu erzeugen.
C: | |
3,65 Gew.-% | |
Si: | 2,14 Gew.-% |
Mn: | 0,25 Gew.-% |
P: | 0,026 Gew.-% |
S: | 0,008 Gew.-% |
Mg: | 0,039 Gew.-% |
Eine Kugelgraphitgußschmelze mit obiger Zusammensetzung
wurde bei 1420°C in eine Form gegossen.
Die halbe Anzahl der Gußeisenerzeugnisse wurden der er
findungsgemäßen Wärmebehandlung unterzogen. Die Form wurde
durch Ausbrechen entfernt, wenn die Oberflächentemperatur
eines jeden Gußeisen-Erzeugnisses 850°C betrug, und es wurde
sofort in den Bereich mit gleichförmiger Temperatur eines
Durchlaufofens eingebracht, der bei 850°C gehalten wurde, und
hierin für 10 Minuten gehalten. Danach wurde es in einen Ab
kühlungsbereich umgesetzt, wo es innerhalb von 20 Minuten auf
650°C abgekühlt wurde, und wurde dann dem Ofen entnommen.
Die andere halbe Anzahl der Gußeisenerzeugnisse wurde der
herkömmlichen Wärmebehandlung unterzogen, d. h. die Form wurde
durch Ausbrechen entfernt und jedes Gußeisenprodukt wurde der
Luft ausgesetzt belassen, so daß es auf Raumtemperatur abge
kühlt wurde. Es wurde dann in einen Ferritisierungsofen einge
bracht, wo es 2 Std. lang auf 850°C erwärmt wurde. Es wurde
dann 3 Std. lang bei 850°C gehalten und schließlich innerhalb
von 10 Std. auf 650°C abgekühlt. Danach wurde es dem Ofen
entnommen.
Zugversuchsstücke (Nr. 4 gemäß JIS Z 2201) wurden aus den
runden 17 mm-Stäben erzeugt, die so wärmebehandelt waren, und
in Bezug auf Zugfestigkeit, Streckfestigkeit, Dehnung, Härte
und Elastizitätsmodul in Längsrichtung gemessen.
Ferner wurden Stücke für den Torsions-Biegeermüdungsver
such mit jeweils einem Durchmesser von 12 mm (Nr. 1 gemäß JIS
Z 2274) aus den verbleibenden 17 mm-Rundstäben hergestellt, um
Messungen über die Ermüdungsfestigkeit durchzuführen.
Zusätzlich wurden Versuchsstücke mit 12 mm Durchmesser
und 50 mm Länge hergestellt, um die Schallgeschwindigkeiten
und Dichten zu messen.
Die mikrophotographische Untersuchung mit dem Raster-
Elektronenmikroskop wurde sowohl an jenen Mustern durchge
führt, die der Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung un
terzogen wurden, als auch an jenen, die der herkömmlichen
Wärmebehandlung unterzogen wurden. Fig. 6 zeigt eine durch
ein Raster-Elektronenmikroskop gewonnene Mikrophotographie
(960-fach) jenes Musters, das der Wärmebehandlung der vorlie
genden Erfindung unterzogen wurde, und Fig. 7 zeigt eine mit
einem Raster-Elektronenmikroskop gewonnene Mikrophotographie
(960-fach) jenes Musters, das durch die herkömmliche Wärmebe
handlung erhalten wurde.
Die oben erwähnten mechanischen und physikalischen Eigen
schaften sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Es ist aus den Tabellen 1 und 2 ersichtlich, daß die
Muster der vorliegenden Erfindung gegenüber den herkömmlichen
sowohl hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften als auch
hinsichtlich der physischen Eigenschaften überlegen sind. Ins
besondere die Ermüdungsfestigkeit ist bei den erfindungsgemä
ßen Mustern um 15% oder mehr höher als bei den herkömmlichen
Mustern.
Wie ferner aus den Fig. 6 und 7 deutlich wird, weisen die
Muster, die der herkömmlichen Wärmebehandlung unterzogen wa
ren, feine Spalte rund um die Graphitpartikel auf, die in der
Matrix dispergiert sind. Es wird davon ausgegangen, daß diese
feinen Spalte durch die Diffusion des anfänglich ausgefällten
Graphits in die Matrix während der Wärmebehandlung der zuerst
einmal abgekühlten Muster auf 850°C während eines langen
Zeitraums erzeugt werden.
Andererseits liegen im wesentlichen keine feinen Spalte
rund um die Graphitpartikel bei den Mustern vor, die der Wär
mebehandlung der vorliegenden Erfindung unterzogen wurden.
Dies liegt daran, daß die Muster für eine nur sehr kurze Zeit
bei 850°C gehalten wurden (10 Minuten) , verglichen mit den
herkömmlichen Mustern (3 Std.). Infolge dieser Wärmebehandlung
findet im wesentlichen keine Diffusion des Graphits in die
Matrix statt.
Zusätzlich wurde die Wärmebehandlung der vorliegenden
Erfindung in nur 30 Minuten durchgeführt, vom Einbringen in
den Ofen bis zum Entfernen aus diesem gerechnet, während die
herkömmliche Wärmebehandlung 15 Std. vom Einbringen in den
Ofen bis zur Entfernung hieraus in Anspruch nahm. Deshalb ist
bei der Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung Wärmeener
gie in hohem Umfang eingespart.
Ein Gußeisenmaterial mit einer Zusammensetzung, die aus
Eisen, unvermeidlichen Verunreinigungen und den folgenden Kom
ponenten bestand, wurde verwendet, um ein Teststück zu erzeu
gen, das eine stufenweise zunehmende Wandstärke aufwies, wie
in Fig. 1 gezeigt.
C: | |
3,65 Gew.-% | |
Si: | 2,15 Gew.-% |
Mn: | 0,20 Gew.-% |
P: | 0,025 Gew.-% |
S: | 0,009 Gew.-% |
Mg: | 0,037 Gew.-% |
Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammenset
zung wurde bei 1410°C in eine Form gegossen, und die Form
wurde durch Ausbrechen entfernt, wenn die Oberflächentempe
ratur des Gußeisen-Erzeugnisses in einem Abschnitt mit 10 mm
Wandstärke 870°C betrug. Das Gußstück wurde sofort in den Be
reich eines Durchlaufofens mit gleichförmiger Temperatur ein
gebracht, der bei 850°C gehalten wurde, und hierin 5 Minuten
lang gehalten. Danach wurde das Gußstück in einen Abkühlungs
bereich umgesetzt, wo es innerhalb von 10 Minuten auf 650°C
abgekühlt wurde, und es wurde dann dem Ofen entnommen.
Bei dem durch die obige Wärmebehandlung gewonnenen Muster
wurde eine mikrophotographische Untersuchung mit dem Raster-
Elektronenmikroskop durchgeführt. Die mit dem Raster-Elektro
nenmikroskop gewonnene Mikrophotographie (1500-fach) seines
Abschnitts mit 10 mm Wandstärke ist in Fig. 8 gezeigt.
Im übrigen wurde ein Kugelgraphitgußmaterial mit dersel
ben Zusammensetzung wie der obigen verwendet, um ein Muster
mit derselben Form zu erzeugen. Dieses Muster wurde zunächst
einmal auf Raumtemperatur abgekühlt und dann wiederum auf
850°C innerhalb von 2 Std. erwärmt und bei dieser Temperatur 3
Std. lang gehalten. Es wurde dann innerhalb von 10 Std. auf
650°C abgekühlt. Die mit dem Raster-Elektronenmikroskop ge
wonnene Mikrophotographie des Abschnitts mit 10 mm Wandstärke
dieses Musters ist in Fig. 9 gezeigt.
Ein Gußeisenmaterial mit einer Zusammensetzung, die aus
Eisen, den unvermeidlichen Verunreinigungen und den folgenden
Komponenten bestand, wurde verwendet, um einen Steuerarm zu
erzeugen, wie er in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist.
C: | |
3,66 Gew.-% | |
Si: | 2,14 Gew.-% |
Mn: | 0,23 Gew.-% |
P: | 0,026 Gew.-% |
S: | 0,009 Gew.-% |
Mg: | 0,037 Gew.-% |
Im übrigen bezeichnet in Fig. 10 1 eine Achse, 2 ein Paar
Lager, 3 eine Achse, 4 ein Paar Lager, 5 einen Achsschenkel, 6
eine Hinterrad-Mittelachse und 7 eine Feder. Die Dicke dieses
Steuerarms betrug zwischen 3,5 und 8 mm.
Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammenset
zung wurde bei 1410°C in eine Form gegossen.
Die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, wenn die Ober
flächentemperatur des Gußeisen-Erzeugnisses 850°C betrug. Es
wurde sofort in den Bereich mit gleichförmiger Temperatur
eines Durchlaufofens eingebracht, der bei 850°C gehalten
wurde, und hierin 10 Minuten lang gehalten. Danach wurde es in
einen Abkühlungsbereich umgesetzt, wo es innerhalb von 20 Mi
nuten auf 650°C abgekühlt wurde, und wurde dann dem Ofen ent
nommen.
Die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, und das Guß
eisen-Erzeugnis wurde dem Aufenthalt in der Luft überlassen,
so daß es auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Es wurde dann in
einen Ferritisierungsofen eingebracht, wo es innerhalb von
zwei Stunden auf 850°C erwärmt wurde. Es wurde drei Std. auf
850°C gehalten und dann innerhalb von 10 Std. auf 650°C ab
gekühlt. Danach wurde es dem Ofen entnommen.
Eine Achse 1 wurde in die beiden Lager 2, 2 eingeführt
und ein Achsschenkel 5 wurde schwenkbar am Steuerarm durch
eine Achse 3 angebracht, die ein Paar Lager 4 durchsetzt hat.
Eine Mittelachse 6, die in den Achsschenkel 5 eingeführt
wurde, und die Achse 1 wurden festgelegt, und eine Last von
1270 kg wurde auf die Feder 7 aufgebracht.
Unter dieser Bedingung wurden Starrheit und Ermüdung an
beiden Mustern gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 ge
zeigt.
Wie aus der Tabelle 3 verdeutlicht wird, zeigt der Steu
erarm der vorliegenden Erfindung eine leicht verbesserte
Starrheit und ist gegenüber Ermüdungszerstörung viel bestän
diger als der herkömmliche Steuerarm. Es wird davon ausge
gangen, daß die verbesserte Ermüdungsfestigkeit durch die
Struktur der vorliegenden Erfindung erzielt wird, bei welcher
im wesentlichen keine feinen Spalten rund um die Graphitpar
tikel vorliegen.
Wie oben im einzelnen beschrieben, zeigen die dünnwandi
gen, hochfesten Kugelgraphit-Gegenstände, da ihre Graphitpar
tikel im wesentlichen frei sind von die sie umgebenden feinen
Spalten, hervorragende mechanische Eigenschaften sowie gute
physikalische Eigenschaften.
Da zusätzlich bei der Wärmebehandlung der vorliegenden
Erfindung das Cementit durch die Erwärmung auf eine Temperatur
des A3-Umwandlungspunktes oder eine höhere Temperatur in
einem nur kurzen Zeitraum wie 30 Minuten oder weniger zersetzt
werden kann, ist die Erfindung äußerst vorteilhaft hinsicht
lich des Energieverbrauchs.
Claims (9)
1. Dünnwandiger, hochfester Gegenstand aus Kugelgraphitguß
mit Graphitpartikeln, die in einer Ferritmatrix dispergiert
sind, welche 10% oder weniger Perlit enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß im wesentlichen keine feinen Spalten zwischen den
Graphitpartikeln und der Ferritmatrix vorliegen.
2. Dünnwandiger, hochfester Gegenstand aus Kugelgraphitguß
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgraphit
guß eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus
3,50 bis 3,90 Gew.-% an C, 2,0 bis 3,0 Gew.-% an Si, 0,35
Gew.-% oder weniger an Mn, 0,10 Gew.-% oder weniger an P, 0,02
Gew.-% oder weniger an S, 0,025-0,06 Gew.-% an Mg und mit dem
Rest im wesentlichen aus Fe und unvermeidlichen Verunreini
gungen besteht.
3. Dünnwandiger, hochfester Gegenstand aus Kugelgraphitguß
nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Graphitpartikel eine mittlere Korngröße von 20 µm oder we
niger und eine maximale Korngröße von 60 µm oder weniger auf
weisen.
4. Dünnwandiger, hochfester Gegenstand aus Kugelgraphitguß
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
wesentliche Abschnitte des Gegenstandes eine Wandstärke von
12 mm oder weniger aufweisen.
5. Dünnwandiger, hochfester Gegenstand aus Kugelgraphitguß
nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
er ein Aufhängungsteil für Kraftfahrzeuge ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, hochfesten
Gegenstandes aus Kugelgraphitguß, gekennzeichnet durch die
folgenden Schritte:
- - Eingießen einer Schmelze, die eine Zusammensetzung für Kugelgraphitguß aufweist, in eine Gußform,
- - Entfernen der Gußform durch Ausbrechen nach Abschluß der Verfestigung der Schmelze, während im wesentlichen der ge samte Abschnitt des resultierenden Gußeisenerzeugnisses sich noch bei einer Temperatur seines A3-Umwandlungspunktes oder einer höheren Temperatur befindet,
- - sofortiges Einbringen des Gußeisenerzeugnisses in den Bereich mit gleichförmiger Temperatur eines Durchlaufofens, der bei einer Temperatur des A3-Umwandlungspunktes oder einer höheren Temperatur gehalten wird, wo das Gußeisener zeugnis 30 Minuten lang oder kürzer zurückgehalten wird, um das Cementit, das in der Matrix enthalten ist, zu zerlegen, und
- - Umsetzen des Gußeisenerzeugnisses in einen Abkühlbe reich des Durchlaufofens, um das Gußeisenerzeugnis bei einer solchen Abkühlungsgeschwindigkeit abzukühlen, daß die Ferriti sierung der Matrix erreicht wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, hochfesten
Gegenstandes aus Kugelgraphitguß nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit des Gußeisen
erzeugnisses im Abkühlungsbereich des Durchlaufofens 40°C/min
oder weniger beträgt, und daß das Gußeisenerzeugnis bei einer
Temperatur aus dem Durchlaufofen entnommen wird, die niedriger
liegt als der im Ar1-Umwandlungspunkt des Kugelgraphit
gusses.
8. Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, hochfesten
Gegenstandes aus Kugelgraphitguß nach einem der Ansprüche 6
oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich
mit gleichförmiger Temperatur des Durchlaufofens 850°C bis
950°C beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, hochfesten
Gegenstandes aus Kugelgraphitguß nach einem der Ansprüche 7
oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisenerzeugnis in
dem Bereich mit gleichförmiger Temperatur des Durchlaufofens,
der auf 850°C bis 950°C erwärmt wurde, 5 bis 25 Minuten lang
verbleibt und im Abkühlbereich des Durchlaufofens bei einer
Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis 25°C/min abgekühlt wird,
und dann bei einer Temperatur von 650°C oder weniger dem
Durchlaufofen entnommen wird.
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