EP1270747A2 - Sphärogusslegierung mit Beimengung von Bor - Google Patents

Sphärogusslegierung mit Beimengung von Bor Download PDF

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EP1270747A2 EP02006104A EP02006104A EP1270747A2 EP 1270747 A2 EP1270747 A2 EP 1270747A2 EP 02006104 A EP02006104 A EP 02006104A EP 02006104 A EP02006104 A EP 02006104A EP 1270747 A2 EP1270747 A2 EP 1270747A2
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Georg Fischer Automotive AG
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    • C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like

Definitions

  • the invention relates to a nodular cast iron alloy for cast iron products with plastic ductility, the ductile iron alloy being non-iron components at least the elements C, Si, Mn, Cu, Mg, S and as Additions of one or more elements from Group IIIb of the Periodic table contains.
  • motor vehicle ductile iron alloys are used for the Production of castings that have to withstand high impact loads For example, wishbone, as parts of the suspension of the driven Wheels that need to remain intact even after an accident.
  • the castings may be deformed in the so-called crash test, but not break.
  • Commercially available gray cast alloys tend to break when strong Blows are exposed.
  • a process for the production of ductile iron alloys with product inclusions is known, which are plastically deformed during the machining of the products produced.
  • the plastically deformable inclusions serve as a lubricant during machining.
  • the inclusions consist of about 50% SiO 2 , 25% CaO, 15% MgO and 10% Al 2 O 3 .
  • the base alloy is made low in sulfur and deoxygenated with a reagent containing CaC 2 , CaO, Ca, Al and Mg prior to the actual treatment with magnesium. A metal analysis of the products thus produced is not disclosed.
  • a nodular cast iron alloy for Cast iron products having a plastic deformability, wherein the Ductile cast iron alloy as non-iron constituents at least the elements C, Si, Mn, Cu, Mg, S and as admixtures one or more elements of the Group IIIb of the periodic table, wherein the alloy as an admixture contains at least the element boron and wherein the Si content is more than 2.4% is.
  • the Perlitanteil reduced in the structure of cast iron products and that a ferritic structure can be guaranteed. This will achieved in that the alloy contains 2 to 200 ppm of boron as an admixture.
  • the gist of the invention is to provide a cast iron alloy which is particularly suitable for load-bearing parts, such as the suspension in the automotive industry.
  • the load-bearing parts must not break, but only deform.
  • the deformation should not be elastic but plastic.
  • the Deformability of the parts should be plastic and should be as large as possible do not lead to breakage of the parts and should not be reversible.
  • GJS ductile iron
  • the graphite formation in the microstructure is, measured according to the standard DIN EN ISO 945, more than 90% Form VI, and the size of the graphite spheres in the microstructure is in the classes 7-8.
  • composition and properties of the casting are compared with a conventional spheroidal cast alloy called GJS-400-15.
  • This composition can be determined by the measurement results of a instrumented impact test are shown. This impact test is performed as a simulation for the wheel suspension abuse test Passenger car.
  • diagram 1 on the right side the measurement results of the Impact tests on a wishbone of a passenger car shown.
  • Comparative values are also the measurement results in diagram 1 on the left side of an identical casting, made of commercially available nodular cast iron was produced. From diagram 1 it can be seen that the whole Energy absorption in the control arm during impact test is more than 2200 J. From Diagram 1 it can also be seen that the deformation value in Impact test more than 75% higher than in a comparable castings a conventional nodular cast iron alloy. The deformation of the control arm, expressed in mm, measured as the difference between two measuring points on Casting, before and after the impact test, is more than 15 mm. at comparable castings from a conventional nodular cast iron alloy this deformation is usually less than 9 mm. The maximum force of the Wishbone is added, is between 3000 and 3500 kN. This here instrumented impact test is performed on a Rosand impact tester.
  • Wishbone for a passenger car which from the inventive Pig iron alloy with at least 2.4% Si content and at least that Element boron can be produced as an admixture, and when casting a be subjected to as gentle as possible surface treatment, draw characterized by a high plastic non-reversible deformability.
  • the bearing parts of the suspension of an automobile break during the crash test, which simulates a particular accident situation, not and remain intact.
  • the present cast alloy is also suitable for all other vehicle parts that may deform under extreme loads, but may not break.

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Abstract

Es wird eine Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit vorgeschlagen, wobei die Sphärogusslegierung als Nicht-Eisenbestandteile zumindest die Elemente C, Si, Mn, Cu, Mg, S und als Beimengungen eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe IIIb des Periodensystems enthält, wobei die Legierung als Beimengung zumindest das Element Bor enthält und wobei der Si-Gehalt mehr als 2,4% beträgt. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung von solchen Gusseisenprodukten mit einer plastischen Verformbarkeit vorgeschlagen, wobei die Nachbehandlung der Oberflächen besonders schonend durchgeführt wird. Die Sphärogusslegierung wird verwendet zur Herstellung eines bruchsicheren, irreversibel und dauerhaft verformbaren Querlenkers.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit, wobei die Sphärogusslegierung als Nicht-Eisenbestandteile zumindest die Elemente C, Si, Mn, Cu, Mg, S und als Beimengungen eines oder mehre Elemente aus der Gruppe IIIb des Periodensystems enthält.
Im Kraftfahrzeugbau werden Sphärogusslegierungen verwendet für die Herstellung von Gussteilen, die eine hohe Schlagbelastung aushalten müssen, beispielsweise Querlenker, als Teile der Radaufhängung der angetriebenen Räder, die auch nach einem Unfall noch intakt bleiben müssen. Die Gussteile dürfen beim sogenannten Crash-test zwar verformt werden, aber nicht brechen. Handelsübliche Graugusslegierungen neigen zum Bruch, wenn sie starken Schlägen ausgesetzt werden.
Aus der WO 99 45 156 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Sphärogusslegierungen mit Produkteinschlüssen bekannt, die bei der maschinellen Bearbeitung der hergestellten Produkte plastisch verformt werden. Die plastisch verformbaren Einschlüsse dienen als Schmiermittel bei der spanabhebenden Bearbeitung. Die Einschlüsse bestehen aus etwa 50% SiO2, 25% CaO, 15% MgO und 10% Al2O3. Die Basislegierung wird vor der eigentlichen Behandlung mit Magnesium schwefelarm und sauerstoffarm gemacht mit einem Reagens, das CaC2, CaO, Ca, Al und Mg enthält. Eine Metallanalyse der so hergestellten Produkte wird nicht offenbart.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit anzugeben, die auch bei einer hohen Schlagbeanspruchung wesentlich höher ist als bei handelsüblichen Sphärogusslegierungen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit, wobei die Sphärogusslegierung als Nicht-Eisenbestandteile zumindest die Elemente C, Si, Mn, Cu, Mg, S und als Beimengungen eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe IIIb des Periodensystems enthält, wobei die Legierung als Beimengung zumindest das Element Bor enthält und wobei der Si-Gehalt mehr als 2,4 % beträgt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, dass der Perlitanteil im Gefüge der Gusseisenprodukte reduziert wird und dass ein ferritisches Gefüge gewährleistet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Legierung als Beimengung 2 bis 200 ppm Bor enthält.
Es ist auch von Vorteil, dass im Gefüge der Gusseisenprodukte eine Verfestigung der Mischkristalle gewährleistet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Si-Gehalt 2,6 bis 2,9 % beträgt.
Es ist auch von Vorteil, dass bei der Nachbehandlung der Oberflächen der Gusseisenprodukte möglichst wenig Eigenspannung in den Gusseisenprodukten erzeugt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gusseisenprodukte nach dem Giessverfahren einer Nachbehandlung unterworfen werden, die besonders schonend ist für die Produktoberflächen. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die schonende Nachbehandlung der Oberflächen ein spannungsarmes Anglühen und bzw. oder ein Strahlen mit schwach abrasiven Partikeln umfasst. Durch die Nachbehandlung der Oberflächen, die üblicherweise in dem Verfahrensabschnitt des sogenannten Gussputzens nach dem Auspacken der Gussteile aus der Giessform und nach dem Abkühlen stattfindet, können Eigenspannungen im Gussteil aufgebaut werden, die später einen Bruch des Gussteiles auslösen können. Durch eine möglichst schonende Oberflächenbehandlung wird möglichst wenig Eigenspannung im Gussteil aufgebaut und wird die Gefahr eines Bruches erheblich reduziert.
Der Kerngedanke der Erfindung ist es, eine Gusseisenlegierung anzugeben, die besonders geeignet ist für tragende Teile, beispielsweise für die Radaufhängung in der Automobilindustrie. Die tragende Teile dürfen nicht brechen, sondern lediglich verformen. Die Verformung soll nicht elastisch sondern plastisch sein. Die Verformbarkeit der Teile soll plastisch sein und so gross, wie möglich sein, soll nicht bis zum Bruch der Teile führen und soll nicht reversibel sein.
Beispiel 1
Ein Querlenker für eine Radaufhängung eines Vorderrades eines Personenkraftwagens aus Sphäroguss (GJS) mit der folgenden chemischen Zusammensetzung: 3,5 % C, 2,7 % Si, 0,16 % Mn, 0,06 % Cu, 0,043 % Mg, 0,002 % S, 200 ppm Summe der Elemente aus der Gruppe IIIb des Periodensystemes (B, Al, Ga, In, TI), weist ein Gefüge auf mit maximal 15% Perlit.
Die Graphitausbildung im Gefüge beträgt, gemessen nach der Norm DIN EN ISO 945, mehr als 90 % Form VI, und die Grösse der Graphitkugeln im Gefüge liegt in den Klassen 7-8.
Die mechanischen Eigenschaften dieses Gussteiles werden angegeben mit Rp0.2 mindestens 250 N/mm2 , Rm mindestens 400 N/mm2 und A mindestens 15,0 %.
Die Zusammensetzung und die, Eigenschaften des Gussteiles werden verglichen mit einer konventionellen Spharogusslegierung mit der Bezeichnung GJS-400-15.
Die Wirksamkeit dieser Zusammensetzung kann anhand der Messresultate eines instrumentierten Schlagversuches dargestellt werden. Dieser Schlagversuch wird durchgeführt als eine Simulation für den Missbrauchstest der Radaufhängung des Personenkraftwagens.
Hierbei wird untersucht, ob die Radaufhängung den Personenwagen nach einem Zusammenstoss noch soweit trägt, dass der Personenwagen in die nächste Werkstatt gefahren werden kann. Hier muss dann das tragende Teil der Radaufhängung, beispielsweise der Querlenker, der durch den Zusammenstoss dauerhaft und irreversibel verformt wurde, jedoch noch bruchsicher und tragfähig ist, ausgewechselt werden.
Im Diagramm 1 werden auf der rechten Seite die Messresultate der Schlagversuche an einem Querlenker eines Personenkraftwagens dargestellt. Als Vergleichswerte sind im Diagramm 1 auf der linken Seite auch die Messresultate eines identischen Gussteiles dargestellt, das aus handelsüblichem Sphäroguss hergestellt wurde. Aus Diagramm 1 ist ersichtlich, dass die gesamte Energieaufnahme im Querlenker beim Schlagversuch mehr als 2200 J beträgt. Aus Diagramm 1 ist ebenfalls ersichtlich, dass der Deformationswert im Schlagversuch mehr als 75% höher ist als bei einem vergleichbaren Gussteil aus einer konventionellen Sphärogusslegierung. Die Deformation des Querlenkers, ausgedrückt in mm, gemessen als Differenz zwischen zwei Messpunkten am Gussteil, vor und nach dem Schlagversuch, beträgt mehr als 15 mm. Bei vergleichbaren Gussteilen aus einer konventionellen Sphärogusslegierung beträgt diese Deformation üblicherweise weniger als 9 mm. Die maximale Kraft, die vom Querlenker aufgenommen wird, liegt zwischen 3000 und 3500 kN. Der hier instrumentierte Schlagversuch wird durchgeführt auf einem Rosand Impact-Tester.
Querlenker für einen Personenkraftwagen, die aus der erfindungsgemässen Spärogusslegierung mit mindestens 2,4 % Si-Anteil und mit mindestens das Element Bor als Beimengung hergestellt werden, und die beim Gussputzen einer möglichst schonenden Oberflächenbehandlung unterworfen werden, zeichnen sich aus durch eine hohe plastische nicht reversible Verformbarkeit aus. Die tragenden Teile der Radaufhängung eines Automobils brechen bei dem Crash-Test, der eine bestimmte Unfallsituation simuliert, nicht und bleiben intakt.
Die vorliegende Gusslegierung eignet sich auch für alle anderen Fahrzeugteile, die sich bei extremen Belastungen verformen dürfen, jedoch nicht brechen dürfen.
Figure 00050001

Claims (10)

  1. Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit, wobei die Sphärogusslegierung als Nicht-Eisenbestandteile zumindest die Elemente C, Si, Mn, Cu, Mg, S und als Beimengungen eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe IIIb des Periodensystems enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung als Beimengung zumindest das Element Bor enthält und dass der Si-Gehalt mehr als 2,4 % beträgt.
  2. Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Si-Gehalt 2,6 bis 2,9 % beträgt.
  3. Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung als Beimengung 2 bis 200 ppm Bor enthält.
  4. Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung der Produkte nach einem instrumentierten Schlagversuch irreversibel und dauerhaft ist.
  5. Sphärogusslegierung für Gusseisenprodukte mit einer plastischen Verformbarkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieaufnahme der Produkte im instrumentierten Schlagversuch mindestens 35% höher liegt als bei vergleichbaren Gusseisenprodukten aus konventionellen Sphärogusslegierungen, derart, dass die Produkte bruchsicher sind.
  6. Verfahren zur Herstellung von Gusseisenprodukten aus einer Sphärogusslegierung mit einer plastischen Verformbarkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gusseisenprodukte nach dem Giessverfahren einer Nachbehandlung unterworfen werden, die besonders schonend ist für die Produktoberflächen.
  7. Verfahren zur Herstellung von Gusseisenprodukten aus einer Sphärogusslegierung mit einer plastischen Verformbarkeit nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schonende Nachbehandlung der Oberflächen ein spannungsarmes Anglühen und bzw. oder ein Strahlen mit schwach abrasiven Partikeln umfasst.
  8. Verwendung des Verfahrens nach dem Anspruch 6 oder 7 zur Herstellung eines bruchsicheren, irreversibel und dauerhaft verformbaren Querlenkers.
  9. Verwendung der Sphärogusslegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung eines bruchsicheren, irreversibel und dauerhaft verformbaren Querlenkers.
  10. Querlenker nach einem der Ansprüche 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationswert nach der plastischen Verformung im instrumentierten Schlagversuch mindestens 15 mm beträgt.
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