DE3943345C2

DE3943345C2 - Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen Bauteils aus Kugelgraphitguß

Info

Publication number: DE3943345C2
Application number: DE3943345A
Authority: DE
Inventors: Fumio Obata; Hideaki Nagayoshi; Eiji Nakano
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2009-12-30
Also published as: DE3943345A1; CH679402A5; JPH02290943A; US4990194A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen Bauteils aus Kugelgraphitguß.

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. 57-28669 offenbart ein Verfahren zur Her stellung eines solchen aus Kugelgraphitguß gegossenen Erzeugnisses. 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 Ma trixstruktur, die 50 - 90% Perlit enthält, in einem gußähn lichen Zustand stabil erhalten werden kann. Dieses Verfahren ist allerdings nicht in der Lage, hochfeste Kugelgraphit gußerzeugnisse zu liefern, die Matrices aufweisen, die im wesentlichen aus Ferrit bestehen und die frei sind von feinen Spalten rund um die Graphitpartikel, wodurch sie hervorra gende mechanische Eigenschaften zeigen.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Bauteile aus Grauguß ist in H. Poetter "Grauguss", VEB Verlag Technik Berlin, 1954, Seite 312 dargestellt. Bei dieser Wärmebehandlung von dünnwandigen Bauteilen tritt jedoch häufig der Nachteil auf, daß Risse bzw. feine Spalten zwi schen den Graphitpartikeln und der sich bildenden Ferrit matrix entstehen.

Es ist daher die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren oder Wärmebehandlungs verfahren für gattungsgemäße, dünnwandige Bauteile aus Kugel graphitguß anzugeben, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet, also die Schaffung von rißfreien Bauteilen ermög licht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angege benen Merkmale gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausge funden, daß durch die Wärmebehandlung eines dünnen Gegenstan des aus Kugelgraphitguß, ohne diesen nach dem Ausformen auf Raumtemperatur abzukühlen, bei einer Temperatur von dessen A₃-Umwandlungspunkt oder höher für einen kurzen Zeitraum und durch Abkühlen mit einer kontrollierten Abkühlgeschwindigkeit die Diffusion der Graphitpartikel in die umgebende Ferrit matrix 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 Graphitpartikel in der Ma trix, erhalten werden können, und daß solche Kugelgraphitguß- Erzeugnisse in äußerstem Maße verbesserte mechanische Eigen schaften, insbesondere eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit, aufweisen. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Er kenntnis.

Somit sind beim dünnwandigen, hochfesten Gegenstand aus Kugelgraphitguß gemäß der vorliegenden Erfindung Graphitpar tikel in einer Ferritmatrix dispergiert, die 10% oder weni ger an Perlit enthält, und der Gegenstand ist dadurch gekenn zeichnet, daß im wesentlichen keine feinen Spalten zwischen den Graphitpartikeln und der Ferritmatrix vorliegen.

In Gießerei 68 (1981) Nr. 1, Seiten 1 bis 7 ist zwar erwähnt, daß die Gußwärme durch eine direkt an den Gießvor gang angeschlossene Wärmebehandlung ausgenutzt werden kann; dabei wird jedoch darauf hingewiesen, daß diese Verfahrens weise lediglich zur Verminderung der auftretenden Energie kosten vorgenommen werden soll. Es wird jedoch nirgends angedeutet, daß ein besonderer Wärmebehandlungsvorgang zur Vermeidung der Rißbildung bei Kugelgraphitguß möglich wäre.

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 wesentlich 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 für höchstens 30 Minuten 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 Abkühlungsgeschwindigkeit von höchstens 40°C/min. abzukühlen, um eine Ferritisierung der Matrix zu erzielen.

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.

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. Das Er zeugnis wird in einen Durchlaufofen gebracht, der bei der Temperatur des A₃-Umwandlungspunktes 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 höchstens 30 Minuten vorzugsweise 1 - 25 Minuten, oder noch besser 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 höheren Tempera tur in einem derart kurzen Zeitraum wie maximal 30 Minuten 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 abzukühlen, 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, während der das Gußeisen-Erzeugnis im Bereich des Durchlaufofens mit gleichförmiger Temperatur gehalten wird, 30 Minuten überschreitet, dann hat das Gußeisen-Erzeugnis erhöhte Spannungen, 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, besteht die Neigung, daß Perlit in der ver bleibenden Matrix verbleibt, das 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 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 abkühlt, 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 Spalte 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 die Bildung feiner Spalte zwischen den Graphitpartikeln und der Ferritmatrix weil der Kugelgraphitguß bei einer Temperatur des A₃-Umwandlungspunktes oder einer höheren Temperatur wäh rend eines kurzen Zeitraums von bis zu 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.

Beispiel 1 (1) Zusammensetzung

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.-%

(2) Wärmebehandlung

Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammen setzung wurde bei 1410°C in eine Form gegossen, und die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, als die Oberflächentem peratur des Gußeisen-Erzeugnisses im Abschnitt mit 3 mm Wand stärke 870°C betrug. Dieser 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.

Beispiel 2 (1) Zusammensetzung

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.-%

(2) Wärmebehandlung

Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammenset zung wurde bei 1420°C in eine Form gegossen, und die Form wurde durch Ausbrechen dann entfernt, als 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.

Beispiel 3 (1) Zusammensetzung

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.

(2) Wärmebehandlung (a) Wärmebehandlung nach der vorliegenden Erfindung

Die halbe Anzahl der Gußeisenerzeugnisse wurden der er findungsgemäßen Wärmebehandlung unterzogen. Die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, als die Oberflächentemperatur eines jeden Gußeisen-Erzeugnisses 850°C betrug, und dieses 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.

(b) Herkömmliche Wärmebehandlung

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.

(3) Messung

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.

Tabelle 1

Tabelle 2

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.

Beispiel 4 (1) Zusammensetzung

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.-%

(2) Wärmebehandlung

Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammenset zung wurde bei 1410°C in eine Form gegossen, und die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, als 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.

Beispiel 5 (1) Zusammensetzung

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.

(2) Wärmebehandlung

Eine Kugelgraphitguß-Schmelze mit der obigen Zusammenset zung wurde bei 1410°C in eine Form gegossen.

(a) Erfindungsgemäße Wärmebehandlung

Die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, als die Ober flächentemperatur des Gußeisen-Erzeugnisses 850°C betrug. Dieses 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.

(b) Herkömmliche Wärmebehandlung

Die Form wurde durch Ausbrechen entfernt, und das Guß eisen-Erzeugnis wurde an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. 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.

(3) Messung

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.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen Bauteils aus Kugelgraphitguß mit 3,5 bis 3,9 Gew.-% C und 2,0 bis 3,0 Gew.-% Si, der in einer Ferritmatrix dispergierte Graphitpar tikel enthält, und bei dem wesentliche Abschnitte eine Wand stärke von 12 mm oder weniger aufweisen, dadurch gekennzeich net, daß eine Schmelze in eine Form gegossen wird, nach Ver festigung die Form durch Ausbrechen entfernt wird, während sich das Werkstück noch auf einer Temperatur oberhalb des A₃- Umwandlungspunktes befindet, unmittelbar danach das Werkstück in den Bereich gleichförmiger Temperatur eines Durchlaufofens eingebracht wird und dort ohne zwischenzeitliches Abkühlen für höchstens 30 Min. auf einer Temperatur gleich oder über dem A₃-Umwandlungspunkt gehalten wird, um das in der Matrix vorhandene Zementit aufzulösen, und danach mit einer Abkühl geschwindigkeit von höchstens 40°C/Min. abgekühlt wird, um eine Ferritisierung zu erzielen, wodurch die Bildung feiner Spalten zwischen den Graphitpartikeln und der Ferritmatrix verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung bis auf eine Temperatur unter dem Ar₁-Umwand lungspunkt durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Temperatur, auf der das Werkstück unmittelbar nach Verfestigung der Schmelze gehalten wird, zwischen 850 und 950 °C liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück unmittelbar nach Verfestigung der Schmelze 5 bis 25 min lang auf der Temperatur zwischen 850 bis 950 °C gehalten und danach mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 25 °C/min auf eine Temperatur von 650 °C abgekühlt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kugelgraphitguß mit einer Zusammen setzung verwendet wird, die im wesentlichen folgende weitere Bestandteile enthält:
Mn: höchstens 0,35 Gew.-%,
P : höchstens 0,10 Gew.-%,
S : höchstens 0,02 Gew.-%,
Mg: 0,025 bis 0,06 Gew.-%.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix höchstens 10% Perlit enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel eine mittlere Korn größe von höchstens 20 µm und eine maximale Korngröße von höchstens 60 µm aufweist.