AT5381U1

AT5381U1 - Sphäroguss hoher festigkeit und duktilität und daraus hergestelltes getriebegehäuse

Info

Publication number: AT5381U1
Application number: AT0062301U
Authority: AT
Original assignee: Steyr Powertrain Ag & Co Kg
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2002-06-25
Also published as: EP1415009B1; JP2004537652A; KR20040017853A; CA2456432A1; US20040219052A1; WO2003014407A1; ATE316586T1; EP1415009A1

Abstract

Ein verbesserter Sphäroguss soll trotz hoher Festigkeit zäh, gut bearbeit- und schweißbar sein. Er enthält: 4 bis 6 Prozent Silizium und einen entsprechend dem Kohlenstoffäquivalent verringerten Anteil an Kohlenstoff, maximal 0,03 Prozent Phosphor und 0,2 bis 0,5 Prozent Nickel. Ein Getriebegehäuse (1) daraus ist mit einem Verzahnungsteil (2) aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweißt.

Description


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  Die Erfindung betrifft einen Sphäroguss mit einlegiertem Silizium, wie er für stark beanspruchte Gussteile üblicherweise verwendet wird, beispielsweise die Werkstoffe nach DIN beziehungsweise SAE [in eckiger Klammer]: a) EN-GJS-400-16 [D4018], b) EN-GJS-500-   7 [D4512],   c) EN-GJS-600- 3 [D5608], d) EN-GJS-700- 2 [D7003]. 



  Von diesen ist der erste (a)) noch ferritisch und daher zähe, aber seine Festigkeit ist nur mittelmässig. Soll die Festigkeit höher sein, greift man zu den Werkstoffen b), c) und d), die der Reihe nach ferritisch-perlitisch bis rein perlitisch sind, bei stark abnehmender Zähigkeit und Schweissbarkeit. Diese Werkstoffe weisen in von a) bis zu d) zunehmendem Masse ein mehrphasiges (ferritisch-perlitisches)   Grundgefüge   örtlich verschiedener Zusammensetzung auf, was durch die beim Giessen unvermeidlichen örtlich verschiedenen Abkühlbedingungen noch verstärkt wird und zu Problemen bei der nachfolgenden, insbesondere zerspanenden, Bearbeitung führt. Deren Einsatz ist daher auf besondere Anwendungen beschränkt. 

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  Im Fahrzeugbau ist die Verringerung des Gewichtes ein besonderes Anliegen, was bei Gussteilen geringe Wandstärken - also hohe Festigkeit aber auch Zähigkeit sowie gute Bearbeitbarkeit erfordert. Man ist dann genötigt, Stahl einzusetzen, der aber um etwa 10 Prozent schwerer ist. 



  Zwar ist es bekannt im Fahrzeugbau für Anwendungen, die eine hohe Hitzebeständigkeit erfordern, Sphäroguss mit hohem Gehalt an Silizium und 0,5 bis 2 Prozent Molybdän einzusetzen. Dieser ist jedoch sehr spröde und überhaupt schwer bearbeitbar. 



  Es ist somit Aufgabe der Erfindung, Sphäroguss so zu verbessern, dass er trotz hoher Festigkeit zäh, gut bearbeitbar und schweissbar ist. 



    Ein erfindungsgemässer Sphäroguss enthält : bis 6 Prozent Silizium und   einen entsprechend dem Kohlenstoffäquivalent verringerten Anteil an Kohlenstoff, maximal 0,03 Prozent Phosphor und 0,2 bis 0,5 Prozent Nickel. Der hohe Gehalt an Silizium wirkt Ferrit - stabilisierend und erhöht auch die Festigkeit. Das Kohlenstoffäquivalent erfordert eine entsprechende Absenkung des Kohlenstoffgehaltes. Da Phosphor aufgrund der starken Mischkristallverfestigung der mit von ihm eingegangenen Verbindungen versprödend wirkt, ist er möglichst klein zu halten. Auch Nickel verringert die Sprödigkeit und vergrössert die Festigkeit, wobei die erforderlichen Anteile so gering sind, dass die dadurch entstehenden Mehrkosten vernachlässigbar sind. 



  Die Festigkeit wird hier nicht, wie bei Sphäroguss nach dem Stand der Technik, über einen höheren Gehalt an Perlit erhalten, sondern durch Mischkristallverfestigung. Im Zusammenwirken dieser Massnahmen wird 

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 eine deutliche Festigkeitssteigerung bei guter Duktilität und Schweissbar- keit erreicht. 



  Die Mengenverhältnisse, bei denen besonders gute Werte erzielt wurden sind gemäss Ansprüchen 2 und 3 Silizium bei 4,1 bis 4,5 Prozent und Nickel bei 0,25 bis 0,35 Prozent. Die Begrenzung des Gehaltes an Kupfer unter das übliche Mass verstärkt die Wirkung der erfindungsgemässen Massnahmen, da Kupfer ein Perlitbildner ist. 



  Schliesslich betrifft die Erfindung auch ein Getriebegehäuse, das aus einem Sphäroguss nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht. Ein solches Getriebegehäuse kann wegen der hohen Festigkeit des erfindungsgemäss verbesserten Sphäroguss dünnwandiger und leichter sein. Die für die Bildung von Anschlussflanschen und Lagersitzen nötige spanabhebende Bearbeitung ist uneingeschränkt möglich. 



  Weiters kann ein Getriebegehäuse aus dem erfindungsgemässen Werkstoff mit einem Verzahnungsteil aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweisst sein. 



  Im folgenden wird die Erfindung anhand von Tafeln beziehungsweise Abbildungen erläutert. Es stellen dar: 
Fig. 1: Eine Gegenüberstellung von Sphäroguss nach dem Stand der 
Technik mit einem erfindungsgemäss verbesserten,   Fig. 2 : Schnitt durch ein erfindungsgemässes Getriebegehäuse.   



  In Fig. 1 sind die Eigenschaften der Werkstoffe nach dem Stand der Technik gemäss a) bis d) weiter oben in den ersten vier Spalten denen des erfindungsgemäss verbesserten in der fünften Spalte gegenübergestellt. Die 

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 Zahlen und Angaben sprechen für sich und untermauern das in der Beschreibungseinleitung gesagte. 



  Als Beispiel folgt eine Analyse des Werkstoffes in der fünften Spalte der Fig. 1. Die angegebenen Prozentanteile sind die Mittelwerte aus mehreren Gussstücken einer Charge: 
 EMI4.1 
 
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Ni <SEP> Al
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> 
<tb> X <SEP> 3,142-4,314 <SEP> 0,1922 <SEP> 0,0240 <SEP> 0,0074 <SEP> 0,0252 <SEP> 0,0024 <SEP> 0,3028 <SEP> 0,0035
<tb> 
<tb> Co <SEP> Cu <SEP> Nb <SEP> TI <SEP> V <SEP> W <SEP> Pb <SEP> Sn <SEP> Mg
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> 
<tb> X <SEP> 0,0032 <SEP> 0,2276 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,0093 <SEP> 0,0027 <SEP> < 0,0050 <SEP> 0,0017 <SEP> 0,0059 <SEP> 0,

  0293
<tb> 
<tb> As <SEP> Zr <SEP> Bi <SEP> Ca <SEP> Ca <SEP> Sb <SEP> Se <SEP> Te <SEP> B
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> 
<tb> X <SEP> 0,0049 <SEP> 0,0078 <SEP> < 0,0010 <SEP> 0,0040 <SEP> 0,0049 <SEP> 0,0028 <SEP> < 0,0010 <SEP> 0,0078 <SEP> < 0,0001
<tb> 
<tb> La <SEP> N <SEP> Fe
<tb> % <SEP> % <SEP> %
<tb> X <SEP> < 0,0025 <SEP> > 0,0240 <SEP> < 91,6
<tb> 
 In Fig. 2 ist das Gehäuse eines Getriebes mit 1 und ein mit diesem zu einem Bauteil verbundenem Zahnrad mit 2 bezeichnet. Das Gehäuse 1 besteht hier aus einem erfindungsgemäss verbesserten Sphäroguss. Das Zahnrad 2 ist aus Stahl und einsatzgehärtet. Das Gehäuse 1 weist eine erste achsnormale zu verschweissende Fläche 3 auf, an die ein zylindrischer Kragen 4 anschliesst, der eine äussere zylindrische Passfläche 5 bildet.

   Das Gehäuse 1 kann an einer Stelle grösserer Wandstärke mit einer parallel zur ersten zu verschwei-   #enden   Fläche verlaufenden Umfangsnut 6 versehen sein, die im Quer- schnitt gerundet ist. Am Zahnrad 2 ist eine in einer Ebene normal zur Achse 

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 liegende zweite zu verschweissende Fläche 7 und eine zylindrische Passfläche 8 vorgesehen, die auf der zylindrischen Passfläche 5 sitzt. 



  Die zylindrische Passfläche 8 kann am Übergang zur zweiten zu verschwei-   #enden   Fläche 7 zurückgenommen sein, sodass sich eine Erweiterung 9 bildet. Diese erleichtert die Fertigung und das Aufschieben des Zahnrades auf den Kragen 4 und verbessert erforderlichenfalls die Durchschweissung der Wurzel. Mit 18 ist die Drehachse des Bauteiles und mit 20 der Schweisskopf bezeichnet.

Claims

Ansprüche 1. Sphäroguss mit einlegiertem Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass er enthält: a) 4 bis 6 Prozent Silizium und einen entsprechend dem Kohlenstoffäqui- valent verringerten Anteil an Kohlenstoff, b) maximal 0,03 Prozent Phosphor und c) 0,2 bis 0,5 Prozent Nickel.
2. Sphäroguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gehalt an Silizium bei 4,1 bis 4,5 Prozent liegt.
3. Sphäroguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gehalt an Nickel bei 0,25 bis 0,35 Prozent liegt.
4. Sphäroguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gehalt an Kupfer unter 0,3 Prozent gehalten wird.
5. Getriebegehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass es (1) aus einem Sphäroguss nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.
6. Getriebegehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es (1) mit einem Verzahnungsteil (2) aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweisst ist.