EP1415009A1 - Spharoguss mit hoher festigkeit und duktilitat und daraus hergestelltes getriebegehause - Google Patents

Spharoguss mit hoher festigkeit und duktilitat und daraus hergestelltes getriebegehause

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EP1415009A1
EP1415009A1 EP02766913A EP02766913A EP1415009A1 EP 1415009 A1 EP1415009 A1 EP 1415009A1 EP 02766913 A EP02766913 A EP 02766913A EP 02766913 A EP02766913 A EP 02766913A EP 1415009 A1 EP1415009 A1 EP 1415009A1
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strength
ductility
silicon
housing
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Magna Steyr Powertrain AG and Co KG
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

Definitions

  • the invention relates to a nodular cast iron with siliconized silicon, as it is commonly used for heavily used castings, for example the materials according to DIN or SAE [in square brackets]:
  • the first one (a) is still ferritic and therefore tenacious, but its strength is only mediocre. If the strength is to be higher, one resorts to the materials b), c) and d), which in turn are ferritic-perlitic to 0 perlitiscli, with strong declinative toughness and weldability. These materials have from a) to d) increasingly a multiphase (ferritic-pearlitic) Grundfuge locally different composition, which is reinforced by the unavoidable during casting locally different cooling conditions and to 5 problems in the subsequent, in particular machining , Editing leads. Their use is therefore limited to special applications. In vehicle construction, the reduction of weight is a particular concern, which in castings low wall thickness - ie high strength - but also requires toughness and good workability. It is then necessary to use steel, but it is about 10 percent heavier.
  • a nodular cast iron according to the invention contains: 4 to 6 percent silicon and a proportion of carbon corresponding to the carbon equivalent, a maximum of 0.03 percent phosphorus and 0.2 to 0.5 percent nickel.
  • the high content of silicon has a ferrite-stabilizing effect and also increases the strength.
  • the carbon equivalent requires a corresponding reduction of the carbon content. Since phosphorus acts as embrittlement due to the strong solid solution hardening of the compounds it has received, the phosphorus content must be kept as small as possible. Nickel also reduces the brittleness and increases the strength, the required proportions are so small that the resulting additional costs are negligible.
  • the invention also relates to housings, in particular gear housing, which consist of a ductile iron according to one of the preceding claims.
  • gear housing which consist of a ductile iron according to one of the preceding claims.
  • Such a gear housing can be thinner walled and lighter because of the high strength of the fiction, according to improved ductile iron.
  • the machining necessary for the formation of connection flanges and bearing seats is possible without restriction.
  • a gear housing made of the material according to the invention can be welded to a toothed part made of alloyed and / or case-hardened steel.
  • Fig. 1 A comparison of nodular iron according to the prior
  • FIG. 2 shows a section through a transmission housing according to the invention.
  • the housing for example, the housing of a transmission, with 1 and a connected thereto to a component gear designated by 2.
  • the housing 1 here consists of an inventively improved ductile iron.
  • the gear 2 is made of steel and case hardened.
  • the housing 1 has a first axis normal to be welded surface 3, To which a cylindrical collar 4 connects, which forms an outer cylindrical mating surface 5.
  • the housing 1 may be provided at a location greater wall thickness with a parallel to the first surface to be welded to circumferential groove 6, which is rounded in cross-section.
  • the cylindrical mating surface 8 can be withdrawn at the transition to the second surface 7 to be welded, so that an extension 9 forms. This facilitates the production and the sliding of the gear on the collar 4 and, if necessary, improves the penetration of the root.
  • the axis of rotation of the component and 20 of the welding head is designated.

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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 Gehäuse (1) daraus ist mit einem Verzahnungsteil (2) aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweisst.

Description

SPHAROGUSS MIT HOHER FESTIGKEIT UND DUKTILITAT UND DARAUS HERGESTELLTES GETRIEBEGEHAUSE 5
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 Klam- 0 mer]:
a) EN-GJS-400-16 [D4018], b) EN-GJS-500- 7 [D4512], c) EN-GJS-600- 3 [D5608], 5 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 0 rein perlitiscli sind, bei stark abnelimender Zähigkeit und Schweissbarkeit. Diese Werkstoffe weisen in von a) bis zu d) zunehmendem Maße ein mehrphasiges (ferritisch-perlitisches) Grundgefuge örtlich verschiedener Zusammensetzung auf, was durch die beim Giessen unvermeidlichen örtlich verschiedenen Abkühlbedingungen noch verstärkt wird und zu Pro- 5 blemen bei der nachfolgenden, insbesondere zerspanenden, Bearbeitung führt. Deren Einsatz ist daher auf besondere Anwendungen beschränkt. 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: 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. 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 der Phosphorgehalt 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 vemachlässigbar 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 eine deutliche Festigkeitssteigerung bei guter Duktilität und Schweissbarkeit 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 Gehäuse, insbesondere Getriebe- gehäuse, die aus einem Sphäroguss nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestehen. Ein solches Getriebegehäuse kann wegen der hohen Festigkeit des erfindungs gemäß verbesserten Sphäroguss dünnwandiger und leichter sein. Die für die Bildung von Anschlussflanschen und Lager- sitzen 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: einen 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 Zahlen und Angaben sprechen für sich und untermauern das in der Be- schreibungseinleitung gesagte.
Als Beispiel folgt eine Analyse des Werkstoffes in der fünften Spalte der Fig. 1. Die angegebenen Prozentaiiteile sind die Mittelwerte aus mehreren Gussstücken einer Charge:
C Si Mn P S Cr Mo Ni
AI
% % % % % % % % % X 3,142 -4,314 0,1922 0,0240 0,0074 0,0252 0,0024 0,3028
0,0035
Co Cu Nb TI V W Pb Sn
Mg - % % % % % % % % %
X 0,0032 0,2276 0,0015 0,0093 0,0027 <0,0050 0,0017 0,0059 0,0293
As Zr Bi Ca Ca Sb Se Te B - % % % % % % % % %
X 0,0049 0,0078 <0,0010 0,0040 0,0049 0,0028 <0,0010 0,0078
<0,0001
La N Fe - % % %
X 0,0025 >0,0240 <91,6
In Fig. 2 ist das Gehäuse, beispielsweise das Gehäuse eines Getriebes, mit 1 und ein mit diesem zu einem Bauteil verbundenes 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 verschweißenden Fläche verlaufenden Umfangsnut 6 versehen sein, die im Querschnitt gerundet ist. Am Zahnrad 2 ist eine in einer Ebene normal zur Achse 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 verschweißenden Fläche 7 zurückgenommen sein, sodaß sich eine Erwei- terung 9 bildet. Diese erleichtert die Fertigung und das Aufschieben des Zahnrades auf den Kragen 4 und verbessert erforderlichenfalls die Durch- schweißung der Wurzel. Mit 18 ist die Drehachse des Bauteiles und mit 20 der Schweißkopf bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Sphäroguss mit einlegiertem Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass er enthält: a) 4 bis 6 Prozent Silizium und einen entsprechend dem Kohlenstoffäquivalent 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 das 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 das Gehalt an Kupfer unter 0,3 Prozent gehalten wird.
5. Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass es (1) aus einem Sphäroguss nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es (1) mit einem Verzalmungsteil (2) aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweisst ist.
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