CN1109915A

CN1109915A - 铸铁滑动件

Info

Publication number: CN1109915A
Application number: CN94112934A
Authority: CN
Inventors: 坂勉; 藤原昭; 山田范之
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: KR0138010B1; CN1038047C; KR950018567A; JPH07158413A; DE69410958D1; DE69410958T2; US5529641A; EP0657628B1; EP0657628A1; JP3382326B2

Abstract

一种铸铁滑动件，构成它的铸铁含有3.0％(含此值)至3.6％(含此值)的碳，1.6％(含此值)至2.4％ (含此值)的硅，0.2％(含此值)至1.5％(含此值)的锰，0.5％(含此值)至1.5％(含此值)的铬，1.5％(含此值)至3.0％(含此值)的镍，0.5％(含此值)至1.0％ (含此值)的钼，0.0003％(含此值)至0.1％(含此值) 的从由铋，碲和铈构成的组中选择的至少一种促进冷硬的元素E1，其余为铁和不可避免的杂质。所述滑动件有一冷硬的滑动部分，因而可以改善滑动件的耐磨损和点腐蚀性能。

Description

本发明涉及铸铁滑动件，特别是在高表面压力下使用的滑动件。

内燃机用的铸铁凸轮轴一般认为是上述的那种滑动件。凸轮轴的整个外周面可以是滑动部分，或者外周区域的一半，包括一突出部分，可以是滑动部分。在上述两种情况下，这种滑动件的整个滑动部分都是冷硬的。

当上述凸轮轴在高表面压力下使用时，突出部分的耐点腐蚀和磨损的性能就会产生问题。

为了改善上述滑动部分耐点腐蚀和磨损的性能，要求突出部分的冷硬组织是具有大量析出的自由渗碳体的匀细组织。这种组织具有高的硬度。这种基础组织的硬度不会被铸造后在600℃的热处理温度下进行的减小应力的退火处理所减小。

因此，本发明的目的是提供一种上述类型的铸铁滑动件，它具有一个滑动部分，其中，利用构成凸轮轴的具体成分可以满足上述要求。

为了实现上述目的，按照本发明提供一种铸铁滑动件，其铸铁成分包括：3.0%（重量）（含此值）至3.6%（重量）（含此值）的碳（C），1.6%（重量）（含此值）至2.4%（重量）（含此值的硅（Si），0.2%（重量）（含此值）至1.5%（重量）（含此值）的锰（Mn），0.5%（重量）（含此值）至1.5%（重量）（含此值）的铬（Cr），1.5%（重量）（含此值）至3.0%（重量）（含此值）的镍（Ni），0.5%（重量）（含此值）至1.0%（重量）（含此值）的钼（Mo），0.003%（重量）（含此值）至0.1%（重量）（含此值）的至少一种促进冷硬元素El，促进冷硬元素是从下述一组中选择的：铋（Bi），碲（Te），和铈（Ce）铈其余为铁（Fe）和不可避免的杂质;其中，所述滑动件包括一冷硬滑动部分。

如果滑动件的成分保持在上述规定的范围中，那么，滑动部分的冷硬组织就是具有大量高硬度的析出的渗碳体的匀细组织。另外，基础组织转变成马氏体并细微化。因此，基础组织的硬度可以通过在大约600℃的热处理温度下进行的减少应力的退火过程中被减小，因此，可以从生产出具有极好耐点腐蚀和磨损性能的滑动件。

加入每种化学成分的原因，以及规定每种化学成分的含量的原因如下所述。

碳（C）用来提高滑动件的可铸性以便在滑动部分形成冷硬组织并改善冷硬组织的质量。但是，如果碳含量小于3%（重量），那么就会降低熔融金属合金的可流动性。另一方面，如果碳含量高于3.6%（重量），那么就有石墨析出的危险，降低冷硬组织的质量。

硅（Si）用来改善冷硬组织的质量。但是，如果硅含量小于1.5%（重量），那么就会增加冷硬组织的深度，使滑动件具有降低的偏转力，另一方面，如果硅含量大于2.4%（重量），冷硬组织的浓度就会减小，这是由于硅（Si）是促进石墨化元素的缘故。

锰（Mn）用于保证冷硬组织具有足够的深度以便使冷硬组织和基础组织均匀地细微化，另外还可防止石墨的析出。但是，如果锰含量小于0.2%（重量），那么熔融金属就没有过冷能力，冷硬组织的深度减小，冷硬组织和基础组织就不能均匀地细微化。另一方面，如果锰含量大于1.5%（重量），那么就会减小熔融金属的可流动性。

铬（Cr）用于增大在组织中析出的自由渗碳体量，以便改善冷硬结构的质量并强化基础组织。但是，如果铬含量小于0.5%（重量），那么析出的自由渗碳体量就会减小以至不能强化基础组织。另一方面，如果铬含量小于1.5%（重量），那么，冷硬就会在整个外周区域得到，从而减小偏转力并降低可加工性，这是由于铬具有促进冷硬的效果。

镍（Ni）用于促进向马氏体的转化并强化基础组织。但是，如果镍含量小于1.0%（重量），那么，基础组织就不能变成马氏体，另一方面，如果镍含量大于3.0%（重量），那么滑动件的可加工性就会降低，例如，在加工时在滑动件上就会产生裂纹。

钼（Mo）用于增加自由渗碳体的强度，改善冷硬组织的质量，以及强化基础组织。但是，如果钼含量小于0.5%（重量），那么自由渗碳体和基础组织就不能足够地强化。另一方面，如果钼含量大于1.0%（重量），那么冷硬就会在整个外周区域得到，从而减小偏转力并降低可加工性，这是因为钼具有铬那样的促进冷硬的效果的缘故。

铋，碲和铈为促进冷硬的元素El。它们用于促进冷硬组织的形成，以便使冷硬组织均匀细微化，并限制石墨的析出。至少要加入从上述元素中选择的一种元素。因此，如果加入两种或更多促进冷硬的元素El，那么，其总量要在0.0003%（重量）（含此值）至0.1%（重量）（含此值）的范围内。如果El含量小于0.0003%（重量），那么就失去了加入促进冷硬的元素El的效果。另一方面，如果El含量大于0.1%（重量），那么就会在整个外周区域冷硬，特别是使滑动件的内部硬度过度增大，因此，难于甚至不可能在滑动件上钻孔。促进冷硬的元素El的含量最好小于0.001%（重量）。如果El含量等于或大于0.001%（重量），那么滑动件的整个外周区域容易冷硬。

通过阅读对照以下附图对于推荐实施例的详细描述，将会更清楚地理解本发明的上述的和其它的目的，特征和优点。

图1是凸轮轴关键部分的立体图;

图2是沿图1中2-2线的，以箭头方向看去的剖视图;以及

图3是铸模关键部分的剖视图。

图1和2表示作为滑动件的，内燃机用的铸铁凸轮轴1。凸轮轴1具有包括凸轮2的突出部分3的局部外周区域A。局部外周区域A已冷硬，因而每个凸轮2具有冷硬组织B。每个凸轮2的大部区域C，除去局部外周区域A和包括轴颈部分4的轴5以外，未冷硬。在图1和2中标号6代表油孔。

在本实施例中的凸轮轴1由铸铁构成，铸铁含有3.0%（重量）（含此值）至3.6%（重量）（含此值）的碳（C），1.6%（重量）（含此值）至2.4%（重量）（含此值）的硅（Si），0.2%（重量）（含此值）至1.5%（重量）（含此值）的锰（Mn），0.5%（重量）（含此值）至1.5%（重量）（含此值）的铬（Cr），1.5%（重量）（含此值）至3.0%（重量）（含此值）的镍（Ni），0.5%（重量）（含此值）至1.0%（重量）（含此值）的钼（Mo），0.003%（重量）（含此值）至0.1%（重量）（含此值）的从由铋（B），碲（Te），和铈（Ce）构成的一组中选择的至少一种促进冷硬的元素El，其余为铁（Fe）和不可避免的杂质。

这种凸轮轴1是使用图3所地的铸模7铸造的。铸模7包括上模8，下模9和油孔成形芯10，芯10通过上模8和下模9的闭合而夹在上模8和下模9之间。凸轮轴型腔11是绕芯10限定的。用于形成局部外周区域A的下模9的一部分，包括在型腔11凸轮成形区域12的突出部分3，是由Fe-基或Cu-基的冷却器13构成的。

制备具有适当铸铁成分的熔融金属并将其浇入型腔11，从而铸成凸轮轴1。同时凸轮2的局部外周部分A被冷却器13冷却并冷硬以便形成冷硬组织B。铸造以后，凸轮轴1在大约600℃的热处理温度下承受减小应力的退火处理。

表1表示在实例1-3中使用铋（Bi）作为促进冷硬的元素El所生产的凸轮轴1的突出部分3的硬度，突出部分3的组织，以及轴部5的硬度。在表1的化学成分一栏内，其余是由铁和不可避免的杂质构成的，其它表与此同。在有关突出部分3组织的一栏内，术语“冷硬”的意思是指具有匀细的冷硬组织，其它表与此同。

表3表示在实例6和7中，使用铈（Ce）作用促进冷硬的元素El所生产的凸轮轴1的突出部分的硬度，突出部分3的组织和轴部5的硬度。

表4表示在实例8和9中，使用碲（Te）和铈（Ce）作为促进冷硬的元素El所生产的凸轮轴1的突出部分3的硬度，突出部分3的组织和轴部5的硬度。

表5表示在实例10和11中使用三种元素：铋（B），碲（Te）和铈（Ce）作为促进冷硬的元素El所生产的凸轮轴1的突出部分3的硬度，突出部分3的组织和轴部5的硬度。

表6表示在对比例1至5中，使用碲（Te）作为促进冷硬的元素El所生产的凸轮轴1的突出部分3的硬度，突出部分3的组织和轴部5的硬度。

如表1至5所示，在凸轮轴1的实例1至11中，每种化学成分都控制在上述的范围内，因而各突出部分3的HRC硬度均等于或大于54，突出部分3的组织均为匀细的冷硬组织B。另外，轴部5的HRC硬度与突出部分3的硬度相比较保持低值。

如表6所示，按照对比例1至5制成的凸轮轴的冷硬组织的微细化是含有碲的结果，但是在对比例1和2中，因为Cr，Ni和Mo含量与上述范围不符，故未得到强化。因此，凸轮的突出部分的HRC硬度是不均匀的。另外，凸轮轴1的整个外周区域容易被冷硬，这是由于碲含量较大的缘故。

因为在对比例3和4中Ni和Mo的含量与上述范围不符，在对比例5中Mo含量与上述范围不符，所以基础组织未得到强化，突出部分的HRC硬度不均匀并降低了。

曾将实例5的凸轮轴1装入内燃机的阀操纵***中以检验凸轮2的滑动特性。所述阀操纵***是一种滑动式阀操纵***，它具有摇臂的凸轮滑动中分，是由滑动面形成件构成的，还用具有辊和辊式阀操纵***，用辊来代替滑动件形成件。

上述滑动面形成件是由铸铁构成的，铸铁含有2.4%（重量）的碳（C），0.8（重量）的硅（Si），0.5%（重量）的磷（P），0.3%（重量）的锰（Mn），13%（重量）的铬（Cr），2.8%（重量）的钼（Mo），0.13%（重量）的钨（W），0.13%（重量）的钒（V），1.4%（重量）的镍（Ni），其余为铁（Fe）。上述辊是由高碳铬轴承钢（JIS SUJ2）构成的。每个凸轮2的外周面承受了相同的已知的表面处理，例如蒸汽处理以改善其对摇臂的适应性。

在滑动式阀操纵***中，每个凸轮2存在磨损问题。因此，通过将内燃机转速调整为每分钟4300转，并改变作用在突出部分3上的表面压力来检验突出部分3的耐磨损性能。结果表明，即使在100kgf/mm²的很小表面压力下，在突出部分3上也出现了磨损。

另一方面，在辊式阀操纵***中，每个凸轮2存在点腐蚀问题。因此，通过将内燃机转速调整为每分钟2000转，并改变作用在突出部分3上的表面压力来检验突出部分3的耐点腐蚀性能。结果表明，即使在180kgf/mm²的低表面压力下，在突出部分3也出现了点腐蚀。

从上述事实可以看出，在实例5中的凸轮轴1显示了在高表面压力下的极好的滑动特性。

虽然对本发明应用于凸轮轴进行了详细描述，但显然本发明并不局限于凸轮轴，当然也适用于其它滑动件。

Claims

1、一种铸铁滑动件，构成它的铸铁含有3.0%(重量)(含此值)至3.6%(重量)(含此值)的碳(C)，1.6%(重量)(含此值)至2.4%(重量)(含此值)的硅(Si)，0.2%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的锰(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的铬(Cr)，1.0%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的镍(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的钼(Mo)，0.0003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的从由铋(Bi)，碲(Te)和铈(Ce)构成的一组中选择的至少一种促进冷硬的元素El，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质；所述滑动件包括一滑动表面部分。

2、如权利要求1所述的铸铁滑动件，其特征在于：所述促进冷硬的元素El的含量小于0.001%（重量）。