專利名稱：鑄鐵滑動件的制作方法
技術領域：
本發明涉及鑄鐵滑動件，特別是在高表面壓力下使用的滑動件。
內燃機用的鑄鐵凸輪軸一般認為是上述的那種滑動件。凸輪軸的整個外周面可以是滑動部分，或者外周區域的一半，包括一突出部分，可以是滑動部分。在上述兩種情況下，這種滑動件的整個滑動部分都是冷硬的。
當上述凸輪軸在高表面壓力下使用時，突出部分的耐點腐蝕和磨損的性能就會產生問題。
為了改善上述滑動部分耐點腐蝕和磨損的性能，要求突出部分的冷硬組織是具有大量析出的自由滲碳體的勻細組織。這種組織具有高的硬度。這種基礎組織的硬度不會被鑄造后在600℃的熱處理溫度下進行的減小應力的退火處理所減小。
因此，本發明的目的是提供一種上述類型的鑄鐵滑動件，它具有一個滑動部分，其中，利用構成凸輪軸的具體成分可以滿足上述要求。
為了實現上述目的，按照本發明提供一種鑄鐵滑動件，其鑄鐵成分包括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)的錳(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的鉻(Cr)，1.5%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的鎳(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的鉬(Mo)，0.003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的至少一種促進冷硬元素El，促進冷硬元素是從下述一組中選擇的鉍(Bi)，碲(Te)，和鈰(Ce)鈰其余為鐵(Fe)和不可避免的雜質;其中，所述滑動件包括一冷硬滑動部分。
如果滑動件的成分保持在上述規定的范圍中，那么，滑動部分的冷硬組織就是具有大量高硬度的析出的滲碳體的勻細組織。另外，基礎組織轉變成馬氏體并細微化。因此，基礎組織的硬度可以通過在大約600℃的熱處理溫度下進行的減少應力的退火過程中被減小，因此，可以從生產出具有極好耐點腐蝕和磨損性能的滑動件。
加入每種化學成分的原因，以及規定每種化學成分的含量的原因如下所述。
碳(C)用來提高滑動件的可鑄性以便在滑動部分形成冷硬組織并改善冷硬組織的質量。但是，如果碳含量小于3%(重量)，那么就會降低熔融金屬合金的可流動性。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險，降低冷硬組織的質量。
硅(Si)用來改善冷硬組織的質量。但是，如果硅含量小于1.5%(重量)，那么就會增加冷硬組織的深度，使滑動件具有降低的偏轉力，另一方面，如果硅含量大于2.4%(重量)，冷硬組織的濃度就會減小，這是由于硅(Si)是促進石墨化元素的緣故。
錳(Mn)用于保證冷硬組織具有足夠的深度以便使冷硬組織和基礎組織均勻地細微化，另外還可防止石墨的析出。但是，如果錳含量小于0.2%(重量)，那么熔融金屬就沒有過冷能力，冷硬組織的深度減小，冷硬組織和基礎組織就不能均勻地細微化。另一方面，如果錳含量大于1.5%(重量)，那么就會減小熔融金屬的可流動性。
鉻(Cr)用于增大在組織中析出的自由滲碳體量，以便改善冷硬結構的質量并強化基礎組織。但是，如果鉻含量小于0.5%(重量)，那么析出的自由滲碳體量就會減小以至不能強化基礎組織。另一方面，如果鉻含量小于1.5%(重量)，那么，冷硬就會在整個外周區域得到，從而減小偏轉力并降低可加工性，這是由于鉻具有促進冷硬的效果。
鎳(Ni)用于促進向馬氏體的轉化并強化基礎組織。但是，如果鎳含量小于1.0%(重量)，那么，基礎組織就不能變成馬氏體，另一方面，如果鎳含量大于3.0%(重量)，那么滑動件的可加工性就會降低，例如，在加工時在滑動件上就會產生裂紋。
鉬(Mo)用于增加自由滲碳體的強度，改善冷硬組織的質量，以及強化基礎組織。但是，如果鉬含量小于0.5%(重量)，那么自由滲碳體和基礎組織就不能足夠地強化。另一方面，如果鉬含量大于1.0%(重量)，那么冷硬就會在整個外周區域得到，從而減小偏轉力并降低可加工性，這是因為鉬具有鉻那樣的促進冷硬的效果的緣故。
鉍，碲和鈰為促進冷硬的元素El。它們用于促進冷硬組織的形成，以便使冷硬組織均勻細微化，并限制石墨的析出。至少要加入從上述元素中選擇的一種元素。因此，如果加入兩種或更多促進冷硬的元素El，那么，其總量要在0.0003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的范圍內。如果El含量小于0.0003%(重量)，那么就失去了加入促進冷硬的元素El的效果。另一方面，如果El含量大于0.1%(重量)，那么就會在整個外周區域冷硬，特別是使滑動件的內部硬度過度增大，因此，難于甚至不可能在滑動件上鉆孔。促進冷硬的元素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)，那么滑動件的整個外周區域容易冷硬。
通過閱讀對照以下附圖對于推薦實施例的詳細描述，將會更清楚地理解本發明的上述的和其它的目的，特征和優點。


圖1是凸輪軸關鍵部分的立體圖;
圖2是沿圖1中2-2線的，以箭頭方向看去的剖視圖;以及圖3是鑄模關鍵部分的剖視圖。
圖1和2表示作為滑動件的，內燃機用的鑄鐵凸輪軸1。凸輪軸1具有包括凸輪2的突出部分3的局部外周區域A。局部外周區域A已冷硬，因而每個凸輪2具有冷硬組織B。每個凸輪2的大部區域C，除去局部外周區域A和包括軸頸部分4的軸5以外，未冷硬。在圖1和2中標號6代表油孔。
在本實施例中的凸輪軸1由鑄鐵構成，鑄鐵含有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)的錳(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的鉻(Cr)，1.5%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的鎳(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的鉬(Mo)，0.003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的從由鉍(B)，碲(Te)，和鈰(Ce)構成的一組中選擇的至少一種促進冷硬的元素El，其余為鐵(Fe)和不可避免的雜質。
這種凸輪軸1是使用圖3所地的鑄模7鑄造的。鑄模7包括上模8，下模9和油孔成形芯10，芯10通過上模8和下模9的閉合而夾在上模8和下模9之間。凸輪軸型腔11是繞芯10限定的。用于形成局部外周區域A的下模9的一部分，包括在型腔11凸輪成形區域12的突出部分3，是由Fe-基或Cu-基的冷卻器13構成的。
制備具有適當鑄鐵成分的熔融金屬并將其澆入型腔11，從而鑄成凸輪軸1。同時凸輪2的局部外周部分A被冷卻器13冷卻并冷硬以便形成冷硬組織B。鑄造以后，凸輪軸1在大約600℃的熱處理溫度下承受減小應力的退火處理。
表1表示在實例1-3中使用鉍(Bi)作為促進冷硬的元素El所生產的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織，以及軸部5的硬度。在表1的化學成分一欄內，其余是由鐵和不可避免的雜質構成的，其它表與此同。在有關突出部分3組織的一欄內，術語“冷硬”的意思是指具有勻細的冷硬組織，其它表與此同。
表3表示在實例6和7中，使用鈰(Ce)作用促進冷硬的元素El所生產的凸輪軸1的突出部分的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
表4表示在實例8和9中，使用碲(Te)和鈰(Ce)作為促進冷硬的元素El所生產的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
表5表示在實例10和11中使用三種元素鉍(B)，碲(Te)和鈰(Ce)作為促進冷硬的元素El所生產的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
表6表示在對比例1至5中，使用碲(Te)作為促進冷硬的元素El所生產的凸輪軸1的突出部分3的硬度，突出部分3的組織和軸部5的硬度。
如表1至5所示，在凸輪軸1的實例1至11中，每種化學成分都控制在上述的范圍內，因而各突出部分3的HRC硬度均等于或大于54，突出部分3的組織均為勻細的冷硬組織B。另外，軸部5的HRC硬度與突出部分3的硬度相比較保持低值。
如表6所示，按照對比例1至5制成的凸輪軸的冷硬組織的微細化是含有碲的結果，但是在對比例1和2中，因為Cr，Ni和Mo含量與上述范圍不符，故未得到強化。因此，凸輪的突出部分的HRC硬度是不均勻的。另外，凸輪軸1的整個外周區域容易被冷硬，這是由于碲含量較大的緣故。
因為在對比例3和4中Ni和Mo的含量與上述范圍不符，在對比例5中Mo含量與上述范圍不符，所以基礎組織未得到強化，突出部分的HRC硬度不均勻并降低了。
曾將實例5的凸輪軸1裝入內燃機的閥操縱系統中以檢驗凸輪2的滑動特性。所述閥操縱系統是一種滑動式閥操縱系統，它具有搖臂的凸輪滑動中分，是由滑動面形成件構成的，還用具有輥和輥式閥操縱系統，用輥來代替滑動件形成件。
上述滑動面形成件是由鑄鐵構成的，鑄鐵含有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)的錳(Mn)，13%(重量)的鉻(Cr)，2.8%(重量)的鉬(Mo)，0.13%(重量)的鎢(W)，0.13%(重量)的釩(V)，1.4%(重量)的鎳(Ni)，其余為鐵(Fe)。上述輥是由高碳鉻軸承鋼(JIS SUJ2)構成的。每個凸輪2的外周面承受了相同的已知的表面處理，例如蒸汽處理以改善其對搖臂的適應性。
在滑動式閥操縱系統中，每個凸輪2存在磨損問題。因此，通過將內燃機轉速調整為每分鐘4300轉，并改變作用在突出部分3上的表面壓力來檢驗突出部分3的耐磨損性能。結果表明，即使在100kgf/mm2的很小表面壓力下，在突出部分3上也出現了磨損。
另一方面，在輥式閥操縱系統中，每個凸輪2存在點腐蝕問題。因此，通過將內燃機轉速調整為每分鐘2000轉，并改變作用在突出部分3上的表面壓力來檢驗突出部分3的耐點腐蝕性能。結果表明，即使在180kgf/mm2的低表面壓力下，在突出部分3也出現了點腐蝕。
從上述事實可以看出，在實例5中的凸輪軸1顯示了在高表面壓力下的極好的滑動特性。
雖然對本發明應用于凸輪軸進行了詳細描述，但顯然本發明并不局限于凸輪軸，當然也適用于其它滑動件。






權利要求
1.一種鑄鐵滑動件，構成它的鑄鐵含有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)的錳(Mn)，0.5%(重量)(含此值)至1.5%(重量)(含此值)的鉻(Cr)，1.0%(重量)(含此值)至3.0%(重量)(含此值)的鎳(Ni)，0.5%(重量)(含此值)至1.0%(重量)(含此值)的鉬(Mo)，0.0003%(重量)(含此值)至0.1%(重量)(含此值)的從由鉍(Bi)，碲(Te)和鈰(Ce)構成的一組中選擇的至少一種促進冷硬的元素El，其余為鐵(Fe)和不可避免的雜質；所述滑動件包括一滑動表面部分。
2.如權利要求1所述的鑄鐵滑動件，其特征在于所述促進冷硬的元素El的含量小于0.001%(重量)。
全文摘要
一種鑄鐵滑動件，構成它的鑄鐵含有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)的錳，0.5％(含此值)至1.5％(含此值)的鉻，1.5％(含此值)至3.0％(含此值)的鎳，0.5％(含此值)至1.0％(含此值)的鉬，0.0003％(含此值)至0.1％(含此值)的從由鉍，碲和鈰構成的組中選擇的至少一種促進冷硬的元素E1，其余為鐵和不可避免的雜質。所述滑動件有一冷硬的滑動部分，因而可以改善滑動件的耐磨損和點腐蝕性能。
文檔編號F01L1/16GK1109915SQ9411293
公開日1995年10月11日 申請日期1994年12月9日 優先權日1993年12月10日
發明者坂勉, 藤原昭, 山田范之 申請人:本田技研工業株式會社