[发明专利]具有非均匀石墨组织的整体结构铸件的制造方法

说明书

本发明涉及一种铸件的制造方法，该铸件是作为一个整体结构铸造的，它具有可控的非均匀石墨组织。根据本发明，这种铸件可以这样铸造，例如，在铸件的特定部分具有蠕虫状石墨组织，而在其它的部分则具有球墨组织，从而使所述铸件在不同的部分具有不同的性能。

具有蠕虫状石墨组织的蠕墨铸铁是介于具有片状石墨组织的灰铸铁和具有球状石墨组织的球墨铸铁之间的一种中间形式。

蠕墨铸铁具有期望的独特的性能，这些性能包括好的机械和物理性能及好的机加工性能，这使得这种材料特别适合制作机械结构中的许多机械部件，其中包括大批量制造的机械结构，主要是发动机及特别用于机动车的泵。铁基的高度合格的材料及机加工方法通常不用于特殊的产品，如飞机发动机，也不用于那些制作要求非常高的产品，因此，这类产品的制造不在本发明的范围之内。

蠕墨铸铁将包含以蠕虫状石墨形式析出的石墨，该石墨根据ISO/R945-1969（E）被定义为“Ⅲ型”石墨或根据ASTMA247被定义为“Ⅳ型”石墨。这种形式的石墨在英国（1948）被首次发现并从此而用于小规模地制造特殊的部件。制造规模小的原因是因为不能以足够的精度来控制铁水的性质和成分以保证具有足够生产重复性的铸件的成分及石墨结构。

蠕墨铸铁的性能大约在灰铁和球铁的性能之间，例如，蠕墨铸铁的弹性模量高于灰铁弹性模量30-40%，就是说蠕墨铸铁的弹性模量几乎与球铁的相同。蠕墨铸铁比灰铁具有高的延展性（通常高10倍以上），并且具有更高的抗拉强度（是灰铁抗拉强度的两倍）。蠕墨铸铁的疲劳强度比灰铁高100%，并且基本上与球铁的疲劳强度处于同一数量级。蠕墨铸铁的导热性与灰铁的导热性处于同一数量级，但大大高于球铁。

因此可以看出，有充分的理由将蠕墨铸铁用于那些要求将好的强度与高的导热性相结合的机械结构中。

鉴于在获得蠕墨铸铁的重复性生产中所经历的困难，在更早的时候是不可能制造这种形式的铸件的。

在WO-Al-89/04224（PCT/VS88/03693）中给出了一种方法，它用于控制铸造涡轮叶片的径向凝固，以在毂部得到细晶粒结构，而在整个叶片部分获得一种定向凝固的晶粒结构。上述晶粒结构是通过加热环绕部分铸模的部件并冷却铸模内的部件而得到的。

但是，通过分析在试样（取自相应的金属液）凝固过程中由温度传感器得到的相对于时间的温度数据，可以确定金属液中形核剂（nucleants）和变质剂的浓度，这能够精确地确定金属液在铸型中凝固所用的方式，而且也能够调整孕育剂和变质剂的含量，以给予铸件所期望的性能。在该方面参见SE-B-8404579-8或US-A-4667725，按照这些专利说明书，前述的值是借助于两个置于试样熔池中的温度传感器来测定的，在凝固过程开始时，该熔池中的金属液与试样杯的温度处于热力学平衡状态。

上述温度传感器中的一个放在试样杯内熔融金属的中心，而另一个传感器则置于大致在杯壁处的金属液中在凝固过程中对杯壁上过冷的金属液所记录的温度值为（T*w]]>），在杯壁上的再炽热值为（rec_W），在杯壁和样杯中心之间具有一个正的温度差（△T+），并且在杯壁和杯中心具有温度的导（函）数 (dT)/(dτ) W′，在不变的平衡生长温度下 (d_T)/(d_C) C = 0，根据这些与模拟取样条件下的已知参考值的有关的数值，可以确定结晶形核剂的存在及含量，并且可以确定组织变质剂的量，以及可以通过向熔液的补充或通过停（滞）留时间来修正形核剂和组织变质剂的含量，这样，就可以使结晶形核剂和组织变质剂的含量符合要在铸件中得到希望的石墨结构所需要的含量。

组织变质剂通常是由镁和任意的稀土金属、特别是铈组成的。

当溶解的活性镁量，以及与其相当的其它结构变质剂、即在液体中存在的这些元素的量（这些元素有其独立的固态氧化物和硫化物）达到约0.035%或更高时，金属液凝固时石墨将呈球状析出，如果上述元素的含量降至约0.015%，则石墨将呈蠕虫状石墨析出，如果上述含量再降至约0.008%以下，则石墨将呈片状析出，铸铁将凝固成灰铸铁，显然，在约0.010-0.025%的含量范围内，将主要形成蠕墨或致密石墨铸铁。在上述的专利说明书之前，不可能在连续生产中制造具有重复性的蠕墨铸铁。