SPHAROGUSS MIT HOHER FESTIGKEIT UND DUKTILITAT UND DARAUS HERGESTELLTES GETRIEBEGEHAUSE

Beschreibung

[0001] 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-400-15 [D4018],

b) EN-GJS-500- 7 [D4512],

c) EN-GJS-600- 3 [D5608],

d) EN-GJS-700- 2 [D7003].

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] Zwar ist es aus der DE 196 36 808 C 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.

[0005] In der US 4,484,953 ist weiters ein Gusseisen geoffenbart, dem durch eine aufwändige Wärmebehandlung große Zähigkeit und Härte gegeben wird, wozu ein sehr hoher Gehalt an Nickel nötig ist. Sowohl der Nickelgehalt als auch die Wärmebehandlung verteuern diesen Werkstoff unverhältnismäßig.

[0006] Es ist somit Aufgabe der Erfindung, Sphäroguss so zu verbessern, dass er trotz hoher Festigkeit zäh, gut bearbeitbar und schweissbar ist.

[0007] Ein erfindungsgemäßer Sphäroguss enthält: 4 bis 6 Prozent Silizium und einen entsprechend dem Kohlenstoffäquivalent auf 2,2 bis 3,37 Prozent verringerten Anteil an Kohlenstoff, maximal 0,03 Prozent Phosphor, 0,2 bis 0,5 Prozent Nickel, Rest Eisen, für die Bildung von Sphäroguss übliche Zusätze und unvermeidbare Verunreinigungen. 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. Nickel verringert die Sprödigkeit und vergrößert die Festigkeit, wobei die erforderlichen Anteile so gering sind, dass die dadurch entstehenden Mehrkosten vernachlässigbar sind.

[0008] 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, zerspanender Bearbeitbarkeit und Schweissbarkeit erreicht.

[0009] Die Mengenverhältnisse, bei denen besonders gute Werte erzielt wurden sind für Silizium bei 4,1 bis 4,5 Prozent und für Kohlenstoff bei 2,7 bis 3,33 Prozent (Anspruch 2), und weiters für Nickel bei 0,25 bis 0,35 Prozent (Anspruch 3). Die Begrenzung des Gehaltes an Kupfer unter das übliche Maß verstärkt die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen, da Kupfer ein Perlitbildner ist.

[0010] Schließlich betrifft die Erfindung auch Gehäuse, insbesondere Getriebegehäuse, die aus einem Sphäroguss nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestehen. 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.

[0011] Weiters kann ein Getriebegehäuse aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff mit einem Verzahnungsteil aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweisst sein.

[0012] 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.

[0013] 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 Beschreibungseinleitung gesagte.

[0014] Als Beispiel folgt eine Analyse des erfindungsgemäßen Werkstoffes, dessen mechanische Eigenschaften in der fünften Spalte der Fig. 1 angegeben sind. Die angegebenen Prozentanteile sind die Mittelwerte aus mehreren Gussstücken einer Charge:

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Al
-	%	%	%	%	%	%	%	%	%
	3,142	4,314	0,1922	0,0240	0,0074	0,0252	0,0024	0,3028	0,0035

	Co	Cu	Nb	Tl	V	W	Pb	Sn	Mg
-	%	%	%	%	%	%	%	%	%
	0,0032	0,2276	0,0015	0,0093	0,0027	<0,0050	0,0017	0,0059	0,0293

	As	Zr	Bi	Ca	Sb	Se	Te	B
-	%	%	%	%	%	%	%	%
	0,0049	0,0078	<0,0010	0,0040	0,0028	<0,0010	0,0078	<0;0001

	La	N	Fe
-	%	%	%
	<0,0025	>0,0240	<91,6

[0015] 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 spanabhebend bearbeitete 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.

[0016] Die zylindrische Passfläche 8 kann am Übergang zur zweiten zu verschweißenden 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.

Ansprüche

1. Sphäroguss auf EN-GJS-400-15, EN-GJS-500-7, EN-GJS-6003 oder EN-GJS-700-2 Basis mit einlegiertem Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass er besteht aus:

a) 4 bis 6 Prozent Silizium und einen entsprechend dem Kohlenstoffäquivalent auf 2,2 bis 3,37 Prozent verringerten Anteil an Kohlenstoff,

b) maximal 0,03 Prozent Phosphor,

c) 0,2 bis 0,5 Prozent Nickel,

d) wahlweise unter 0.3 Prozent kupfer

e) Rest Eisen, für die Bildung von Sphäroguss übliche Zusätze und unvermeidbare Verunreinigungen.

2. Sphäroguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Silizium bei 4,1 bis 4,5 und der Gehalt an Kohlenstoff bei 2,7 bis 3,33 Prozent liegt.

3. Sphäroguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Nickel bei 0,25 bis 0,35 Prozent liegt.

4. Sphäroguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der 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 Verzahnungsteil (2) aus legiertem und/oder einsatzgehärtetem Stahl verschweisst ist.

Claims

1. A nodular cast iron with alloyed-in silicon, based on EN-GJS-400-15, EN-GJS-500-7, EN-GJS-600-3 or EN-GJS-700-2, characterized in that it contains:

a) 4 to 6 percent of silicon and a carbon content which is reduced by an amount corresponding to the carbon equivalent,

b) at most 0.03 percent of phosphorus,

c) 0.2 to 0.5 percent of nickel,

d) less than 0.3 percent of copper,

e) the balance being iron, the additives customary for forming nodular cast iron and unavoidable impurities.

2. The modular cast iron as claimed in claim 1, characterized in that the silicon content is 4.1 to 4.5 percent and the carbon content is 2.7 to 3.33 percent.

3. The nodular cast iron as claimed in claim 1, characterized in that the nickel content is 0.25 to 0.35 percent.

4. The nodular cast iron as claimed in claim 1, characterized in that the copper content is kept below 0.3 percent.

5. A casing, characterized in that it (1) consists of the nodular cast iron as claimed in one of the preceding claims.

6. The casing as claimed in claim 5, characterized in that it (1) is welded to a toothed part (2) made from alloyed and/or case-hardened steel.

Revendications

1. Fonte nodulaire à base de EN-GJS-400-15, EN-GJS-500-7, EN-GJS-600-3 ou EN-GJS-700-2 avec du silicium allié, caractérisée en ce qu'elle comprend :

a) 4 à 6 pour cent de silicium et un équivalent carburé correspondant avec une teneur réduite de 2,2 à 3,37 pour cent de carbone,

b) au maximum 0,03 pour cent de phosphore,

c) 0,2 à 0,5 pour cent de nickel,

d) facultativement moins de 0,3 pour cent de cuivre,

e) le reste étant du fer, des additifs classiques pour former la fonte nodulaire et des impuretés inévitables.

2. Fonte nodulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en silicium est comprise entre 4,1 et 4,5 pour cent, et la teneur en carbone est comprise entre 2,7 et 3,33 pour cent.

3. Fonte nodulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en nickel est comprise entre 0,25 et 0,35 pour cent.

4. Fonte nodulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en cuivre est maintenue en dessous de 0,3 pour cent.

5. Boîtier, caractérisé en ce que ledit boîtier (1) est réalisé dans une fonte nodulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes.

6. Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit boîtier (1) est soudé avec un élément d'engrènement (2) réalisé en acier allié et / ou durci.

Zeichnung