專(zhuān)利名稱(chēng):由奧氏體回火的延性鐵合金生產(chǎn)大型部件的方法
由奧氏體回火的延性鐵合金生產(chǎn)大型部件的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體涉及從延性鐵合金生產(chǎn)部件。更具體地,本發(fā)明涉及能夠生產(chǎn)由延性鐵合金鑄造的相對(duì)大型的部件的方法,其中該部件展示出期望的強(qiáng)度和韌性的組合,例如, 適合用于風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸。
背景技術(shù):
圖I示意性地呈現(xiàn)了風(fēng)力渦輪機(jī)10,其通常包括轉(zhuǎn)子葉片組件12,轉(zhuǎn)子葉片組件 12包括從輪轂16徑向延伸的多個(gè)葉片14。輪轂16典型地安裝在圖2中示意性地呈現(xiàn)的主軸18上,其形成連接到發(fā)電機(jī)上的傳動(dòng)系的一部分。主軸18、傳動(dòng)系以及發(fā)電機(jī)都容納在安裝在塔架22上的機(jī)艙20內(nèi)。取決于渦輪機(jī)10的尺寸,主軸18可能非常大,且主凸緣直徑為大約135厘米或更大。因?yàn)橹鬏S18必須在寒冷氣候中運(yùn)行且承受由葉片14上的風(fēng)的作用導(dǎo)致的大量彎曲和扭矩,軸18受益于具有強(qiáng)度和韌性的平衡。
已經(jīng)考慮并使用了各種合金來(lái)生產(chǎn)由主軸18所代表類(lèi)型的大型軸。作為示例,在風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用中常使用鍛鋼用于主軸。由于它們的強(qiáng)度、韌性和可機(jī)械加工性,延性鐵 (球墨鑄鐵)合金也被用于生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主軸。用于這些軸的典型的生產(chǎn)方法包括常規(guī)的砂型鑄造。然而,這些主軸典型地具有小于十五厘米的截面厚度,并且不面臨更新的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的苛刻服務(wù)要求。由于風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用需要更大的主軸,它們對(duì)于強(qiáng)度和韌性的設(shè)計(jì)要求已經(jīng)超出了常規(guī)延性鐵合金的能力。
奧氏體回火是在鐵合金上執(zhí)行以增加強(qiáng)度和韌性的熱處理工藝。合金被加熱至奧氏體狀態(tài),且然后以足夠快的速度被冷卻至奧氏體回火溫度以避免形成珠光體。例如,奧氏體化步驟可能需要將鑄件加熱至大約1500° F到大約1800° F(大約815°C到大約980°C ) 的溫度,且然后將鑄件保持在該溫度足以完全使奧氏體浸透碳的時(shí)間,以產(chǎn)生奧氏體的單相基質(zhì)微結(jié)構(gòu)(面心立方(FCC)相,或伽馬(Y)鐵),其具有由奧氏體化溫度的選擇決定的恒定碳含量。之后,鑄件經(jīng)歷直接淬火到奧氏體回火溫度。在中間溫度下執(zhí)行奧氏體回火, 典型地大約450° F到大約750° F(大約230°C到大約400°C ),最經(jīng)常地在改性鹽浴中進(jìn)行,并保持在奧氏體回火溫度下足夠的時(shí)間,以產(chǎn)生期望的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變并生成用大約百分之二的碳穩(wěn)定的鐵素體和奧氏體的基質(zhì)。奧氏體回火溫度高于馬氏體起始溫度并因而避免了形成馬氏體。
由奧氏體回火產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)取決于合金的特定成分。在包括延性鐵合金的鑄鐵中,微結(jié)構(gòu)包含奧氏鐵素體,它是由可延展、高碳穩(wěn)定的奧氏體基質(zhì)中的細(xì)針狀鐵素體構(gòu)成的兩相顯微結(jié)構(gòu)成分。顯而易見(jiàn)的是,奧氏鐵素體是在用于各種應(yīng)用中的奧氏體回火的延性鐵(ADI)中可獲得的期望特性的原因。例如,美國(guó)專(zhuān)利No. 4,484,953,4,880,477, 5,028,281和5,139,579公開(kāi)了奧氏體回火的延性鐵合金以及用于它們的使用的應(yīng)用,包括用于內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸。
然而,對(duì)于成功地對(duì)延性鐵合金進(jìn)行奧氏體回火存在某些先決條件。在鑄造操作之后但在奧氏體回火之前,對(duì)于共晶團(tuán)邊界(其為鑄造的殘留區(qū)域)應(yīng)該有最少的化學(xué)顯微偏析,且應(yīng)該存在足夠的石墨球數(shù)(例如,大于100個(gè)球每mm2)。一旦凝固完成,不能滿(mǎn)足這些標(biāo)準(zhǔn)使得難以或者不可能獲得完全為奧氏鐵素體的基質(zhì),且結(jié)果是鑄件的一些區(qū)域在固態(tài)奧氏體回火熱處理期間形成不期望的相。類(lèi)似于鋼的熱處理,鎳、鑰、錳和銅的合金添加常與延性鐵一起采用以調(diào)整轉(zhuǎn)變反應(yīng)速率,從而允許奧氏體回火處理期間的徹底硬化。然而,諸如鑰和錳的元素在固化期間對(duì)晶界強(qiáng)烈偏析,尤其在固化時(shí)間長(zhǎng)且化學(xué)分隔高的厚截面中。一旦固化完成,延性鐵中的石墨結(jié)構(gòu)基本上凝結(jié),并且在固態(tài)的冷卻期間不發(fā)生尺寸、形狀和石墨分布上的大的變化。
不幸的是,隨著延性鐵鑄件的日益增長(zhǎng)的截面厚度,延性鐵中固化性能的主要方面決定了化學(xué)偏析程度的增加和石墨球數(shù)的減少。結(jié)果是奧氏體回火熱處理期間不完全的微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和不足的奧氏體碳富集,從而導(dǎo)致在殘留區(qū)域中在冷卻到室溫時(shí)形成包括馬氏體的極其易碎的相。此外,由于從奧氏體化溫度到奧氏體回火溫度的不充分冷卻,在大的截面中形成珠光體。諸如淬火介質(zhì)、鐵化學(xué)特性以及球數(shù)等因素決定所需的重要冷卻速率。因此,具有大于大約2. 5英寸(大約6. 4cm)截面厚度的延性鐵鑄件的徹底硬化通過(guò)奧氏體回火是難以達(dá)成的,且?jiàn)W氏體回火的延性鐵鑄件限于具有相對(duì)薄的截面的部件,諸如前述現(xiàn)有技術(shù)的凸輪軸,而具有對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸所需尺寸的較大延性鐵鑄件的奧氏體回火在產(chǎn)生主要為奧氏鐵素體且基本沒(méi)有易碎相和珠光體的基質(zhì)方面并不成功。如本文所用, “主要為奧氏鐵素體”意味著基質(zhì)中奧氏鐵素體的含量按體積超過(guò)85%,而“基本沒(méi)有”意味著含量按體積少于5%。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種方法,通過(guò)該方法可利用奧氏體回火工藝提升由延性鐵合金形成的部件的屬性,例如強(qiáng)度和韌性。該方法能夠獲得部件中的期望屬性,即便該部件具有超過(guò)例如十厘米的截面厚度。
該方法需要鑄造延性鐵合金以生產(chǎn)鑄件。該延性鐵合金包含鐵、碳、硅和合金劑, 且該鑄件以最小化或阻止合金劑對(duì)鑄件晶界的偏析的速率固化。此外,該鑄件以足以形成其特征為大于100個(gè)球每mm2的石墨球數(shù)的石墨球的速率固化。該鑄件然后通過(guò)將鑄件加熱至奧氏體化溫度足夠的持續(xù)時(shí)間而進(jìn)行奧氏體回火,從而生成具有包含碳的奧氏體的單相基質(zhì)的微結(jié)構(gòu),并且然后在淬火介質(zhì)中將鑄件淬火以便將鑄件從奧氏體化溫度冷卻至高于延性鐵合金的馬氏體起始溫度的奧氏體回火溫度,從而避免在鑄件中形成馬氏體和珠光體。將鑄件保持在奧氏體回火溫度下足夠的持續(xù)時(shí)間以生成其基質(zhì)主要為奧氏鐵素體且基本沒(méi)有馬氏體和珠光體的微結(jié)構(gòu),從而提高延展性和韌性。
本發(fā)明的其它方面包括由上述方法生產(chǎn)的部件,以及使用該部件的機(jī)械和結(jié)構(gòu)。 一個(gè)具體但非限制性示例是風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸。
本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)效果是對(duì)具有大于之前可對(duì)延性鐵部件進(jìn)行奧氏體回火的截面厚度的延性鐵鑄件進(jìn)行奧氏體回火的能力,以產(chǎn)生其基質(zhì)完全為奧氏鐵素體且不包含不期望轉(zhuǎn)變產(chǎn)物尤其是諸如馬氏體的易碎相的微結(jié)構(gòu)。據(jù)信此能力造成以如下方式鑄造延性鐵合金的熔融物,即產(chǎn)生具有前述石墨球數(shù)以及合金劑對(duì)鑄件晶界的最小顯微偏析的鑄件。通過(guò)對(duì)相對(duì)大的延性鐵鑄件進(jìn)行奧氏體回火的能力,該能力被提供用于生產(chǎn)展示出強(qiáng)度和韌性的組合的大型延性鐵部件,該強(qiáng)度和韌性的組合在適當(dāng)?shù)臈l件下可與淬火并回火的鍛鋼相當(dāng)。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)由以下具體實(shí)施方式
將更好地被理解。
圖I和圖2示意性地分別描繪了風(fēng)力渦輪機(jī)和主軸,并呈現(xiàn)了對(duì)于本發(fā)明的奧氏體回火的延性鐵鑄件的特定應(yīng)用。
圖3示意性地呈現(xiàn)了用于最初生產(chǎn)圖2的主軸的細(xì)晶粒鑄件離心鑄造工藝的橫截面視圖。
圖4是呈現(xiàn)可在通過(guò)圖3中所示的離心鑄造工藝生產(chǎn)的主軸鑄件上執(zhí)行的奧氏體回火處理的圖表。
部件列表
10渦輪機(jī)110
12組件112
14葉片114
16輪轂116
18軸118
20鑄型120
22軸線(xiàn)122
24I=I益12具體實(shí)施方式
將參照?qǐng)DI的風(fēng)力渦輪機(jī)10,且尤其是圖2中所示類(lèi)型的風(fēng)力渦輪機(jī)10的主軸18 來(lái)描述本發(fā)明。更具體地,本發(fā)明將參考用于從延性鐵合金生產(chǎn)主軸18的工藝進(jìn)行描述, 盡管應(yīng)該理解的是本發(fā)明也非常適合于由延性鐵合金生產(chǎn)多種部件。其它的非限制性示例包括諸如汽缸套的汽車(chē)部件,諸如車(chē)輪的鐵路部件,以及用于汽車(chē)、鐵路、建筑、采礦和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的各種其它部件。此類(lèi)部件在本領(lǐng)域是眾所周知的且因而無(wú)需進(jìn)一步描述。
參考圖2,軸18示出為具有管狀形狀,且在一端處形成有凸緣,盡管可以理解的是圖2僅為示意性的圖示,且對(duì)于軸18的不同構(gòu)造也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。軸18具有相對(duì)于軸18的旋轉(zhuǎn)的縱向軸線(xiàn)軸對(duì)稱(chēng)的幾何形狀。為了用于風(fēng)力渦輪機(jī)10中,主軸18將具有遠(yuǎn)超過(guò)20英寸(大約50cm)的外徑,且更典型地超過(guò)24英寸(大約60cm),且典型的范圍為大約25到60英寸(大約63到大約152cm),盡管更小或更大的直徑也是可預(yù)見(jiàn)的。此外, 軸18將典型地具有超過(guò)2. 5英寸(大約6. 4cm)的截面厚度,且更典型地超過(guò)4英寸(大約IOcm),且典型的范圍為大約6到8英寸(大約15到20cm),盡管更小或更大的直徑同樣是可預(yù)見(jiàn)的。軸18的其它方面,包括其在風(fēng)力渦輪機(jī)10中的安裝以及渦輪機(jī)10的操作另外在本領(lǐng)域也是已知的,并且因而不在此處詳細(xì)討論。
如果軸18將為延性鐵合金的鑄件,上述類(lèi)型的截面厚度傳統(tǒng)上已經(jīng)太大而不允許進(jìn)行能夠獲得產(chǎn)生完全奧氏鐵素體基質(zhì)并避免諸如馬氏體的易碎相的完全微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的奧氏體回火處理。然而,根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面,對(duì)于在延性鐵合金上執(zhí)行的奧氏體回火處理的有效性的先前的限制可以通過(guò)首先將軸18的鑄件生產(chǎn)成具有細(xì)化晶粒微結(jié)構(gòu)、高石墨球數(shù)以及合金劑對(duì)鑄件的晶界最小的顯微偏析而克服。
可根據(jù)本發(fā)明處理多種延性鐵合金以包含對(duì)于延性鐵而言典型的合金劑,例如, 碳、硅和錳以及可選地銅、鎳和/或鑰,以及平衡鐵和附屬雜質(zhì),諸如鉻、磷、硫等。對(duì)于這些成分的其中一些的特定范圍包括按重量算大約3. 0%到大約3. 9%的碳,大約I. 9%到大約2.7%的娃,聞達(dá)0. 3%的猛,聞達(dá)0. 8的銅,聞達(dá)0. 2%的鎮(zhèn),聞達(dá)0. 05%的絡(luò),聞達(dá)0. 02% 的釩,高達(dá)0. 01%的硫,以及高達(dá)0. 3%的鑰,以及平衡鐵和附屬雜質(zhì)。如本領(lǐng)域已知的,碳的含量對(duì)于石墨形成以及可鑄造性考慮都是必須的。硅的作用通常是固化期間促進(jìn)石墨而不是亞穩(wěn)定的鐵碳化物的形成。主要由于硅的存在,碳成分在固化期間作為球形石墨而分離。球形石墨賦予了延性鐵合金已知的諸如高強(qiáng)度和韌性的期望屬性。可包括鑰以增加奧氏體回火延性鐵中的奧氏鐵素體的可硬性以及延緩珠光體形成。可包括錳以清除硫,硫優(yōu)選地在合金中不存在但常難以避免地作為雜質(zhì)存在。對(duì)于具有相對(duì)厚的截面的鑄件,諸如主軸18,磷被認(rèn)為是有害的,因?yàn)樗咒N(xiāo)了鑰的效果。因此,磷含量?jī)?yōu)選地被保持在盡可能低的水平,例如,低于0. I重量百分比。同樣在大型截面鑄件例如軸18中,相對(duì)高的銅、鎳以及鑰含量對(duì)于奧氏鐵素體可硬性考慮會(huì)是需要的,例如,朝向它們的上述范圍的上端。通常,優(yōu)選的合金添加物以及它們的相對(duì)量可進(jìn)行平衡以獲得對(duì)于給定截面尺寸足夠的可硬性,同時(shí)最小化合金偏析、層(level)以及成本。
為了獲得細(xì)化晶粒微結(jié)構(gòu)、高石墨球數(shù)以及合金劑對(duì)晶界的最少顯微偏析,可使用快速固化工藝鑄造延性鐵合金的熔融物,其在本文中用來(lái)指能夠以足以獲得高石墨球數(shù)的速率固化延性鐵合金的熔融物的工藝。作為示例,合適的快速固化工藝獲得大于每平方毫米100的石墨球數(shù),更優(yōu)選地,每平方毫米大約150到大約300。此類(lèi)冷卻速率也能夠獲得貫穿鑄件的細(xì)化晶粒尺寸并最小化合金劑對(duì)鑄件的晶界的顯微偏析。顯微偏析的可接受水平通過(guò)獲得高于每平方毫米100的球數(shù)以及基本上沒(méi)有馬氏體和珠光體的基質(zhì)而指示, 換言之,基質(zhì)中的馬氏體和珠光體含量少于5體積百分比。另一方面,如果到奧氏體回火溫度的冷卻速率不夠,則共晶團(tuán)邊界處的過(guò)多顯微偏析可以由基質(zhì)中的低球數(shù)以及高珠光體組成指示,或者由基質(zhì)中的低球數(shù)以及由于等溫奧氏體回火期間奧氏體的穩(wěn)定性不足導(dǎo)致過(guò)多的馬氏體含量(高于5體積百分比)以及低奧氏鐵素體含量(低于85體積百分比) 來(lái)指示。
離心鑄造是快速固化鑄造技術(shù)的知名示例。如本領(lǐng)域中已知的,離心鑄造通常使得需要在圍繞其縱向軸線(xiàn)22旋轉(zhuǎn)的圓柱形鑄型20內(nèi)分散合金的熔融物,如圖3中所示。鑄型20以充分的速度旋轉(zhuǎn),以確保熔融合金24被徑向向外抵靠鑄型20的內(nèi)表面推動(dòng),此處合金快速固化以獲得由于合金被鑄型20快速冷卻而得到的細(xì)晶鑄件。有利的是,快速固化過(guò)程也因?yàn)槭黾拥某珊艘约熬徛鲩L(zhǎng)而促進(jìn)得到高石墨球數(shù),并限制合金劑對(duì)晶界的顯微偏析的機(jī)會(huì)。對(duì)于鑄型20合適的旋轉(zhuǎn)速度將例如取決于鑄型20的內(nèi)徑以及對(duì)于鑄件期望的厚度而變化。
由于鑄型20的旋轉(zhuǎn),由離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的鑄件通常是軸對(duì)稱(chēng)的。過(guò)去,離心鑄造延性鐵部件典型地限于具有軸對(duì)稱(chēng)幾何形狀的非重要應(yīng)用,諸如用于市政自來(lái)水、污水管線(xiàn)的管道等,其典型地不會(huì)被視為用于奧氏體回火處理的待選者。然而,本發(fā)明利用了可在離心鑄造部件的快速固化期間形成的精細(xì)微結(jié)構(gòu)來(lái)獲得主軸18的期望屬性。應(yīng)該指出的是能夠獲得快速固化速率的其他鑄造技術(shù)也在本發(fā)明的范圍內(nèi),包括已經(jīng)被更改以達(dá)成獲得本發(fā)明所要求的精細(xì)微結(jié)構(gòu)、降低的顯微偏析程度和高石墨球數(shù)所需的高固化速率的永久鑄模和砂型鑄造技術(shù),其又產(chǎn)生奧氏體回火期間的期望響應(yīng),即,大部分為奧氏鐵素體并基本沒(méi)有馬氏體和珠光體的基質(zhì),且更優(yōu)選地是完全的奧氏鐵素體轉(zhuǎn)變以及沒(méi)有諸如馬氏體的易碎相。然而,應(yīng)該指出的是常規(guī)永久鑄模和砂型鑄造技術(shù)不能達(dá)成用來(lái)與本發(fā)明一起使用的足夠快的固化速率,尤其是考慮到對(duì)于主軸18期望的上述截面厚度時(shí)。
在進(jìn)行奧氏體回火處理之前,鑄件例如可在大約450°C到大約750°C的溫度下退火足以消除任何碳化物和/或珠光體的持續(xù)時(shí)間,并提供基質(zhì)中一致的碳含量。據(jù)信合適的退火處理為大約2到大約10小時(shí),盡管更短或更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間也在本發(fā)明的范圍內(nèi),以達(dá)成應(yīng)力釋放和退火兩者。
在鑄造以及如果使用的可選退火之后,延性鐵鑄件經(jīng)歷奧氏體h回火熱處理循環(huán),其如圖4中所示包括加熱至奧氏體化溫度(Ty)足以產(chǎn)生具有包含碳的奧氏體的單相基質(zhì)的持續(xù)時(shí)間。此類(lèi)處理可使得需要加熱至大約815°C至大約980°C的奧氏體化溫度,并將鑄件保持在該奧氏體化溫度下大約一到大約三小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。之后,將鑄件在適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)中直接淬火以將鑄件從奧氏體化溫度冷卻至奧氏體回火溫度(Ta)。如本領(lǐng)域中已知的,奧氏體回火溫度高于延性鐵合金的馬氏體起始溫度,以避免鑄件中馬氏體的形成。用于與本發(fā)明一起使用的合適的奧氏體回火溫度據(jù)信在大約230°C到大約400°C的范圍之間, 且?jiàn)W氏體回火溫度可保持大約一到大約四小時(shí)的持續(xù)時(shí)間,盡管更高和更低的溫度和更長(zhǎng)或更短的持續(xù)時(shí)間也是可預(yù)見(jiàn)的。在奧氏體回火溫度下,鑄件經(jīng)歷奧氏鐵素體轉(zhuǎn)變,其中母奧氏體(FCC Y-鐵)被轉(zhuǎn)變成鐵素體(BCCa-鐵)以及高碳穩(wěn)定性的奧氏體。通常,高奧氏體回火溫度將提高疲勞強(qiáng)度和延展性,而低奧氏體回火溫度將提高強(qiáng)度和耐磨性。因此, 可選擇奧氏體回火溫度來(lái)根據(jù)主軸18的特定要求提升其某些屬性。
在此應(yīng)該指出淬火方法和淬火速率的重要性。用于將鑄件從奧氏體化溫度冷卻至奧氏體回火溫度的設(shè)備可進(jìn)行優(yōu)化以提升奧氏體回火工藝的動(dòng)力學(xué),并促進(jìn)跨越整個(gè)截面厚度的完全轉(zhuǎn)變,從而限制形成易碎相的傾向。特別是,該設(shè)備優(yōu)選地促進(jìn)從鑄件到淬火介質(zhì)(其典型地為鹽浴)的更有效的熱傳遞。因此,可采用常規(guī)鹽浴的改型和替代物以潛在地促進(jìn)奧氏鐵素體轉(zhuǎn)變。此類(lèi)改型和替代物也可能能夠補(bǔ)償導(dǎo)致一個(gè)或更多優(yōu)選屬性(細(xì)化晶粒微結(jié)構(gòu)、高石墨球數(shù)以及最少顯微偏析)不被完全滿(mǎn)足的鑄造過(guò)程的缺點(diǎn)。在任何情況下,鑄件都被足夠快地淬火以避免珠光體形成,例如以至少5. 5°C /分鐘的速率。最小淬火速率將部分地取決于合金中存在多少鎳、鑰、銅等。
在奧氏體回火滲透之后,可允許鑄件冷卻至室溫。所得到的經(jīng)過(guò)奧氏體回火的鑄件特征在于徹底硬化并具有大部分(如果不是完全)是奧氏鐵素體且基本(如果不是完全)沒(méi)有馬氏體和珠光體的基質(zhì)構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)。如果使用離心鑄造工藝來(lái)形成鑄件,則該鑄件將傾向于在其與鑄型20的界面處具有較細(xì)晶粒結(jié)構(gòu),其有利地在奧氏體回火熱處理期間促進(jìn)鑄件的外周邊表面附近的奧氏體回火響應(yīng)。結(jié)果,可以在主軸18的外周邊表面附近輕易獲得對(duì)于鑄件期望的機(jī)械特性,包括強(qiáng)度和韌性,其中更高的結(jié)構(gòu)要求典型地是所需的。
根據(jù)上述生產(chǎn)的主軸18據(jù)信能夠展示出可以與低合金鋼匹敵的強(qiáng)度-韌性組合, 同時(shí)提供諸如更好的耐磨性和更好的振動(dòng)及噪音阻尼的潛在優(yōu)點(diǎn),以及對(duì)于降低重量和節(jié)省成本的可能性。經(jīng)過(guò)奧氏體回火徹底硬化的軸18的可機(jī)械加工性同樣可與經(jīng)過(guò)熱處理的鋼相當(dāng)。然而,軸18還可能展示出與通過(guò)淬火以及回火操作生產(chǎn)的具有類(lèi)似尺寸和設(shè)計(jì)的軸相比更小且更可預(yù)測(cè)的生長(zhǎng)。結(jié)果,奧氏體回火期間發(fā)生的尺寸變化可以被精確地預(yù)測(cè)從而限制所需的最終機(jī)械加工操作的量。因而,大部分機(jī)械加工可以在鑄造之后而鑄件仍然相對(duì)軟時(shí)立即執(zhí)行。
盡管已經(jīng)就優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明,但很明顯的是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇其他形式。因此,本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)部件(18)的方法,所述方法包括鑄造包含鐵、碳、硅和合金劑的延性鐵合金,以生產(chǎn)具有截面厚度的鑄件,所述鑄件以抑制所述合金劑的偏析的速率被固化,并使得所述鑄件包含特征為大于100個(gè)球每mm2的石墨球數(shù)的石墨球;且然啟通過(guò)如下方式對(duì)所述鑄件進(jìn)行奧氏體回火將所述鑄件加熱至奧氏體化溫度足夠的持續(xù)時(shí)間以生成具有包含碳的奧氏體的單相基質(zhì)的微結(jié)構(gòu),且然后在淬火介質(zhì)中對(duì)所述鑄件進(jìn)行淬火以將所述鑄件從所述奧氏體化溫度冷卻至高于所述延性鐵合金的馬氏體起始溫度的奧氏體回火溫度,以避免在所述鑄件中形成馬氏體和珠光體,所述鑄件被保持在所述奧氏體回火溫度下足夠的持續(xù)時(shí)間以產(chǎn)生具有主要為奧氏鐵素體且基本上沒(méi)有馬氏體和珠光體的基質(zhì)的微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于,所述鑄造步驟是快速固化鑄造技術(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法,其特征在于,所述鑄造步驟是離心鑄造技術(shù),所述離心鑄造技術(shù)包括在圍繞其軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的圓柱形鑄型內(nèi)分散所述延性鐵合金的熔融物,并且所述鑄件是軸對(duì)稱(chēng)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述鑄件在所述鑄造步驟之后具有大約150到大約300個(gè)球每mm2的球數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述鑄件具有至少十厘米的截面厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述奧氏體化溫度處于大約 815°C到大約980°C的范圍中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于,所述奧氏體回火溫度處于大約230°C到大約400°C的范圍中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述延性鐵合金包含按重量算大約3.0%到大約3.9%的碳,大約I. 9 %到大約2. 7 %的硅,高達(dá)0. 3 %的錳,高達(dá)0. 8的銅,高達(dá)0. 2%的鎳,高達(dá)0. 05%的鉻,高達(dá)0. 02%的釩,高達(dá)0. 01 %的硫,以及高達(dá)0. 3% 的鑰,以及平衡鐵和附屬雜質(zhì)。
9.通過(guò)權(quán)利要求I到8中任一項(xiàng)所述的方法制造的部件(18)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的部件(18),其特征在于,所述部件(18)為風(fēng)力渦輪機(jī)(10) 的主軸(18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及由奧氏體回火的延性鐵合金生產(chǎn)大型部件的方法,具體而言,涉及一種方法,由延性鐵合金形成并具有厚截面的部件(18)的特性通過(guò)該方法可利用奧氏體回火工藝提升。該方法使得需要鑄造包含鐵、銅、硅和合金劑的延性鐵合金。該鑄件以抑制合金劑對(duì)鑄件的晶界的偏析的速率固化,并且使得該鑄件包含具有大于100個(gè)球每mm2的數(shù)量的石墨球。然后通過(guò)如下方式對(duì)鑄件進(jìn)行奧氏體回火加熱至奧氏體化溫度以產(chǎn)生具有包含碳的奧氏體的單相基質(zhì)的微結(jié)構(gòu),且然后將鑄件淬火至奧氏體回火溫度。將鑄件保持在奧氏體回火溫度下足夠的持續(xù)時(shí)間以生成其基質(zhì)主要為奧氏鐵素體且基本沒(méi)有馬氏體和珠光體的微結(jié)構(gòu),從而提高延展性和韌性。
文檔編號(hào)F16C3/02GK102534148SQ201110437539
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者G·K·布斯, J·R·帕羅利尼, S·D·托馬森, S·桑吉拉拉, 樸埈永 申請(qǐng)人:通用電氣公司