專利名稱：鑄鐵材料、密封材料及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鑄鐵材料、浮動密封等密封材料及其制造方法，更詳細說來，本發(fā)明涉及硬度高、耐磨耗特性及耐研磨性優(yōu)異的鑄鐵材料、密封材料及其制造方法。
背景技術：
浮動密封裝置用作建筑機械、車輛等履帶輥的密封時，必須以防止泥水和砂土等侵入到輥內(nèi)部以及防止充填在輥內(nèi)部的潤滑油泄漏到外部為目的。浮動密封裝置由一對固定側浮動密封環(huán)以及旋轉(zhuǎn)側的浮動密封環(huán)所組成，設置成在軸的外周不接觸軸的狀態(tài)，即與軸成浮動接觸狀態(tài)。另外，上述固定側和旋轉(zhuǎn)側的各浮動密封環(huán)分別作為對向面，具有可互相滑動接觸的滑動面，通過該滑動面，在互相對向的狀態(tài)下使用。
上述固定側和旋轉(zhuǎn)側的各浮動密封環(huán)通過O形環(huán)分別組裝在固定側裝置和旋轉(zhuǎn)側裝置內(nèi)，兩個浮動密封環(huán)通過滑動面依靠O形環(huán)的彈性力形成為壓接狀態(tài)。因此，不論在旋轉(zhuǎn)還是不旋轉(zhuǎn)時，都可能對固定側裝置和旋轉(zhuǎn)側裝置進行密封，可防止泥水和砂土等侵入輥內(nèi)部，并防止?jié)櫥托孤┑酵獠俊?br> 構成這種浮動密封環(huán)的材料，要求硬度高、耐磨耗特性和耐研磨性等優(yōu)異等，以往都使用鑄造法制得的鑄鐵等。作為這樣的鑄鐵，例如有高鉻鑄鐵、鉻鉬鑄鐵和鎳鉻鑄鐵等(例如，日本專利特開平6-109141號公報、特開平6-114538號公報)。
高鉻鑄鐵和鉻鉬鑄鐵都是具有高硬度的材料，特別是與高鉻鑄鐵幾乎具有同樣組織，而且Mo含量為2～4重量％的鉻鉬鑄鐵具有HRC在64左右的高強度。但是，為了提高高鉻鑄鐵和鉻鉬鑄鐵的硬度，一般要進行淬火等熱處理，而進行這種熱處理，會給材質(zhì)本身施加很大的內(nèi)部負荷，所以存在物理強度變得非常脆的趨勢。
作為鎳鉻鑄鐵，例如可以列舉鎳硬(Ni-hard)鑄鐵。鎳硬鑄鐵的Ni含量在3.5～5.0重量％左右，是具有馬氏體基底的鑄鐵，耐磨耗性優(yōu)異。但是，鎳硬鑄鐵也與上述高鉻鑄鐵同樣，為了提高韌性和耐磨耗性，要進行低溫退火等熱處理，所以一方面具有高硬度的優(yōu)點，另一方面則又存在物理強度變得非常脆的趨勢。
在日本專利特開2002-098236號公報中揭示了將通過粉末冶金法制造的燒結合金作為構成材料使用的浮動密封環(huán)。這種燒結合金制浮動密封環(huán)，與上述鑄造法制造的鑄鐵制浮動密封環(huán)相比，由于其材料的組成自由度大，所以具有尺寸精度高的優(yōu)點。此外，粉末冶金法制造的燒結合金的物理特性取決于材料組成，所以為了改變燒結合金的物理特性，就必須調(diào)整材料組成。但是，僅僅靠調(diào)整材料組成，對提高物理特性是有限度的，因此，在使用燒結合金作為構成浮動密封環(huán)的材料的情況下，耐磨耗性等特性還是不夠好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于以上問題完成的，其目的是提供硬度高、耐磨耗特性和耐研磨性好的鑄鐵材料和由該鑄鐵材料構成的浮動密封等的密封材料及其制造方法。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在用于浮動密封等的密封材料的鑄鐵材料中，通過把除Cr以外的元素的含量控制在與上述鎳硬鑄鐵同等的程度，把Cr含量控制在鑄鐵整體的2.6～5.5％的程度，就可達到上述目的，從而完成本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明的鑄鐵材料是由C、Si、Mn、Ni、Cr以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)所構成的鑄鐵材料，該鑄鐵材料的特征是，上述C、Si、Mn、Ni及Cr的含量相對于上述鑄鐵材料整體分別為C2.9～3.8重量％、Si1.0～2.5重量％、Mn0～0.8重量％(但不包含0)、Ni3.5～5.0重量％、Cr2.6～5.5重量％。
在本發(fā)明的鑄鐵材料中，上述不可避免的雜質(zhì)中的P和S的含量相對于上述鑄鐵材料整體較好為P0.5重量％以下、S0.5重量％以下。
P與鐵化合形成斯氏體(Fe3P)，具有減少鑄鐵切削性、使鑄鐵脆化的傾向。S有提高鑄鐵凝固點、使金屬熔浴(熔液)的流動性變差、使鑄造后的鑄鐵變脆的傾向。因此，鑄鐵中不可避免的雜質(zhì)中的P和S的含量以少為佳。
在本發(fā)明的鑄鐵材料中，基底組織較好是選自珠光體、貝氏體、馬氏體的組織或是它們的混合組織，而且具有由樹枝狀滲碳體和Cr的碳化物形成的微細化組織。
在本發(fā)明中，上述基底組織更好的是以馬氏體為主體的混合組織，最好是以馬氏體為主體的珠光體和馬氏體的混合組織。
在本發(fā)明的鑄鐵材料中，上述鑄鐵材料的硬度HRC在62以上，較好是在65以上。
本發(fā)明的密封材料由上述記載的任何一種鑄鐵材料構成。對于密封材料，雖然沒有特別的限定，可例舉機械密封、浮動密封等，特別好的是履帶輥(trackroller)用浮動密封。
本發(fā)明的浮動密封環(huán)是由上述密封材料構成的，因為其硬度高、耐磨耗特性和耐腐蝕性好，所以很適合用于建筑機械、車輛等的履帶輥用密封。
本發(fā)明的密封材料的制造方法是具有將由C、Si、Mn、Ni、Cr以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)所形成的金屬熔浴澆注到鑄模中、再進行冷卻固化的工序的密封材料的制造方法，該方法的特征是，上述C、Si、Mn、Ni和Cr的含量相對于上述金屬熔浴整體分別為C2.9～3.8重量％、Si1.0～2.5重量％、Mn0～0.8重量％(但不包含0)、Ni3.5～5.0重量％、Cr2.6～5.5重量％，在冷卻固化的時候，上述密封材料的滑動面位置的冷卻速度比其它部分更快。
在本發(fā)明的密封材料的制造方法中，由于把金屬熔浴控制在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)，使成為密封面的滑動面位置的冷卻速度比其它部分快而進行強制性優(yōu)先冷卻，所以在滑動面可形成微細化組織，尤其可使滑動面硬度和耐磨耗性有所提高。另外，作為上述微細化組織，最好是樹枝狀滲碳體和以Cr為主的微細碳化物分散，而且基底組織是選自珠光體、貝氏體和馬氏體的組織或是它們的混合組織。
在本發(fā)明的密封材料的制造方法中，上述不可避免的雜質(zhì)中的P和S的含量相對于上述鑄鐵材料整體最好分別是P0.5重量％以下、S0.5重量％以下。
在本發(fā)明的密封材料的制造方法中，在上述密封材料的滑動面位置的冷卻速度(℃/分)為CR1，滑動面位置以外的其它部分的冷卻速度(℃/分)為CR2時，最好滿足1≤CR1/CR2≤2.5。
或者，在本發(fā)明的密封材料的制造方法中，使滑動面位置冷卻固化時的冷卻速度為300～700℃/分，更好為500～700℃/分。
按照本發(fā)明，通過把構成鑄鐵材料的成分組成控制在上述規(guī)定范圍，即，通過把Cr以外的元素的含量控制在與鎳硬鑄鐵同等程度，使Cr含量相對于鑄鐵整體的含量為2.6～5.5重量％，可以提供硬度高、耐磨耗特性和耐研磨性優(yōu)異的鑄鐵材料。另外，作為構成密封材料的材料，通過使用本發(fā)明的鑄鐵材料，可提供具有上述特性的浮動密封等的密封材料。
還有，按照本發(fā)明的密封材料的制造方法，把金屬熔浴控制在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)，將成為密封材料密封面的滑動面用比其它部分更快的冷卻速度進行強制優(yōu)先冷卻，可在該滑動面形成微細化組織，尤其可提供滑動面的硬度高、耐磨耗特性和耐研磨性優(yōu)異的浮動密封等的密封材料。


以下根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是本發(fā)明的實施方式之一的浮動密封裝置的截面圖。
圖2A、圖2B是表示本發(fā)明的實施例和比較例的試樣耐磨耗試驗后的滑動面的磨耗狀態(tài)的表面粗糙度的圖。
圖3A、圖3B是表示本發(fā)明的實施例和比較例的試樣的耐磨耗試驗后的密封帶的內(nèi)徑側移動量的圖。
具體實施例方式
浮動密封裝置1如圖1所示，本發(fā)明的實施方式之一的浮動密封裝置1具有一對固定側浮動密封環(huán)2和旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7，各浮動密封環(huán)在軸20的外周設置成與軸20不接觸的狀態(tài)，即設置成從軸20浮起的狀態(tài)。
固定側浮動密封環(huán)2通過O形環(huán)18與固定機架12組合，另一方面，旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7通過O形環(huán)19與旋轉(zhuǎn)機架15組合。
固定側浮動密封環(huán)2具有內(nèi)徑比軸20的外徑更大的環(huán)狀構造，在外周面設定規(guī)定深度的槽3。該槽3的底面從旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7離開，形成逐漸接近軸20的錐面4。
同樣，旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7具有內(nèi)徑比軸20的外徑更大的環(huán)狀構造，在外周面設定規(guī)定深度的槽8。在該槽8形成錐面9。
固定側浮動密封環(huán)2和旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7在各自的對向面中，在外周側的部分分別具有滑動面5和滑動面10，兩浮動密封環(huán)分別通過滑動面5和滑動面10互相對向。
另外，在固定側浮動密封環(huán)2與旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7的對向面中，在與滑動面5連續(xù)的內(nèi)周側的部分，形成隨著接近軸20逐漸從旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7離開的錐面6。
同樣，在旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7與固定側浮動密封環(huán)2的對向面中，在與滑動面10連續(xù)的內(nèi)周側的部分形成錐面11。
固定機架12被固定在軸20的一端部，內(nèi)周面包圍著固定側浮動密封環(huán)2的外周面。在固定機架12的內(nèi)周面設置規(guī)定深度的槽13，該槽13形成與固定側浮動密封環(huán)2的外周面的槽3的底面同一方向傾斜的錐面14。
旋轉(zhuǎn)機架15通過軸承(未圖示)旋轉(zhuǎn)自如地設置在軸20的另一端部，內(nèi)周面包圍著旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7的外周面。在旋轉(zhuǎn)機架15的內(nèi)周面設置規(guī)定深度的槽16，該槽16形成與旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7的外周面的槽8的底面同一方向傾斜的錐面17。
另外，固定側浮動密封環(huán)2和固定機架12以及旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7和旋轉(zhuǎn)機架15分別通過O形環(huán)18和O形環(huán)19組合一起，該O形環(huán)18和O形環(huán)19是由具有彈力的材料做成的。而且，依靠O形環(huán)18和O形環(huán)19的彈力，固定側浮動密封環(huán)2和旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7通過滑動面5和滑動面10壓接在一起，兩滑動面5和10之間，不論旋轉(zhuǎn)機架15旋轉(zhuǎn)不旋轉(zhuǎn)都呈密封的結構。
固定側和旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)2，7固定側浮動密封環(huán)2和旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7用本發(fā)明的鑄鐵材料構成。
本發(fā)明的鑄鐵材料由C(碳)、Si(硅)、Mn(錳)、Ni(鎳)、Cr(鉻)以及余量的Fe(鐵)及不可避免的雜質(zhì)構成。
通過變化C(碳)的含量，可以控制構成冷淬(chill)組織的滲碳體等碳化物的量。另外，C具有促進晶粒樹狀晶化、調(diào)整母材組織的效果。C的含量對應于鑄鐵材料整體在2.5～4.0重量％之間，較好為2.9～3.8重量％，更好為3.2～3.7重量％。C的含量如果太少，則微細化組織中的滲碳體含量變少，存在耐磨耗性和母材的切削性劣化的傾向。含量如果太高，冷淬組織中的滲碳體粗化，使微細化組織中容易產(chǎn)生因重熔形成的空隙，另外，石墨量增多，會有鑄鐵強度下降的傾向。
Si(硅)具有將碳從生鐵中游離出來、促進鑄造后的鑄鐵的石墨化的效果，同時還具有促使晶粒樹狀晶化或柱狀晶化的效果。Si的含量相對于鑄鐵材料整體在1.0～3.0重量％之間，較好為1.5～2.5重量％，更好為2.0～2.5重量％。Si的含量如果太少，不能促進母材的硬化，而且母材自身的微細化和被切削性都存在下降的趨勢。含量如果太高，碳的游離進行過剩，則存在韌性下降的趨勢。
Mn(錳)與S(硫)化合形成硫化錳，具有抑制因鑄鐵中混入S而造成的不良影響的效果，促進組織微細化的效果，以及抑制因添加Ni造成的石墨化和改善基底的效果。Mn的含量相對于鑄鐵材料整體在0～0.8重量％之間(但是不含0)。如果含量太高，則存在組織微細化顯著，鑄鐵脆化或被切削性下降的傾向。
Ni(鎳)因為不會在鑄鐵中形成碳化物，所以具有促進石墨化、抑制白生鐵化的效果，以及使組織和硬度均一化的效果。Ni的含量相對于鑄鐵材料整體在3.5～5.5重量％之間，較好為4.0～5.0重量％，更好為4.2～4.5重量％。特別是如果把Ni的含量控制在上述范圍內(nèi)，就可使基底馬氏體化。Ni的含量如果太少，則存在得不到上述效果的趨勢，含量如果太高，則存在基底中殘留的奧氏體貝氏體化、鑄鐵強度下降的傾向。
Cr(鉻)具有形成高硬度微細碳化物、提高耐磨耗特性和基底強度的效果。Cr的含量相對于鑄鐵材料整體在2.0～6.5重量％之間，較好為2.5～6.0重量％，更好為2.6～5.5重量％。通過使Cr的含量調(diào)整在2.0重量％以上，較好為2.5重量％，更好為2.6重量％，可將Cr的碳化物固溶于滲碳體中。尤其是通過組合固溶了Cr碳化物的滲碳體和馬氏體基底，可以得到鑄鐵硬度提高的效果。Cr的含量如果太少，則存在得不到上述效果的趨勢，含量如果太高，則存在母材鑄鐵衰退硬度變得過高，切削性劣化，切削困難的傾向。
在本發(fā)明中，尤其是把Ni含量控制在上述范圍內(nèi)，可使鑄鐵材料的基底馬氏體化。而且，通過使基底馬氏體化，可使鑄鐵材料高強度化。另一方面，Ni具有促進石墨化的效果。因此，Ni的含量如果太高，則存在石墨化碳素量變得過多，且鑄鐵材料強度下降的傾向。
因此，本發(fā)明中通過進一步添加上述規(guī)定量的Cr，讓Cr和碳素化合，形成Cr的碳化物。因此，通過添加Cr，可以使碳轉(zhuǎn)變成Cr的碳化物，所以可抑制由于添加Ni導致的石墨量的增加(碳的石墨化)。與此同時，通過按上述規(guī)定量添加Cr，可以形成微細而高強度的碳化物，所以可提高耐磨耗性。此外，特別通過將該Cr的碳化物固溶在滲碳體中，將該固溶了Cr的滲碳體和馬氏體基底組合，可提高鑄鐵的硬度。
另外，如后面將詳述的那樣，通過將鑄鐵的成分組成控制在上述規(guī)定范圍內(nèi)，在其制造工藝中，在冷卻固化金屬熔浴的時候，對滑動面5和10以比其它部分更快的冷卻速度優(yōu)先進行強制冷卻，就可將滑動面的鑄鐵組織轉(zhuǎn)變成微細化組織，尤其是可提高滑動面的硬度和耐磨耗特性。
作為上述不可避免的雜質(zhì)，例如可以列舉P(磷)和S(硫)等，但這些不可避免的雜質(zhì)的含量以少為佳。
P與鐵化合形成斯氏體(Fe3P)，具有減少鑄鐵的切削性、使鑄鐵脆化的傾向。P的含量越少越好，相對于鑄鐵材料整體較好是在0.5重量％以下，更好是在0.3重量％以下。
S有提高鑄鐵的凝固點、使金屬熔浴的流動性變差、使鑄造后的鑄鐵變脆的傾向。因此，S的含量以少為佳。相對于鑄鐵材料整體較好是在0.5重量％以下，更好是在0.1重量％以下，再好的是在0.05重量％以下，特別好的是在0.02重量％以下。
在本實施方式中，作為構成固定側和旋轉(zhuǎn)側的浮動密封環(huán)2，7的材料，因為使用了本發(fā)明的鑄鐵材料，所以可提高硬度。浮動密封環(huán)的硬度以洛氏硬度HRC計較好在62以上，更好在64以上，最好在65以上。
固定側和旋轉(zhuǎn)側的浮動密封環(huán)2，7的制造方法準備構成鑄鐵的原材料，將其熔解制成金屬熔浴，再將此金屬熔浴在鑄模內(nèi)冷卻固化就可制得構成本實施方式的浮動密封裝置1的固定側和旋轉(zhuǎn)側的浮動密封環(huán)2，7。
首先，準備原材料，將這些原材料用熔解爐等熔解，制成金屬熔浴，使鑄造后的鑄鐵組成達到上述組成。對原材料雖然沒有特別的限定，但可以列舉焦炭、生鐵和合金鐵等。
然后，將按上述方法得到的金屬熔浴澆注于鑄模中，然后在鑄模內(nèi)進行冷卻固化，得到由鑄鐵材料構成的浮動密封環(huán)。本實施方式中，在鑄模內(nèi)冷卻固化金屬熔浴的時候，最好使用具有能分別對成為密封面的滑動面5，10以比其它部分更快的冷卻速度進行強制優(yōu)先冷卻的構造的鑄模，對該滑動面位置進行比其它部分快的優(yōu)先冷卻。在上述鑄模中，作為強制優(yōu)先冷卻滑動面位置的方法，例如可以列舉在滑動面位置附近使冷媒流動進行冷卻的方法，以及金屬模型鑄造法和離心鑄造法等。
使用這樣的鑄模，通過對滑動面5，10以比其它部分更快的冷卻速度進行強制優(yōu)先冷卻，可在浮動密封環(huán)的滑動面形成微細化組織。作為這樣的微細化組織，較好是樹枝狀滲碳體和以Cr為主的微細碳化物分散，而且基底組織最好是選自珠光體、貝氏體和馬氏體的組織或它們的混合組織。
進行上述冷卻固化的時候，作為冷卻速度，在上述密封材料的滑動面位置的冷卻速度(℃/分)為CR1，滑動面位置以外的其它部分的冷卻速度(℃/分)為CR2的時候，其間的關系以1≤CR1/CR2≤2.5為佳，1≤CR1/CR2≤2.0更好，1＜CR1/CR2≤2.0最好。
或者，滑動面5，10的冷卻速度以300～700℃/分為佳，500～700℃/分更好。冷卻速度過慢或過快都存在上述微細化組織難以形成的傾向，所以冷卻速度最好控制在上述范圍內(nèi)。
另外，在本實施方式中，按照上述冷卻條件在滑動面5，10形成上述微細化組織是很重要的，所以基于上述條件的冷卻也可以在作為微細化組織形成的溫度的400～500℃進行。即，對在滑動面5，10形成了微細化組織之后的冷卻條件沒有特別的限定，適當決定即可。
在本實施方式中，按照上述冷卻條件，通過在滑動面上形成分散了樹枝狀滲碳體和以Cr為主的微細碳化物的微細化組織，可提高鑄鐵的強度和硬度。特別是因為形成微細滲碳體和以Cr為主的微細碳化物，所以可以有效地防止例如在白生鐵中所看到的粗大滲碳體的脫落和導致松脆組織產(chǎn)生的研磨磨耗。
另外，上述微細化組織的基底組織較好是調(diào)整為珠光體、貝氏體和馬氏體的混合組織，更好的是以馬氏體為主體的混合組織，最好的是以馬氏體為主體的珠光體和馬氏體的混合組織，這樣可提高基底的硬度。
本實施方式中，通過將構成鑄鐵的成分組成調(diào)整為本發(fā)明的組成，能夠在滑動面上形成上述微細化組織，尤其是通過控制Ni和Cr的添加量，可實現(xiàn)形成微細化組織的冷淬組織的冷淬深度的穩(wěn)定化。
經(jīng)過以上工藝制造的由本發(fā)明固定側和旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)2，7所構成的浮動密封裝置1的硬度高，耐磨耗特性好，可以很好地用于諸如建筑機械、車輛等的履帶輥用密封。
另外，本發(fā)明不限于上述的實施方式，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)作種種改變。
例如在上述實施方式中，作為本發(fā)明的密封材料，例示了浮動密封，但是本發(fā)明的密封材料并不限于浮動密封，只要是上述組成的鑄鐵材料構成的密封材料即可。
實施例以下，通過更詳細的實施例說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。
首先，按表1所示的各成分組成準備原材料，將這些原材料在1600℃的溫度下進行加熱處理(加熱熔解)，然后以500℃/分的冷卻速度進行冷卻，制得鑄鐵材料的試樣1～5。另外，準備了鉻鉬鑄鐵作為試樣6，準備了3種鎳硬鑄鐵作為試樣7～9。
然后，對各鑄鐵材料的試樣進行了洛氏硬度的測定、耐磨耗試驗和腐蝕試驗。
洛氏硬度的測定是將鑄鐵材料的試樣1～9做成試樣形狀為外徑φ90.1mm的密封尺寸的形狀，使用洛氏硬度試驗機對滑動面進行測定。測定結果如表1所示。
耐磨耗試驗中，首先將試樣1，6做成外徑φ90.1mm的密封尺寸形狀的固定試驗片以及同形狀的旋轉(zhuǎn)試驗片，通過制作圖1所示的浮動密封裝置而進行。在這里，固定試驗片相當于固定側浮動密封環(huán)2，旋轉(zhuǎn)試驗片相當于旋轉(zhuǎn)側浮動密封環(huán)7。試驗氣氛是固定試驗片和旋轉(zhuǎn)試驗片的外周側施以泥(Arizona testDust(試驗塵土))84重量％、水14重量％的混合物，內(nèi)周側施以潤滑油。試驗條件是，使旋轉(zhuǎn)試驗片以200rpm的旋轉(zhuǎn)速度(正方向旋轉(zhuǎn)20秒、停止20秒、反方向旋轉(zhuǎn)20秒、停止20秒)旋轉(zhuǎn)，以此作為一個循環(huán)，合計10000個循環(huán)。試樣1，6的耐磨耗試驗后的滑動面的磨耗狀態(tài)示于圖2，耐磨耗試驗后的密封帶的內(nèi)徑側移動量示于圖3。
腐蝕試驗是采用試樣1、試樣6、試樣9的做成外徑φ90.1mm的密封尺寸形狀的試驗片，用鹽水噴霧試驗機進行。作為試驗條件，首先密封表面用丙酮洗凈，然后將試驗氣氛設定為鹽水濃度5重量％、pH6.5～7.2、溫度35℃、濕度95～98％、試驗時間1小時。鹽水噴霧后，試驗片用堿性溶液洗凈，再用去離子水流動洗滌以進一步除去多余的腐蝕物，再評價密封面的腐蝕比例。
表1

成分組織中余量為Fe。
評價1表1示出試樣1～9的各成分組成、鑄鐵金屬組織以及洛氏硬度。鑄鐵金屬組織是使用金屬顯微鏡觀察鑄鐵材料表面而確定的。
從表1可知，本發(fā)明的實施例的試樣1～3-1的構成鑄鐵材料的成分組成在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而且鑄鐵材料的表面組織由珠光體基底中馬氏體基底微細化組織形成，所以表面硬度分別呈現(xiàn)HRC67，65，66，65這樣的高值。另一方面，成分組織在本發(fā)明的范圍內(nèi)的比較例試樣4～9，其鑄鐵材料的表面組織形成為珠光體基底中馬氏體基底冷淬組織，所以表面硬度分別是HRC47～64這樣的低值。
由此結果可以確認，通過把構成鑄鐵的成分組成控制在本發(fā)明的范圍內(nèi)，較好的是通過形成微細化組織，可以得到高硬度且耐磨耗性優(yōu)異的鑄鐵材料。
評價2圖2A、圖2B分別是表示試樣1和試樣6耐磨耗試驗后的滑動面磨耗狀態(tài)的表面粗糙度的圖，圖2A是表示試樣1的表面粗糙度的圖，圖2B是表示試樣6的表面粗糙度的圖。由圖可知，試樣1、試樣6都是直接與含水泥接觸的外周側的磨耗大，但可以確認試樣1和試樣6中的試樣1磨耗量少，耐磨耗性能優(yōu)異。因此，通過把構成鑄鐵的成分組成控制在本發(fā)明的范圍內(nèi)，最好將鑄鐵組織形成微細化組織，可以得到具有高硬度、且耐磨耗性優(yōu)異的鑄鐵材料。
圖3A、圖3B分別是表示試樣1和試樣6的耐磨耗試驗后的密封帶的內(nèi)徑側移動量的圖，圖3A是表示試樣1的內(nèi)徑側移動量的圖，圖3B是表示試樣6的內(nèi)徑側移動量的圖。由圖可以確認，不論是固定側還是旋轉(zhuǎn)側，試樣1和試樣6中都是試樣1的內(nèi)徑側移動量小。試樣1的內(nèi)徑側移動量在固定側是0.28mm、在旋轉(zhuǎn)側是0.86mm，試樣6的內(nèi)徑側移動量在固定側是0.44mm、在旋轉(zhuǎn)側是1.28mm。因此可以確認，通過把構成鑄鐵的成分組成控制在本發(fā)明的范圍內(nèi)，就可以減小密封帶的內(nèi)徑側移動量，所以本發(fā)明的鑄鐵材料非常適合用作浮動密封環(huán)用的鑄鐵材料。
評價3進行腐蝕試驗的結果確認，實施例的試樣1的腐蝕比例是7％，比較例的試樣6，9的腐蝕比例分別是9％，13％，所以實施例的試樣1比含Cr較多的鉻鉬鑄鐵的試樣6具有更高的耐腐蝕性。因此，由此結果可以確認，通過把構成鑄鐵的成分組織控制在本發(fā)明的范圍內(nèi)，與以往的技術相比較，可以得到耐腐蝕性優(yōu)異的鑄鐵材料。
權利要求
1.一種鑄鐵材料，它是由C、Si、Mn、Ni、Cr以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)所構成的鑄鐵材料，其特征在于，上述C、Si、Mn、Ni及Cr的含量相對于上述鑄鐵材料整體分別為C2.9～3.8重量％；Si1.0～2.5重量％；Mn0～0.8重量％，但不包含0；Ni3.5～5.0重量％；Cr2.6～5.5重量％。
2.如權利要求1所述的鑄鐵材料，其特征還在于，上述不可避免的雜質(zhì)中的P和S的含量相對于上述鑄鐵材料整體為P0.5重量％以下、S0.5重量％以下。
3.如權利要求1所述的鑄鐵材料，其特征還在于，基底組織是選自珠光體、貝氏體和馬氏體的組織或是它們的混合組織，而且具有由樹枝狀滲碳體和Cr的碳化物組成的微細化組織。
4.如權利要求3所述的鑄鐵材料，其特征還在于，上述基底組織是以馬氏體為主體的混合組織。
5.如權利要求4所述的鑄鐵材料，其特征還在于，上述基底組織是以馬氏體為主體的珠光體和馬氏體的混合組織。
6.如權利要求1所述的鑄鐵材料，其特征還在于，上述鑄鐵材料的硬度HRC在62以上。
7.密封材料，其特征在于，由權利要求1所述的鑄鐵材料構成。
8.如權利要求7所述的密封材料，其特征還在于，上述密封材料的滑動面的基底組織是選自珠光體、貝氏體和馬氏體的組織或是它們的混合組織，而且形成含有由樹枝狀滲碳體和Cr的碳化物組成的微細化組織的組織。
9.浮動密封環(huán)，其特征在于，由權利要求7所述的密封材料構成。
10.如權利要求9所述的浮動密封環(huán)，其特征還在于，上述浮動密封環(huán)的滑動面的基底組織是選自珠光體、貝氏體和馬氏體的組織或是它們的混合組織，而且形成含有由樹枝狀滲碳體和Cr的碳化物組成的微細化組織的組織。
11.一種密封材料的制造方法，它是具有將由C、Si、Mn、Ni、Cr以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)所構成的金屬熔浴澆注到鑄模中、再進行冷卻固化的工序的密封材料的制造方法，其特征在于，上述C、Si、Mn、Ni和Cr的含量相對于上述金屬熔浴整體分別為C2.9～3.8重量％；Si1.0～2.5重量％；Mn0～0.8重量％，但不包含0；Ni3.5～5.0重量％；Cr2.6～5.5重量％，在冷卻固化的時候，上述密封材料的滑動面位置的冷卻速度比其它部分更快。
全文摘要
一種鑄鐵材料，它是由C、Si、Mn、Ni、Cr以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)所構成的鑄鐵材料，該材料的特征是，上述C、Si、Mn、Ni、Cr的含量相對于上述鑄鐵材料整體分別為C2.9～3.8重量％、Si1.0～2.5重量％、Mn0～0.8重量％(但不包含0)、Ni3.5～5.0重量％、Cr2.6～5.5重量％。通過本發(fā)明可以提供硬度高、耐磨耗特性優(yōu)異的鑄鐵材料以及由該鑄鐵材料構成的浮動密封等的密封材料。
文檔編號C22C37/08GK1661125SQ20051005285
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權日2004年2月24日
發(fā)明者岡田健, 村義博, 長田晴裕, 早川尙樹, 守屋修, 石山朝彥 申請人:伊格爾工業(yè)股份有限公司