專利名稱：：制造鑄鐵部件的方法、鑄鐵部件及車輛發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種制造在鑄鐵材料表面形成有包層的鑄鐵部件的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種制造具有通過將利用激光熔化的包層材料熔敷到鑄鐵材料表面而形成的包層的鑄鐵部件的方法。
背景技術(shù)：
：通常為了提高發(fā)動機氣缸蓋的閥座的耐久性，已在與進(jìn)氣閥或排氣閥發(fā)生接觸的接觸表面形成耐磨包層作為閥座。通常通過使用例如激光的高密度熱源熔化耐磨材料(包層材料)并將熔化的材料熔敷到所述接觸表面而形成所述包層。在鑄鐵材料用于氣缸蓋本體的情況下，由于鑄鐵材料比普通鋼材料具有更高的碳含量，尤其是在其表面存在平面形狀的長且大的A型石墨，所以在進(jìn)行包層時石墨與空氣中含有的氧氣反應(yīng)，從而會產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。由于這種氣體的產(chǎn)生，會在形成的閥座(包層)中產(chǎn)生如針孔或氣孔的氣體缺陷。另一方面，由于在進(jìn)行包層時將熔化的材料熔敷，所以鑄鐵材料的表面被加熱，且包括表面的表面層會激冷。由于該激冷，鑄鐵材料的表面層凝固收縮，因此會在包層中產(chǎn)生焊縫裂紋。為了解決上述問題，作為制造在鑄鐵材料表面形成有包層的鑄鐵部件的方法的一個例子，已提出了一種方法，其中在進(jìn)行包層之前吹洗將形成有包層的鑄鐵材料的表面，以預(yù)先除去存在于鑄鐵材料的表面部分的石墨，且在石墨已經(jīng)被除去的表面部分形成包層(例如，參考專利文件1)。根據(jù)這種包層方法，由于已經(jīng)從鑄鐵材料的表面部分預(yù)先除去了石墨，所以在進(jìn)行包層時二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生受到限制，從而可以限制包層中氣體缺陷的產(chǎn)生。另一方面，作為防止焊縫裂紋的方法的例子，已經(jīng)提出了一種方法，其中在鑄鐵表面配置具有比Fe更大的形成碳化物傾向的金屬(例如，鑄鐵)和Ni和/或Co的合金，通過激光熔化這些材料并凝固以進(jìn)行包層(例如，參考專利文件2)。同樣，還提出一種方法，其中將最易受到鑄鐵制成的氣缸襯筒的內(nèi)表面摩擦的區(qū)域預(yù)熱后，用具有高能量密度的激光束輻射該區(qū)域，由此熔敷具有優(yōu)異的耐磨性和抗咬合性的材料而形成包層(例如，參考專利文件3)。專利文件1:日本專利公開(公開)號1-111855專利文件2:日本專利公開(公開)號1-104906專利文件3:日本專利公開(公開)號l-i0448
發(fā)明內(nèi)容即使如專利文件1中所述吹洗鑄鐵材料的表面，也不能完全除去其表面部分中存在的石墨，因此難以限制氣體缺陷的產(chǎn)生。尤其是在鑄鐵制成的氣缸蓋本體上形成包層作為閥座的情況下，由于氣缸蓋本體具有復(fù)雜的形狀，所以難以精確地從將要形成包層的位置除去石墨。此外，在大尺寸柴油發(fā)動機的情況下，其中形成包層作為閥座的區(qū)域較寬，包層凝固模式的平衡性易變得較差，因此產(chǎn)生的少數(shù)針孔導(dǎo)致在包層中產(chǎn)生裂纟丈。在如專利文件2中所述進(jìn)行包層的情況下，通過相互熔合包層材料和鑄鐵材料可以限制焊縫裂紋。而且，在如專利文件3中所述進(jìn)行包層的情況下，鑄鐵部件的受熱區(qū)域通過使用用以熔化材料的激光而縮小，由此可以限制焊縫裂紋。然而，在簡單地進(jìn)行這些包層方法的時候，由于沒有限制石墨與氧氣的反應(yīng)，所以不能充分地限制包層中氣體缺陷的產(chǎn)生。已完成本發(fā)明以解決上述問題，因此本發(fā)明的目的是提供一種制造鑄鐵部件的方法，在該方法中可以減少在鑄鐵材料表面上形成的包層中產(chǎn)生的例如氣孔或針孔的氣體缺陷，并可以限制包層中焊縫裂紋的產(chǎn)生。本發(fā)明提供了一種制造鑄鐵部件的方法，該方法包括通過激光輻射裝置發(fā)出的激光的輻射熔化用于包層的材料(包層材料)并將熔化的材料熔敷到部分鑄鐵材料的表面而形成包層的步驟，其特征在于，所述形成包層的步驟通過使用主要成分為銅元素的材料作為所述包層材料來進(jìn)行，以使得在形成所述包層時，厚度為0.012.0mm的硬化層形成在所述鑄鐵材料的所述表面上。如上所述通過在鑄鐵材料上形成包層可以減少包層中氣體缺陷的產(chǎn)生，并且還可以限制包層中焊縫裂紋的產(chǎn)生。如下面的實施例中所示，如果硬化層的厚度小于0.01mm，難以合適地形成包層的焊縫，且如果硬化層的厚度大于2.0mm，那么在包層中容易產(chǎn)生氣體缺陷，且在包層中容易產(chǎn)生焊縫裂紋?？梢酝ㄟ^調(diào)整激光的輻射強度或者在所述形成包層的步驟中通過調(diào)整形成包層的速度來形成具有上述厚度的硬化層。在根據(jù)本發(fā)明的包層方法中，優(yōu)選使用氧含量為200ppm或更低的材料作為所述包層材料。如上所述通過使氧含量為200ppm或更低，即使在包層中產(chǎn)生氣體缺陷，也可以獲得可以充分適應(yīng)車輛發(fā)動機的操作環(huán)境的閥座(包層)，且在包層中不產(chǎn)生焊縫裂紋。如果氧含量高于200ppm，如下述實施例中所示，氣體缺陷的數(shù)目隨氧含量的提高而增加，因此不能獲得能夠用作閥座的包層。此外，當(dāng)如上所述形成包層時，優(yōu)選在如氬氣的惰性氣體吹到將要形成包層的表面上的同時進(jìn)行包層。通過如上所述進(jìn)行包層，可以降低空氣中氧氣的混入。因此，通過如上所述包層材料中氧含量降低以及空氣中氧氣混入量降低的協(xié)同作用，可以進(jìn)一步降低包層中氣體缺陷的產(chǎn)生。在根據(jù)本發(fā)明制造鑄鐵部件的方法中，所述形成包層的步驟優(yōu)選通過調(diào)整所述激光的輻射強度至200W/mn^或更高來進(jìn)行。如果輻射強度低于200W/mm2，則難以形成包層的焊縫。而且，作為另一種方式，所述形成包層的步驟優(yōu)選至少包括在所述鑄鐵材料的所述表面形成的厚度在0.11.0mm范圍內(nèi)的第一包層的步驟，以及在所述第一包層的表面形成的厚度為所述第一包層厚度1.0~19倍的第二包層的步驟。通過進(jìn)行包括上述兩個步驟的包層方法，存在于所述鑄鐵材料的表面層的石墨受到第一包層限制，因此可以限制氣體缺陷的產(chǎn)生。此外，通過形成第一包層和第二包層的兩層，包層中的內(nèi)部應(yīng)力被緩解，從而可以限制包層中的焊縫裂紋。如下述實施例中所示，如果使所述第一包層的厚度小于0.1mm,在所述第二包層形成后在包層中容易產(chǎn)生焊縫裂紋，且如果使所述第一包層的厚度大于1.0mm，在所述第二包層形成后在包層中容易產(chǎn)生氣體缺陷。此外，如下述實施例中所示，如果使所述第二包層的厚度大于所述第一包層厚度的19倍，在所述第二包層凝固收縮時由于應(yīng)力會引起焊縫裂紋。而且，如果使所述第二包層的厚度小于所述第一包層厚度的1.0倍，不能充分限制氣體缺陷的產(chǎn)生。優(yōu)選以所述第二包層不偏離所述第一包層的所述表面的方式進(jìn)行所述形成第二包層的步驟。通過不偏離所述第一包層的所述表面的方式形成第二包層，具體而言，所述第二包層的溢流物(mn)等不會從所述第一包層的上面部分上流出，且不會與鑄鐵材料發(fā)生接觸，從而可以防止氣體缺陷的產(chǎn)生。優(yōu)選進(jìn)行向所述鑄鐵材料的所述表面施加輻射強度可調(diào)的激光的步驟作為所述形成包層的步驟的預(yù)處理步驟，以使得所述輻射強度不低于能夠除去所述鑄鐵材料的表面層中包含的石墨以及所述石墨中的油成分的強度，并使得所述輻射強度低于使所述鑄鐵材料的所述表面熔化的強度。通過進(jìn)行預(yù)處理步驟以除去石墨，可以減少由氧氣和石墨引起的產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)。而且，由于調(diào)整所述激光的輻射強度以使其低于使所述鑄鐵材料的所述表面熔化的強度，所以所述鑄鐵材料的最外層表面不會由于熔化而激冷，從而可以防止作為基礎(chǔ)材料的鑄鐵材料的表面產(chǎn)生裂紋。此外，如果通過使用激光輻射裝置進(jìn)行上述預(yù)處理步驟，不需要新設(shè)備投資，從而可以低成本進(jìn)行所述預(yù)處理步驟。具體而言，在所述預(yù)處理步驟中，優(yōu)選調(diào)整所述激光的輻射強度，以使施加于所述鑄鐵材料表面的激光的入射能在1020J/mn^的范圍內(nèi)。如果所述入射能低于10J/mm2，熱量不足，從而不能除去所述鑄鐵材料最外層表面上的石墨以及包含在石墨中的油成分。另一方面，如果所述入射能高于20J/mm2，所述鑄鐵材料的最外層表面由于熔化而激冷，從而在所述鑄鐵材料的表面產(chǎn)生裂紋。作為制造鑄鐵部件進(jìn)一步優(yōu)選的方法，在所述激光輻射裝置與所述4壽鐵材料中的一個或者兩個以150600mm/min范圍內(nèi)的相對速度相對移動的同時，進(jìn)^f所述形成包層的步驟。通過在上述速度條件下形成包層，必然可以減少焊縫裂紋。如果所述相對速度低于150mm/min,構(gòu)成包層的焊縫的波紋部分會變成間斷的。如果所述相對速度高于600mm/min,會沿激光輻射裝置的移動方向產(chǎn)生焊縫裂紋。在部分鑄鐵材料的表面形成有包層的鑄鐵部件，其特征在于，所述包層由主要成分為銅元素的材料形成，且厚度為0.01~2.0mm的硬化層形成在所述鑄鐵材料的所述表面上。對所述鑄鐵部件的包層沒有任何限制，但是所述包層優(yōu)選包括在所述鑄鐵材料的所述表面上形成的厚度在0.1~1.0mm范圍內(nèi)的第一包層以及在所述第一包層的表面上形成的厚度為所述第一包層厚度1.019倍的第二包層。由于所述鑄造部件在包層中沒有如針孔和氣孔的氣體缺陷以及焊縫裂紋，所以上述鑄造部件尤其適用于其操作環(huán)境嚴(yán)格且安全性被認(rèn)為具有極大重要性的車輛發(fā)動機。具體而言，所述鑄鐵部件優(yōu)選為構(gòu)成車輛發(fā)動機的氣缸蓋，且在所述鑄鐵部件的表面形成的包層優(yōu)選為構(gòu)成所述氣缸蓋的閥座。根據(jù)本發(fā)明的制造鑄鐵部件的方法，可以限制在所述鑄鐵材料表面形成的包層中的氣體缺陷的產(chǎn)生以及所述包層中焊縫裂紋的產(chǎn)生。本說明書包括日本專利申請?zhí)?006-185846的說明書和/附圖中所描述的內(nèi)容，其為本申請的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)。圖1為用于說明制造根據(jù)本發(fā)明的鑄鐵部件的方法的示意性透視圖2為實施例13的包層的剖面圖3為呈現(xiàn)實施例1和比較例3的耐磨試驗結(jié)果的圖4為說明實施例4和比較例4中包層材料中含有的氧含量與包層中的氣體缺陷的關(guān)系的圖5為實施例58和比較例58的包層中氣體缺陷(針孑L)和焊縫裂紋的比較關(guān)系的表；圖6為呈現(xiàn)實施例6和比較例9的包層的橫截面的顯微照片；圖7為呈現(xiàn)實施例9和比較例IO的包層的橫截面的剖面圖8為通過參考實施例IO和比較例11說明預(yù)處理步驟中激光的最佳入射能條件的圖9為通過參考實施例11和比較例12說明最佳加工速度的圖IO為說明包層中的裂紋模式的透視圖。具體實施例方式現(xiàn)將參考實施例描述本發(fā)明。但是，本發(fā)明不限于這些實施例。在下述的實施例中，如圖1中所示，通過使用包層裝置l在鑄鐵材料(例如，在圖1中所示的情況下的車輛發(fā)動機的氣缸蓋本體21)的表面22上形成包層23(例如，在圖1中所示的情況下的閥座)，由此制造鑄鐵部件20。實施例實施例1制備包層尺寸為200x500x150mm的鑄鐵材料(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FC25或同等)，通過使用如表1中給出的其主要成分為銅元素的耐磨材包層。具體而言，如圖1中所示，將粉末與惰性氣體(氬氣)一起輸送，由光束輻射面積為6.5x1.0mm的激光輻射裝置10向輸送的粉末施加激光束，由此粉末熔化。將熔化的材料熔敷到部分鑄鐵材料的表面以形成包層。而且，激光的輻射強度設(shè)定為2.0kw,以^使在包層的底層(鑄鐵材料的表面)形成的硬化層的厚度在0.01-2.0mm的范圍內(nèi)，且在移動激光輻射裝置以使激光輻射裝置相對于鑄鐵材料的相對速度(加工速度)V在進(jìn)行包層時為500mm/min的同時形成包層。在顯微鏡下觀察如上所述制造的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖2中。此外，在滑動速度為0.3m/s且擠壓載荷為1.15MPa的條件下在鑄鐵部件的包層上進(jìn)行耐磨試驗。試驗結(jié)果示于圖3中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>實施例2和以與實施例1中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。實施例2與實施例1的區(qū)別在于，激光的輻射強度為2.5kw,且加工速度為500mm/min。而且，實施例3與實施例1的區(qū)別在于，激光的輻射強度為2.5kw，且加工速度為1000mm/min。在顯微鏡下觀察如上所述制造的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖2中。比專交例1以與實施例1中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。比較例1與實施例1的區(qū)別在于，通過調(diào)整激光的輻射強度以使硬化層薄于O.Olmm而對鑄鐵材料的表面進(jìn)行包層。比專交例2以與實施例1中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。比較例2與實施例1的區(qū)別在于，通過調(diào)整激光的輻射強度以使硬化層厚于2.0mm而對鑄鐵材料的表面進(jìn)行包層。比專交例3制備通常壓入配合進(jìn)氣缸蓋中的作為閥座的燒結(jié)材料(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SMF30或同等)，且在與實施例1中相同的條件下進(jìn)行耐磨試驗。結(jié)果1如圖2中所述，實施例13的形成有包層的鑄鐵部件沒有氣體缺陷和焊縫裂紋。然而，在比較例1中，難以形成包層的焊縫。而且在比較例2中，包層具有氣體缺陷，且在包層中產(chǎn)生焊縫裂紋。而且，如圖3中所示，與比較例3相比，實施例1的鑄鐵部件實現(xiàn)改進(jìn)的耐磨性。結(jié)論1通過加熱包層材料至熔化溫度(1700。C或更高)并通過將熔化的材料熔敷于鑄鐵材料的表面形成這樣的包層。因此，形成的包層通過鑄鐵材料的表面(基底)的熱傳導(dǎo)而自我冷卻并凝固。此時，將鑄鐵材料加熱至硬化轉(zhuǎn)變點溫度或更高并冷卻，以使硬化層在包層的底層上形成。從結(jié)果1可以認(rèn)為，如果在可以形成厚度為0.012.0mm的硬化層的條件下進(jìn)行包層，可以減少如針孔的氣體缺陷，而且也可以限制包層中的焊縫裂紋。此外，為了形成厚度為O.Olmm或更高的硬化層，需要調(diào)整激光的輻射強度至少至200W/mn^或更高。而且，認(rèn)為實施例l的鑄鐵部件與比較例3的鑄鐵部件相比實現(xiàn)了改進(jìn)的耐磨性的原因在于，材料本身的性質(zhì)具有有利影響，且包層沒有氣體缺陷和焊縫裂紋。實施例4以與實施例1中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。實施例4與實施例1的區(qū)別在于，使用氧含量為200ppm或更低(具體為100ppm、200ppm)的材料作為包層材料。在鑄鐵部件的包層的橫截面上，測定平均直徑為0.2mm或更大的氣體缺陷的數(shù)目和平均直徑為0.4mm或更大的氣體缺陷的數(shù)目。測定結(jié)果示于圖4中。對閥座有害的氣體缺陷(針孔)的平均直徑為0.5mm或更大。比專交例4以與實施例4中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。比較例4與實施例4的區(qū)別在于，使用氧含量超過200ppm(具體為250ppm、300ppm、350ppm、400ppm)的材料作為包層材料。以與實施例4中相同的方式測定氣體缺陷的數(shù)目。測定結(jié)果示于圖4中。結(jié)果2如圖4中所示，在如實施例4中使用氧含量為200ppm或更低的材料作為包層材料的情況下，不產(chǎn)生平均直徑為0.4mm或更大的氣體缺陷。而且，在使用氧含量為100ppm或更低的材料的情況下，不產(chǎn)生平均直徑為0.2mm或更大的氣體在夬陷。可以,人實施例4和比一i例4的結(jié)果看出，氣體缺陷的數(shù)目隨包層材料的氧含量的提高而增加。結(jié)論2從結(jié)果2可以認(rèn)為，包層中形成的氣體缺陷是由鑄鐵材料中的石墨與粉末(包層材料)中含有的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳造成的，且可以認(rèn)為通過降低氧含量可以限制多數(shù)氣體缺陷的產(chǎn)生。如果氧含量為200ppm或更低，可以限制對閥座有害的平均直徑為0.5mm或更大的針孔。如果氧含量為100ppm或更4氐，可以限制平均直徑為0.2mm或更小的針孔，從而可以形成更高質(zhì)量的包層。實施例5以與實施例1中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造4壽4^部件。實施例5與實施例1的區(qū)別在于，如圖1中所示在構(gòu)成發(fā)動機的氣缸蓋本體(鑄鐵材料)21的表面22上形成包層23,且形成由如下所述兩層組成的包層。具體而言，作為形成包層的步驟，首先，進(jìn)行其中在鑄鐵材料的表面形成的厚度為0.1mm的第一包層(第一層)的步驟。接著，進(jìn)行其中在所述第一包層的表面形成的厚度為1.9mm(所述第一包層19倍的厚度)的第二包層(第二層)的步驟。第一和第二包層的材料性質(zhì)相同。觀察其上面形成有由兩層組成的包層的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖5中。圓形符號表示不存在焊縫裂紋的情況或者氣體缺陷很少存在的情況。而且，三角形符號表示存在不妨礙用作閥座的焊縫裂紋的情況或者存在不妨礙用作閥座的氣體缺陷的情況。X符號表示存在不適于用作閥座的焊縫裂紋的情況或者存在不適于用作閥座的氣體缺陷的情況。實施例6~8以與實施例5所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造4壽鐵部件。實施例6與實施例5的區(qū)別在于，所述第一包層的厚度為0.5mm，且所述第二包層的厚度為1.5mm(所述第一包層厚度的3.0倍)。實施例7與實施例5的區(qū)別在于，所述第一包層的厚度為0.8mm，且所述第二包層的厚度為1.2mm(所述第一包層厚度的1.5倍)。實施例8與實施例5的區(qū)別在于，所述第一包層的厚度為1.0mm，且所述第二包層的厚度為l.Omm(所述第一包層厚度的1.0倍)。以與實施例5中相同的方法觀察在其上面也形成有這些包層的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖5中。而且，實施例6的鑄鐵部件的橫截面的顯微照片示于圖6中。比較例5~8以與實施例5所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。比較例5~8與實施例5的區(qū)別在于，如圖5中所示，所述第一包層的厚度小于0.1mm(比較例5)或者其大于l.Omm(比較例68)，且所述第二包層的厚度大于19.0倍的所述第一包層的厚度(比較例5)或者其厚度小于l.O倍的所述第一包層的厚度(比較例68)。以與實施例5中相同的方法觀察在其上面也形成有這些包層的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖5中。比凈支例9以與比較例2中相同的方法形成只由一層組成的包層。該鑄鐵部件的橫截面的顯微照片示于圖6中。結(jié)果3如圖5和6中所示，在實施例58的鑄鐵部件的包層中，不存在妨礙用作閥座的焊縫裂紋和氣體缺陷。與此相反，在比較例59的鑄鐵部件的包層中，存在焊縫裂紋或者氣體缺陷，從而使該包層不適宜用作閥座。結(jié)論3可以認(rèn)為，如果所述第一包層的厚度在0.11.0mm的范圍內(nèi)，可以減少進(jìn)入所述第二包層的稀釋的碳，因此可以限制氣體產(chǎn)生。在如比較例5中所述第一包層的厚度小于所述第二包層的厚度(所述第二包層的厚度大于19倍的所述第一包層的厚度)的情況下，可以認(rèn)為焊縫裂紋是在所述第二包層凝固收縮時由應(yīng)力引起的。而且在如比較例6~8中所述第一包層的厚度大于所述第二包層的厚度(所述第二包層的厚度小于1.0倍的所述第一包層的厚度)的情況下，如比4交例9中在包層中存在氣體缺陷，且在切割包層后，氣體缺陷會在閥座最終形狀的表面暴露為空隙缺陷。因此，如果形成厚度為所述第一包層厚度1.019倍的第二包層，在所述第二包層進(jìn)行包層時由熱效應(yīng)引起的裂紋產(chǎn)生也可以減少。此外，可以認(rèn)為為了形成沒有裂紋和氣體缺陷的高質(zhì)量包層，優(yōu)選的是在鑄鐵材料的表面形成厚度在0.50.8mm范圍內(nèi)的第一包層，且形成厚度為所述第一包層厚度1.53.0倍范圍內(nèi)的第二包層。即使所述第一和第二包層的材料性質(zhì)彼此不同，如果例如熔點和熱膨脹系數(shù)的材料特性彼此接近，那么認(rèn)為也可以實現(xiàn)幾乎相同的效果。實施例9以與實施例5中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成由兩層組成的包層，且由此制造鑄鐵部件。實施例9與實施例5的區(qū)別在于，如圖7中所示，以所述第二包層不偏離所述第一包層的所述表面(寬度a〉寬度b)的方式進(jìn)行所述形成第二包層的步驟。觀察在其上面形成有該包層的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖7中。比專支例10以與實施例9中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成由兩層組成的包層，且由此制造鑄鐵部件。比較例IO與實施例5的區(qū)別在于，如圖7中所示，以所述第二包層偏離所述第一包層的所述表面(寬度a〈寬度b)的方式進(jìn)行所述形成第二包層的步驟。觀察在其上面形成有包層的鑄鐵部件的橫截面。觀察結(jié)果示于圖7中。結(jié)果4如圖7中所示，雖然在實施例9的包層中沒有氣體缺陷，但是在比較例10的包層的突出部分的附近產(chǎn)生氣體缺陷(針孔)。結(jié)論4在如比較例10中所述第二包層的寬度b大于所述第一包層的寬度a的情況下，在所述第二包層的兩端(突出部分)發(fā)生鑄鐵材料的石墨的混入，從而在所述第二包層中容易產(chǎn)生氣體缺陷。而且，由于在進(jìn)行包層時包層材料熔化，所以會產(chǎn)生溢流現(xiàn)象。因此，即使在所述第一包層表面形成具有與第一包層相同面積的第二包層以與所述第一包層表面相匹配的情況下，也可以認(rèn)為所述第二包層的溢流物會流入鑄鐵材料的表面，從而會引起氣體缺陷。因此，可以認(rèn)為，在假設(shè)這種熔化和溢流的情況下，優(yōu)選以所述第二包層不偏離所述第一包層的所述表面的方式進(jìn)行所述形成第二包層的步驟。實施例10作為形成包層的預(yù)處理步驟，用輻射強度可調(diào)的激光輻射所述鑄鐵材料的表面，以使得所述輻射強度不低于能夠除去與實施例1中所使用材料相同的鑄鐵材料的表面層中包含的石墨以及所述石墨中的油成分的強度，并使得所述輻射強度低于所述鑄鐵材料的所述表面熔化的強度。具體而言，如圖8中所示，調(diào)整所述激光，使得激光的輸出功率為1.0kW或1.5kW，且在所述鑄鐵材料表面的激光的入射能在10~20J/mr^的范圍內(nèi)。觀察鑄鐵材料的橫截面。觀察結(jié)果示于圖8中。此外，以與實施例1中所述相同的方法，形成包層，并由此制造鑄鐵部件，然后觀察所示鑄鐵部件的橫截面。比專交例11以與實施例10中所述相同的方法進(jìn)行預(yù)處理步驟。比較例11與實施例10的區(qū)別在于，所述鑄鐵材料表面的激光的入射能低于10J/mm2或高于20J/mm2。以與實施例10中相同的方法觀察鑄4失材料的橫截面。觀察結(jié)果示于圖8中。此外，以與實施例10中所述相同的方法，形成包層，并由此制造鑄鐵部件，然后觀察所示鑄鐵部件的橫截面。結(jié)果5對于實施例10的全部鑄鐵部件，形成沒有氣體缺陷和裂紋的包層。另一方面，對于比較例11的鑄鐵部件預(yù)處理步驟中入射能高于20J/mn^的鑄鐵部件，其最外層表面熔化并激冷，在其基礎(chǔ)材料的表面產(chǎn)生裂紋，且在其包層中產(chǎn)生焊縫裂紋。而且，對于在預(yù)處理步驟中入射能低于10J/mn^的鑄鐵部件，在其包層中產(chǎn)生氣體缺陷。結(jié)論5在如比較例11中入射能低于10J/mn^的情況下，可以認(rèn)為由于石墨和石墨中的油成分不能被除去而在包層中產(chǎn)生氣體缺陷。另一方面，在入射能高于20J/mn^的情況下，可以認(rèn)為由于鑄鐵材料的激冷而容易產(chǎn)生裂紋，且由于激冷引起的裂紋的產(chǎn)生而導(dǎo)致在包層中產(chǎn)生焊縫裂紋。因此，可以認(rèn)為，如果如實施例10中調(diào)整激光使在所述鑄鐵材料表面的激光的入射能在10~20J/mm2的范圍內(nèi)，可以除去包含在鑄鐵材料表面中的石墨和石墨中的油成分，且所述鑄鐵材料的表面沒有熔化和激冷，從而可以形成高質(zhì)量的包層。實施例11以與實施例9中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄l^部件。實施例11與實施例9的區(qū)別在于，如圖9中所示(如黑色圓形符號)，通過設(shè)定圖1中所示的激光輻射裝置IO相對于鑄鐵材料(氣缸蓋本體)21的移動速度(力。工速度)V在150600mm/min的范圍內(nèi)來形成包層。觀察鑄鐵部件的外觀和橫截面。觀察結(jié)果示于圖9中。在該實施例中，因為在激光輸出功率低于1.5kW時沒有焊縫形成，所以用輸出功率不低于1.5kW的激光進(jìn)行包層。比專交例12以與實施例11中所述相同的方法，在鑄鐵材料的表面形成包層，且由此制造鑄鐵部件。比較例12與實施例11的區(qū)別在于，如圖9中所所示(如X符號所示)，在相對移動速度(力口工速度)V低于150mm/min或高于600mm/min的條件下進(jìn)行包層。觀察包層的外觀和橫截面。觀察結(jié)果示于圖9中。結(jié)果6對于實施例11的鑄鐵部件，在包層中沒有發(fā)現(xiàn)氣體缺陷和焊縫裂紋。在比較例12中加工速度低于150mm/min的情況下，焊縫的波紋是間斷的(不規(guī)則性嚴(yán)重)，因此不能得到能夠用作閥座的包層。在常規(guī)用于普通一層包層的情況下，如圖10(a)中所示，在與閥座圓周垂直方向的不確定位置產(chǎn)生穿過閥座的橫向裂紋(包層焊縫)。與此相反，在比較例12中加工速度高于600mm/min的情況下，如圖10(b)中所示，產(chǎn)生沿閥座縱向延伸的縱向裂紋。結(jié)論6比較例12中的縱向裂紋為相對于焊縫平行于圓周而連續(xù)發(fā)生的裂紋(現(xiàn)象)，因此認(rèn)為縱向裂紋是由施加到整個焊縫的應(yīng)力的增加而引起的?？梢哉J(rèn)為，由于兩層包層，這種裂紋的產(chǎn)生限制了氣體缺陷和局部^f黃向裂紋(焊縫裂紋)，而另一方面，由施加到整個焊縫的應(yīng)力的增加而產(chǎn)生。加工速度影響顯著的原因被認(rèn)為是引起裂紋的應(yīng)力主要由冷卻速度引起。因此，可以認(rèn)為，如實施例11中所述設(shè)定加工速度在150~600mm/min的范圍內(nèi)(具體而言，從常規(guī)用于普通一層包層的加工速度(900mm/min)降低加工速度)，可以降低包層的冷卻速度，在整個包層焊縫中產(chǎn)生的應(yīng)力降低，從而可以避免焊縫裂紋的產(chǎn)生。本說明書包括本說明書中引用的全部公開物的整個內(nèi)容。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該容易理解，在不偏離所附權(quán)利要求中所述本發(fā)明的技術(shù)思想和范圍內(nèi)可以對本發(fā)明進(jìn)行多種修改和改變。本發(fā)明也包括這種〗務(wù)改和改變。權(quán)利要求1、一種制造鑄鐵部件的方法，其包括通過激光輻射裝置發(fā)出的激光的輻射熔化包層材料并將熔化的材料熔敷到部分鑄鐵材料的表面而形成包層的步驟，其特征在于，所述形成包層的步驟通過使用主要成分為銅元素的材料作為所述包層材料來進(jìn)行，以使得在形成所述包層時，厚度為0.01～2.0mm的硬化層形成在所述鑄鐵材料的所述表面上。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，氧含量為200ppm或更低的材料被用作所述包層材料。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，所述形成包層的步驟通過調(diào)整所述激光的輻射強度至200W/mm"或更高來進(jìn)行。4、根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，所述形成包層的步驟至少包括如下步驟在所述鑄鐵材料的所述表面形成第一包層的步驟，以使得所述第一包層的厚度在0.11.0mm的范圍內(nèi)；以及在所述第一包層的表面形成第二包層的步驟，以使得所述第二包層的厚度為所述第一包層的厚度的L019倍。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，以所述第二包層不偏離所述第一包層的所述表面的方式進(jìn)行所述形成第二包層的步驟。6、根據(jù)權(quán)利要求15中任一項所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，進(jìn)行向所述鑄鐵材料的所述表面施加輻射強度被調(diào)整過的激光的步驟作為所述形成包層的步驟的預(yù)處理步驟，以使得所述輻射強度不低于能夠除去所述鑄鐵材料的表面層中包含的石墨以及所述石墨中的油成分的強度，并使得所述輻射強度低于所述鑄鐵材料的所述表面熔化的強度。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，所述激光的所述輻射強度被調(diào)整以使得施加到所述鑄鐵材料的所述表面的所述激光的入射能在1020J/mm2的范圍內(nèi)。8、根據(jù)權(quán)利要求47中任一項所述的制造鑄鐵部件的方法，其特征在于，在所述激光輻射裝置與所述鑄鐵材料中的一個或者兩個以150~600mm/min范圍內(nèi)的相對速度相對移動的同時，進(jìn)行所述形成包層的步驟。9、一種鑄鐵部件，在所述鑄鐵部件上通過權(quán)利要求18中任一項所述的制造方法形成包層。10、一種在部分鑄鐵材料的表面形成有包層的鑄鐵部件，其特征在于，所述包層由主要成分為銅元素的材料形成，且厚度為0.012.0mm的硬化層形成在所述鑄鐵材料的所述表面上。11、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的鑄鐵部件，其特征在于，所述包層包括在所述鑄鐵材料的所述表面上形成的厚度在0.1~1.0mm范圍內(nèi)的第一包層；以及在所述第一包層的表面上形成的厚度為所述第一包層厚度1.019倍的第二包層。12、一種具有權(quán)利要求911中任一項所述的鑄鐵部件的車輛發(fā)動機，其特征在于，所述鑄鐵部件為構(gòu)成所述車輛發(fā)動機的氣缸蓋，且所述包層為構(gòu)成所述氣缸蓋的閥座。全文摘要本發(fā)明提供一種制造鑄鐵部件的方法，在該方法中可以減少在鑄鐵材料表面形成的包層中如氣孔或針孔的氣體缺陷的產(chǎn)生，且可以限制包層中焊縫裂紋的產(chǎn)生。在所述制造鑄鐵部件的方法中，包括通過激光輻射裝置發(fā)出的激光的輻射熔化包層材料并將熔化的材料熔敷到部分鑄鐵材料的表面而形成包層的步驟，所述形成包層的步驟通過使用主要成分為銅元素的材料作為包層材料來進(jìn)行，以使得在形成所述包層時，厚度為0.01～2.0mm的硬化層形成在所述鑄鐵材料的表面上。文檔編號B23K26/34GK101356039SQ20078000121公開日2009年1月28日申請日期2007年7月5日優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日發(fā)明者木寺健治,河崎稔,石川善統(tǒng),谷中耕平申請人:豐田自動車株式會社