加工性優(yōu)異的高強度片狀石墨鑄鐵及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及加工性優(yōu)異的高強度片狀石墨鑄鐵及其制造方法，更具體地講，涉及如下的片狀石墨鑄鐵及其制造方法：將包含在鑄鐵內(nèi)的錳（Mn）和硫（S）及碳（C）和硅（Si）的含量、碳當量（CE）分別控制為特定比率，從而使石墨形狀均勻，形成激冷（Chill）的可能性低，具有拉伸強度為350MPa以上的高強度，并且加工性和流動性優(yōu)異。
【專利說明】加工性優(yōu)異的高強度片狀石墨鑄鐵及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及加工性優(yōu)異的高強度片狀石墨鑄鐵及其制造方法，更具體地講，涉及 如下的片狀石墨鑄鐵及其制造方法：通過將包含在鑄鐵內(nèi)的錳（Μη)與硫（S)的含量比（Μη/ S)、上述錳和硫的含量比（Mn/S)與碳和硅的含量比之間的比[(Mn/S)/ (C/Si)]、以及碳 當量（CE)分別控制為特定比率，從而使石墨的形狀均勻，形成激冷（chill)的可能性低，具 有拉伸強度為350MPa以上的高強度且加工性優(yōu)異。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著環(huán)保法規(guī)的強化，必須減少由發(fā)動機排出的環(huán)境污染物的含量，為了 解決這個問題，需要提高發(fā)動機的爆發(fā)壓力而提高燃燒溫度。在如上所述提高了發(fā)動機的 爆發(fā)壓力時，為了承受爆發(fā)壓力，需要提高構(gòu)成發(fā)動機的發(fā)動機氣缸體和氣缸頭的強度。
[0003] 目前，作為用于發(fā)動機氣缸體和氣缸頭的材料來使用的材料為添加有微量的鉻 (Cr)、銅（Cu)、錫（Sn)等的鐵合金的片狀石墨鑄鐵。這樣的片狀石墨鑄鐵由于其熱導(dǎo)率、減 震性能優(yōu)異，并添加有微量的鐵合金，因此不僅激冷（Chill)化的可能性低，而且鑄造性也 優(yōu)異。但是，由于拉伸強度為150MPa?250MPa左右，因此在用于要求超過180bar的爆發(fā) 壓力的發(fā)動機氣缸體和氣缸頭時受到限制。
[0004] 另外，對于承受超過180bar的爆發(fā)壓力的發(fā)動機氣缸體和氣缸頭的材料而言，要 求具有拉伸強度為300MPa左右的高強度。為此，需要另外添加銅（Cu)、錫（Sn)等珠光體穩(wěn) 定化元素或鉻（Cr)、鑰（Mo)等促進碳化物生成的元素，但是這種鐵合金的添加潛在地包含 激冷（Chill)化傾向，因此存在加重在如具有復(fù)雜形狀的發(fā)動機氣缸體和氣缸頭的薄壁部 這樣的部分發(fā)生激冷（Chi 11)的可能性的問題。在發(fā)生較多的激冷（Chi 11)的情況下，材料 的脆性提高，因此出現(xiàn)承受沖擊的能力差且機械性質(zhì)下降的問題，并且存在加工性下降的 問題。
[0005] 最近，在具有片狀石墨鑄鐵的優(yōu)異的鑄造性、減震性能以及熱導(dǎo)率的同時滿足 300MPa以上的高拉伸強度的CGI (compacted graphite iron:懦墨鑄鐵）鑄鐵用于爆發(fā)壓 力高的發(fā)動機氣缸體和氣缸頭的材料。為了制造拉伸強度為300MPa以上的CGI鑄鐵，需要 使用硫（S)、磷（P)這種雜質(zhì)的含量低的高級生鐵和熔解材料，需要對作為石墨構(gòu)成元素的 鎂(Mg)進行精密的控制。但是鎂(Mg)的控制比較困難，并且對出爐溫度、出爐速度等熔解 和鑄造條件變化非常敏感，因此存在如下問題：發(fā)生CGI鑄鐵的材質(zhì)缺陷和鑄造缺陷的可 能性高，制造成本上升。
[0006] 另外，CGI鑄鐵與片狀石墨鑄鐵相比，加工性相對差，在利用CGI鑄鐵制造發(fā)動機 氣缸體和氣缸頭時，不能在以往的片狀石墨鑄鐵專用加工線上進行加工，必須變更到CGI 鑄鐵專用加工線。因此，發(fā)生巨額的設(shè)備投資費用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了解決上述的問題點而完成的，其目的在于，提供如下的片狀石墨鑄 鐵及其制造方法：在作為鑄鐵的五大元素的碳（C)、硅（Si)、錳（Μη)、硫（S)、磷（P)中添加 合金元素，并且將碳當量（CE)、錳與硫的含量比（Mn/S)、錳和硫的含量比（Mn/S)與碳和硅 的含量比之間的比[(Mn/S)/ (C/Si)]同時控制為特定范圍，從而兼?zhèn)涓邚姸群蛢?yōu)異的加 工性。
[0008] 另外，本發(fā)明的目的在于，提供通過控制成上述的特定含量比而具有穩(wěn)定的物性 和組織的鑄鐵，特別是，其目的在于，提供能夠應(yīng)用于形狀復(fù)雜的大型發(fā)動機氣缸體和/或 大型發(fā)動機氣缸頭的片狀石墨鑄鐵。
[0009] 本發(fā)明提供片狀石墨鑄鐵，其特征在于，包含：3. 05%?3. 25%的碳（C)、2. 1%? 2. 4% 的硅（Si)、0. 6% ?3. 4% 的錳（Μη)、0· 09% ?0· 13% 的硫（S)、0. 04% 以下的磷（P)、 0. 6%?0. 8%的銅（Cu)、0. 2%?0. 4%的鑰（Mo)以及余量的鐵（Fe)，以滿足總重量百分比 為100%，該片狀石墨鑄鐵同時滿足如下的化學(xué)組成：所述錳（Μη)含量相對于所述硫（S)含 量之比（Mn/S)為7?28范圍，所述錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的比（（Mn/S) / (C/Si))為 5 ?18 范圍，碳當量（CE :Carbon Equivalent)為 3. 8 ?4. 0 范圍。
[0010] 另外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選一例，所述片狀石墨鑄鐵的拉伸強度（Tensile Strength)為 350MPa 以上。 toon] 另外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選一例，所述片狀石墨鑄鐵在加工性試片的加工性評 價時，在表示工具尖端（tip)的磨耗的VBmax值為0.45時的加工長度為6m以上。另外，所 述片狀石墨鑄鐵的楔形試片的激冷（Chill)深度為3mm以下
[0012] 并且，本發(fā)明提供上述的1?加工性片狀石墨鑄鐵的制造方法。
[0013] 更具體地講，所述制造方法包括如下步驟：（i )制造包含3. 05%?3. 25%的碳（C)、 2. 1% ?2. 4% 的硅（Si)、0. 6% ?3. 4% 的錳（Μη)、0· 09% ?0· 13% 的硫（S)、0. 04% 以下的磷 (P)、0. 6%?0. 8%的銅（Cu)、0. 2%?0. 4%的鑰（Mo)以及余量的鐵（Fe)以滿足總重量百分 比為100%的鑄鐵熔湯，調(diào)節(jié)鑄鐵熔湯的化學(xué)組成，使得所述錳（Μη)含量相對于所述硫（S) 含量之比（Mn/S)為7?28范圍，所述錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的比（（Mn/S) / (C/Si))為5?18范圍，碳當量（CE)為3. 8?4.0范圍；以及（ii)將所述制造的鑄鐵熔 湯出爐到杓子（ladle)并注入到所準備的鑄模。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選一例，所述步驟（i)的鑄鐵熔湯是向在高爐中熔化鑄鐵材料而 制造的鑄鐵熔湯中添加0. 6%?0. 8%的銅（Cu)和0. 2%?0. 4%的鑰（Mo)而制成的，在所述 鑄鐵材料中，包含3. 05%?3. 25%的碳（C)、2. 1%?2. 4%的硅（Si)、0. 6%?3. 4%的錳（Μη)、 0.09%?0. 13%的硫（S)、0. 04%以下的磷（Ρ)以及余量的鐵（Fe)，以滿足總重量百分比為 100%。
[0015] 另外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選一例，在所述步驟（ii)中添加一次以上的Fe-Si系接 種劑。更具體地講，在將鑄鐵熔湯出爐到杓子時、在將熔湯注入到所準備的鑄模時、或者在 該兩個步驟中均添加所述Fe-Si系接種劑。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，按照不同的碳當量（CE)、錳（Μη)與硫（S)的添加量之比（Mn/S)、以及 錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的比率[(Mn/S) / (C/Si)]而得到不同的拉伸強 度、激冷深度以及加工性，而為了應(yīng)用于形狀復(fù)雜的部件，同時滿足如下條件：碳當量（CE) 為3. 8?4. 0，Mn/S比為7?28范圍，錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的比率[(Μη/ S) / (C/Si)]為 5 ?18 范圍。
[0017] 如上所述，在本發(fā)明中，對添加到鑄鐵的碳（C)和硅（Si)的含量、錳（Μη)和硫（S) 的添加量、錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的比率[(Mn/S)/ (C/Si)]、以及碳當 量（CE)進行精密的控制，從而能夠提供具有350MPa以上的高拉伸強度且加工性優(yōu)異的片 狀石墨鑄鐵。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1概要地示出本發(fā)明的發(fā)動機氣缸體和氣缸頭用高強度片狀石墨鑄鐵的制造 工序的一例。
[0019] 圖2示出用于測量本發(fā)明的片狀石墨鑄鐵的激冷（Chill)深度的楔形試片。
[0020] 圖3示出本發(fā)明的片狀石墨鑄鐵的加工性測量用試片。
[0021] 圖4示出本發(fā)明的片狀石墨鑄鐵的加工性評價結(jié)果。

【具體實施方式】
[0022] 下面，通過具體例示，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023] 本發(fā)明的特征在于，作為鑄鐵的成分使用銅（Cu)和鑰（Mo)，并且將鑄鐵內(nèi)的碳當 量（CE )、錳（Μη )與硫（S )的含量比（Mn/S )、上述錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的 比

【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵，其特征在于，包含： 3. 05% ?3. 25% 的碳（C)、2. 1% ?2. 4% 的硅（Si)、0. 6% ?3. 4% 的錳（Μη)、0· 09% ? 〇· 13%的硫（S)、0. 04%以下的磷（Ρ)、0· 6%?0· 8%的銅（Cu)、0. 2%?0· 4%的鑰（Mo)以及余 量的鐵（Fe)，以滿足總重量百分比為100%， 所述發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵同時滿足如下化學(xué)組成： 錳（Μη)含量相對于硫（S)含量之比（Mn/S)為7?28范圍， 錳和硫的含量比與碳和硅的含量比之間的比（Mn/S) / (C/Si)為5?18范圍， 碳當量為3. 8?4.0范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵，其特征在于， 拉伸強度為350MPa以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵，其特征在于， 在加工性試片的加工性評價時，在磨耗度為0. 45的情況下的加工長度為6m以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵，其特征在于， 楔形試片的激冷深度為3mm以下。
5. -種發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵的制造方法，其特征在于，包括如下步驟： (i )制造包含 3. 05%?3. 25% 的碳（C)、2. 1%?2. 4% 的硅（Si)、0. 6%?3. 4% 的錳（Μη)、 0· 09% ?0· 13% 的硫（S)、0. 04% 以下的磷（Ρ)、0· 6% ?0· 8% 的銅（Cu)、0. 2% ?0· 4% 的鑰 (Mo)以及余量的鐵（Fe)以滿足總重量百分比為100%的鑄鐵熔湯，調(diào)節(jié)鑄鐵熔湯的化學(xué)組 成，使得錳（Μη)含量相對于硫（S)含量之比（Mn/S)為7?28范圍，錳和硫的含量比與碳和 硅的含量比之間的比（（Mn/S) / (C/Si))為5?18范圍，碳當量（CE)為3. 8?4.0范圍； 以及 (ii )將所制造的所述鑄鐵熔湯出爐到杓子并注入到所準備的鑄模。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵的制造方法，其特征在于， 所述步驟（i)的鑄鐵熔湯是向在高爐中熔化鑄鐵材料而制造的鑄鐵熔湯中添加 0. 6%?0. 8%的銅（Cu)和0. 2%?0. 4%的鑰（Mo)而制成的，在所述鑄鐵材料中，包含 3. 05% ?3. 25% 的碳（C)、2. 1% ?2. 4% 的硅（Si)、0· 6% ?3. 4% 的錳（Μη)、0· 09% ?0· 13% 的 硫（S)、0. 04%以下的磷（Ρ)以及余量的鐵（Fe)，以滿足總重量百分比為100%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵的制造方法，其特征在于， 在所述步驟（ii)中添加一次以上的Fe-Si系接種劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)動機氣缸用片狀石墨鑄鐵的制造方法，其特征在于， 在將鑄鐵熔湯出爐到杓子時、在將熔湯注入到鑄模時、或者在該兩個步驟中均添加所 述Fe-Si系接種劑。
【文檔編號】C22C33/08GK104060150SQ201410105237
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】鄭鐘權(quán), 梁植, 鄭璣煥, 黃載亨 申請人:斗山英維高株式會社