[發明專利]加工性優異的高強度片狀石墨鑄鐵及其制造方法

有效

• 申請號: 201410105237.6
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN104060150A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 鄭鐘權;梁植;鄭璣煥;黃載亨
• 申請（專利權）人: 斗山英維高株式會社
• 主分類號: C22C37/04
• 分類號: C22C37/04;C22C33/08;B22D1/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

技術領域

本發明涉及加工性優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的錳（Mn）與硫（S）的含量比（Mn/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異。

背景技術

近年來，隨著環保法規的強化，必須減少由發動機排出的環境污染物的含量，為了解決這個問題，需要提高發動機的爆發壓力而提高燃燒溫度。在如上所述提高了發動機的爆發壓力時，為了承受爆發壓力，需要提高構成發動機的發動機氣缸體和氣缸頭的強度。

目前，作為用于發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率、減震性能優異，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的爆發壓力的發動機氣缸體和氣缸頭時受到限制。

另外，對于承受超過180bar的爆發壓力的發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）等珠光體穩定化元素或鉻（Cr）、鉬（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雜形狀的發動機氣缸體和氣缸頭的薄壁部這樣的部分發生激冷（Chill）的可能性的問題。在發生較多的激冷（Chill）的情況下，材料的脆性提高，因此出現承受沖擊的能力差且機械性質下降的問題，并且存在加工性下降的問題。

最近，在具有片狀石墨鑄鐵的優異的鑄造性、減震性能以及熱導率的同時滿足300MPa以上的高拉伸強度的CGI（compacted graphite iron：蠕墨鑄鐵）鑄鐵用于爆發壓力高的發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）這種雜質的含量低的高級生鐵和熔解材料，需要對作為石墨構成元素的鎂（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：發生CGI鑄鐵的材質缺陷和鑄造缺陷的可能性高，制造成本上升。

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，發生巨額的設備投資費用。

發明內容

本發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（Mn）、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，從而兼備高強度和優異的加工性。

另外，本發明的目的在于，提供通過控制成上述的特定含量比而具有穩定的物性和組織的鑄鐵，特別是，其目的在于，提供能夠應用于形狀復雜的大型發動機氣缸體和/或大型發動機氣缸頭的片狀石墨鑄鐵。

本發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（Mn）、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%的鉬（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組成：所述錳（Mn）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。

另外，根據本發明的另一優選一例，所述片狀石墨鑄鐵的拉伸強度（Tensile Strength）為350MPa以上。

另外，根據本發明的另一優選一例，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