[發明專利]高剛性球墨鑄鐵

在審

• 申請號: 201580078299.5
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN107406928A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 飛田知行;神林忠昭
• 申請（專利權）人: 株式會社理研
• 主分類號: C22C37/04
• 分類號: C22C37/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 蔣亭

技術領域

本發明涉及球墨鑄鐵，涉及例如作為車輛用零件，特別適合應用于轉向節、懸架臂、制動鉗等的底盤零件；曲軸、凸輪軸、活塞環等的發動機零件的高剛性球墨鑄鐵。

背景技術

為了實現燃油效率的提高和響應環境，車輛用零件的輕量化要求高漲，對于這些零件所用的材料要求高剛性化。車輛用零件中使用各種材料，鑄鐵由于成本低，形狀自由度優異，特別是球墨鑄鐵比片狀石墨鑄鐵具有更高的強度，所以多被用于車輛用零件。但是，一般用于車輛用零件的共晶組成的球墨鑄鐵，楊氏模量為165GPa左右，即使進行高強度化，楊氏模量也沒有變化，因此若為了輕量化而減少零件的壁厚，則無法保證剛性，振動特性和噪聲特性降低。因此，在要求有高剛性的車輛用零件中，使用的是楊氏模量比鑄鐵高的鑄鋼。但是，鑄鋼比鑄鐵的澆注溫度高，溶液流動性也不良，因此難以適用于復雜形狀和薄壁的制品。另外，鑄鋼比鑄鐵更容易發生縮孔，為了防止縮孔而需要在鑄造方案中設置大的冒口，制造成本變高。因此，為了實現車輛用零件的輕量化，要求球墨鑄鐵的高剛性化。

為了使球墨鑄鐵高剛性化，需要提高楊氏模量，但楊氏模量受金屬組織中的石墨的形狀和結晶量影響，石墨的形狀為球狀，結晶量越少，楊氏模量越高。另外，在球墨鑄鐵中，如果球化充分進行，則對楊氏模量施加影響的主因是石墨結晶量，因此可進行的是，使對于石墨結晶量造成影響的熔液成分中的C含量、Si含量和碳當量(CE值)降低，從而抑制石墨結晶量，提高楊氏模量而使之高剛性化。

作為這樣的技術，提出了制成以質量％計C：1.5～3.0％、Si：1.0～5.5％的亞共晶球墨鑄鐵，通過減少碳含量，從而提高楊氏模量而實現高剛性化的技術(專利文獻1)。

另外，本申請人開發了一種通過規定C的含量和CE值的范圍，以減少石墨鏈條組織，從而楊氏模量達到170GPa以上的高剛性球墨鑄鐵(專利文獻2)。

另一方面，作為現有的球墨鑄鐵，如上述，多用楊氏模量為165GPa左右，抗拉強度為450MPa以上的FCD450(依據JIS G 5502)。因此，提出了使用強度比FCD450高的FCD500和FCD600(依據JIS G 5502)等的球墨鑄鐵，以實現零件的輕量化的技術(專利文獻3)。

此外，關于球墨鑄鐵的C、Si、Mn、P對韌性的影響提出報告(非專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2001-3134號公報

專利文獻2：日本特開2013-173969號公報

專利文獻3：日本特開2002-194479號公報

非專利文獻

非專利文獻1：西山等，“關于球墨鑄鐵的沖擊值等”，日立評論金屬特集號第2集，增刊第16號，1956年10月發行，P.85-95

發明要解決的課題

可是，如上述，在只達成球墨鑄鐵的高強度化，仍無法保證剛性的部分，即使是強度富余，也不能使壁厚減少。因此，為了進行車輛用零件的輕量化，需要使剛性和強度一起提高，但為了使剛性和強度提高而使球墨鑄鐵的各種組成等最佳化時，若P達到0.03％以上，則判明沖擊值大幅降低。特別是在Mn、Cu的添加量少的區域，含有P導致的脆化的影響有變大的傾向。

發明內容

本發明正是解決上述問題的，其目的在于，提供一種提高楊氏模量，實現球墨鑄鐵的高剛性化，且強度和韌性優異的高剛性球墨鑄鐵。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題，本發明人等進行了潛心研究，其結果發現，通過使碳當量(CE值)降低而提高楊氏模量，能夠實現球墨鑄鐵的高剛性化，并且通過使P低于0.03％，能夠提高強度和韌性。還有，若進一步控制Mn和Cu的合計含量，則能夠得到更優異的特性。

即，本發明的高剛性球墨鑄鐵，以質量％計含有C：高于3.0％并低于3.6％、Si：1.5～3.0％、Mn：1.0％以下、Cu：1.0％以下、P：低于0.03％、Mg：0.02～0.07％，余量由Fe和不可避免的雜質構成，由C和Si的含量以式(1)：CE＝C(％)+Si(％)/3計算的碳當量(CE值)為CE：3.6～4.3％，且楊氏模量為170GPa以上，抗拉強度為550MPa以上，沖擊值為12J/cm²以上。

如此，通過規定C的含量和CE值的范圍，則楊氏模量達到170GPa以上，通過使P低于0.03％，能夠得到強度和韌性提高了的高剛性球墨鑄鐵。

優選以質量％計，Mn和Cu的含量的合計為0.45～0.70％。