CN1320150C - 灰色铸铁合金和铸造内燃机部件 - Google Patents
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Abstract
一种基本上珠光的灰色铸铁合金，以重量计包括：3.2—3.49%的碳、1.8—2.2%的硅、＜0.15%的硫、＜0.15%的磷、0.3—0.8%的锰、0.2—0.4%的铬、0.1—0.4%的钼、0.03—0.3%的钒、0.3—1.0%的铜、＜0.15%的铌，0.007—0.015%的钛，0.005—0.017%的氮，以及余量的铁和杂质。
Description
技术领域
本发明涉及一种灰色铸铁合金。更具体地说，本发明涉及一种基本上珠光的灰色铸铁，它还包括提高疲劳强度的合金化元素。
本发明还涉及得自本发明灰色铸铁合金的内燃机部件。
背景技术
灰色铸铁由于成本相对低，而且性能良好甚至优异，因此它是例如用于运输工具的内燃机机体的最吸引人的材料。以前已知灰色铸铁的组成范围相当宽，这些组成通常是在所用材料的性能，例如拉伸强度、磨损性能等、以及制备性能，例如成本、机械加工性等之间的折衷。
因此，就铸造内燃机机体而言，基本材料0120具有列于下表1的组成，并且普通标准合金的组成也列于表1，而Scania标准合金因具有相对高的碳含量，因此提供具有珠光结构的灰色铸铁和无缺陷(无孔)材料。
然而，尽管目前完全可以接受，但是作为现有性能的补充，目前需要提高的疲劳强度，并扩展这种现有灰色铸铁的可能用途。
本发明的一个目的是提供一种灰色铸铁，它具有相对无缺陷的结构并提供良好的可加工性，另外与标准合金相比具有大大提高的疲劳强度。
本发明的另一目的是提供一种灰色铸铁内燃机部件，例如发动机机体，它与标准合金相比具有大大提高的疲劳强度。
发明内容
本发明的目的是通过如下的一种基本上珠光的灰色铸铁合金实现的，所述的灰色铸铁以重量计包括：
3.2-3.49％的碳，
1.8-2.2％的硅，
＜0.15％的硫，
＜0.15％的磷，
0.3-0.8％的锰，
0.2-0.4％的铬，
0.1-0.4％的钼，
0.03-0.3％的钒，
0.3-1.0％的铜，
＜0.15％的铌，
0.007-0.015％的钛，
0.005-0.017％的氮，
余量的铁和杂质。
此外，本发明的目的还通过一种内燃机浇铸发动机部件而实现。所述内燃机浇铸发动机部件由基本上珠光的灰色铸铁合金制成，所述合金包括：
3.2-3.49％的碳，
1.8-2.2％的硅，
＜0.15％的硫，
＜0.15％的磷，
0.3-0.8％的锰，
0.2-0.4％的铬，
0.1-0.4％的钼，
0.03-0.3％的钒，
0.3-1.0％的铜，
0.007-0.013％的钛，
＜0.15％的铌，
0.005-0.015％的氮，
＜0.01％的铝，
余量的铁和杂质。
附图说明
图1显示了基本合金、标准合金和本发明的合金的Whler疲劳曲线。
具体实施方式
在以下描述中，具体合金中元素的所有百分比都是以重量百分比给出的。
本发明的合金是具有基本上珠光结构的灰色铸铁，其碳含量是3.2-3.49％。较高的碳含量促进了一种无缺陷结构。加入0.2-0.4％的铬，它具有珠光体/碳化物稳定性能，提供了精制的珠光结构。
加入0.1-0.4％的钼、0.03-0.3％的钒、0.007-0.015％的钛和＜0.15％的铌，除了其碳化物形成性能之外，还起使铸铁(作为初级和次级沉淀的碳化物)具有精制珠光结构和片状石墨结构的核芯的作用。钼还能够在高温下稳定珠光体。
优选钒以低于0.1％的量存在，铝以低于0.01％的量存在，镍以低于0.1％的量存在，并且锡以低于0.1％的量存在。
硅以1.8-2.2％的量存在，促进灰色铁形成。
0.3-0.8％的锰作为珠光体稳定剂存在。
铜，这里以0.3-1.0％的量存在，促进珠光体形成并稳定该珠光体，还促进精制结构的形成。
硫和磷的含量应保持在0.15％以下。
氮含量为0.005-0.017％，其压紧片状石墨并促进珠光体形成，并且铝含量为＜0.01％，起石墨形成剂的作用。
灰色铸铁合金还包括余量的铁和正常的杂质。钛、氮和铝在正常杂质范围内，但是可以经过优选。
本发明的一种优选的灰色铸铁合金包括：3.3-3.4％的碳，1.8-2.2％的硅，＜0.1％的硫，＜0.05％的磷，0.4-0.6％的锰，0.2-0.4％的铬，0.2-0.3％的钼，和0.05-0.1％的钒。
本发明的内燃机浇铸发动机部件优选是发动机机体部件或气缸盖部件。
实施例
制备1500kg的批料，每一批料浇铸成4个300kg的发动机机体，浇铸在1420℃下开始并且在浇铸过程中温度降低约10℃。
使用基本合金，制备钼、钒、钛和铌的十个不同组合及批料。
而且，氮和铝的含量在16个不同批料中随不同的核芯形成剂(接种剂)而变化。
从每个浇铸件中抽取疲劳测试样品并进行疲劳测定。
进一步，制备具有显示上述测定的最佳结果的组成的批料并进行疲劳测定。
结果示于图1，曲线3对应于在本发明的组成范围内的组合物，该组成还显示在表1。
本发明的灰色铸铁提供了比灰色铸铁基本合金高约40％的疲劳强度，并且提供了比标准发动机机体灰色铸铁高约30％的疲劳强度，并且提供了在可加工性、无缺陷性等方面获得高的性能的灰色铸铁。
如上所述，本发明的灰色铸铁合金特别适用于内燃机铸件发动机部件，例如发动机机体部件，所述合金同时具有可加工性、无缺陷性和高的疲劳强度。该合金也可用于其它部件，例如气缸盖等。
表1.现有技术和本发明的灰色铸铁的组成，重量％
| 合金 | |||||
| 化合物 | 基本合金0120 | 标准合金 | 本发明的常规合金 | 优选实施方式 | 图1的实施例合金3 |
| C | 3.2-3.5 | ～3.4 | 3.2-3.49 | 3.3-3.4 | 3.37 |
| Si | 1.8-2.3 | ～2.0 | 1.8-2.2 | 1.8-2.2 | 1.8 |
| S | 0.06-0.15 | ＜0.14 | ＜0.15 | ＜0.1 | 0.1 |
| P | ＜0.20 | ＜0.10 | ＜0.15 | ＜0.05 | 0.05 |
| Mn | 0.6-0.8 | 0.6-0.8 | 0.3-0.8 | 0.4-0.6 | 0.68 |
| Cr | 0.2-0.35 | 0.2-0.4 | 0.2-0.4 | 0.34 | |
| Mo | 0.1-0.4 | 0.2-0.3 | 0.26 | ||
| V | 0.03-0.3 | 0.05-0.1 | 0.1 | ||
| Cu | 0.4-0.8 | 0.3-1.0 | 0.5-1.0 | 0.6 | |
| Ni | ＜0.1 | ＜0.1 | |||
| Ti | 0.007-0.015 | 0.007-0.013 | 0.013 | ||
| Nb | ＜0.15 | ＜0.10 | 0.04 | ||
| N | 0.005-0.017 | 0.005-0.015 | 0.010 | ||
| Sn | ＜0.1 | ＜0.1 | |||
| Al | ＜0.01 | ＜0.01 | |||
Claims (8)
1、一种基本上珠光的灰色铸铁合金，以重量计包括：
3.2-3.49％的碳，
1.8-2.2％的硅，
＜0.15％的硫，
＜0.15％的磷，
0.3-0.8％的锰，
0.2-0.4％的铬，
0.1-0.4％的钼，
0.03-0.3％的钒，
0.3-1.0％的铜，
＜0.15％的铌，
0.007-0.015％的钛，
0.005-0.017％的氮，
余量的铁和杂质。
2、如权利要求1所述的合金，包括
3.3-3.4％的碳，
1.8-2.2％的硅，
＜0.1％的硫，
＜0.05％的磷，
0.4-0.6％的锰，
0.2-0.4％的铬，
0.2-0.3％的钼，和
0.05-0.1％的钒。
3、如权利要求1或2所述的合金，特征在于钒以低于0.1％的量存在。
4、如权利要求1或2所述的合金，特征在于铝以低于0.01％的量存在。
5、如权利要求1或2所述的合金，特征在于镍以低于0.1％的量存在。
6、如权利要求1或2所述的合金，特征在于锡以低于0.1％的量存在。
7、一种内燃机浇铸发动机部件，它由基本上珠光的灰色铸铁合金制成，所述合金包括：
3.2-3.49％的碳，
1.8-2.2％的硅，
＜0.15％的硫，
＜0.15％的磷，
0.3-0.8％的锰，
0.2-0.4％的铬，
0.1-0.4％的钼，
0.03-0.3％的钒，
0.3-1.0％的铜，
0.007-0.013％的钛，
＜0.15％的铌，
0.005-0.015％的氮，
＜0.01％的铝，
余量的铁和杂质。
8、如权利要求7所述的部件，特征在于它是发动机机体部件或气缸盖部件。
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