[发明专利]高硅铌铸造合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及铁基铸造合金，特别涉及具有高硅含量的铁基铸造合金。还一般涉及生产这样的合金的方法。更具体地，涉及表现出提高的高温强度和性能特性的改进的铁基高硅铌合金。具体地还涉及生产该改进的合金的方法。

背景技术

在生产可铸造的铁基延展性合金的领域中，有某些终端产品的应用需要使用铁基合金以生产具有提高的高温强度的终端产品。这些终端产品被用于宽范围的应用中，其中一种包括“热端”发动机零件。典型的这些零件有用于汽车和卡车加工工业的涡轮增压器、中心外壳、支承板、排气歧管和集成涡轮歧管构件。跟汽车工业中的任何产品一样，这样的产品的市场非常大，需要生产的产品量也相应很大。

钼和铌(过去也称为“钶”)是本领域公知的合金元素。现在铌普遍用于耐热性不锈钢和航空发动机零件的生产中。钼也用于类似的应用中，但是成本较高。因为在周期表中铌与钼相邻，所以这些元素具有很相似的原子量。本发明的产品意图以提供具有可接受耐热性且降低成本的高硅铌球墨铸铁的方式利用铌。也就是说，由于大量发动机热端零件用于汽车工业，所以使用铌代替钼而获得足够的高温强度将促使这些零件生产成本降低。但是，在测试时，发现本发明所述合金不仅达到获得足够高温强度的要求，而且实际上超过该要求并最终提供具有提高的耐热性和可能节省成本的独特高硅铌球墨铸铁。

本发明的产品的另一个目的是在这样的高硅铸造合金中利用铌，其中的工业范围的规范和性能标准将被坚持。更具体地，现有高硅钼延展性合金对合金中使用的一些元素的水平调用具体范围，在铸造后合金将具有一定的最小性能特性。本发明人考虑到在高硅铌合金中使用铌可以节省成本，同时保持工业规定所需的性能特性。该观点不仅被证明是正确的，而且发现性能特性得到提高。

本发明的产品的再一个目的是在超高硅铸造合金中利用铌，其中耐腐蚀性和抗氧化性得到改进。也就是说，在超高硅钼合金中加入铬产生改进的耐氧化性和耐腐蚀性时，本发明人也看到在超高硅和铬球墨铸铁中可以使用铌代替钼且没有这些特性的任何降低。该观点被证明是正确的，并且实际上性能也得到了提高。

发明概述

因此，本发明的目的是提供高温强度提高的球墨铸铁(ductile iron)合金，包含占重量2.6％～3.5％的碳、占重量3.7％～4.9％的硅、占重量0.45％～1.0％的铌、占重量0.6％或更少量的锰、占重量0.02％或更少量的硫、占重量0.02％或更少量的磷、占重量0.5％或更少量的镍、占重量1.0％或更少量的铬、占重量0.1％或更少量的镁和余量为铁，其具有占重量0.05％或更少量的任意其它一种元素，所有这些其它元素联合总量多达占重量0.2％。对于这样的其它元素，通常是钼和铜。

本发明的另一个目的是提供具有高延展性和高蠕变持久性的耐热性球墨铸铁合金。具有目标化学组成如占重量3.0％～3.3％的碳、占重量3.75％～4.25％的硅和占重量0.5％～0.7％的铌的本发明所述合金在室温下具有75,000psi的极限抗拉强度、60,000psi的0.2％残余变形屈服强度和10％的伸长率。另外，铸造材料的布氏硬度数(BrinellHardness Number，BHN)必须落在187～241BHN范围内，BHN用将钢球强压入合金表面的压力与所得凹痕的表面积的比值表示合金的硬度。

本发明的再一个目的是提供生产本发明所述的高温强度提高的高硅球墨铸铁合金的方法。

本发明的组合物已经达到这些目的。依据前面提及的重量百分比配制该产品，当以这种方式配制时，会得到高温强度提高的球墨铸铁合金。

在下面的详细说明中，本发明所述合金和方法进一步的目的和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是用0.56％钼制成的铸件被蚀刻后样品的微结构100X放大倍数的照片图像。

图2是图1所示铸件样品微结构500X放大倍数的照片图像。

图3是根据本发明制成的具有0.46％的铌的铸件被蚀刻后样品微结构100X放大倍数的照片图像。

图4是图3所示铸件样品微结构500X放大倍数的照片图像。

图5是根据本发明制成的具有0.67％的铌的铸件被蚀刻后样品微结构100X放大倍数的照片图像。

图6是图5所示铸件样品微结构500X放大倍数的照片图像。

图7是根据本发明制成的具有0.94％的铌的铸件被蚀刻后样品微结构100X放大倍数的照片图像。

图8是图7所示铸件样品的微结构500X放大倍数的照片图像。