[发明专利]用于内燃机及一般铸件的高电阻灰铁合金

说明书

技术领域

本发明限定一类新的灰铁合金，这类灰铁合金具有更高的拉伸强度，同时保持了与常规灰铁合金相当的可加工性。更具体而言，所制得的这种材料既可以用于高压缩率的内燃机，也可以用于目标之一在于降低重量的常规内燃机及一般铸件。

背景技术

灰铁合金自十九世纪末即为人们所知，由于灰铁合金具有出色的性能，因此其成为汽车工业中的重要成就，主要是内燃机需要用到灰铁合金。长期以来人们所认识到的一些灰铁合金特性如下：

-出色的热传导性

-出色的减振性能(damping vibration capacity)

-出色的可加工性水平

-相对较小的收缩率(铸件中不易出现内部孔隙)

-良好的热疲劳水平(在使用钼基合金时)

然而，由于对内燃机的要求越来越高(例如，要求具有更高的动力、更低的燃料消耗量以及更少的尾气排放以保护环境)，因此常规的灰铁合金便难以满足高压缩率的内燃机所要求的最低拉伸强度。作为简单的参考，一般来说，在气缸体的主轴承位置或在气缸盖的火力面处，这种对拉伸强度的要求至少为300MPa。

准确来说，当前灰铁合金的主要局限性在于：当要求具有更高的张力时，则这些灰铁合金的加工性能会大幅降低。

因此，为了解决这一问题，一些冶金学家和材料专家决定关注一种不同的合金：蠕墨类(compact graphite based)，其通常被称作蠕墨铸铁(compact graphite iron，CGI)。许多文章讨论了CGI的性质：

-R.D.Grffin，H.G.Li，E.Eleftheriou，C.E.Bates，“Machinability of Gray Cast Iron”.Atlas Foundry公司(已获AFS许可再版)

-F.Koppka e A.Ellermeier，“O Ferro Fundido de Grafita Vermicular ajuda a dominar altasde”，Revista MM，2005年1月。

-Marquard，R&Sorger，H.“Modern Engine Design”.CGI Design and Machining Workshop，Sintercast-PTW Darmstadt，Bad Homburg，德国，1997年11月。

-Palmer，K.B.“Mechanical properties of compacted graphite iron”.BCIRA Report 1213，31-37页，1976。

-ASM.Speciality handbook：cast irons.United States：ASM International，1996，33-267页。

-Dawson，Steve等人，The effect of metallurgical variables on the machinability of compacted graphite iron.In：Design and Machining Workshop-CGI，1999。

实际上，关于CGI工艺，已经有数件专利申请：

-Sinter-Cast AB(Viken，SE)的US 4,667,725(1987年5月26日)。一种由含有结构改善性添加剂的铸铁来制备铸件的方法。由熔融铁浴得到的样品可在0.5分钟至10分钟内凝固。

-SINTERCAST LTD.的WO9206809(A1)(1992年4月30日)。一种控制并校正铸铁熔体组成以及确保结构改善剂所需量的方法。

尽管CGI合金表现出了出色的拉伸强度，但是其在性能或工业化方面也存在其他严重的局限性。在这些局限性方面，我们可着重于以下几点：

-较低的热传导性；

-较低的减振性能；

-较低的可加工性水平(因此，加工费用高)；

-较高的收缩率(因此，较易于出现内部孔隙)；以及

-显微组织稳定性较低(在很大程度上取决于铸件壁厚)。

在这一方面，要解决的难题在于制造这样一种合金，该合金既能保持与灰铁合金类似的出色性质，同时还兼具CGI合金的宽的拉伸强度边界。这即为本发明的范围。

目前，工厂中获得灰铁铸件的方法包括如下步骤：

-熔融阶段：通过化铁炉、感应炉或电弧炉将装载物(废料、生铁、钢等)熔融。