[发明专利]CGI铸铁及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁及其制造方法，更详细地说，涉及通过控制添加到铁中的成分的含量，从而铸造性得到提高、而且具有稳定的抗拉强度和屈服强度的铸铁及其制造方法。根据本发明的铸铁属于可特别适用于高输出功率的柴油发动机的气缸体的过共晶(hypereutectic)CGI(compacted graphite iron：蠕墨铸铁)铸铁。

背景技术

近年来，由于环保法规得到强化，因此减少从发动机排出的如Cox或NOx之类的环境污染物质的含量是必然的。

在柴油发动机的情况下，为了减少上述如Cox或NOx之类的环境污染物质的排出量，需要提高发动机的爆发压力。如此，为了提高发动机的爆发压力，需要提高发动机的气缸体的强度。

以往通常用于气缸体的材料为铸铁，但普通铸铁(common grade cast iron)通常为灰铸铁。灰铸铁由于在铸造时碳分离生成石墨而带灰色，因此其被称为灰铸铁。

通常，铸铁根据基体中所包含的石墨的形态、大小、分布状态产生很大差异，通常被称为铸铁的灰铸铁的抗拉强度为约15kg/mm²～20kg/mm²左右。如上述那样的灰铸铁虽然具有优异的铸造性、减振能力、以及热导率，但是强度低，因此用作发动机的气缸体的材料是有限制的。

作为改善了这样的灰铸铁的物性的铸铁，有球状石墨铸铁。球状石墨铸铁(spherical graphite cast iron)是使普通的铸铁(灰铸铁)组织中出现的石墨从原来的片状组织改变成球状组织而提高韧性的铸铁。这样的球状石墨铸铁也被称为球墨铸铁(nodular cast iron)或延性铸铁(ductile cast iron)。上述球状石墨铸铁在耐磨性、耐热性、耐蚀性等方面优异，与普通的灰铸铁相比，弹性系数大，布氏硬度达到200左右，切削性也优于具有相同硬度的普通铸铁。

但是，在球状石墨铸铁的情况下，虽然具有气缸体所需的高强度，但是在制造复杂的形态时铸造性不足，并具有低的热导率，因此适用于复杂的形态的气缸体是有限的。

因此，近年来，适用具有上述灰铸铁的优异的铸造性、减振能力和热导率、并且具有球状石墨铸铁的高强度和一定的拉伸率的CGI(compacted graphite iron：蠕墨铸铁)铸铁作为新一代气缸体材料。

这样的CGI铸铁可通过在将球状石墨铸铁熔液盛装到盛铁桶(ladle)时，精确地控制镁(Mg)的含量来制造，所述球状石墨铸铁熔液是在熔炉中对球状石墨铸铁材料进行熔融而得到，所述盛铁桶是将熔化的原液转移到其他地方的器具。

CGI铸铁中，为了确保稳定的机械物性(抗拉强度)，需要精确地控制熔融/盛装温度和镁量等，为此，必然需要精确的控制装置和作业人员的熟练度、使用杂质含量低的高级生铁等。尽管进行这种精确的控制，但还是存在如下等问题：由于镁含量、盛装位置、盛装温度、盛装速度等多种所需条件下所产生的误差，常常发生CGI铸铁的材质不良和铸造不良。

发明内容

技术课题

本发明通过将碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)和镁(Mg)的含量控制在产生稳定的物性以及不会发生铸造不良的范围内，从而提供抗拉强度(Tensile Strength)和屈服强度(Yield Strength)分别调节在500MPa～600MPa、350MPa～450MPa范围内的铸铁。

本发明的目的在于，通过精确地控制镁(Mg)的量，从而提供具有稳定的物性和组织的铸铁。特别是，本发明的目的在于，提供还可适用于高输出功率高马力柴油发动机的气缸体的铸铁。

本发明的目的还在于，通过具有稳定的抗拉强度和屈服强度且具有适当的硬度(Hardness)，从而确立能够制造可适用于高输出功率高马力柴油发动机的气缸体的铸铁的化学组成和制造方法。

解决课题手段

本发明提供一种铸铁，其相对于全部重量包含3.65重量%～3.75重量%的碳(C)、2.0重量%～2.25重量%的硅(Si)、0.3重量%～0.6重量%的锰(Mn)、1.2重量%～1.4重量%的铜(Cu)、0.07重量%～0.10重量%的锡(Sn)、0.008重量%～0.018重量%的镁(Mg)、0.04重量%以下的磷(P)、0.02重量%以下的硫(S)和剩余量的铁(Fe)。