[发明专利]奥氏体球墨铸铁

说明书

技术领域

本发明涉及可用于制备用于其中需要高耐热性的应用中的制品的合金组合物。该合金组合物特别是铁基合金。

背景技术

奥氏体球墨铸铁是公知的且已经在需要具有特定的化学、机械和物理性质的材料的广泛应用范围内使用多年。球墨铸铁是通过适当的熔融金属处理制备的包含以基本上为球形颗粒形式的石墨的铸铁。球形石墨具有多晶辐射状结构。在文献中限定有多种不同的奥氏体球墨铸铁类型。奥氏体球墨铸铁的类型是部分基于其化学组成而限定的，其化学组成包括各种量的铁、镍、硅和碳以及，在一些铁类型中，其他元素例如锰、磷、铬和钼。这些后面的元素可能是有意添加的或者可能作为不可避免的杂质存在。该奥氏体球墨铸铁的类型进一步基于其不同的机械性质（即拉伸强度、屈服应力、伸长率和Brinell硬度）的水平而限定的。通常，奥氏体球墨铸铁典型地具有良好的抗腐蚀、抗侵蚀和耐磨损性质；在高温时具有良好的强度、延展性和抗氧化性；韧性和低温稳定性；受控的热膨胀；受控的磁和电性质；和良好的可铸造型和机械加工性。然而，这些质量根据该奥氏体球墨铸铁的类型而不同，因此在某些应用中特定的类型比其他更适用。

奥氏体球墨铸铁通常用于发动机部件中，例如废气歧管、涡轮外壳和其他必须在高热应力下操作的结构部件。通过提高发动机功率和燃烧温度已经满足了改进燃料效率和减少来自汽车发动机的废气的需求。由于必须通过结构发动机部件的废气温度的升高，这些提高对结构发动机部件施加了更大的应变。特别地，用于构造所述发动机部件的材料必须具有高的耐温性、好的抗温度波动性，高的抗剥落性和低的温度膨胀系数。

发动机部件必须操作的升高的温度导致能够用于构造这类发动机部件的材料的范围更加受限。最通常用于铸造结构发动机部件的奥氏体球墨铸铁是D-5S奥氏体球墨铸铁。特别地，D-5S铸铁通常用于其中发生高温和剧烈的热循环的发动机歧管、涡轮外壳和涡轮增压机部件。根据广泛接受的标准（ASTM A439），D-5S包括2.3％碳、1％锰、4.9-5.5％硅、1.75-2.25％铬、34-37％镍、0.08％磷，余量为铁。该合金在室温时具有好的伸长率和屈服强度、好的可铸造性和在高达约900℃的废气温度时具有较好的高温屈服强度。

D-5S是高度合金化的，通常包含约36％的镍。镍是昂贵的原料，受到大的价格波动，其价格已经变得越来越反复无常。镍的高成本直接影响了最终产品的成本。因为涡轮增压机的涡轮增压机外壳以及特别是涡轮外壳占据最大的重量，所以也占据整个涡轮增压机的最大成本。因此，最终产品的成本必须大大提高以消化镍的高成本。

因此，制备用于这类结构部件中的、能够耐受由现代发动机所需的高温并同时将镍的含量最小化以保持低的和更可预测的成本的可替代合金将会是有利的。

发明内容

本发明提供了可用于制备具有高性能性质（特别是高强度和耐热性）的制品的合金组合物。本发明的合金特别有用，因为其能够使用比目前已知的奥氏体球墨铸铁更低成本的材料制备。此处公开的本发明的合金特别是奥氏体球墨铸铁铁基合金，其包括经设计以保持所提到的优选性质但具有较低的制备成本的特定的元素组成。

依照本发明的合金能够用于制备任何金属性制品（metallic article），但其特别适用于制备具有高性能规格的材料，尤其是与强度和耐热性有关的。本发明的合金特别有利的一个领域是制备发动机构件，例如涡轮外壳、废气歧管和与涡轮增压机外壳整体铸造的废气歧管。

在一方面，本发明涉及铸铁合金组合物，优选是铁基组合物。在本发明的特别实施方案中，该合金组合物中仅一些特定的元素需要以特定量存在以使该合金组合物可用于制备具有如此处所述有用的物理性质的制品。例如，在一种实施方案中，依照本发明的合金组合物包括：约2.2wt％~约2.4wt％的碳；约3.5wt％~约4.0wt％的硅；约28wt％~约29wt％的镍；约2.5wt％~约3.0wt％的铬；约0.9wt％~约1.1wt％的钼；和大于约50％的铁，其中该合金基本上不含锡和锑，上述重量百分比是基于该合金组合物的总重量的。