[发明专利]加工性优异的高强度片状石墨铸铁及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及加工性优异的高强度片状石墨铸铁及其制造方法，更具体地讲，涉及如下的片状石墨铸铁及其制造方法：通过将包含在铸铁内的锰（Mn）与硫（S）的含量比（Mn/S）、上述锰和硫的含量比（Mn/S）与碳和硅的含量比之间的比[（Mn/S）/（C/Si）]、以及碳当量（CE）分别控制为特定比率，从而使石墨的形状均匀，形成激冷（chill）的可能性低，具有拉伸强度为350MPa以上的高强度且加工性优异。

背景技术

近年来，随着环保法规的强化，必须减少由发动机排出的环境污染物的含量，为了解决这个问题，需要提高发动机的爆发压力而提高燃烧温度。在如上所述提高了发动机的爆发压力时，为了承受爆发压力，需要提高构成发动机的发动机气缸体和气缸头的强度。

目前，作为用于发动机气缸体和气缸头的材料来使用的材料为添加有微量的铬（Cr）、铜（Cu）、锡（Sn）等的铁合金的片状石墨铸铁。这样的片状石墨铸铁由于其热导率、减震性能优异，并添加有微量的铁合金，因此不仅激冷（Chill）化的可能性低，而且铸造性也优异。但是，由于拉伸强度为150MPa～250MPa左右，因此在用于要求超过180bar的爆发压力的发动机气缸体和气缸头时受到限制。

另外，对于承受超过180bar的爆发压力的发动机气缸体和气缸头的材料而言，要求具有拉伸强度为300MPa左右的高强度。为此，需要另外添加铜（Cu）、锡（Sn）等珠光体稳定化元素或铬（Cr）、钼（Mo）等促进碳化物生成的元素，但是这种铁合金的添加潜在地包含激冷（Chill）化倾向，因此存在加重在如具有复杂形状的发动机气缸体和气缸头的薄壁部这样的部分发生激冷（Chill）的可能性的问题。在发生较多的激冷（Chill）的情况下，材料的脆性提高，因此出现承受冲击的能力差且机械性质下降的问题，并且存在加工性下降的问题。

最近，在具有片状石墨铸铁的优异的铸造性、减震性能以及热导率的同时满足300MPa以上的高拉伸强度的CGI（compacted graphite iron：蠕墨铸铁）铸铁用于爆发压力高的发动机气缸体和气缸头的材料。为了制造拉伸强度为300MPa以上的CGI铸铁，需要使用硫（S）、磷（P）这种杂质的含量低的高级生铁和熔解材料，需要对作为石墨构成元素的镁（Mg）进行精密的控制。但是镁（Mg）的控制比较困难，并且对出炉温度、出炉速度等熔解和铸造条件变化非常敏感，因此存在如下问题：发生CGI铸铁的材质缺陷和铸造缺陷的可能性高，制造成本上升。

另外，CGI铸铁与片状石墨铸铁相比，加工性相对差，在利用CGI铸铁制造发动机气缸体和气缸头时，不能在以往的片状石墨铸铁专用加工线上进行加工，必须变更到CGI铸铁专用加工线。因此，发生巨额的设备投资费用。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题点而完成的，其目的在于，提供如下的片状石墨铸铁及其制造方法：在作为铸铁的五大元素的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）中添加合金元素，并且将碳当量（CE）、锰与硫的含量比（Mn/S）、锰和硫的含量比（Mn/S）与碳和硅的含量比之间的比[（Mn/S）/（C/Si）]同时控制为特定范围，从而兼备高强度和优异的加工性。

另外，本发明的目的在于，提供通过控制成上述的特定含量比而具有稳定的物性和组织的铸铁，特别是，其目的在于，提供能够应用于形状复杂的大型发动机气缸体和/或大型发动机气缸头的片状石墨铸铁。

本发明提供片状石墨铸铁，其特征在于，包含：3.05%～3.25%的碳（C）、2.1%～2.4%的硅（Si）、0.6%～3.4%的锰（Mn）、0.09%～0.13%的硫（S）、0.04%以下的磷（P）、0.6%～0.8%的铜（Cu）、0.2%～0.4%的钼（Mo）以及余量的铁（Fe），以满足总重量百分比为100%，该片状石墨铸铁同时满足如下的化学组成：所述锰（Mn）含量相对于所述硫（S）含量之比（Mn/S）为7～28范围，所述锰和硫的含量比与碳和硅的含量比之间的比（（Mn/S）/（C/Si））为5～18范围，碳当量（CE：Carbon Equivalent）为3.8～4.0范围。

另外，根据本发明的另一优选一例，所述片状石墨铸铁的拉伸强度（Tensile Strength）为350MPa以上。

另外，根据本发明的另一优选一例，所述片状石墨铸铁在加工性试片的加工性评价时，在表示工具尖端（tip）的磨耗的VBmax值为0.45时的加工长度为6m以上。另外，所述片状石墨铸铁的楔形试片的激冷（Chill）深度为3mm以下