[发明专利]高刚性球墨铸铁

说明书

技术领域

本发明涉及球墨铸铁，涉及例如作为车辆用零件，特别适合应用于转向节、悬架臂、制动钳等的底盘零件；曲轴、凸轮轴、活塞环等的发动机零件的高刚性球墨铸铁。

背景技术

为了实现燃油效率的提高和响应环境，车辆用零件的轻量化要求高涨，对于这些零件所用的材料要求高刚性化。车辆用零件中使用各种材料，铸铁由于成本低，形状自由度优异，特别是球墨铸铁比片状石墨铸铁具有更高的强度，所以多被用于车辆用零件。但是，一般用于车辆用零件的共晶组成的球墨铸铁，杨氏模量为165GPa左右，即使进行高强度化，杨氏模量也没有变化，因此若为了轻量化而减少零件的壁厚，则无法保证刚性，振动特性和噪声特性降低。因此，在要求有高刚性的车辆用零件中，使用的是杨氏模量比铸铁高的铸钢。但是，铸钢比铸铁的浇注温度高，溶液流动性也不良，因此难以适用于复杂形状和薄壁的制品。另外，铸钢比铸铁更容易发生缩孔，为了防止缩孔而需要在铸造方案中设置大的冒口，制造成本变高。因此，为了实现车辆用零件的轻量化，要求球墨铸铁的高刚性化。

为了使球墨铸铁高刚性化，需要提高杨氏模量，但杨氏模量受金属组织中的石墨的形状和结晶量影响，石墨的形状为球状，结晶量越少，杨氏模量越高。另外，在球墨铸铁中，如果球化充分进行，则对杨氏模量施加影响的主因是石墨结晶量，因此可进行的是，使对于石墨结晶量造成影响的熔液成分中的C含量、Si含量和碳当量(CE值)降低，从而抑制石墨结晶量，提高杨氏模量而使之高刚性化。

作为这样的技术，提出了制成以质量％计C：1.5～3.0％、Si：1.0～5.5％的亚共晶球墨铸铁，通过减少碳含量，从而提高杨氏模量而实现高刚性化的技术(专利文献1)。

另外，本申请人开发了一种通过规定C的含量和CE值的范围，以减少石墨链条组织，从而杨氏模量达到170GPa以上的高刚性球墨铸铁(专利文献2)。

另一方面，作为现有的球墨铸铁，如上述，多用杨氏模量为165GPa左右，抗拉强度为450MPa以上的FCD450(依据JIS G 5502)。因此，提出了使用强度比FCD450高的FCD500和FCD600(依据JIS G 5502)等的球墨铸铁，以实现零件的轻量化的技术(专利文献3)。

此外，关于球墨铸铁的C、Si、Mn、P对韧性的影响提出报告(非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-3134号公报

专利文献2：日本特开2013-173969号公报

专利文献3：日本特开2002-194479号公报

非专利文献

非专利文献1：西山等，“关于球墨铸铁的冲击值等”，日立评论金属特集号第2集，增刊第16号，1956年10月发行，P.85-95

发明要解决的课题

可是，如上述，在只达成球墨铸铁的高强度化，仍无法保证刚性的部分，即使是强度富余，也不能使壁厚减少。因此，为了进行车辆用零件的轻量化，需要使刚性和强度一起提高，但为了使刚性和强度提高而使球墨铸铁的各种组成等最佳化时，若P达到0.03％以上，则判明冲击值大幅降低。特别是在Mn、Cu的添加量少的区域，含有P导致的脆化的影响有变大的倾向。

发明内容

本发明正是解决上述问题的，其目的在于，提供一种提高杨氏模量，实现球墨铸铁的高刚性化，且强度和韧性优异的高刚性球墨铸铁。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明人等进行了潜心研究，其结果发现，通过使碳当量(CE值)降低而提高杨氏模量，能够实现球墨铸铁的高刚性化，并且通过使P低于0.03％，能够提高强度和韧性。还有，若进一步控制Mn和Cu的合计含量，则能够得到更优异的特性。

即，本发明的高刚性球墨铸铁，以质量％计含有C：高于3.0％并低于3.6％、Si：1.5～3.0％、Mn：1.0％以下、Cu：1.0％以下、P：低于0.03％、Mg：0.02～0.07％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，由C和Si的含量以式(1)：CE＝C(％)+Si(％)/3计算的碳当量(CE值)为CE：3.6～4.3％，且杨氏模量为170GPa以上，抗拉强度为550MPa以上，冲击值为12J/cm²以上。

如此，通过规定C的含量和CE值的范围，则杨氏模量达到170GPa以上，通过使P低于0.03％，能够得到强度和韧性提高了的高刚性球墨铸铁。

优选以质量％计，Mn和Cu的含量的合计为0.45～0.70％。