[发明专利]高模量高强度的球墨铸铁和曲轴

说明书

提供一种球墨铸铁合金和汽车部件，例如曲轴。所述球墨铸铁合金可以包含：铁；约2.2‑3.2重量%碳；约1.7‑2.3重量%硅；约0.2‑0.6重量%锰；至多0.03重量%磷；至多0.02重量%硫；约0.2‑0.6重量%铜；约0.1‑0.4重量%铬；约0.4‑0.8重量%镍；约0.15‑0.45重量%钼；约0.2‑1.0重量%钴；约0.02‑0.06重量%镁，和至多0.002重量%稀土元素。所述球墨铸铁合金可以具有175至195 GPa的杨氏模量并且具有750至950 MPa的铸态极限拉伸强度。所述合金具有良好的强度、刚度和噪声/振动/声振粗糙度特性，使其适用于曲轴应用。一种形成所述球墨铸铁合金的方法包括通过连续系统以恒定量将镁基材料送入熔融铁合金中。

技术领域

本公开总体而言涉及铁合金，更具体而言涉及球化并具有适用于汽车部件（如曲轴）的希望强度和模量的铁合金。

背景技术

传统曲轴可由极限拉伸强度约为550MPa并且杨氏模量为150-165 GPa的铁合金制备。球墨铸铁合金可用于曲轴以达到强度要求，但它们难以加工，并且所进行的任何加工都会产生不利的残余应力。此外，由于刚度低，球墨铸铁曲轴可能成为噪音，振动和声振粗糙度问题的根源。

发明内容

本公开提供了一种新型球墨铸铁合金，其具有高杨氏模量和高强度，适用于曲轴应用。例如，该新型球墨铸铁合金可以具有的铸态（as cast）极限拉伸强度在750-950MPa的范围内并且杨氏模量在175-195 GPa的范围内。该新型球墨铸铁合金允许铸态形成具有空心结构的先进曲轴设计，从而减少了材料的使用。该新型球墨铸铁合金还可以提供足够的刚度和低噪音、振动和声振粗糙度。

在一个实例中（该实例可与本文提供的其他实例和特征结合或与之独立），提供一种球墨铸铁合金，其包含：铁；约2.2-3.2重量%碳；约1.7-2.3重量%硅；约0.2-0.6重量%锰；约0.2-0.6重量%铜；约0.1-0.4重量%铬；约0.4-0.8重量%镍；约0.15-0.45重量%钼；约0.2-1.0重量%钴；和约0.02-0.06重量%镁。

在另一个实例中（该实例可与本文提供的其他实例结合或与之独立），提供了一种球墨铸铁合金，其基本上由以下物质组成：约2.2-3.2重量%碳；约1.7-2.3重量%硅；约0.2-0.6重量%锰；0-约0.03重量%磷；0-约0.02重量%硫；约0.2-0.6重量%铜；约0.1-0.4重量%铬；约0.4-0.8重量%镍；约0.15-0.45重量%钼；约0.2-1.0重量%钴；约0.02-0.06重量%镁；0-约0.002重量%一种或多种稀土元素；和余量的铁。

可提供附加特征，包括但不限于以下特征：其中铁以至少90重量%的量提供；所述球墨铸铁合金还包含不超过0.03重量%的磷；所述球墨铸铁合金还包含不超过0.02重量%的硫；所述球墨铸铁合金还包含不超过0.002重量%的一种或多种稀土元素；其中所述球墨铸铁合金具有175至195 GPa的杨氏模量；其中所述球墨铸铁合金具有750至950 MPa的铸态极限拉伸强度；其中铁以数量为大于90%的珠光体微观结构存在；其中铁围绕多个石墨结核；其中大多数石墨结核的直径为1-5微米；其中所述球墨铸铁合金具有大于85%的球化率；并且其中所述多个石墨结核具有大于每平方毫米200个石墨结核的数量密度。

在一个变体中，球墨铸铁合金基本上由以下物质组成：约2.2重量%的碳；约2.2重量%的硅；约0.3重量%的锰；约0.02重量%的磷；约0.001重量%的硫；约0.3重量%的铜；约0.2重量%的铬；约0.5重量%的镍；约0.3重量%的钼；约0.5重量%的钴；约0.04重量%的镁；约0.001重量%的一种或多种稀土元素；和余量的铁。

本文提供的球墨铸铁合金的任何变体可通过一种方法形成，该方法包括通过连续体系以恒定量将镁基材料送入熔融铁合金中。

还可以包括其他附加特征，包括但不限于以下特征：由球墨铸铁合金的任何变体制备的汽车部件；并且所述汽车部件为曲轴。