CN104011239B - 高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的内燃机用发动机主体 - Google Patents

高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的内燃机用发动机主体 Download PDF

Info

Publication number
CN104011239B
CN104011239B CN201280062635.3A CN201280062635A CN104011239B CN 104011239 B CN104011239 B CN 104011239B CN 201280062635 A CN201280062635 A CN 201280062635A CN 104011239 B CN104011239 B CN 104011239B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cast iron
graphite cast
mentioned
flake graphite
strontium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280062635.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104011239A (zh
Inventor
郑玑焕
沈东燮
梁植
黄载亨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HD Hyundai Infracore Co Ltd
Original Assignee
Doosan Infracore Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Doosan Infracore Co Ltd filed Critical Doosan Infracore Co Ltd
Publication of CN104011239A publication Critical patent/CN104011239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104011239B publication Critical patent/CN104011239B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/10—Cast-iron alloys containing aluminium or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C2250/00—Specific additives; Means for adding material different from burners or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0021—Construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0021—Construction
    • F02F7/0024—Casings for larger engines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

本发明提供高强度且同时具有优异的加工性以及流动性的片状石墨铸铁及其制造方法、包括上述片状石墨铸铁的内燃机用发动机主体，更加详细地，在包括铸铁的五大元素、即碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫磺(S)、磷(P)和作为高强度化添加剂的钼(Mo)、铜(Cu)的铸铁中添加微量的锶，同时，控制铸铁内的硫磺(S)含量和锶(Sr)含量之比(S/Sr)，从而获得提高了铸造性，且铁合金导致的Chill发生概率低，具有稳定的抗拉强度以及抗屈强度，具有优异的加工性的、用于发动机汽缸模块以及头部的片状石墨铸铁的制造方法。

Description

高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的内燃机用发动机主体
技术领域
本发明涉及高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的发动机主体，更加具体地，涉及如下的片状石墨铸铁及其制造方法：即使为了实现高强度而添加了铁合金，也能够通过将铸铁所包含的微量的硫磺(S)和锶(Sr)的含量控制在特定比例，获得薄壁部和厚壁部的石墨形状均匀，并且形成冷硬层(chill)的可能性低，发挥出高强度且优异的加工性。
背景技术
最近，由于环境规制的加强，必定需要减少从发动机排出的污染环境物质的含量，为解决此问题，需要提高发动机的爆发压力来提高燃烧温度。当这样提高了发动机的爆发压力时，为了承受住爆发压力，需要提高构成发动机的发动机汽缸模块以及头部的强度。
目前，用于发动机汽缸模块以及头部的原材料是少量添加了铬(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的热传导率及振动衰减性优异，并且，因添加了微量的铁合金，因此冷硬(chill)化的可能性较低，且铸造性也优异。但是，其抗拉强度为150～250MPa，因此无法用于需要超过180bar的爆发压力的发动机汽缸模块以及头部。
另外，用于承受住超过180bar的爆发压力的发动机汽缸模块以及头部的原材料需要抗拉强度为300MPa左右的高强度化。为此，需要添加铜(Cu)、锡(Sn)等珠光体稳定元素或者铬(Cr)、钼(Mo)等促进碳化物生成的元素，但是，添加这些铁合金有可能导致冷硬化(chill)，因此存在形状复杂的发动机汽缸模块以及头部的薄壁部有可能出现冷硬层(chill)的问题。
作为实现片状石墨铸铁的高强度化的现有技术如下：将添加于铸铁熔液的锰(Mn)和硫磺(S)的比例、即Mn/S控制在特定的比例，从而形成MnS乳化物。这时，所形成的Mn/S乳化物的作用如下：促进石墨晶核的生成，降低添加铁合金导致的chill化。上述方法只能适用于锰(Mn)含量为1.1～3.0％左右的高锰铸铁熔液，因此，需要将现有的制造片状石墨时添加的锰(Mn)的含量使用为两倍以上，因此导致原材料费用的升高是不可避免的。并且，锰(Mn)能够促进珠光体组织，使珠光体组织内的碳化铁间隔紧凑，从而加强矩阵组织，虽然如此，但当添加大量这样的锰(Mn)时，导致碳化物稳定，阻碍石墨成长，因此，如果不将Mn/S比例控制在特定范围内，则反而由于锰的高含量，而进一步促进chill化。因此，用作结构较为复杂的发动机汽缸模块以及头部的原材料时，是受到限制的。
最近，将具有片状石墨铸铁的优异的铸造性、振动衰减性以及热传导率且具有300MPa以上的高抗拉强度的CGI(compactedgraphiteiron，蠕墨铸铁)铸铁用作爆发压力较高的发动机汽缸模块以及头部的原材料。为了制造抗拉强度为300MPa以上的CGI铸铁，需要使用硫磺(S)和磷(P)等杂质含量较低的高级生铁以及熔剂，需要精确地控制作为石墨球化元素的镁(Mg)。但是，存在如下问题：难以控制镁(Mg)，并且，对出炉温度、出炉速度等熔化及铸造条件的变化极为敏感，因此，CGI铸铁的材质不良以及铸造不良的可能性较高，导致制造成本的升高。
并且，CGI铸铁的加工性相对低于片状石墨铸铁，因此，当使用CGI铸铁制造发动机汽缸模块以及头部时，存在如下问题：无法在现有的片状石墨铸铁专用加工线上进行加工，一定要更换为CGI铸铁专用加工线。因此，存在需要耗费巨资来进行设备投资的问题。
发明内容
技术课题
本发明为了解决上述问题而提出，本发明的目的在于提供一种片状石墨铸铁及其制造方法，其通过将添加于铸铁的微量成分中的锶(Sr)的含量以及硫磺(S)和锶(Sr)的含量比例控制在特定范围内，即使为了实现高强度而添加钼(Mo)、铜(Cu)等铁合金，也能够同时实现高强度和优异的加工性以及流动性。
并且，本发明的另一目的在于提供一种通过精确地控制硫磺和锶的使用比例，具有稳定的物性和组织的铸铁，尤其是，提供一种可适用于形状较为复杂的内燃机用发动机主体、优选适用于发动机汽缸模块和/或发动机汽缸头部的片状石墨铸铁。
解决课题的手段
本发明提供高强度片状石墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：(i)制造出铸铁熔液，该铸铁熔液相对于整体重量％含有碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下、铜(Cu)0.6～0.8％、钼(Mo)0.15～0.25％以及余量的铁(Fe)；(ii)向上述熔化的铸铁熔液中添加锶(Sr)，且调节为上述硫磺(S)的含量与上述锶(Sr)的含量之比(S/Sr)在16～98的范围内；以及(iii)将上述铸铁熔液倒到铸桶(ladle)而注入到准备好的铸模中。
其中，优选地，相对于铸铁熔液整体重量％，上述锶(Sr)的添加量在0.001～0.005％的范围内。
根据本发明的一实施例，在熔炉中熔化铸铁材料而制造出的铸铁熔液中添加铜(Cu)0.6～0.8％以及钼(Mo)0.15～0.25％，从而制造出上述步骤(i)的铸铁熔液，其中，上述铸铁材料相对于整体重量％，包含碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下以及余量的铁(Fe)。
并且，根据本发明的一实施例，在将上述铸铁熔液倒到铸桶时，可以添加Fe-Si系接种剂。
而且，本发明还提供通过上述制造方法制造的片状石墨铸铁，优选地，用于发动机汽缸模块以及头部的片状石墨铸铁。
其中，上述片状石墨铸铁的化学组成是作为整体重量％，包含碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下、铜(Cu)0.6～0.8％、钼(Mo)0.15～0.25％、锶(Sr)0.001～0.005％以及满足100％的余量的铁(Fe)，并且，上述硫磺(S)含量与上述锶(Sr)含量之比(S/Sr)在16～98范围内。
根据本发明的一实施例，上述片状石墨铸铁的碳当量(CE：CarbonEquivalent)在按照CE＝％C+％Si/3的方法计算时在3.80～4.27范围内。
并且，根据本发明的一实施例，上述片状石墨铸铁的抗拉强度(TensileStrength)可以在300～350MPa的范围内，布氏硬度值(BHW)可以在200～230的范围内。
另外，根据本发明的一实施例，上述片状石墨铸铁的楔子试验片的冷硬层(Chill)深度可以在3mm以下。
并且，上述片状石墨铸铁的流动度试验片的螺旋长度可以在730mm以上。
本发明提供一种内燃机用发动机主体，具有由上述的片状石墨铸铁原材料构成的发动机汽缸模块、发动机汽缸头部或者这两个部分。
其中，上述发动机汽缸模块或者发动机汽缸头部具有截面厚度在5mm以下的薄壁部和截面厚度在10mm以上的厚壁部，并且，构成上述薄壁部的石墨形态为A+B型。
根据本发明，根据硫磺(S)和锶(Sr)的添加量之比(S/Sr)的不同，其抗拉强度、chill深度以及流动度不同，为了适用于形状复杂而同时存在厚壁部和薄壁部的高轻度发动度汽缸模块以及头部，使S/Sr比在16～98的范围内。
有益效果
如上所述，根据本发明，通过精确地控制锶(Sr)的量以及硫磺(S)的含量与锶(Sr)的含量之比(S/Sr)，从而能够提供即使添加Cu、Mo等铁合金，也具有300～350MPa的高抗拉强度以及优异的加工性和流动性，例如适合用于内燃机的发动机部件等的片状石墨铸铁及其制造方法。
附图说明
图1是根据本发明的用于发动机汽缸模块以及头部的高强度片状石墨铸铁的制造工序例示意图。
图2是用于测量根据本发明的片状石墨铸铁的冷硬层(chill)深度的楔子试验片示意图。
图3是用于测量根据本发明的片状石墨铸铁的流动度的螺旋试验片的制造模具示意图。
图4是示出了根据本发明的汽缸模块的薄壁部的截面图。
图5是实施例一的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图6是实施例二的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图7是实施例三的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图8是实施例四的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图9是实施例五的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图10是实施例六的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图11是实施例七的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图12是比较例一的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图13是比较例二的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图14是比较例三的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图15是比较例四的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图16是比较例五的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
图17是比较例六的片状石墨铸铁用于汽缸模块时的薄壁部表面组织照片。
标号说明
1：发动机汽缸模块2：截面厚度在5mm以下的薄壁部
100：熔炉110：铸铁熔液
210：铜、钼220：锶
300：铸桶400：模具
具体实施方式
下面，通过具体实施例详细说明本发明。
本发明的基本原理是作为铸铁成分使用微量的锶(Sr)，并且将铸铁内的硫磺(S)和锶(Sr)的含量比(S/Sr)控制在特定的范围内，锶(Sr)与硫磺(S)进行反应，形成硫化物，所形成的硫化物起到片状石墨的成核位点的作用，抑制冷硬化(chill)，对A型片状石墨的生长以及晶化起到辅助作用，从而同时实现高强度和优异的加工性以及流动性。
这时，所添加的锶(Sr)的含量以及铸铁内的锶(Sr)与硫磺(S)的含量之比(S/Sr)是制造抗拉强度在300MPa以上的高强度片状石墨铸铁时的最重要的因素。因此，需要将本发明的片状石墨铸铁限定在下面的制造方法以及相应化学组成。
下面，对根据本发明的片状石墨铸铁的制造方法以及所制造的片状石墨铸铁的化学组成进行说明。但是，并不限定于下面的制造方法，根据需要可以改变各工序，或者选择性地混合执行。
其中，各元素的添加量为重量％，在下面的内容中简单地用％表示。
参照图1进行说明，首先制造铸铁熔液(110)，该铸铁熔液(110)相对于整体重量％，含有碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下、铜(Cu)0.6～0.8％、钼(Mo)0.15～0.25％以及余量的铁(Fe)。
对制造根据本发明的铸铁熔液(110)的方法不加以特别限定，例如，在熔炉中熔化以上述含量范围包含铸铁的五大元素、即碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫磺(S)、磷(P)的铸铁材料来制造铸铁熔液，并且，在其中添加铜(Cu)、钼(Mo)等铁合金(210)，从而准备具有上述化学组成的铸铁熔液(110)。
这时，磷(P)有可能以杂质成分包含在铸造的原材料中，或者还可以另行添加。另外，在本发明中，限定上述熔液中的化学组成的原因与在后面说明片状石墨铸铁的化学组成时的理由相同，因此，在这里省略说明。
向如上述熔化的铸铁熔液(110)中添加锶(Sr，220)，并且，将上述硫磺(S)的含量与上述锶(Sr)的含量之比(S/Sr)调节在16～98的范围内。这时，锶(Sr，220)的添加量优选在相对于铸铁熔液整体重量％的0.001～0.005％的范围内。
在本发明中，如下限定片状石墨铸铁的化学组成，并且，需要将上述硫磺(S)的含量与上述锶(Sr)的含量之比(S/Sr)限定在16～98范围内。当上述S/Sr比超过上述范围时，会增加硬度，从而出现降低加工性的问题。如上所述，通过限定S/Sr比，即使为了制造高强度片状石墨铸铁而添加作为强化基材并稳定碳化物的元素的铜(Cu)、钼(Mo)等铁合金，也能够获得A+B型的片状石墨，并且，减少了Chill化，所以可以获得抗拉强度在300MPa以上，并且具有优异的加工性的、用于发动机汽缸模块以及头部的高强度片状石墨铸铁。
利用碳当量测量仪、碳/硫磺分析仪以及频谱分析仪，进行了如上述制造的铸铁熔液(110)的成分分析。
之后，倒到作为用于倒入上述铸铁熔液的容器的铸桶(ladle，300)时，为了使高强度片状石墨铸铁材料稳定，在倒出的同时添加Fe-Si系接种剂。这时，投入的接种剂的大小可以是1～3mm范围内的直径，优选地，为了实现使高强度片状石墨铸铁材料稳定的效果而投入的接种剂的投入量限定在的0.3±0.05％的重量(％)。
利用浸渍式温度计测量倒出完毕的铸桶内的熔液温度，在测量温度之后，向准备好的铸模(400)注入熔液(110)，从而完成了用于发动机汽缸模块以及头部的高强度片状石墨铸铁。
如上述制造的本发明的高强度片状石墨铸铁具有比目前用于发动机汽缸模块以及头部的抗拉强度为250MPa的片状石墨铸铁更高的强度，并且还具有对等的加工性。并且，即使添加铜(Cu)、钼(Mo)等铁合金，冷硬化(Chill)倾向也明显降低。而且，即使将本发明的片状石墨铸铁适用于截面厚度在10mm以上的厚壁部和截面厚度在5mm以下的薄壁部共存的复杂形状的发动机汽缸模块以及头部，构成厚壁部和薄壁部的A+B型石墨的含量比之差，按照截面比，也小于10％。
在本发明中提供按照上述方法制造的高强度片状石墨铸铁。更加详细地，上述片状石墨铸铁的化学组成是作为整体重量％，包含碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下、铜(Cu)0.6～0.8％、钼(Mo)0.15～0.25％、锶(Sr)0.001～0.005％以及满足100％的余量的铁(Fe)，并且，上述硫磺(S)含量与上述锶(Sr)含量之比(S/Sr)在16～98范围内。
下面说明在本发明中添加上述片状石墨铸铁所包含的各种成分的理由以及限定添加的含量范围的理由。
1)碳(C)3.2～3.5％
碳是用于实现完整的片状石墨的晶化的元素。在根据本发明的片状石墨铸铁中，如果碳(C)的含量少于3.2％，则在发动机汽缸模块以及头部的截面厚度在10mm以上的厚壁部可实现A+B型片状石墨的晶化，但是在截面厚度在5mm以下而冷却速度相对较快的薄壁部晶化出不完备的片状石墨、即D+E型石墨，从而Chill化概率较高，导致加工性的降低。并且，如果碳(C)的含量超过3.5％，则晶化出过多的片状石墨，从而导致抗拉强度的降低，无法获得高强度片状石墨铸铁。因此，为了防止在具有不同厚度的高强度发动机汽缸模块以及头部发生上述不良现象，在本发明中，优选地，将碳(C)的含量限定在3.2～3.5％。
2)硅(Si)1.9～2.3％
以与碳的最佳比率添加硅(Si)时，能够使片状石墨的晶化达到极大化，并且降低Chill发生，增加强度。在根据本发明的片状石墨铸铁中，如果硅(Si)的含量少于1.9％，则在熔液的最终凝固部位出现收缩缺陷，如果含量超过2.3％，则晶化出过多的片状石墨，抗拉强度降低，从而无法获得高强度片状石墨铸铁。因此，在本发明中，优选地，将硅(Si)的含量限定在1.9～2.3％。
3)锰(Mn)0.4～0.9％
锰(Mn)是使珠光体内的层间间隔紧凑，来强化片状石墨铸铁的基材的元素。在根据本发明的片状石墨铸铁，如果锰(Mn)的含量少于0.4％，则无法为强化基材带来大影响，因此，无法获得高强度片状石墨铸铁，如果锰(Mn)的含量超过0.9％，则稳定碳化物的效果大于强化基材的效果，因此，Chill化倾向增加，降低加工性。因此，在本发明中，优选地，将锰(Mn)的含量限定在0.4～0.9％。
4)硫磺(S)0.06～0.1％
硫磺(S)与熔液中的微量元素反应，生成硫化物，这些硫化物起到片状石墨的成核位点的作用，从而起到辅助片状石墨成长的作用。在根据本发明的片状石墨铸铁，只有硫磺(S)的含量在0.06％以上，才能制造出高强度片状石墨铸铁。并且，如果硫磺(S)的含量超过0.1％，则增加材料的脆性，因此，优选地，将根据本发明的硫磺(S)的含量限定在0.06～0.1％。
5)磷(P)0.06％以下
磷是在制造铸铁的过程中从空气中自然地添加的一种杂质。这样的磷(P)起到如下作用：使珠光体稳定，并且与熔液中包含的微量元素反应后形成磷化物(斯氏体(Steadite))，强化基材并提高耐磨性，但是，如果上述磷(P)的含量超过0.06％，则其脆性急速增加。因此，在本发明中，优选地，将磷(P)的含量限定在0.06％以下。这时，磷(P)含量的下限值可超过0％，无需特别限定。
6)铜(Cu)0.6～0.8％
铜(Cu)是用于强化片状石墨铸铁的基材的元素，起到促进珠光体的生成，实现微小化的作用，因此是确保强度时需要的元素。在根据本发明的用于发动机汽缸模块以及头部的片状石墨铸铁，如果铜(Cu)的含量少于0.6％，则导致抗拉强度不足，另外，即使其添加量超过0.8％，也无法实现对应于超过部分的效果，从而出现提高材料费的问题。因此，在本发明中，优选地，将铜(Cu)的含量限定在0.6～0.8％。
7)钼(Mo)0.15～0.25％
钼(Mo)是强化片状石墨铸铁的基材，提高材料强度，并且提高高温下的强度的元素。在根据本发明的用于发动机汽缸模块以及头部的高强度片状石墨铸铁，如果钼(Mo)的含量少于0.15％，则不仅无法实现本发明中要求的抗拉强度，还无法实现适用于工作温度较高的发动机汽缸模块以及头部的高温抗拉强度。相反，如果钼(Mo)的含量超过0.25％，则加强基材的效果较大，因此，其加工性显著地低于目前使用的抗拉强度为250MPa级的片状石墨铸铁。因此，在本发明中，优选地，将钼(Mo)的含量限定在0.15～0.25％。
8)锶(Sr)0.001～0.005％
锶(Sr)是即使是少量也能够在凝固时与硫磺(S)反应后形成硫化物，并且形成石墨晶核能够生长的基片，有助于完备的A型石墨的强有力的石墨化元素。在本发明中，为了防止添加Mo、Cu等铁合金导致的Chill化，并且晶化出完备的片状石墨而提高强度，需要添加0.001％以上的锶(Sr)。但是，锶(Sr)的氧化性较大，因此，如果添加0.005％以上，则由于氧化，会妨碍片状石墨的晶核生成，从而生成D+E型片状石墨，有助于Chill化，降低加工性。因此，在本发明中，优选地，将锶(Sr)的含量限定在0.001～0.005％。
9)铁(Fe)
铁是根据本发明的铸铁的主要材料。上述成分之外的余量为铁(Fe)，除此之外，还可以包含不可避免的部分杂质。
本发明的片状石墨铸铁不仅限定于上述化学组成，而且，通过将上述硫磺(S)含量与上述锶(Sr)含量之比(S/Sr)限定于16～98范围，即使为了制造高强度片状石墨铸铁而添加作为强化基材且稳定碳化物的元素的铜(Cu)、钼(Mo)等铁合金，也能够获得A+B型片状石墨，并且，减少了Chill化，因此可以获得抗拉强度在300MPa以上且具有优异的加工性的、用于发动机汽缸模块以及头部的高强度片状石墨铸铁。
根据本发明的一实施例，按照CE＝％C+％Si/3的方法计算时，上述片状石墨铸铁的碳当量(CE：CarbonEquivalent)在3.80～4.27的范围内。当上述碳当量少于3.80时，在截面厚度为5mm以下的薄壁部(thinwalledpart)生成D+E型片状石墨，产生冷硬层(Chill)，导致铸造不良并降低加工性。并且，如果上述碳当量超过4.27，则加工中的石墨由于过度晶化，其抗拉强度下降。因此，在本发明中，优选地，将碳当量的范围限定在3.80～4.27范围内，在该范围内，为了控制发动机汽缸模块以及头部的机械性质以及质量，可适当调节。
根据本发明的一实施例，具有上述化学组成的片状石墨铸铁的抗拉强度(TensileStrength)在300～350MPa范围内，布氏硬度值(BHW)在200～230左右。
根据本发明的一实施例，适用具有上述化学组成的片状石墨铸铁的楔子试验片的Chill深度在3mm以下。这时，用于测量冷硬层(Chill)深度的楔子试验片如图2所示。
并且，根据本发明一实施例，适用具有上述化学组成的片状石墨铸铁的流动度试验片的螺旋长度可在730mm以上。这时，流动度试验片如图3所示，并不特别限定上述流动度试验片的螺旋长度的上限值。例如可以是流动度试验片规格所具有的螺旋长度的终点。
并且，本发明的片状石墨铸铁是抗拉强度在300MPa以上的高强度原材料，因此可以适用于内燃机用发动机主体、尤其是形状较为复杂而同时具有厚壁部和薄壁部的发动机汽缸模块、发动机汽缸头部或者同时适用于这两个部件。
作为参考，后面说明的术语是基于在本发明中的功能来选定的术语，可根据生产者的意图或者惯例来变化，因此，应该基于本发明中记载内容来定义。例如，在本发明中，发动机主体表示包括发动机汽缸模块和发动机汽缸头部和头部盖的发动机结构。
根据本发明，优选地，以片状石墨铸铁为原材料的发动机汽缸模块和/或发动机汽缸头部具有截面厚度在5mm以下的薄壁部和截面厚度在10mm以上的厚壁部，构成上述薄壁部的石墨形态为A+B型。实际上，将本发明的片状石墨铸铁适用于汽缸模块后的薄壁部均为A+B型石墨形态(参照图5～11)。
下面，更加详细地说明本发明的实施例。但是，下面说明的实施例是用于帮助理解本发明的例子，本发明的保护范围并不限定于这些内容，在不脱离本发明思想的范围内，可对下面的实施例进行各种变形以及变更。
〈实施例1～7以及比较例1～6〉
按照下表1的组成制造了实施例1～7以及比较例1～6的片状石墨铸铁。
表1
首先，准备了按照表1组成包含碳(c)、硅(Si)、锰(Mn)、硫磺(S)、磷(P)的原液。磷(P)是包含在用于铸造的原材料的杂质，未单独添加，只是将其含量调节在0.06％以下。
在倒出之前利用碳当量测量仪测量的碳当量(CE)，将碳(C)的含量调节为3.2～3.5％，并且，将铜(Cu)、钼(Mo)等铁合金调节为如上述表1的量。添加锶(Sr)并结束熔化之后，倒出熔液。这时，在倒出的同时投入了Fe-Si系接种剂。倒到铸桶之后，测量熔液的温度，并向准备好的铸模注入熔液，从而制造了用于发动机汽缸模块以及头部的片状石墨铸铁。
分别测量了按照上述表1的组成制造的实施例1～7以及比较例1～6的铸铁的碳当量、抗拉强度、布氏硬度、Chill深度，如表2所示。
表2
如上述表2所示，S/Sr比调节在16～98范围内的实施例1～7的铸铁的抗拉强度在300～350MPa范围内，布氏硬度值在200～230HBW范围内。并且，Chill深度在3mm以下，流动度试验片的螺旋长度在730mm以上。
并且，除了抗拉强度为250MPa级的原材料、即比较例5之外的比较例1～4和6均为D+E型石墨形态，相反，将本实施例1～7的片状石墨铸铁适用于汽缸模块的薄壁部均为A+B型石墨形态(参见图5～17)。
另外，比较例1和2的铸铁的组成的含量及制造过程与实施例1～7相同，但是，硫磺(S)的含量和S/Sr比超过了本发明的组成范围。
比较例3和4的组成含量及制造过程与实施例1～7相同，但是，锶(Sr)的含量和S/Sr比超过了本发明的组成范围。
比较例5是商用为发动机汽缸模块以及头部的片状石墨铸铁的、抗拉强度为250MPa级的原材料。
比较例6是在商用为制造用于发动机汽缸模块以及头部的片状石墨铸铁的抗拉强度为250MPa级的原材料中仅添加铁合金的原材料。
总之，根据本发明的高强度片状石墨铸铁具有稳定的抗拉强度、硬度、Chill深度以及流动性，能够适用于要求高强度的发动机汽缸模块以及头部。

Claims (12)

1.一种高强度片状石墨铸铁的制造方法，包括如下步骤：
(i)制造出铸铁熔液，该铸铁熔液相对于整体重量％含有碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下、铜(Cu)0.6～0.8％、钼(Mo)0.15～0.25％以及余量的铁(Fe)；
(ii)向在上述(i)步骤中熔化后的铸铁熔液中添加锶(Sr)，且调节为上述硫磺(S)的含量与上述锶(Sr)的含量之比(S/Sr)在16～98的范围内；以及
(iii)将在上述(ii)步骤中添加了锶(Sr)后的铸铁熔液倒到铸桶而注入到准备好的铸模中。
2.根据权利要求1所述的高强度片状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，
相对于铸铁熔液整体重量％，上述(ii)步骤中的锶(Sr)的添加量在0.001～0.005％的范围内。
3.根据权利要求1所述的高强度片状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，
在熔炉中熔化铸铁材料而制造出的铸铁熔液中添加铜(Cu)0.6～0.8％及钼(Mo)0.15～0.25％，从而制造出上述步骤(i)的铸铁熔液，其中，上述铸铁材料相对于整体重量％，包含碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下以及余量的铁(Fe)。
4.根据权利要求1所述的高强度片状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，
在上述(iii)步骤中，将上述铸铁熔液倒到铸桶时，添加Fe-Si系接种剂。
5.一种片状石墨铸铁，其特征在于，
上述片状石墨铸铁的化学组成是作为整体重量％，包含碳(C)3.2～3.5％、硅(Si)1.9～2.3％、锰(Mn)0.4～0.9％、硫磺(S)0.06～0.1％、磷(P)0.06％以下、铜(Cu)0.6～0.8％、钼(Mo)0.15～0.25％、锶(Sr)0.001～0.005％以及满足100％的余量的铁(Fe)，并且，上述硫磺(S)含量与上述锶(Sr)含量之比(S/Sr)在16～98范围内。
6.根据权利要求5所述的片状石墨铸铁，其特征在于，
该片状石墨铸铁的抗拉强度(TensileStrength)为300～350MPa。
7.根据权利要求5所述的片状石墨铸铁，其特征在于，
该片状石墨铸铁的布氏硬度值(BHW)为200～230。
8.根据权利要求5所述的片状石墨铸铁，其特征在于，
楔子试验片的冷硬层(Chill)深度为3mm以下。
9.根据权利要求5所述的片状石墨铸铁，其特征在于，
流动度试验片的螺旋长度为730mm以上。
10.根据权利要求5所述的片状石墨铸铁，其特征在于，
碳当量在3.80～4.27范围内。
11.一种内燃机用发动机主体，其特征在于，
该内燃机用发动机主体具有以权利要求5所述的片状石墨铸铁为原材料构成的发动机汽缸模块、发动机汽缸头部或者这两个部分。
12.根据权利要求11所述的内燃机用发动机主体，其特征在于，
上述发动机汽缸模块或者发动机汽缸头部具有截面厚度为5mm以下的薄壁部及截面厚度超过5mm的厚壁部，并且，构成上述薄壁部的石墨形态为A+B型。
CN201280062635.3A 2011-12-23 2012-12-07 高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的内燃机用发动机主体 Active CN104011239B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110141028 2011-12-23
KR10-2011-0141028 2011-12-23
KR10-2012-0116687 2012-10-19
KR1020120116687A KR101822203B1 (ko) 2011-12-23 2012-10-19 고강도 편상 흑연 주철의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 편상 흑연 주철, 상기 주철을 포함하는 내연기관용 엔진바디
PCT/KR2012/010626 WO2013094904A1 (ko) 2011-12-23 2012-12-07 고강도 편상 흑연 주철의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 편상 흑연 주철, 상기 주철을 포함하는 내연기관용 엔진바디

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104011239A CN104011239A (zh) 2014-08-27
CN104011239B true CN104011239B (zh) 2016-04-20

Family

ID=48988165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280062635.3A Active CN104011239B (zh) 2011-12-23 2012-12-07 高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的内燃机用发动机主体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9708694B2 (zh)
EP (1) EP2796582B1 (zh)
KR (1) KR101822203B1 (zh)
CN (1) CN104011239B (zh)
WO (1) WO2013094904A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106077534B (zh) * 2016-08-17 2018-05-11 河南理工大学 铸铁模、制备方法及其搭接方法
JP6963576B2 (ja) * 2019-02-01 2021-11-10 Ｔｐｒ株式会社 鋳鉄部材、鋳鉄部材を含む複合部材及び鋳鉄部材の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1055772A (zh) * 1991-02-12 1991-10-30 天津市电机总厂 一种含镍奥氏体片状石墨铸铁
CN1059939A (zh) * 1990-09-19 1992-04-01 株式会社日立制作所 致密蠕虫状石墨铸铁及其制造的电梯滑轮
CN101778959A (zh) * 2007-06-26 2010-07-14 国立大学法人岩手大学 片状石墨铸铁及其制造方法
CN102212741A (zh) * 2011-06-03 2011-10-12 浙江台州金陶机械制造有限公司 多元合金铸铁活塞环组合物及活塞环铸件的生产工艺

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4975412A (zh) * 1972-11-17 1974-07-22
US4666516A (en) * 1986-01-21 1987-05-19 Elkem Metals Company Gray cast iron inoculant
US5580401A (en) * 1995-03-14 1996-12-03 Copeland Corporation Gray cast iron system for scroll machines
US6395107B1 (en) * 2000-01-28 2002-05-28 Sundaresa V. Subramanian Cast iron for use in high speed machining with cubic boron nitride and silicon nitride tools
JP2002129276A (ja) * 2000-10-31 2002-05-09 Yanmar Diesel Engine Co Ltd 被削性及び耐熱疲労特性に優れた鋳鉄材
JP2004257422A (ja) * 2003-02-24 2004-09-16 Aisin Takaoka Ltd ディスクブレーキ用ロータの製造方法
US20070023106A1 (en) * 2003-07-16 2007-02-01 Milan Lampic-Oplander Cast iron material
US8333923B2 (en) * 2007-02-28 2012-12-18 Caterpillar Inc. High strength gray cast iron
JP5466247B2 (ja) * 2009-02-12 2014-04-09 テクシド ド ブラジル リミターダ 燃焼機関および一般鋳造物用高耐性ねずみ鋳鉄合金を得るための方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059939A (zh) * 1990-09-19 1992-04-01 株式会社日立制作所 致密蠕虫状石墨铸铁及其制造的电梯滑轮
CN1055772A (zh) * 1991-02-12 1991-10-30 天津市电机总厂 一种含镍奥氏体片状石墨铸铁
CN101778959A (zh) * 2007-06-26 2010-07-14 国立大学法人岩手大学 片状石墨铸铁及其制造方法
CN102212741A (zh) * 2011-06-03 2011-10-12 浙江台州金陶机械制造有限公司 多元合金铸铁活塞环组合物及活塞环铸件的生产工艺

Also Published As

Publication number Publication date
EP2796582A1 (en) 2014-10-29
US9708694B2 (en) 2017-07-18
KR20130073811A (ko) 2013-07-03
CN104011239A (zh) 2014-08-27
KR101822203B1 (ko) 2018-03-09
US20150027399A1 (en) 2015-01-29
EP2796582A4 (en) 2016-03-16
WO2013094904A1 (ko) 2013-06-27
EP2796582B1 (en) 2017-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102965567B (zh) 铸态厚大断面珠光体球墨铸铁及其铸造方法
CN103343279B (zh) 一种曲轴用铸态珠光体球铁材料及其制备方法
CN103484753A (zh) 一种新型铸态500-7球墨铸铁
CN103938067B (zh) 适用于高输出功率的柴油发动机的气缸体的cgi铸铁及其制造方法
CN102317488B (zh) 用于内燃机及一般铸件的高电阻灰铁合金
CN102317480B (zh) 获得用于内燃机及一般铸件的高电阻灰铁合金的方法
CN104011239B (zh) 高强度片状石墨铸铁的制造方法及通过该方法制造的片状石墨铸铁、含该铸铁的内燃机用发动机主体
RU2395366C1 (ru) Способ получения отливок из легированного чугуна
KR101822201B1 (ko) 희토류 원소를 이용한 고강도 편상 흑연 주철 및 그 제조방법
US9689059B2 (en) High strength flake graphite cast iron having excellent workability and preparation method thereof
JP4233056B1 (ja) 球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法
WO2016194377A1 (ja) 黒心可鍛鋳鉄及びその製造方法
CN104937121B (zh) 高强度片状石墨铸铁及其制备方法和包含所述铸铁的内燃机用发动机机体
JP5073951B2 (ja) 被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法
KR101125371B1 (ko) ＣＧＩ 주철의 Ｍｇ 접종 방법과 이를 이용하여 제조된 실린더 블록 및 실린더 헤드
CN117535581A (zh) 一种高强韧球墨铸铁
SU1186684A1 (ru) Высокопрочный чугун
CN102888485A (zh) 改变灰铸铁初生奥氏体生长形貌的变质剂及其制备方法和应用
CN114250407A (zh) 一种耐蚀铸铁及其制备方法
CN107109550A (zh) 球状石墨铸铁及其制造方法、由此制造的液压设备用部件
JPH1017914A (ja) 共晶黒鉛鋳鉄の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Incheon Wide Area City, Korea

Patentee after: HYUNDAI DOOSAN INFRACORE Co.,Ltd.

Address before: Incheon Wide Area City, Korea

Patentee before: DOOSAN INFRACORE Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder