CN104937121B

CN104937121B - 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

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Publication number: CN104937121B
Application number: CN201480005692.7A
Authority: CN
Inventors: 郑玑焕; 梁植; 黄载亨; 朱泳奎; 郑钟权; 李艺妮瑟; 沈东燮
Original assignee: Doosan Infracore Co Ltd
Current assignee: HD Hyundai Infracore Co Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-01-06
Also published as: CN104937121A; WO2014115979A1; KR20140095138A; EP2949771A4; EP2949771A1; US9719157B2; KR102076368B1; EP2949771B1; US20150368763A1

Abstract

本发明涉及高强度片状石墨铸铁的制备方法和使用此方法制备的片状石墨铸铁，以及包含上述铸铁的发动机机体，更详细地为，涉及通过将铸铁内包含的锰(Mn)和微量的锶(Sr)的含量比控制在特定范围内，以得到石墨形状均匀、冷硬(Chill)形成可能性低，抗张强度为350MPa以上的高强度、且加工性和流动性优异的片状石墨铸铁及其制备方法。

Description

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

技术领域

本发明涉及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，更详细地为，涉及通过将铸铁内包含的锰(Mn)对于微量的锶(Sr)的含量比控制在特定范围内，以得到石墨形状均匀、冷硬(Chill)形成可能性低，抗张强度为350MPa以上的高强度、且加工性和流动性优异的片状石墨铸铁及其制备方法。

背景技术

最近全世界性地越来越强化环境规制，因此必须需要减少发动机动排出的废气中的环境污染物质的含量，为了解决此问题需要提高发动机的爆发压力来提升燃烧温度。以此，提高发动机的爆发压力时，为了能承受爆发压力，要提高构成发动机的发动机气缸体和气缸盖的强度。

目前作为发动机气缸体和气缸盖的材料而使用的材料是添加铬(Cr)，铜(Cu)，锡(Sn)等的铁合金的片状石墨铸铁。此片状石墨铸铁的热导率、震动衰减性能优异，并且由于添加了微量的铁合金，其冷硬(Chill)化可能性低且铸造性也优异。但是其抗张强度是150～250MPa程度，因此其使用为爆发压力需要超过180bar的发动机气缸体和气缸盖的用途时，使用会受到限制。

另外，能承受超过180bar爆发压力的发动机气缸体和气缸盖需要抗张强度为300MPa程度的高强化。为此，要附加地添加铜(Cu)，锡(Sn)等珠光体稳定化元素或铬(Cr)，钼(Mo)等碳化物生成促进元素，但添加这种铁合金会潜在地内涵有冷硬(Chill)化倾向，因此可能会加重具有复杂形状的发动机气缸体和气缸盖的薄壁部上发生的冷硬(Chill)。

用于高强化片状石墨铸铁的现有技术为，将添加在铸铁熔融金属的锰(Mn)对于硫磺(S)的用量比(即Mn/S)控制为特定比例以形成MnS硫化物。此时形成的Mn/S硫化物可作用为促进石墨核生成且减少由添加铁合金引起的冷硬(Chill)化，但上述方法只能适用在锰(Mn)含量为1.1％～3.0％程度的高锰铸铁熔融金属中。锰(Mn)可以促进珠光体组织，可使珠光体组织内渗碳体间隔变得致密以强化矩阵组织，在添加大量的锰(Mn)的情况下，其会稳定碳化物而妨碍石墨生长，但若不把Mn/S比控制在特定范围内，反而因高含量的锰，会促进冷硬(Chill)化而流动性会减少。由此，适用为具有复杂结构的发动机气缸体和气缸盖的材质会有一定限制。

最近，具有片状石墨铸铁的优异可铸性，震动衰减性能和热导率的同时满足350Mpa以上的高抗张强度的CGI(compacted graphite iron)铸铁被适用为爆发压高的发动机气缸体和气缸盖的材料。为了制备抗张强度350MPa以上的CGI铸铁，需要使用磺(S)和磷(P)等杂质含量低的高级生铁和熔解材料，而且要精确控制石墨具体化元素镁(Mg)。但对于镁(Mg)的控制很难，并且，其对出炉温度、出炉速度等熔解和铸造条件变化非常敏感，因此发生CGI铸铁的材质不良和铸造不良的可能性很高，具有制造成本上升的问题。

并且，CGI铸铁相对于片状石墨铸铁加工性差，利用CGI铸铁制造发动机气缸体和气缸盖的时候，无法在现有片状石墨铸铁专用加工线上加工，而必须要变更为CGI铸铁专用加工线。由此，具有会发生巨额的设备投资费用的问题。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供片状石墨铸铁及其制备方法，其通过将铸铁内包含的锰(Mn)对于微量的锶(Sr)的含量比控制在特定范围，而获得即使添加大量锰(Mn)，也不会有冷硬(Chill)的增加而能确保抗张强度350MPa以上的高强度，且同时具有跟现有技术相等的加工性和流动性的片状石墨铸铁。

并且，本发明的目的在于通过精密控制锰(Mn)对于锶(Sr)的使用比而提供具有稳定物质特性和组织的铸铁，尤其是，其目的在于提供可适用于形状复杂的内燃机用发动机机体(优选为中大型发动机气缸体和/或中大型发动机气缸盖)的片状石墨铸铁。

用于解决问题的手段

本发明提供片状石墨铸铁(优选中大型发动机气缸体和气缸盖用片状石墨铸铁)，其特征在于，其包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.0％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.1％～0.13％，磷(P)0.06％以下，铜(Cu)0.6％～0.8％，钼(Mo)0.25％～0.35％，锶(Sr)0.003％～0.006％以及满足100％的余量的铁(Fe)，其具有上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)为216～515范围的化学组成。

根据本发明一优选实施例，上述片状石墨铸铁的碳当量(CE:Carbon Equivalent)以CE＝％C+％Si/3的方法计算时，其值为3.7～4.0范围。

并且，根据本发明另一优选实施例，上述片状石墨铸铁的抗张强度(Tensilestrength)可以为355MPa～375MPa范围，布氏硬度值(BHW)可以为245～279范围。

另外，根据本发明一优选实施例，上述片状石墨铸铁的楔子试验片的冷硬(Chill)深度可以为3mm以下。

另外，上述片状石墨铸铁在流动度试验片的螺旋长度可以为730mm以上。

同时，本发明提供上述高强度片状石墨铸铁的制备方法。

更具体为，上述制备方法构成为包括如下步骤：(i)制备铸铁熔融金属，所述铸铁熔融金属包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.1％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.1％～0.13％，磷(P)0.06％以下，铜(Cu)0.6％～0.8％，钼(Mo)0.25％～0.35％和余量的铁(Fe)；(ii)向上述熔融的铸铁熔融金属添加锶(Sr)，使上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)调节为216～515范围；(iii)将上述铸铁熔融金属出炉到钢水包，并注入到已准备的铸型中。

在此，相对于铸铁熔融金属全部重量％，上述锶(Sr)的添加量优选为0.003％～0.006％范围。

根据本发明的一优选实施例，上述步骤(i)的铸铁熔融金属通过向如下的铸铁材料在熔炉中熔融而形成的铸铁熔融金属内添加0.6％～0.8％的铜(Cu)和0.25％～0.35％的钼(Mo)来制造，其中，该铸铁材料包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，2.0％～2.3％硅(Si)，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.1％～0.13％，磷(P)0.06％以下和余量的铁(Fe)。

另外，根据本发明一实施例，上述步骤(iii)中优选一次以上添加的Fe-Si系孕育剂。更具体为，在铸铁熔融金属出炉到钢水包时、在向已准备的铸型注入熔融金属时、或在此全部阶段中，可添加上述Fe-Si系孕育剂。

进一步，本发明提供内燃机用发动机机体，其特征在于，其具有由如上述片状石墨铸铁作为材料构成的发动机气缸体、气缸盖或上述全部。

在此，上述发动机气缸体或气缸盖包括断面厚度为5mm～10mm的薄壁部和厚度为超过30mm的厚壁部，构成上述薄壁部的石墨形态可以为A+D型。并且，上述发动机机体的爆发压力可超过220bar。

根据本发明，基于锰(Mn)对于锶(Sr)的添加量的比(Mn/Sr)，其抗张强度、冷硬(chill)深度以及流动度会不同，为了适用于形状复杂并同时具有厚壁部和薄壁部的高强度发动机气缸体和气缸盖，使Mn/Sr比为216～515范围。

发明效果

如上所述，根据本发明通过精密地控制锶(Sr)的量以及锰(Mn)含量对于锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)，提供了具有355MPa～375MPa的高抗张强度、优异的加工性和流动度，且可利用在例如内燃机发动机部件等的片状石墨铸铁及其制备方法。

附图说明

图1概略地图示了根据本发明的发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁的制造过程的一例的图。

图2图示了用于测定根据本发明的片状石墨铸铁的冷硬(Chill)深度的楔子试验片。

图3示出了用于制作根据本发明的片状石墨铸铁的流动度测定用螺旋试片的铸型。

图4是在根据本发明的气缸体上能看出薄壁部的服饰截面图。

图5是实施例1的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图6是实施例2的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图7是实施例3的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图8是实施例4的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图9是实施例5的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图10是实施例6的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图11是实施例7的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图12是比较例1的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图13是比较例2的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图14是比较例3的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图15是比较例4的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图16是比较例5的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图17是比较例6的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

图18是比较例7的片状石墨铸铁适用在气缸体时的薄壁部的表面组织照片。

标号说明

1：发动机气缸体 2：截面厚度为5mm～10mm的薄壁部

100：熔炉 110：铸铁熔融液

210：铜、钼、锰 220：锶

300：钢水包 400：铸型

具体实施方式

以下，通过具体示例来详细说明本发明。

本发明特征在于，作为铸铁成分使用微量锶(Sr)，且将铸铁中锰(Mn)对于锶(Sr)的含量比(Mn/Sr)控制在特定范围内。

如上所示，以特定含量比调节的锶(Sr)和锰(Mn)各自与铸铁内的硫磺(S)反应形成SrS和MnS磺化物，以此形成的SrS包围MnS而起到可使片状石墨生长的强力的成核点作用，因此即使大量添加1％以上的作为珠光体和Chill的助长元素的Mn时，可抑制冷硬(Chill)化，辅助A型片状石墨健全地成长并辅助结晶，可同时促进高强度和优异的加工性以及流动性。

此时添加的锶(Sr)的含量、以及铸铁内锶(Sr)对于锰(Mn)的含量比(Mn/Sr)是制备抗张强度350MPa以上高强度片状石墨铸铁时最重要的因素。由此，本发明的片状石墨铸铁需要限定为以下例示的制备方法和相应化学组成。

以下，说明根据本发明的片状石墨铸铁的化学组成和上述片状石墨铸铁的制备方法。在此，各元素的添加量为重量％，在以下内容中仅表示为％。

并且，本说明书涉及的表示量、大小、范围的各个数值可使用有效数字的值以及常规的容许误差、四舍五入、测定误差等来类推。

〈片状石墨铸铁〉

根据本发明的高强度片状石墨铸铁，其相对于全部重量，包含碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.0％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.1％～0.13％，磷(P)0.06％以下，铜(Cu)0.6％～0.8％，钼(Mo)0.25％～0.35％，锶(Sr)0.003％～0.006％以及满足100％的余量铁，其具有上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)为216～515范围的化学组成。

本发明中，上述片状石墨铸铁中含有的各成分的添加理由和限定添加含量的范围的理由如下。

1)碳(C)3.0％～3.2％

碳是用于结晶出健全的片状石墨的元素。根据本发明的片状石墨铸铁中，若碳(C)含量不足3％，发动机气缸体和气缸盖的截面厚度为超过30mm的厚壁部上可结晶出A+B型片状石墨，但在截面厚度为5mm～10mm以下并冷却速度相对较快的薄壁部上会结晶出不健全的片状石墨(D+E型石墨)而使Chill发生概率变高，会导致加工性降低。并且，若碳(C)含量超过3.2％，则片状石墨的结晶过量而形成铁素体组织，因此抗张强度会降低而无法获得高刚性片状石墨铸铁。由此，为了在具有多种厚度的高强度发动机气缸体和气缸盖上防止上述的不良，本发明中优选将碳(C)含量限定为3.0％～3.2％。

2)硅(Si)2.0％～3.2％

硅(Si)和碳以最佳比率添加的情况下，可极大化片状石墨的结晶量，可降低Chill发生而增加强度。根据本发明的片状石墨铸铁中，若硅(Si)含量不足2.0％，则可引发由冷硬(Chill)形成的加工性降低，若其含量超过2.3％，由于片状石墨的过量结晶而降低了抗张强度，因此无法获得高刚性片状石墨铸铁。由此，本发明中优选将硅(Si)含量限定为2.0％～2.3％。

3)锰(Mn)1.3％～1.6％

锰(Mn)是使珠光体内层间间距变得密集而能强化片状石墨铸铁基体的元素。根据本发明的片状石墨铸铁中，若锰(Mn)含量不足1.3％，则无法对为了获得350MPa以上的抗张强度的基体强化产生较大影响而无法获得高刚性片状石墨铸铁，若锰(Mn)含量超过1.6％，碳化物稳定化效果比基体强化效果更大，因此抗张强度会上升但冷硬(Chill)化倾向会增加而导致加工性降低。而且，流动性降低。由此，本发明中锰(Mn)含量优选限定为1.3％～1.6％。

4)硫磺(S)0.1％～0.13％

硫磺(S)和包含在熔融金属中的微量元素反应形成磺化物，此磺化物起到片状石墨的成核点的作用而起到辅助片状石墨生长的作用。根据本发明的片状石墨铸铁中，硫磺(S)的含量应为0.1％以上才能制造高强度片状石墨铸铁。并且，若磺(S)含量超过0.13％，则流动性会变差，而且由于磺(S)的偏析，材料的抗张强度会降低并会增加脆性，因此根据本发明的磺(S)含量优选限定为0.1％～0.13％。

5)磷(P)0.06％以下

磷是在空气中的铸铁制造过程中自然地添加进去的杂质的一种。此磷(P)可稳定化珠光体，可与包含在熔融金属中的微量元素进行反应而形成磷化物(斯氏体)而起到提高基体强化和耐磨性的作用，但若上述磷(P)含量超过0.06％，则脆性会急剧增加。由此，本发明中磷(P)含量优选限定为0.06％以下。此时磷(P)含量的下限值可超过0％，不需要特别限定。

6)铜(Cu)0.6％～0.8％

铜(Cu)是片状石墨铸铁的基体强化元素，其可起到促进珠光体的生成并细化珠光体的作用，因此铜是确保强度的必须的元素。根据本发明的发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁中，若铜(Cu)的含量不足0.6％，则会导致抗张强度的不足，即使其添加量超过0.8％，也几乎没有对应于超过部分的添加效果，因此会有材料费用增加的问题。由此，本发明中铜(Cu)含量优选限定为0.6％～0.8％。

7)钼(Mo)0.25％～0.35％

钼(Mo)是可强化片状石墨铸铁的基体、由此可强化材料的强度并且可提高高温中的强度的元素。根据本发明的发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁中，若钼(Mo)含量不足0.25％，无法获得本发明要求的抗张强度，并且爆发压力上升到220bar以上的时候，会导致为了适用于工作温度高的发动机气缸体和气缸盖的高温抗张强度的不足。反面，若钼(Mo)含量超过0.35％，则在高温中的基体强化效果变强而抗张强度会少量上升，但会生成Mo碳化物而加工性会显著降低，具有材料费会上升的问题。因此，本发明中钼(Mo)含量优选限定为0.25％～0.35％。

8)锶(Sr)0.003％～0.006％

锶(Sr)即使以微量凝固时也可以与硫磺(S)反应而形成SrS磺化物，所形成的SrS磺化物包围MnS磺化物而起到可使片状石墨生长的强力的成核点作用以助长健全的A型(AType)石墨。本发明中，为了防止因大量添加锰(Mn)而导致的冷硬(Chill)化并为了结晶出健全的片状石墨以提高强度，需要0.003％以上的锶(Sr)含量。然而，因锶(Sr)的氧化性强，若添加超过0.006％，则因氧化而妨碍片状石墨的成核，会形成D+E型片状石墨并会助长冷硬(Chill)化，导致加工性降低。因此，本发明中锶(Sr)含量优选限定为0.003％～0.006％，更具体为，上述锶(Sr)的含量可以为0.0031％～0.0060％范围。

9)铁(Fe)

铁是根据本发明的铸铁的主材料。上述成分以外的余量成分是铁(Fe)，除此以外还可部分包含不可避免的杂质。

本发明的片状石墨铸铁不仅限定于上述化学组成，也要将上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)控制为216～515范围内，优选控制为299～451范围，以此，当为了制造高强度片状石墨铸铁而即使大量添加作为机体强化和碳化物稳定化元素的锰(Mn)时，也可获得A+D型片状石墨，由于可减少冷硬(Chill)化，可获得抗张强度为350MPa以上且加工性优异的发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁。

根据本发明的一例，上述片状石墨铸铁的碳当量(CE:Carbon Equivalent)以CE＝％C+％Si/3的方法计算时，使其值为3.70～4.00范围，优选可以为3.74～3.92范围。上述碳当量不足3.70的情况下，截面的厚度为5mm～10mm程度的薄壁部(thin walled part)上会生成D+E型片状石墨并发生冷硬(Chill)而导致铸造不良以及加工性的降低。另外，若上述碳当量超过4.00，过程石墨会过量结晶出而抗张强度会降低。由此，本发明中碳当量的范围优选限定为3.70～4.00范围，则为了发动机气缸体和气缸盖的机械性质和质量控制，碳当量在上述范围内可适当调节。

根据本发明的一例，具有上述化学组成的片状石墨铸铁的抗张强度(TensileStrength)可以为355MPa～375MPa范围。另外，布氏硬度值(BHW)可以为245～279范围，优选为258～279范围。

根据本发明的一例，适用具有上述化学组成的片状石墨铸铁的楔子试验片的冷硬(Chill)深度可以为3mm以下，优选为2mm以下。此时，测定冷硬(Chill)深度的楔子试验片可图示为以下图2。

另外，根据本发明一例，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以为730mm以上，优选为738mm以上。此时流动度试验片可图示为以下图3。上述流动度试验片中，螺旋的长度上限值没有特别限制，作为一例，其可以为流动度试验片规格具有的螺旋长度的端点。

〈片状石墨铸铁的制备方法〉

具有上述化学组成的本发明的高强度片状石墨铸铁的制备方法如下所述。

但其并不仅限定为下述制备方法，根据需要，可将各过程的步骤变形或选择性混合使用来执行。

参照图1进行说明，首先1)制备铸铁熔融金属110，所述铸铁熔融金属包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.0％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.1％～0.13％，磷(P)0.06％以下，铜(Cu)0.6％～0.8％，钼(Mo)0.25％～0.35％和余量铁(Fe)。

制备根据本发明的铸铁熔融金属110的方法并没有特别限定，作为一例，在熔炉中熔融铸铁材料(其以上述含量范围含有铸铁5大元素：碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫磺(S)、磷(P))来制备熔融金属，在此添加铜(Cu)、钼(Mo)等铁合金210来准备铸铁熔融金属110并使其成为如上所述的化学组成。

此时，磷(P)可以作为杂质包含在用于铸造的原材料中，也可以另外添加。另外，本发明中，上述熔融金属中的化学组成的限定理由与下述片状石墨铸铁的化学组成的情况下说明的理由相同，因此省略其说明。

2)如上所述，在熔融的铸铁熔融金属110中添加锶(Sr)220，添加时将上述锰(Mn)含量对上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)调节为216～515范围。此时，锶(Sr)220的添加量优选为相对于铸铁熔融金属全部重量％，0.003％～0.006％范围，更具体地可以为0.0031％～0.0060％范围。

本发明中，将片状石墨铸铁的化学组成限定为如上的同时，有必要将上述锰(Mn)含量对上述锶(Sr)的比(S/Sr)限定为216～515范围，优选为299～451范围。若上述Mn/Sr的比不足216，则会导致强度降低，若Mn/Sr的比超过515，则硬度会增加而加工性会降低。通过如此限定Mn/Sr比，即使大量添加作为机体强化和碳化物稳定化元素的锰(Mn)时，也可获得A+D型片状石墨，由于可减少冷硬(Chill)化，可获得抗张强度为350MPa以上且加工性优异的发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁。

如上制备的铸铁熔融金属110是通过碳当量测定器，碳/硫磺分析器和分光分析器来完成熔融金属的成分分析。

3)将前述铸铁熔融金属出炉到作为用于出炉的容器的钢水包(ladle)300后，注入到已准备的铸型中，此时可添加至少一次以上的Fe-Si系孕育剂。

举出上述步骤的优选一例，高强度片状石墨铸铁的材质稳定化方面考虑，首先，出炉的同时添加Fe-Si系孕育剂(1次孕育处理)，然后在注入的同时添加Fe-Si系孕育剂(2次孕育处理)。此时投入的孕育剂的大小可以为直径0.5mm～3mm的范围，为了获得高强度片状石墨铸铁的材质稳定化效果时，出炉到钢水包时的孕育剂投入量以重量％计，优选限定为0.3±0.05％。

完成出炉的钢水包的熔融金属的温度是使用沉淀式类型的温度计来测定，测定温度后向已准备的铸型箱400注入熔融金属110。模型注入时，上述孕育剂的投入量以重量％计，优选限定为0.3±0.05％。通过此过程，完成发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁的制备。

如上制备的本发明的高强度片状石墨铸铁，比目前发动机气缸体和气缸盖上使用的抗张强度为250～300MPa范围的片状石墨铸铁具有更高的强度，并显示出与此对等的加工性和流动性。并且，即使大量添加锰(Mn)，冷硬(Chill)化倾向也很低。同时，若本发明的片状石墨铸铁适用在截面厚度为超过30mm的厚壁部和截面厚度为5mm～10mm程度的薄壁部同时存在的复杂形状的发动机气缸体和气缸盖上的时候，构成厚壁部和薄壁部的A+D型石墨的含量差可以不满10％(以截面比计)。

〈内燃机用发动机机体〉

同时，本发明的片状石墨铸铁是抗张强度为350MPa以上的高强度材料，可适用于内燃机用发动机机体中，特别是形状复杂且厚壁部和薄壁部同时存在的发动机气缸体，发动机气缸盖或上述全部当中。此发动机机体的爆发压力可超过220bar，可满足最近的废气环境规制。

要参考的是，后述的用语是考虑到本发明中的功能而设定的用语，因此可根据生产者的意图或惯例而变为不同，其应基于本发明的说明书记载的内容而被定义。本发明中，发动机机体意味着包含发动机气缸体、发动机气缸盖和气缸顶盖的发动机构成。

根据本发明，片状石墨铸铁作为材料适用的发动机气缸体和/或发动机气缸盖包含截面厚度为5mm～10mm程度的薄壁部和截面厚度为超过30mm的厚壁部，构成上述薄壁部的石墨形态优选为A+D型。实际上可确认，适用本发明片状石墨铸铁的气缸体的薄壁部均为A+D型的石墨形态(参照图5～11)。

以下，更详细说明本发明实施例。但是，以下实施例只是为了有助于本发明的理解而例示，本发明范围不应被解释为限定于此，在不违背本发明思想情况下，可对以下实施例进行多种变形或变更。

〈实施例1-7和比较例1-7〉

根据以下表1的组成来制备了实施例1～7以及比较例1～7的片状石墨铸铁。

表1

首先，按照表1的组成，准备含有碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫磺(S)、磷(P)的熔融金属。磷(P)的情况是，不用另外添加，其可使用为包含在用于铸造的原材料的杂质，只是其含量应调节成0.06％以下。

出炉前利用碳当量测定器测定碳当量(CE)而将碳(C)含量调节为3.0％～3.2％，并将铜(Cu)、钼(Mo)、锰(Mn)等的铁合金调节为如上述表1的组成。添加锶(Sr)完成熔融后，进行出炉。此时，出炉的同时投入Fe-Si系孕育剂后进行了1次孕育。向钢水包完成出炉后测定熔融金属的温度，向已准备的铸型注入熔融金属。此时，注入的同时投入Fe-Si系孕育剂进行2次孕育来制备发动机气缸体和气缸盖用片状石墨铸铁产品。

对根据上述表1的组成制备的实施例1～7以及比较例1～7的铸铁的碳当量、抗张强度、布氏硬度、Chill深度各自测定后显示在如下表2中。

表2

如上述表2，根据Mn/Sr比被调节为216～515范围的实施例1～7的铸铁的抗张强度是355MPa～375MPa范围，布氏硬度值为245HBW～279HBW范围。另外，Chill深度为3mm以下，流动度试验片的螺旋长度为730mm以上。

另外，除了抗张强度300MPa级材料的比较例7、比较例1和比较例5之外的比较例2～3以及比较例6均具有D+E型石墨形状，相比于此，可知道使用本发明的实施例1～7的片状石墨铸铁的气缸体的薄壁部均具有A+D型石墨形态(参照表2和图5～18)。

作为参考，比较例1、3～4的铸铁和实施例1～7的组成含量以及制备过程是相同的，但其是锰(Mn)含量和Mn/Sr比超过了本发明的组成范围的例子。

比较例2和实施例1～7的组成含量和制备过程是相同的，但其是锶(Sr)含量和Mn/Sr比超过了本发明的组成范围的例子。

比较例5是不添加铜(Cu)、钼(Mo)等的铁合金，而仅附加地添加锰(Mn)和硫磺(S)的材料。

比较例6和实施例1～7的组成含量和制备过程是相同的，其是不添加锶(Sr)而附加地添加锑(Sb)的材料。

比较例7是为了制备发动机气缸体和气缸盖用高强度片状石墨铸铁而现有技术中已开发的抗张强度300MPa级的材料。

结果，根据本发明的高强度片状石墨铸铁具有稳定的抗张强度和硬度、Chill深度和流动性，因此可有效地适用在需要抗张强度350MPa以上高强度的发动机气缸体和气缸盖中。

Claims

1.一种片状石墨铸铁，其特征在于，所述片状石墨铸铁包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.0％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.1％～0.13％，磷(P)0.06％以下，铜(Cu)0.6％～0.8％，钼(Mo)0.25％～0.35％，锶(Sr)0.003％～0.006％以及满足100％的余量的铁(Fe)，所述片状石墨铸铁具有上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)为216～515范围的化学组成，

所述片状石墨铸铁的碳当量为3.7～4.0范围。

2.如权利要求1所述的片状石墨铸铁，其特征在于，所述片状石墨铸铁具有上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)为299～451范围的化学组成。

3.如权利要求1所述的片状石墨铸铁，其特征在于，所述片状石墨铸铁的抗张强度为355MPa～375MPa。

4.如权利要求1所述的片状石墨铸铁，其特征在于，所述片状石墨铸铁的布氏硬度值为245～279范围。

5.如权利要求1所述的片状石墨铸铁，其特征在于，所述片状石墨铸铁的楔子试验片的冷硬深度为3mm以下。

6.如权利要求1所述的片状石墨铸铁，其特征在于，所述片状石墨铸铁的流动度试验片的螺旋长度为730mm以上。

7.一种内燃机用发动机机体，其特征在于，所述内燃机用发动机机体具有由权利要求1所述的片状石墨铸铁作为材料而构成的发动机气缸体、发动机气缸盖或上述全部。

8.如权利要求7所述的内燃机用发动机机体，其特征在于，所述发动机气缸体或气缸盖包括截面厚度为5mm～10mm范围的薄壁部和厚度超过30mm的厚壁部，构成上述薄壁部的石墨形态为A+D型。

9.如权利要求7所述的内燃机用发动机机体，其特征在于，所述发动机机体的爆发压力超过220bar。

10.一种高强度片状石墨铸铁的制备方法，其特征在于，所述高强度片状石墨铸铁是权利要求1所述的高强度片状石墨铸铁，所述制备方法包括如下步骤：(i)制备铸铁熔融金属，所述铸铁熔融金属包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.0％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.10％～0.13％，磷(P)0.06％以下，铜(Cu)0.6％～0.8％，钼(Mo)0.25％～0.35％和余量的铁(Fe)；

(ii)向上述熔融的铸铁熔融金属添加锶(Sr)，将上述锰(Mn)含量对于上述锶(Sr)含量的比(Mn/Sr)调节为216～515范围；和

(iii)将上述铸铁熔融金属出炉到钢水包，并注入到已准备的铸型中。

11.如权利要求10所述的高强度片状石墨铸铁的制备方法，其特征在于，相对于铸铁熔融金属全部重量％，上述锶(Sr)的添加量为0.003％～0.006％范围。

12.如权利要求10所述的高强度片状石墨铸铁的制备方法，其特征在于，上述步骤(i)的铸铁熔融金属通过向如下的铸铁材料在熔炉中熔融而形成的铸铁熔融金属内添加0.6％～0.8％的铜(Cu)和0.25％～0.35％的钼(Mo)来制造，其中该铸铁材料包含：相对于全部重量％，碳(C)3.0％～3.2％，硅(Si)2.0％～2.3％，锰(Mn)1.3％～1.6％，硫磺(S)0.10％～0.13％，磷(P)0.06％以下和余量的铁(Fe)。

13.如权利要求10所述的高强度片状石墨铸铁的制备方法，其特征在于，上述步骤(iii)中一次以上添加Fe-Si系孕育剂。

14.如权利要求13所述的高强度片状石墨铸铁的制备方法，其特征在于，在铸铁熔融金属出炉到钢水包时、在向已准备的铸型注入熔融金属时、或在此全部阶段中，均添加上述Fe-Si系孕育剂。