CN107636183A - 黑心可锻铸铁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种黑心可锻铸铁，其含有碳、硅、铝、以及余量的铁和不可避免的杂质。

Description

黑心可锻铸铁及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种改良了机械强度、高温耐氧化性和减振性能的黑心可锻铸铁及其制造方法。

背景技术

铸铁可以根据碳的存在形态可分类为片状石墨铸铁、球墨铸铁和黑心可锻铸铁等。

片状石墨铸铁也称为灰口铸铁，具有片状石墨分布在由珠光体形成的基体中的形态。片状石墨铸铁的机械强度低，但是减振性能优良。因此，片状石墨铸铁广泛用于不需要机械强度的一般用途、需要减振性能的机床等。

球墨铸铁也称为延性铸铁，具有球形石墨分布在由珠光体形成的基体中的形态。球墨铸铁与片状石墨铸铁相比，机械强度较优良，但是减振性能较低。

作为本发明的对象的黑心可锻铸铁也称为展性铸铁，具有块状的石墨分布在由铁素体形成的基体中的形态。黑心可锻铸铁与片状石墨铸铁相比，机械强度较优良，而且因为基体为铁素体所以韧性也优良。因此，广泛用于需要机械强度和韧性的汽车部件、管件(管継手)等构件。

对于片状石墨铸铁和球墨铸铁而言，由铸态决定石墨的最终分布形态。与此相对，对于黑心可锻铸铁而言，例如如专利文献1所记载，在铸态的中间产品中，碳并不是以石墨的形态而是以渗碳体(Fe₃C)的形态存在。通过将其再加热至720℃以上的温度并进行退火，渗碳体被分解，析出块状的石墨。

黑心可锻铸铁与片状石墨铸铁相比时，确实机械强度较优良，但是与球墨铸铁、钢铁材料、铸钢等相比时，具有机械强度较低的倾向。因此，对于要求极高机械强度的用途，有时无法使用黑心可锻铸铁。另外，不仅是黑心可锻铸铁，由于铸铁为铁基材料，因此在高温范围内具有与氧反应而进行表面氧化的倾向。因此，对于要求高温耐氧化性的用途，有时无法使用铸铁。为了改善高温耐氧化性，添加了镍的高镍耐热铸铁等已经实用化。然而，由于镍的价格高，因此存在制造成本增大的问题。

对于上述的问题，一直以来进行通过在铸铁中添加比镍廉价的铝从而改善机械强度、高温耐氧化性等性质的尝试。例如，专利文献2和专利文献3中记载了：通过在片状石墨铸铁中添加铝，刚性(杨氏模量)和减振性能提高。另外，例如专利文献4中记载了：添加了铝的球墨铸铁显示出优良的高温耐氧化性和韧性。因此，如果在黑心可锻铸铁中也可以添加铝，则期待与添加了铝的片状石墨铸铁、球墨铸铁的情况同样地可以改善机械强度、高温耐氧化性和减振性能的性质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-285711号公报

专利文献2：日本特开2002-348634号公报

专利文献3：日本特开2008-223135号公报

专利文献4：日本特开2014-148694号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，想要在黑心可锻铸铁中添加铝时，产生如下的问题。首先，由于铝为促进石墨化的元素，因此在将添加了铝的黑心可锻铸铁的熔融金属浇铸到铸模中时(以下称为“铸造时”)，称为共晶石墨(モットル)的片状石墨结晶析出(晶出)。由于该片状石墨为稳定相，因此即使通过退火也不会消失而残留在基体中。因此，通过退火而析出的块状的石墨与在浇铸时结晶析出的片状石墨并存，因此机械强度降低至与片状石墨铸铁相同程度的水平。

其次，铝为易于在基体中形成Fe-Al复合碳化物(κ相)的元素。形成Fe-Al复合碳化物时，所添加的铝的一部分消耗在Fe-Al复合碳化物的结晶析出。另外，所形成的Fe-Al复合碳化物在通常的退火温度下分解需要很长时间。因此，在由铁素体(α相)形成的基体中固溶的铝的浓度降低，因此无法充分改良黑心可锻铸铁的高温耐氧化性。由于产生如上所述的问题，因此在黑心可锻铸铁中添加铝是困难的。

本发明是鉴于上述的问题而作出的，提供一种在铸态下无片状石墨的结晶析出，且在退火后的由铁素体形成的基体中固溶了足以改善高温耐氧化性的量的铝的黑心可锻铸铁及其制造方法。

用于解决问题的手段

本发明的黑心可锻铸铁为含有碳、硅、铝、以及余量的铁和不可避免的杂质的黑心可锻铸铁。该黑心可锻铸铁在铸态下无片状石墨的结晶析出，且对退火后的由铁素体形成的基体可以改善高温耐氧化性。另外，以质量百分率计，本发明的黑心可锻铸铁含有：2.0％以上且3.4％以下的碳、0％以上且1.4％以下的硅、2.0％以上且6.0％以下的铝、以及余量的铁和不可避免的杂质，在将以质量百分率表示碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下。

通过将碳、铝和硅的含量以及碳当量CE的值设定为上述的范围，可以抑制铸造时的片状石墨的结晶析出。另外，即使在与以往的退火的温度相同的温度下进行退火，也可以在短时间内将Fe-Al复合碳化物分解，并且铝固溶在由铁素体形成的基体中。

本发明的优选的实施方式中，黑心可锻铸铁所含有的硅为0％以上且0.5％以下。由于硅为促进石墨化的元素，因此通过减少硅的含量可以进一步抑制片状石墨的结晶析出，因此是优选的。另外，本发明的优选的实施方式中，黑心可锻铸铁所含有的铝为4.0％以上且6.0％以下。

另外，本发明的黑心可锻铸铁的制造方法具有：将以含有碳、硅、铝、以及余量的铁和不可避免的杂质的方式配合的原料熔化而准备熔融金属的工序；将熔融金属浇铸到铸模中而铸造出白口铁化(白銑化)的铸件的工序、以及将铸件再加热至超过720℃的温度并进行退火的工序。另外，本发明的黑心可锻铸铁的制造方法为如下的黑心可锻铸铁的制造方法，在准备熔融金属的工序中，熔融金属为将以如下方式配合的原料熔化而得到的熔融金属：以质量百分率计，所述原料含有2.0％以上且3.4％以下的碳、0％以上且1.4％以下的硅、以及2.0％以上且6.0％以下的铝，并且在将以质量百分率表示碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下。

发明效果

根据本发明，虽然为含有铝的组成，但是可以抑制铸造工序中的片状石墨的结晶析出，并且可以在退火工序中使铝固溶在由铁素体形成的基体中，因此与以往相比，可以得到改良了机械强度、高温耐氧化性和减振性能的黑心可锻铸铁。

附图说明

图1为实施例2的试样的光学显微镜照片。

图2为实施例3的试样的光学显微镜照片。

图3为比较例3的试样的光学显微镜照片。

图4为实施例4的试样的光学显微镜照片。

图5为实施例5的试样的光学显微镜照片。

图6为比较例4的试样的光学显微镜照片。

具体实施方式

关于用于实施本发明的方式，以下一边参照附图和表，一边详细地进行说明。需要说明的是，此处记载的实施方式仅为例示，用于实施本发明的方式并不限定于此处记载的方式。

＜组成＞

对于本实施方式的黑心可锻铸铁的组成进行说明。需要说明的是，本说明书中各元素的含量和碳当量CE均以质量百分率表示。

本实施方式的黑心可锻铸铁含有2.0％以上且3.4％以下的碳。碳的含量少于2.0％时，用于黑心可锻铸铁的铸造的熔融金属的熔点超过1400℃。其结果是，为了制造熔融金属，必须将原料加热至高温，而且需要大型设备。与此同时，熔融金属的粘度也变高，因此熔融金属变得难以流动，难以将熔融金属浇铸到铸造用铸模中。因此，将碳的含量的下限值设定为2.0％。碳的含量多于3.4％时，在铸造时片状石墨变得易于析出。因此，将碳的含量的上限值设定为3.4％。优选的碳的含量的下限值为2.5％。另一方面，优选的碳的含量的上限值为3.0％。

本实施方式的黑心可锻铸铁含有0％以上且1.4％以下的硅。硅的含量多于1.4％时，由于硅为促进石墨化的元素，因此在铸造时片状石墨变得易于结晶析出。因此，将硅的含量的上限值设定为1.4％。优选的硅的含量为0.5％以下。硅的含量为0％以上，包含为0％的情况。本说明书中，某一元素的含量为0％是指利用通常的分析手段无法检测出该元素。

本实施方式的黑心可锻铸铁含有2.0％以上且6.0％以下的铝。铝的含量少于2.0％时，机械强度、高温耐氧化性和减振性能提高的效果减少。因此，将铝的含量的下限值设定为2.0％。铝的含量多于6.0％时，在基体中形成的Fe-Al复合碳化物的分解开始的温度超过1000℃，因此为了进行退火而必须将铸铁加热至高温，并且需要大型设备。因此，将铝的含量的上限值设定为6.0％。优选的铝的含量的下限值为3.0％。另一方面，优选的铝的含量的上限值为5.0％。

本实施方式的黑心可锻铸铁除了上述的元素以外还含有作为余量的铁和不可避免的杂质。铁为黑心可锻铸铁的主要元素。不可避免的杂质是指：原本在原料中含有的微量金属元素、在制造工序中从炉壁混入的氧化物等化合物以及通过熔融金属与气氛气体的反应而生成的氧化物等化合物。这些不可避免的杂质即使在黑心可锻铸铁中合计含有1.0％以下，也不会显著改变黑心可锻铸铁的性质。优选的不可避免的杂质的合计的含量为0.5％以下。

本实施方式的黑心可锻铸铁中，在将以质量百分率表示碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下。

碳当量CE的值小于3.0％时，即使在以往的退火温度下进行退火，Fe-Al复合碳化物的分解也需要极长时间。因此，在经济上可实施的退火时间内进行退火时，无法使铝固溶在由铁素体形成的基体中。另外，碳当量CE的值大于4.2％时，无法抑制铸造时的片状石墨的结晶析出。因此，将碳当量CE的值的下限值设定为3.0％。另一方面，将上限值设定为4.2％。硅的含量为0％时，将式(1)中的硅的含量Si视为0(零)并计算碳当量CE的值。

优选的实施方式中，本实施方式的黑心可锻铸铁含有合计大于0％且小于等于0.5％的选自由铋和碲构成的元素组中的一种或两种元素。本说明书中，某一元素的含量大于0％是指：含有利用通常的分析手段可以检测出的最少的量(例如0.01％等)以上的该元素。由于铋和碲为促进白口铁化的元素，因此对于含有合计大于0％的这些元素的黑心可锻铸铁而言，可以进一步抑制铸造时的片状石墨的结晶析出。铋和碲的含量合计多于0.5％时，即使在进行退火后，也难以使块状的石墨析出。因此，将优选的铋和碲的含量的下限值设定为合计大于0％。另一方面，将上限值设定为0.5％。更优选将铋和碲的合计的含量设定为0.01％以上。即使少量添加这些元素也可以抑制片状石墨的析出。该效果有时称为“孕育效果(接種効果)”。

本实施方式的黑心可锻铸铁可以含有大于0％且小于等于0.5％的锰。锰的含量多于0.5％时，在进行退火后的由铁素体形成的基体中易于残留珠光体。其结果是，易于引起韧性的降低和石墨化的阻碍。因此，将锰的含量的上限值设定为0.5％。由于锰与硫键合而形成硫化锰时对石墨化没有影响，因此通过取得熔融金属中的锰与硫的平衡，可以抑制对石墨化的影响。在使用化铁炉熔化原料的情况下，由作为燃料的焦炭供给硫。

＜制造方法＞

对于本实施方式的黑心可锻铸铁的制造方法进行说明。本实施方式的黑心可锻铸铁的制造方法具有将以如下方式配合的原料熔化而准备熔融金属的工序，所述原料含有2.0％以上且3.4％以下的碳、0％以上且1.4％以下的硅、2.0％以上且6.0％以下的铝、以及余量的铁和不可避免的杂质；并且在将以质量百分率表示碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下。对于限定各元素的组成范围的理由已经叙述，因此此处省略说明。

上述的元素之中，铝为易于与炉壁反应而形成钢渣(炉渣)的元素。另外，锰为蒸气压高且易于从熔融金属的表面蒸发而损失的元素。因此，对于铝和锰而言，由于在原料的熔化开始到铸造结束之间熔融金属中的含量缓慢地减少，因此必须对该减少的量进行预测并配合较多的原料。

在配合时所使用的原料可以使用碳、硅、铝和铁的单质，对于碳、硅和铝而言，也可以使用各元素与铁的合金(铁合金)等。可以使用废钢作为铁的原料。可以使用铝合金制的废弃物等作为铝的原料。

在使用废钢作为铁的原料的情况下，对于碳和硅而言，由于在一般的钢材中已经含有，因此在多数情况下，只要将废钢熔化，就可以使这些元素适合于本实施方式中规定的组成范围。对于铝而言，由于一般的钢材所含有的量对于在本实施方式中规定的组成范围是不够的，因此需要在熔融金属中有意地添加。

为了熔化原料而准备熔融金属，可以利用化铁炉或电炉等公知的手段。由于本实施方式的黑心可锻铸铁的碳的含量为2.0％以上，因此熔化所需要的温度不超过1400℃。因此，不需要具有超过1400℃的到达温度的大型熔化设备。

如已经叙述的，由于熔融金属中的铝易于与炉壁反应而形成钢渣，因此对于含有大量铝的本实施方式的熔融金属的处理需要特别注意。具体而言，优选采用难以与铝反应的氧化铝等作为形成炉壁的材料。另外，由于在熔融金属的表面铝与气氛中的氧气反应而形成氧化物且显著降低熔融金属的流动性，因此优选在真空中或惰性气氛中进行准备熔融金属的工序。

优选的实施方式中，在准备熔融金属的工序之后、在铸造出铸件的工序之前，还具有在熔融金属中添加合计大于0％且小于等于0.5％的选自由铋和碲构成的元素组中的一种或两种元素的工序。在即将铸造出铸件之前添加铋和/或碲的理由是因为，这些元素的蒸气压高，因此如果在准备熔融金属的工序的过程中进行添加，则成品率会降低。具体而言，优选在将熔融金属从熔化设备流出至浇铸用的铁水包时，添加铋和/或碲。对于锰的添加而言，也需要同样的注意。

本实施方式的黑心可锻铸铁的制造方法具有将熔融金属浇铸到铸模中而铸造出铸件的工序。本实施方式的制造方法中，对于铸造用铸模而言，可以使用将铸造用砂成型而得到的铸模、模具等公知的铸模。

由于铝为促进石墨化的元素，因此在将具有包含铝的黑心可锻铸铁的组成的熔融金属浇铸到铸模中而铸造出铸件的情况下，与具有以往的黑心可锻铸铁的组成的熔融金属相比，在铸造时片状石墨具有易于结晶析出的倾向。然而，如果使用具有在本实施方式中规定的组成范围的熔融金属，则即使使用将铸造用砂成型而得到的铸造用铸模，也能够在不使片状石墨结晶析出的情况下进行铸造。本说明书中，将在不使片状石墨结晶析出的情况下铸造出铸铁称为“白口铁化”。

在想要铸造出大型的铸件、厚度厚的铸件而预料到冷却速度显著降低的情况下、或者在想要使用含有大量的碳、铝的石墨化能力高的熔融金属的情况下，优选在铸造用铸模中插入冷却金属件(冷やし金)而促进熔融金属的冷却、或者使用冷却性能优良的模具等。

本实施方式的铸造出铸件的工序中，从1200℃至800℃的熔融金属的冷却速度小于1.0℃每秒时，在铸造时片状石墨易于结晶析出，因此不优选。因此，从1200℃至800℃的熔融金属的冷却速度优选为1.0℃每秒以上。从1200℃至800℃的熔融金属的更优选的冷却速度为10℃每秒以上。

由于本实施方式的熔融金属包含大量的铝，因此易于与气氛中的氧气、铸模的流槽反应而形成铝氧化物。形成铝氧化物时，有可能熔融金属的流动性降低。因此，优选通过在铸造用铸模中形成除渣流槽(滓上げ湯道)或者通过在流槽中设置过滤器，从而设置除去熔融金属中的铝氧化物的手段。另外，还优选在真空中或惰性气氛中进行铸造出铸件的工序。

本实施方式的黑心可锻铸铁的制造方法具有将铸件再加热至超过720℃的温度并进行退火的工序。本实施方式的制造方法中，可以使用燃气炉、电炉等公知的热处理炉作为进行退火的手段。

对铸件进行退火的工序是在黑心可锻铸铁的制造方法中特有的工序。该工序中，通过加热至超过相当于A1相变点的720℃的温度而使渗碳体分解并使块状的石墨析出，并且使由奥氏体形成的基体冷却而相变为铁素体，从而可以对铸件赋予韧性。对铸件进行退火的工序可以分为首先进行的第1段退火和在第1段退火之后进行的第2段退火。

第1段退火为在超过900℃的温度范围内使奥氏体中的渗碳体和Fe-Al复合碳化物分解而形成石墨的工序。本实施方式中，在铸造时在基体中易于形成Fe-Al复合碳化物。Fe-Al复合碳化物能够在高温下分解，铝的组成越高，则分解所需要的温度越高。然而，铝的组成为如本实施方式中所规定的6.0％以下时，Fe-Al复合碳化物的分解温度为1000℃以下，因此，能够在与不添加铝的以往的黑心可锻铸铁的进行退火的温度相同程度的温度下进行退火。因此，不需要用于得到高温的特别的退火炉。

第1段退火中，通过渗碳体和Fe-Al复合碳化物的分解而生成的碳有助于块状的石墨的生长。另外，铝固溶在由奥氏体形成的基体中，冷却后固溶在由铁素体形成的基体中。

进行第1段退火的温度低于950℃时，渗碳体的分解和块状的石墨的生长花费时间，或者Fe-Al复合碳化物的分解变得不充分，因此不优选。进行第1段退火的温度超过1100℃时，需要大型的退火炉，或者进行退火的工序所需要的能量增加，因此不优选。因此，进行第1段退火的温度的下限值优选为950℃。另一方面，上限值优选为1100℃。更优选的温度范围的下限值为980℃。另一方面，更优选的温度范围的上限值为1030℃。

进行第1段退火的时间可以根据退火炉的大小、进行处理的铸件的量等来适当确定。典型的是，优选3.0小时以上且10小时以下。碳当量CE的值越低，则第1段退火中Fe-Al复合碳化物的分解所需要的时间变得越长。碳当量CE的值为如本实施方式中所规定的3.0％以上时，Fe-Al复合碳化物的分解所需要的时间为10小时以下，因此能够以与不添加铝的以往的黑心可锻铸铁的进行退火的时间相同程度的时间进行退火。

第2段退火为在比进行第1段退火的温度低的温度范围内使铁素体和/或珠光体中的渗碳体和Fe-Al复合碳化物分解而形成石墨的工序。对于第2段退火而言，为了促进块状的石墨的生长，并且可靠地进行从奥氏体向铁素体的相变，优选从第2段退火开始温度至第2段退火结束温度缓慢地花时间进行。第2段退火开始温度的下限值优选为720℃。另一方面，上限值优选为800℃。更优选的温度范围的下限值为740℃。另一方面，更优选的温度范围的上限值为780℃。优选第2段退火结束温度的下限值为680℃、上限值为780℃的温度，并且第2段退火结束温度优选比第2段退火开始温度低的温度。更优选的温度范围的下限值为710℃。另一方面，更优选的温度范围的上限值为750℃。

第2段退火的从开始到结束的时间可以根据退火炉的大小、进行处理的铸件的量等来适当确定。典型的是，优选为3.0小时以上。上限没有特别设定。

＜机械强度＞

对于本实施方式的黑心可锻铸铁而言，由于铝固溶在基体中，因此与以往的黑心可锻铸铁相比，机械强度提高。例如，对于拉伸强度而言，以往的黑心可锻铸铁的拉伸强度为约300MPa，与此相对，含有4.0％的铝的黑心可锻铸铁的拉伸强度提高至例如470MPa。认为这是由于铝固溶在基体中而产生的影响。

对于使用本实施方式的黑心可锻铸铁的构件而言，由于如上所述与使用以往的黑心可锻铸铁的构件相比机械强度提高，因此可以用于要求机械强度的用途。另外，可以在保持相同强度的同时实现构件的轻量化。

＜高温耐氧化性＞

对于本实施方式的黑心可锻铸铁而言，铝固溶在基体中。因此，本实施方式的黑心可锻铸铁即使在使用时被加热至高温的情况下，由于在表面形成氧化铝层，因此可以防止氧从表面扩散至内部。因此，与以往的黑心可锻铸铁相比，高温耐氧化性提高。

在对铸件进行退火的工序中，在加热铸件时在表面也形成氧化铝层，因此氧化不会进一步进行。因此，并不特别需要将进行退火时的气氛设定为真空或惰性气氛。另外，由于也不需要用于防止表面过度氧化的密闭容器等，因此可以减小对铸件进行退火的工序中所花费的成本。

＜减振性能＞

对于本实施方式的黑心可锻铸铁而言，由于可以使足够量的铝固溶在基体中，因此可以显著提高黑心可锻铸铁的减振性能。

实施例

＜实施例1＞

配合碳、硅、铝和铁的原料而准备熔融金属，然后将熔融金属浇铸到将铸造用砂成型而得到的铸造用铸模中，从而铸造出铸件。将得到的铸件在大气中在1000℃下加热并保持5小时，然后在从760℃到730℃的温度范围内用6小时使其缓慢冷却，然后进行骤冷，从而得到具有表1所示的组成的试样。

表1

(单位：质量百分率)

选取所得到的试样的中心部并进行镜面研磨，然后用硝酸化乙醇腐蚀液(ナイタール)进行蚀刻，对蚀刻后的试样使用光学显微镜观察金属组织。实施例1的试样中，观察到块状的石墨分布在由铁素体形成的基体中的典型的黑心可锻铸铁的金属组织。该试样的维氏硬度为236。另一方面，比较例1的试样中，在金属组织中可以观察到大量Fe-Al复合碳化物。认为这是因为，由于碳当量CE的值小于本实施方式中规定的范围的下限，因此即使在与以往的退火温度相同的1000℃下进行退火，也无法在短时间内使Fe-Al复合碳化物分解。

比较例2的试样中，在由铁素体形成的基体的晶界分散地分布有粒状的石墨。该试样的维氏硬度为376。推测这是因为，铝的量大于6.0％，因此在铸造时结晶析出的Fe-Al复合碳化物在退火后未被分解而残留下来，由此维氏硬度增加，但是与实施例1的试样相比，韧性降低。

＜实施例2、3＞

配合碳、硅、铝和铁的原料而准备熔融金属，然后将熔融金属浇铸到模具中而进行铸造。在与实施例1相同的条件下对所得到的铸件进行退火，从而得到具有表2所示的组成的试样。

表2

(单位：质量百分率)

选取所得到的试样的中心部并进行镜面研磨，然后用硝酸化乙醇腐蚀液进行蚀刻，对蚀刻后的试样使用光学显微镜观察金属组织。对于实施例2、实施例3和比较例3，将得到的光学显微镜照片分别示于图1、图2和图3。实施例2的试样中，观察到块状的石墨B分布在由铁素体形成的基体M中的典型的黑心可锻铸铁的金属组织。虽然局部存在Fe-Al复合碳化物，但是认为这不是在铸造时结晶析出并在第1段退火中未分解而残留的Fe-Al复合碳化物(记为Fe-Al复合碳化物C)，而是在第2段退火中析出的Fe-Al复合碳化物(记为Fe-Al复合碳化物D)。在实施例3的试样中也观察到与实施例2相似的金属组织，但是由铁素体形成的基体M的晶粒尺寸和块状的石墨B的尺寸与实施例2相比均较小。

另一方面，比较例3的金属组织中，虽然也分布有与实施例3同等尺寸的块状的石墨B，但是其量与实施例3的金属组织相比非常少。另外，在基体M中存在大量Fe-Al复合碳化物C和Fe-Al复合碳化物D。因此认为，基体的大部分由Fe-Al复合碳化物构成。

接着，从实施例2和实施例3的试样选取拉伸试验用的样品，利用机械加工而加工成全长为25mm、夹持部的外径为φ6.0mm、中央部的外径为φ3.57mm、中央部的长度为15mm的尺寸。将该样品设置于株式会社岛津制作所制造的万能试验机(型号：RH-50)，测定拉伸强度和伸长率。比较例3的试样过硬，因而无法选取拉伸试验用的样品。实施例2的试样的拉伸强度为468MPa、伸长率为11.3％。实施例3的试样的拉伸强度为623MPa、伸长率为4.1％。

不含铝的以往的黑心可锻铸铁的拉伸强度为约300MPa、伸长率为约10％，因此与其相比，含铝的实施例2和实施例3的试样的拉伸强度提高。认为这是因为铝固溶在基体中而引起了固溶硬化。认为之所以实施例3的伸长率降低，是因为在第2段退火中Fe-Al复合碳化物D析出。

接着，从实施例2和实施例3的试样分别选取纵向的长度为12mm、横向的长度为10mm、厚度为2mm的试验片，对表面进行研磨，然后在大气中在800℃下保持6小时，再在900℃下保持3小时，然后进行冷却。作为比较，也从以往的黑心可锻铸铁的试样选取试验片，并进行同样的处理。观察试验后的试样的表面，结果可以确认对于任一试样而言，表面的氧化皮的生成与以往的黑心可锻铸铁的试验片相比均大幅减少。

＜实施例4、5＞

配合碳、硅、铝和铁的原料而准备熔融金属，然后将熔融金属浇铸到模具中而进行铸造。将得到的铸件在大气中在1050℃下加热保持10小时，然后在从760℃到730℃的温度范围内用10小时缓慢冷却，然后进行骤冷，从而得到具有表3所示的组成的试样。

表3

(单位：质量百分率)

选取所得到的试样的中心部并进行镜面研磨，然后用硝酸化乙醇腐蚀液进行蚀刻，并使用光学显微镜观察金属组织。对于实施例4、实施例5和比较例4，将得到的光学显微镜照片分别示于图4、图5和图6。对于实施例4的试样而言，显示出块状的石墨B分布在由铁素体形成的基体M中的典型的黑心可锻铸铁的金属组织。

实施例5的试样也显示出与实施例4相似的金属组织，但是由铁素体形成的基体M的晶粒尺寸和块状的石墨B的尺寸与实施例4相比均较小。另外，与实施例2的试样相比，由于延长了第1段退火和第2段退火的时间，因此在铸造时结晶析出的Fe-Al复合碳化物C被分解，几乎未残留。另一方面，可以略微观察到在退火时析出的Fe-Al复合碳化物D。

对于比较例4的金属组织而言，由于与比较例3的试样相比延长了第1段退火和第2段退火的时间，因此成为在铸造时结晶析出的Fe-Al复合碳化物C大部分先分解，但是在第2段退火中Fe-Al复合碳化物D再次析出的组织。因此认为，与比较例3的金属组织一样，由铁素体形成的基体M的比例低，与实施例相比韧性和加工性较差。

如以上的实施例所示，可知本发明的黑心可锻铸铁具有与未添加铝的以往的黑心可锻铸铁同样的金属组织，并且与未添加铝的以往的黑心可锻铸铁相比，机械强度、高温耐氧化性和减振性能更优良。

以上，根据本实施方式，通过将碳、铝和硅的含量以及碳当量CE的值设定为上述的范围，可以抑制铸造时的片状石墨的析出，由此可以形成块状的石墨。另外，即使在与以往的退火的温度相同的温度下进行退火，也可以在短时间内使Fe-Al复合碳化物分解。

另外，根据本实施方式，由于铝固溶在由铁素体形成的基体中，因此与以往的黑心可锻铸铁相比，可以提高黑心可锻铸铁的机械强度和减振性能。

另外，根据本实施方式，即使在使用时被加热至高温的情况下，由于在表面形成氧化铝层，因此可以防止氧从黑心可锻铸铁的表面扩散至内部。因此，与以往的黑心可锻铸铁相比，可以提高黑心可锻铸铁的高温耐氧化性。

需要说明的是，本实施方式的说明中，对在黑心可锻铸铁中添加了铝的方式进行了说明，但是本发明并不限于此。例如，也可以为在白心可锻铸铁中添加了铝的方式、或者在珠光体可锻铸铁中添加了铝的方式。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(删除)

2.一种黑心可锻铸铁，其中，

以质量百分率计，所述黑心可锻铸铁含有：

2.0％以上且3.4％以下的碳、

0％以上且1.4％以下的硅、

2.0％以上且6.0％以下的铝、以及

余量的铁和不可避免的杂质；

在将以质量百分率表示所述碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示所述硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示所述铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下，

<mrow> <mi>C</mi> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mn>3</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mi>l</mi> </mrow> <mn>8</mn> </mfrac> <mo>...</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

3.如权利要求2所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁含有的所述硅为0％以上且0.5％以下。

4.如权利要求2所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁含有的所述铝为4.0％以上且6.0％以下。

5.(删除)

6.一种黑心可锻铸铁的制造方法，其具有：

将以如下方式配合的原料熔化而准备熔融金属的工序，

以质量百分率计，所述原料含有2.0％以上且3.4％以下的碳、0％以上且1.4％以下的硅、2.0％以上且6.0％以下的铝、以及余量的铁和不可避免的杂质，并且在将以质量百分率表示所述碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示所述硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示所述铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下，

<mrow> <mi>C</mi> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mn>3</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mi>l</mi> </mrow> <mn>8</mn> </mfrac> <mo>...</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

将所述熔融金属浇铸到铸模中而铸造出白口铁化的铸件的工序，以及

将所述铸件再加热至超过720℃的温度并进行退火的工序。

7.如权利要求6所述的黑心可锻铸铁的制造方法，其中，含有的所述硅为0％以上且0.5％以下。

8.如权利要求6所述的黑心可锻铸铁的制造方法，其中，含有的所述铝为4.0％以上且6.0％以下。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

权利要求书

用修改后的权利要求书替换原始公开的权利要求书，其中，

1)将权利要求1和5删除。

2)将权利要求1的内容并入权利要求2中，并将权利要求2修改为独立权利要求。

3)将权利要求5的内容并入权利要求6中，并将权利要求6修改为独立权利要求。

Claims (8)

1.一种黑心可锻铸铁，其含有：

碳、

硅、

铝、以及

余量的铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的黑心可锻铸铁，其中，

以质量百分率计，所述黑心可锻铸铁含有：

2.0％以上且3.4％以下的所述碳、

0％以上且1.4％以下的所述硅、以及

2.0％以上且6.0％以下的所述铝；

在将以质量百分率表示所述碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示所述硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示所述铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下，

<mrow> <mi>C</mi> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mn>3</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mi>l</mi> </mrow> <mn>8</mn> </mfrac> <mo>...</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

3.如权利要求2所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁含有的所述硅为0％以上且0.5％以下。

4.如权利要求2所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁含有的所述铝为4.0％以上且6.0％以下。

5.一种黑心可锻铸铁的制造方法，其具有：

将以含有碳、硅、铝、以及余量的铁和不可避免的杂质的方式配合的原料熔化而准备熔融金属的工序、

将所述熔融金属浇铸到铸模中而铸造出白口铁化的铸件的工序、以及

将所述铸件再加热至超过720℃的温度并进行退火的工序。

6.如权利要求5所述的黑心可锻铸铁的制造方法，其中，

在所述准备熔融金属的工序中，所述熔融金属为将以如下方式配合的原料熔化而得到的熔融金属，

以质量百分率计，所述原料含有2.0％以上且3.4％以下的所述碳、0％以上且1.4％以下的所述硅、以及2.0％以上且6.0％以下的所述铝，并且在将以质量百分率表示所述碳的含量的值用C表示、将以质量百分率表示所述硅的含量的值用Si表示、且将以质量百分率表示所述铝的含量的值用Al表示时，由下式(1)表示的碳当量CE的值为3.0％以上且4.2％以下，

<mrow> <mi>C</mi> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mn>3</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mi>l</mi> </mrow> <mn>8</mn> </mfrac> <mo>...</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

7.如权利要求6所述的黑心可锻铸铁的制造方法，其中，含有的所述硅为0％以上且0.5％以下。

8.如权利要求6所述的黑心可锻铸铁的制造方法，其中，含有的所述铝为4.0％以上且6.0％以下。