CN107923009A - 铸钢构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铸钢构件，其强度与韧性均优异，能够实现壁厚的减小以及轻型化。本发明所涉及的铸钢构件的特征在于，以质量％计含有C：0.10％～1.00％、Si：超过0.7％且2.0％以下、Mn：0.3％～2.0％、Cu：2.0％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，Si(％)≤C(％)×10。

Description

铸钢构件

技术领域

本发明涉及一种铸钢构件，例如涉及一种适用于车辆的转向节等行走部件的铸钢构件。

背景技术

近年来，作为对环境的应对，实现汽车的燃料利用率提高，使汽车部件全面谋求小型化、轻型化。例如，一直以来，在汽车的行走部件大多使用FCD(Ferrum Casting Ductile)铸铁材料、钢铁材料以及锻钢材料，但为了实现由这些材料构成的部件的小型轻型化，谋求其高强度化。然而，钢铁材料、锻钢材料比较容易确保刚度、韧性以及强度，但能够成形、加工的形状受到限制，因此，难以实现厚度的减小、小型化，难以应对大幅度的轻型化。

另一方面，作为构造材料着眼于与铸铁相比为高强度的铸钢，例如开发了使拉伸强度提高到1000MPa的铸钢(专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-7820号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，铸钢与铸铁相比容易产生缺陷，内部应力(残余应力)也大，因此，材料特性尤其是疲劳强度、冲击值降低，当使用时有可能会产生折损等，因此，实际情况是基本不适用于汽车行走部件。尤其是，铸钢的壁厚变得越厚，越容易产生缩孔、气体缺陷等。并且，为了使铸钢的组织(偏析以及粗大化组织)均匀化、并除去内部应力而使组织稳定化，热处理是不可或缺的，导致成本升高。

另一方面，FCD铸铁大多用于汽车行走部件，但将其强度提高至大致1000MPa以上时，存在伸长率(延展性)与冲击值(韧性)显著降低的趋势。另外，铸铁与铸钢相比，不仅延展性、韧性低，而且刚度(杨氏模量)也低(铸铁为170GPa～180GPa，铸钢为190GPa～210GPa)。因此，即便想要利用铸铁确保汽车的行走部件所必要的刚度、韧性，由于厚度的降低存在极限，因此，也存在无法期待大幅度的轻型化的问题。

本发明用于解决上述问题，其目的在于提供一种强度与韧性均优异且能够实现厚度的减小以及轻型化的铸钢构件。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明人进行了深入研究，其结果是发现，利用规定的组成的铸钢能够同时提高强度与韧性。尤其是，当将最小厚度设为10mm以下进行铸造时，能够可靠地提高强度与韧性。

即，本发明的铸钢构件以质量％计含有C：0.10％～1.00％、Si：超过0.7％且2.0％以下、Mn：0.3％～2.0％、Cu：2.0％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，Si(％)≤C(％)×10。

本发明的铸钢构件优选以质量％计含有C：0.15％～0.40％、Si：1.1％～2.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cu：0.5％～1.5％，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成。

优选冲击值(常温)为15J/cm²以上，拉伸强度为680MPa以上且不足1000MPa，0.2％屈服强度为450MPa以上，并且伸长率为12％以上。

优选铸钢构件通过将最小厚度设为10mm以下进行铸造而成。

优选铸钢构件通过将最小厚度设为1mm～6mm进行铸造而成。

优选铸钢构件是未加工铸件。

优选铸钢构件应用于车辆行走部件。

优选铸钢构件形成于转向节。

发明效果

根据本发明，能够获得强度与韧性均优异且能够实现壁厚的减小以及轻型化的铸钢构件。

附图说明

图1是示出用于制作实施例的铸模的剖视立体图。

图2是示出用于测定实施例以及比较例的拉伸强度的拉伸试验片的尺寸的图。

图3是示出用于测定实施例以及比较例的冲击值的冲击试验片的尺寸的图。

图4是示出将本发明的铸钢构件应用于转向节的例子的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在本发明中，只要没有特别否定，％是指质量％。

本发明的实施方式所涉及的铸钢构件以质量％计含有C：0.10％～1.00％、Si：超过0.7％且2.0％以下、Mn：0.3％～2.0％、Cu：2.0％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，Si(％)≤C(％)×10。

<组成>

C(碳)能够使铸钢的拉伸强度、屈服强度显著提高，另一方面，使伸长率、冲击值降低。若C不足0.10％，则无法获得使屈服强度与拉伸强度提高的效果，若超过1.00％，则变得又硬又脆，伸长率、冲击值降低。因而，将C设为0.10％～1.00％。

尤其是，当将C设为0.15％～0.40％时，能够不减少伸长率、冲击值并提高拉伸强度与刚度，因此是优选的。

Si能够强化铁素体，抑制伸长率的降低并提高屈服强度，但使晶粒粗大化而使冲击值降低。若Si为0.7％以下，则无法充分获得屈服强度提高的效果，若超过2.0％，则冲击值降低。因而，将Si设为超过0.7％且2.0％以下。

尤其是，将Si设为1.1％以上2.0％以下能够进一步提高屈服强度(疲劳强度)。

此外，当设为Si(％)≤C(％)×10时，在熔融金属中Si与C的含有比例变得适当，难以产生气体缺陷，能够获得稳定的铸造件，使冲击值与拉伸强度均提高，能够将冲击特性(常温)可靠地设为15J/cm²以上。另一方面，在Si与C不满足上述关系的情况下，容易产生气体缺陷，难以通过大气熔炼来制造正常的铸造件。

Mn是促进基体组织实现强度高的珠光体化且使晶粒微细化的元素，抑制冲击值的降低并使拉伸强度大幅度上升。另一方面，Mn使伸长率降低。若Mn不足0.3％，则无法充分获得高强度化的效果，若超过2.0％，则伸长率显著降低。因而，将Mn设为0.3％～2.0％。

尤其是，当将Mn设为0.50％～1.50％时，能够大幅度提高屈服强度(疲劳强度)，因此是优选的。

Cu的晶粒微细化效果高，固溶于铁素体，因此抑制伸长率、冲击值的降低并尤其使屈服强度(疲劳强度)提高。若Cu超过2.0％，则铁素体以外的组织也析出，因此使组织显著脆化，容易产生制造时的裂纹。因而，将Cu设为2.0％以下。

尤其是，当将Cu设为0.5％～1.50％时，晶粒微细化效果高，抑制伸长率、冲击值的降低量并提高屈服强度(疲劳强度)、拉伸强度，因此是优选的。

优选包含95％以上的Fe。此外，作为不可避免的杂质，可举出P、S、Ni、Cr、Al。尤其是，作为脱氧剂能够添加Al。此外，为了防止铸造时的气体缺陷，优选将氧量以全氧量计控制在80质量ppm以下。

<最小厚度>

本发明的实施方式所涉及的铸钢构件优选通过将最小厚度设为10mm以下进行铸造而成。通常的铸钢为壁厚越厚则越容易产生缩孔、气体缺陷等。另外，若不实施用于使偏析以及粗大化组织均匀化而除去内部应力并使组织稳定化的热处理，则冲击值、疲劳强度这样的材料特性劣化，尤其难以向汽车部件(行走部件)应用。

因此，当将最小厚度设为10mm以下来铸造上述组成的铸钢时，通过晶粒的微细化使内部应力降低，即便不实施热处理也可成功提高疲劳强度。此处，最小厚度是指铸造件的未加工时的最小厚度，例如不包括之后对壁厚厚的铸造件进行磨削加工而成的部件的厚度。在该情况下，未加工铸件在表面(除了内浇道、毛刺部之外)残留铸造表皮，因此能够与磨削件区分开。

尤其是，优选将最小厚度设为1mm～6mm进行铸造。

本发明的实施方式所涉及的铸钢构件如上述那样在铸造后不实施热处理也能够提高疲劳强度，因此能够未加工直接使用。

本发明的实施方式所涉及的铸钢构件优选常温下的冲击值为15J/cm²以上、拉伸强度为680MPa以上且不足1000MPa、0.2％屈服强度为450MPa以上、并且伸长率为12％以上。

此外，本发明的实施方式所涉及的铸钢构件的杨氏模量为190GPa～210GPa，能够实现比FCD铸铁材料的杨氏模量(约166GPa)高的杨氏模量。

需要说明的是，拉伸强度是评价“强度”的指标，0.2％屈服强度是评价“疲劳强度”的指标，伸长率(断裂伸长率)是评价“延展性”的指标，杨氏模量是评价“刚度”的指标，冲击值是评价“韧性”的指标。

本发明的实施方式所涉及的铸钢构件能够通过公知的方法制造，不对熔炼炉、熔炼方法进行限定。铸造方法只要能够满足熔液流动性则没有特别限定，可以使用重力铸造法、减压铸造法等与需要相应的铸造法。

此外，为了防止铸造时的缩孔缺陷，优选以成为定向凝固的方式控制铸模的各部位的冷却速度，可以适当使用冷模、冒口。在该情况下，能够将冷模设置于铸模以使得壁厚厚的部位尽早优先冷却，并且将最终凝固部调整为冒口。根据上述方法，能够稳定地铸造壁厚薄(优选为最小厚度10mm以下)的铸钢构件。

需要说明的是，本发明如上所述强度与韧性的平衡性优异、具有高刚度且稳定的机械性质，因此适于车辆用部件的轻型化。尤其是，能够在汽车用行走部件(转向节、上臂、下臂、制动钳、纵臂、托架(制动器支承件)等)优选使用本发明。尤其是当应用于需要高强度与高韧性(冲击特性)的转向节时，与应用仅提高强度的材料的情况相比，能够提高强度与刚度的双方，因此能够使部件进一步轻型化。

图4示出将本发明的铸钢构件应用于转向节的例子，图4的(a)、(b)分别是转向节100的俯视图、侧视图。

需要说明的是，转向节100中的附图标记A～G的部位是与其他部件连接的部分(孔部)，需要加工用于对准连接位置的孔部，因此不是未加工部。因而，转向节100的最小厚度为除了附图标记A～G的部位之外的未加工部位的最小厚度。

实施例

<铸造>

将成为表1所示的成分组成的铸钢在100Kg高频熔炼炉中熔炼，添加脱氧剂而将全氧量控制为80质量ppm以下，制备熔融金属。在通过贝塔设置法造型出的Y形块铸模(参照图1)设置冷模与冒口以进行定向凝固，浇铸上述熔融金属，铸造出铸钢10C。

如图1所示，该铸钢10C具有壁厚为10mm以下的下方部2P以及壁厚超过10mm的宽幅的厚壁的上方部4P。实施例的组织是以铁素体与珠光体为主体(两组织的合计占铸钢的60％以上)的组织。

<试验片>

不对该铸钢10进行热处理，未加工直接使用，分别以图2、图3所示的尺寸通过车床加工制作各实施例以及比较例的拉伸试验片以及冲击试验片。将拉伸试验片设为以JIS Z2241为标准的带U型槽口的小尺寸试验片，将冲击试验片设为以JIS Z 2242为标准的带U型槽口的小尺寸试验片。此外，从铸钢10C切下一边10mm的立方体，制作杨氏模量试验片。

需要说明的是，各实施例与比较例1、2、4～6从铸钢10的下方部2P的区域2R制作各试验片，比较例3从铸钢10的上方部4P的区域4R制作各试验片。此外，图1～图3的数值的单位为mm。图2的(a)以及图3的(a)分别表示试验片的剖视图，图2的(b)以及图3的(b)分别表示试验片的俯视图。此外，在图3(b)中，用箭头表示U型槽口的局部放大图。

<评价>

进行了以下的评价。

拉伸强度、0.2％屈服强度、断裂伸长率：对于上述拉伸试验片，使用阿姆斯勒万能试验机以JIS Z 2241为标准进行拉伸试验，测定拉伸强度、0.2％屈服强度、断裂伸长率。

杨氏模量：对于上述杨氏模量试验片，在通过阿基米德法测定密度后，通过超声波脉冲法测定纵波声速和横波声速，根据这些值计算出杨氏模量。在超声波脉冲法的测定装置，使用菱电湘南电子社制的“数字超声波探伤器UI-25”(产品名)，作为振子使用荣进化社制的纵波以及横波振子。

冲击值：对于上述冲击试验片，在常温(25℃)下使用摆锤冲击试验机(50J)进行以JIS Z 2242为标准的冲击试验，测定冲击值。

将所获得的结果示于表1。

[表1]

从表1明显可知，在含有C：0.10％～1.00％、Si：超过0.7％～2.0％、Mn：0.3％～2.0％，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，最小厚度设为10mm以下进行铸造而成的实施例1～11的情况下，屈服强度、强度、韧性均优异。

尤其是，在将C设为0.15％～0.40％的实施例1～7、9～11的情况下，与实施例8相比，能够不减小伸长率、冲击值而提高拉伸强度与刚度。

另一方面，在Si超过2.0％的比较例1的情况下，冲击值大幅度减小。

在Si为0.7％以下的比较例2、6的情况下，屈服强度大幅度减小。

在Si(％)＞C(％)×10的比较例1、4的情况下，伸长率与冲击值显著降低。

在铸造时的最小厚度超过10mm的比较例3的情况下，与相同组成的比较例1相比，屈服强度(疲劳强度)、强度、冲击值进一步降低。认为其原因在于，在比较例3的情况下，当铸造时变为厚壁，因此内部缺陷变多，产生偏析、粗大化组织。因而，优选将铸造时的最小厚度设为10mm以下。

在Mn不足0.5％的比较例5的情况下，强度与屈服强度减小。

附图标记说明

2P 铸钢的下方部(壁厚为10mm以下的壁厚减小部)

4P 铸钢的上方部(壁厚超过10mm的厚壁部)

10C 铸钢

100 铸钢构件(转向节)

Claims (8)

1.一种铸钢构件，其中，

所述铸钢构件以质量％计含有C：0.10％～1.00％、Si：超过0.7％且2.0％以下、Mn：0.3％～2.0％、Cu：2.0％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，Si(％)≤C(％)×10。

2.根据权利要求1所述的铸钢构件，其中，

所述铸钢构件以质量％计含有C：0.15％～0.40％、Si：1.1％～2.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cu：0.5％～1.5％，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成。

3.根据权利要求1或2所述的铸钢构件，其中，

冲击值在常温下为15J/cm²以上，拉伸强度为680MPa以上且不足1000MPa，0.2％屈服强度为450MPa以上，并且伸长率为12％以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的铸钢构件，其中，

所述铸钢构件是通过将最小厚度设为10mm以下进行铸造而成的。

5.根据权利要求4所述的铸钢构件，其中，

所述铸钢构件是通过将最小厚度设为1mm～6mm进行铸造而成的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的铸钢构件，其中，

所述铸钢构件是未加工铸件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的铸钢构件，其中，

所述铸钢构件应用于车辆行走部件。

8.根据权利要求7所述的铸钢构件，其中，

所述铸钢构件形成为转向节。