CN115838894A - 用于汽车发动机应用的具有优异高温氧化性质的铸铁合金 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了“用于汽车发动机应用的具有优异高温氧化性质的铸铁合金”。提供了一种具有以重量百分比(重量％)计的以下组成的铸铁合金：在2.6重量％至3.4重量％之间的碳、在2.4重量％至3.2重量％之间的硅、在0.3重量％至0.6重量％之间的锰、在0.4重量％至1.2重量％之间的钼、在0.6重量％至1.75重量％之间的镍、在0.01重量％至0.075重量％之间的镁、在1.8重量％至3.5重量％之间的铝、在0.003重量％至0.025重量％之间的硫、在0.001重量％至0.02重量％之间的锆、在0.001重量％至0.03重量％之间的铈、在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧以及余量的铁和不可避免的微量元素。还提供了一种由所述铸铁合金形成的零件并且所述零件具有等于或大于895℃的Ac1温度，以及当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。
Description
技术领域
本公开涉及铸铁合金，并且特别涉及用于汽车应用的铸铁合金。
背景技术
本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
铸铁合金用于各种行业中，部分原因在于相对较低的成本、良好的铸造性质、高机械加工性、良好的耐磨性、良好的减振性质和合理的耐腐蚀性。然而，在一些应用中，已知的铸铁合金会遭受高温腐蚀和热机械疲劳。
本公开解决了与铸铁合金的高温耐腐蚀性和/或热机械疲劳相关的问题，以及与铸铁合金相关的其他问题。
发明内容
本部分提供了对本公开的总体概述并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。
在本公开的一种形式中，一种铸铁合金包含以重量百分比(重量％)计的以下组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的碳、在2.4重量％至3.2重量％之间的硅、在0.3重量％至0.6重量％之间的锰、在0.4重量％至1.2重量％之间的钼、在0.6重量％至1.75重量％之间的镍、在0.01重量％至0.075重量％之间的镁、在1.8重量％至3.5重量％之间的铝、在0.003重量％至0.025重量％之间的硫、在0.001重量％至0.02重量％之间的锆、在0.001重量％至0.03重量％之间的铈、在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧以及余量的铁和不可避免的微量元素。
在一些变型中，所述碳是在2.8重量％至3.2重量％之间，和/或所述硅是在2.6重量％至3.2重量％之间。
在至少一个变型中，所述锰是在0.32重量％至0.5重量％之间。
在一些变型中，所述钼是在0.6重量％至1.0重量％之间，和/或所述镍是在0.8重量％至1.5重量％之间。
在至少一个变型中，所述镁是在0.02重量％至0.05重量％之间。
在一些变型中，所述铝是在2.0重量％至3.2重量％之间。
在至少一个变型中，所述硫是在0.005重量％至0.015重量％之间，和/或所述铈是在0.002重量％至0.02重量％之间。
在一些变型中，所述镧是在0.001重量％至0.02重量％之间。
在至少一个变型中，所述铸铁合金还包含形成于含镧晶核上的多个石墨球。另外，在此类变型中，所述含镧晶核可为(La、Ce、Zr)(O、S)晶核。
在一些变型中，一种零件由所述铸铁合金形成，并且所述零件具有等于或大于875℃的Ac1温度。另外，在至少一个变型中，所述Ac1温度等于或大于885℃。
在一些变型中，一种零件由所述铸铁合金形成，并且所述零件具有当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。
在至少一个变型中，一种零件由所述铸铁合金形成，并且所述零件具有当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时为至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
另外，在一些变型中，所述碳是在2.8重量％至3.2重量％之间，所述硅是在2.6重量％至3.0重量％之间，所述锰是在0.35重量％至0.5重量％之间，所述钼是在0.6重量％至1.0重量％之间，所述镍是在0.8重量％至1.5重量％之间，所述镁是在0.02重量％至0.05重量％之间，所述铝是在2.0重量％至3.2重量％之间，所述硫是在0.005重量％至0.015重量％之间，所述锆是在0.002重量％至0.01重量％之间，所述铈是在0.002重量％至0.02重量％之间，并且所述镧是在0.001重量％至0.01重量％之间。
在本公开的另一种形式中，一种具有以重量百分比(重量％)计的组成的铸铁合金包含：在2.6重量％至3.4重量％之间的碳、在2.4重量％至3.2重量％之间的硅、在0.32重量％至0.6重量％之间的锰、在0.4重量％至1.2重量％之间的钼、在0.6重量％至1.75重量％之间的镍、在0.01重量％至0.075重量％之间的镁、在1.8重量％至3.5重量％之间的铝、在0.003重量％至0.025重量％之间的硫、在0.001重量％至0.02重量％之间的锆、在0.001重量％至0.03重量％之间的铈、在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧以及余量的铁和不可避免的微量元素。
在一些变型中，所述碳是在2.8重量％至3.2重量％之间，所述硅是在2.6重量％至3.0重量％之间，所述锰是在0.35重量％至0.5重量％之间，所述钼是在0.6重量％至1.0重量％之间，所述镍是在0.8重量％至1.5重量％之间，所述镁是在0.02重量％至0.05重量％之间，所述铝是在2.0重量％至3.2重量％之间，所述硫是在0.005重量％至0.015重量％之间，所述锆是在0.002重量％至0.01重量％之间，所述铈是在0.002重量％至0.02重量％之间，并且所述镧是在0.001重量％至0.01重量％之间。
在至少一个变型中，一种零件由所述铸铁合金形成，并且所述零件具有：等于或大于885℃的Ac1温度；当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命；和/或当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时为至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在本公开的又一种形式中，一种具有以重量百分比(重量％)计的组成的铸铁合金包含：在2.6重量％至3.4重量％之间的碳、在2.4重量％至3.2重量％之间的硅、在0.35重量％至0.5重量％之间的锰、在0.4重量％至1.2重量％之间的钼、在0.6重量％至1.75重量％之间的镍、在0.01重量％至0.075重量％之间的镁、在1.8重量％至3.5重量％之间的铝、在0.003重量％至0.025重量％之间的硫、在0.001重量％至0.02重量％之间的锆、在0.001重量％至0.03重量％之间的铈、在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧、余量的铁和不可避免的微量元素以及形成于(La、Ce、Zr)(O、S)晶核上的多个石墨球。
在一些变型中，一种排气歧管由所述铸铁合金形成，并且所述排气歧管具有：当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命，和/或当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时为至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
根据本文提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，而不意图限制本公开的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
图1A是商用SiMo51铸铁合金的光学显微照片；
图1B是根据本公开的教导的具有1.8重量％的铝的铸铁合金的光学显微照片；
图1C是根据本公开的教导的具有3.0重量％的铝的铸铁合金的光学显微照片；
图2A是商用SiMo51铸铁合金的微结构的扫描电子显微镜(SEM)图像和枝晶间碳化钼的能量色散x射线(EDX)分析(重量％)；
图2B是具有3.0重量％的铝的铸铁合金的微结构的SEM图像和枝晶间碳化钼的EDX分析(重量％)；
图2C是在具有3.0重量％的铝的铸铁合金中呈镧、铈、锆析出物的形式的石墨晶核的SEM图像；
图3是商用SiMo51铸铁合金和具有3.0重量％的铝的铸铁合金的ThermoCalc计算出的密度随着温度的变化而变化的曲线图；
图4A是在商用SiMo51铸铁合金的三个热循环期间通过实验测量到的线性尺寸随着温度的变化而变化的曲线图；
图4B是在具有1.8重量％的铝的铸铁合金的三个热循环期间通过实验测量到的线性尺寸随着温度的变化而变化的曲线图；
图4C是在具有3.0重量％的铝的铸铁合金的三个热循环期间通过实验测量到的线性尺寸随着温度的变化而变化的曲线图；
图5A是在商用SiMo51铸铁合金的氧化和脱碳期间反应的氧气的量随着在空气中氧化100小时期间的温度的变化而变化的曲线图；
图5B是在具有1.8重量％的铝的铸铁合金的氧化和脱碳期间反应的氧气的量随着在空气中氧化100小时期间的温度的变化而变化；
图5C是在具有3.0重量％的铝的铸铁合金的氧化和脱碳期间反应的氧气的量随着在空气中氧化100小时期间的温度的变化而变化；
图6是商用SiMo51铸铁合金、具有1.8重量％的铝的铸铁合金和具有3.0重量％的铝的铸铁合金的极限拉伸强度随着温度的变化而变化的曲线图；并且
图7是在商用SiMo51铸铁合金、具有1.8重量％的Al的铸铁合金和具有3.0重量％的铝的铸铁合金的热机械疲劳测试中在范围为400℃至800℃的温度下应变随着失效循环次数的变化而变化的曲线图。
本文描述的附图仅用于说明目的，而并不意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征。
本公开提供了一种或多种铸铁合金(在本文中简称为“铸铁合金”)，其具有改进的高温抗氧化性和增强的抗热机械疲劳(TMF)性。如本文所使用，短语“高温氧化”是指铸铁合金在高温下在含氧气氛中的氧化，并且短语TMF是指导致铸铁合金疲劳的循环机械载荷以及导致铸铁合金的高温氧化的循环热载荷或暴露的组合。
本公开的铸铁合金包含碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)和铝(Al)，以及余量的铁(Fe)和不可避免的微量元素。另外，在一些变型中，铸铁合金包含镁(Mg)、硫(S)、锆(Zr)、铈(Ce)和镧(La)。微量元素的非限制性示例包括硼(B)、铅(Pb)、铋(Bi)、钛(Ti)、锌(Zn)、铬(Cr)、钴(Co)、铌(Nb)和铜(Cu)等。
关于上述合金元素，C的量会影响铸铁合金中的石墨相的体积和所述铸铁合金的凝固顺序。在一些变型中，铸铁合金的凝固模式是亚共晶的。此外，较低水平的C会导致铸铁合金的较低热导率，而高水平会导致过共晶凝固模式。因此，铸铁合金中的C的下限为约2.6重量百分比(重量％)，并且铸铁合金中的C的上限为约3.4重量％。另外，在至少一个变型中，铸铁合金中的C是在约2.8重量％与约3.2重量％之间。
Si的量会影响铸铁合金的高温抗氧化性、碳活度和延展性。具体地，高浓度的Si通常会提高高温抗氧化性，但是会降低铸铁合金的延展性。因此，铸铁合金中的Si的下限为约2.4重量％，并且铸铁合金中的C的上限为约3.2重量％。在至少一个变型中，铸铁合金中的Si是在约2.6重量％与约3.2重量％之间。另外，在一些变型中，铸铁合金中的C是在约2.8重量％与约3.2重量％之间，并且铸铁合金中的Si是在约2.6重量％与约3.2重量％之间。
Mn的量会影响可硬化性、机械加工性、延展性和冲击性质。具体地，Mn与铸铁合金中的S发生反应，使得脆性硫化铁的形成减少并且增加了铸铁合金中的珠光体的质量或体积分数。另外，随着珠光体的量在铸铁合金中的增加，硬度、屈服强度和拉伸强度增加，而拉伸伸长率(延展性)降低。此外，当Mn含量超过完全珠光体微结构所需的量时，铸铁合金被脆化，同时拉伸强度降低并且延展性持续降低。因此，铸铁合金中的Mn的下限为约0.3重量％，并且铸铁合金中的Mn的上限为约0.6重量％。另外，在至少一个变型中，铸铁合金中的Mn是在约0.32重量％与约0.5重量％之间。
Mo的量会影响铸铁合金的包括蠕变和可硬化性的高温机械性质。具体地，Mo添加物增加了强度、可硬化性和成本，但是会降低铸铁合金的延展性。因此，铸铁合金中的Mo的下限为约0.4重量％，并且铸铁合金中的Mo的上限为约1.2重量％。另外，在至少一个变型中，铸铁合金中的Mo是在约0.6重量％与约1.0重量％之间。
Ni的量会影响铸铁合金的强度、机械加工性和韧性。具体地，Ni添加物增加了强度、机械加工性、韧性和成本。因此，铸铁合金中的Ni的下限为约0.6重量％，并且铸铁合金中的Ni的上限为约1.75重量％。在至少一个变型中，铸铁合金中的Ni含量是在约0.8重量％与约1.5重量％之间。另外，在一些变型中，铸铁合金中的Mo是在约0.6重量％与约1.0重量％之间，并且铸铁合金中的Ni是在约0.8重量％与约1.5重量％之间。
Mg的量会影响铸铁中的石墨的形状。具体地，较低水平的Mg会导致铸铁合金中的蠕虫状或片状石墨，而较高水平会导致晶胞间碳化物和收缩孔隙度。因此，铸铁合金中的Mg的下限为约0.01重量％，并且铸铁合金中的Mg的上限为约0.075重量％。另外，在至少一个变型中，铸铁合金中的Mg含量是在约0.02重量％与约0.05重量％之间。
Al的量会影响铸铁合金的高温抗氧化性、碳活度和延展性。具体地，高浓度的铝通常会提高高温抗氧化性，但是会降低铸铁合金的延展性。因此，铸铁合金中的Al的下限为约1.8重量％，并且铸铁合金中的Al的上限为约3.5重量％。另外，在至少一个变型中，铸铁合金中的Al是在约2.0重量％与约3.2重量％之间。
硫通常作为杂质而存在并且具有小于约0.03重量％的期望含量。在一些变型中，S在铸铁合金中的存在量是在约0.003重量％与约0.025重量％之间。另外，在至少一个变型中，S在铸铁合金中的存在量是在约0.005重量％与约0.015重量％之间。
锆、Ce和La通过促成和/或形成石墨球的异相成核位点来影响铸铁合金中的石墨的成核。在一些变型中，Zr在铸铁合金中的存在量是在约0.001重量％与约0.02重量％之间。在至少一个变型中，Ce在铸铁合金中的存在量是在约0.001重量％与约0.03重量％之间。另外，在一些变型中，La在铸铁合金中的存在量是在约0.0005重量％与约0.02重量％之间。
表1提供了铸铁合金中的合金元素的范围(以重量％计)。
| 合金元素 | 宽范围 | 窄范围 |
| C | 2.6–3.4 | 2.8–3.2 |
| Si | 2.4–3.2 | 2.6–3.2 |
| Mn | 0.3–0.6 | 0.32–0.5 |
| Mo | 0.4–1.2 | 0.6–1.0 |
| Ni | 0.6–1.75 | 0.8–1.5 |
| Mg | 0.01–0.075 | 0.02–0.05 |
| Al | 1.8–3.5 | 2.0–3.2 |
| S | 0.003–0.025 | 0.005–0.015 |
| Zr | 0.001–0.02 | 0.001–0.01 |
| Ce | 0.001–0.03 | 0.002–0.02 |
| La | 0.0005–0.02 | 0.001–0.02 |
| Fe | 余量 | 余量 |
表1.
实验
通过下表2中提供的几个示例评估了一系列铸铁组合物(重量％)。
表2.
参考图1A至图1C，示出了商用SiMo51合金(图1A-用作基础合金或基础组合物)、SiMo1.8Al合金(图1B)和SiMo3Al合金(图1C)的铸态微结构。如图2A至图2B所示，三种合金中的每一者都具有主要铁素体基体‘F’，所述铁素体基体具有呈固溶体的Si和Al、石墨球‘G’和在共晶晶界处的碳化钼‘MC’。由于相对较高的Si含量，SiMo51合金表现出具有一些畸变的大部分呈球形的石墨球。SiMo1.8Al和SiMo3Al中的石墨球较少呈球形。然而，与具有相对较高的Al浓度且未利用Ce、La和/或Zr微合金化的铸铁合金相比较，利用Ce、La和Zr对SiMo1.8Al和SiMo3Al合金进行微合金化(即，合金添加物少于0.1重量％)减少了石墨球形状的畸变。虽然不受理论的束缚，但是认为利用Ce、La和Zr对SiMo1.8Al和SiMo3Al合金进行微合金化提供了富含La、Ce、Zr的成核位点(例如，参见图2C)以用于析出石墨球，这进而有助于减少这些合金中的石墨球形状的畸变。
相对于铸铁合金的TMF抗性可考虑的一个因素是合金的密度随着温度的变化而变化。具体地，密度随着温度的升高和降低而发生的相对较大的变化可能会导致铸铁部件内产生显著的内应力，并且此类内应力可能会增加疲劳开裂。因此，对SiMo51合金和SiMo3Al合金进行了密度随着温度的变化而变化的ThermoCalc模拟，并且在图3中示出了结果。具体地，图3示出了在SiMo51和SiMo3Al合金中的铁素体基体在约860℃与约940℃之间的温度下转变为奥氏体(即，共析反应/转变)的过程中的密度的ThermoCalc计算变化。应当理解，术语“ThermoCalc”是指可从Thermo-Calc Software获得的软件、数据库、附加模块和软件开发工具包(SDK)。SiMo51合金的密度变化为约0.22克/立方厘米(g/cm3)，而SiMo3Al合金的密度变化为约0.08g/cm3。因此，在约860℃与约940℃之间，SiMo3Al合金表现出的密度变化是SiMo51合金的密度变化的约三分之一(36％)。因此，SiMo3Al合金中的Al不仅降低了合金中的铁素体的密度(即，在500℃至860℃之间)，而且Al在更大程度上降低了SiMo3Al合金中的奥氏体的密度。
除了铸铁合金的密度变化之外，热循环期间的尺寸稳定性还可对铸铁部件的寿命起到重要的作用。因此，对SiMo51合金、SiMo1.8Al合金和SiMo3Al合金进行了随着温度的升高而变化的线性膨胀测试和随着温度的降低而变化的线性收缩测试，并且在图4A至图4C中示出了结果。在氩气(Ar)气氛中经由膨胀法对SiMo51、Si1.8Al和SiMo3Al铸铁合金样本进行线性膨胀和线性收缩测量。另外，对经受以下三个循环程序的SiMo51、Si1.8Al和SiMo3Al铸铁合金样本进行测量：
循环1＝>以5℃/分钟(℃/min)从20℃加热到930℃–在930℃下保持20分钟–以-5℃/min从930℃冷却到500℃–在500℃下保持20分钟；
循环2＝>以5℃/min从500℃加热到930℃–在930℃下保持20分钟–以-5℃/min从930℃冷却到500℃–在500℃下保持20分钟；以及
循环3＝>以5℃/min从500℃加热到930℃–在930℃下保持20分钟–以-5℃/min从930℃冷却到500℃–在500℃下保持20分钟(即，循环3＝循环2)。
图4A至图4C示出了循环1和3的线性变化，并且如通过将图4A至图4C进行比较所示，SiMo51合金在500℃与930℃之间表现出约0.25％的线性变化，而SiMo3Al合金在500℃与930℃之间表现出约0.03％的线性变化(即，减小了约10倍)。另外，Al的添加减少了冷却-加热循环的迟滞，并且如下表3所示，与SiMo51合金相比较升高了Ac1、Ac3、Ar3和Ar3温度(也称为“临界温度”)(冷却速率＝5℃/min；冷却速率＝-5℃/min)。
表3.
应当理解，“Ac1温度”是在以指定加热速率加热时铁素体开始转变为奥氏体所处的温度，Ac3温度是在以指定加热速率加热时铁素体完全转变为奥氏体所处的温度，Ar3温度是在以指定冷却速率冷却时奥氏体开始转变为铁素体所处的温度，并且Ar1温度是在指定冷却速率下奥氏体完全转变为铁素体所处的温度。
高温抗氧化性也可能是关系到铸铁部件的寿命的重要因素。因此，对处于铸态状态的SiMo51、SiMo1.8Al和SiMo3Al合金进行了空气中的高温氧化测试，并且在图5中示出了结果。具体地，将处于铸态状态的SiMo51、SiMo1.8Al和SiMo3Al合金的样品放置和暴露于处于700℃、750℃和800℃的熔炉中的空气中100小时。所应用的测试方法包括控制重量变化和碳分析以分离出两个主要氧化过程，即，在铸铁合金上形成氧化皮的金属组分的氧化和铸铁合金的脱碳(de-C)。对于商用SiMo51合金，将测试温度升高到高于750℃显著增加了脱碳，而氧化皮形成量稳定地增加(图5A)。对于SiMo3Al合金，与商用SiMo51合金相比较，用于氧化皮形成和脱碳的反应的氧气的总量显著减少，并且温度对所形成的氧化皮的量的影响最小(图5C)。对于SiMo1.8Al合金，观察到了介于SiMo51合金与SiMo3Al合金之间的中间行为(图5C)。
当在高温下选择和使用铸铁合金时，高温强度也可能是重要因素。因此，对SiMo51、SiMo1.8Al和SiMo3Al合金进行了高温机械测试，并且在图6中示出了结果。具体地，在600℃、700℃、750℃和800℃下对SiMo51、SiMo1.8Al和SiMo3Al合金执行了拉伸测试，并且在图6中示出了极限拉伸强度(在本文中也简称为“拉伸强度”)随着这些温度而变化的曲线图。另外，如图6所示，与SiMo51合金相比较，SiMo3Al合金在600℃下表现出大约50％的拉伸强度增加，在700℃下表现出大约68％的拉伸强度增加，在750℃下表现出大约36％的拉伸强度增加，并且在800℃下表现出大约52％的拉伸强度增加。
因此，应当理解，与SiMo51合金相比较，SiMo3Al合金表现出改进的尺寸稳定性、高温抗氧化性和高温强度的组合。此外，SiMo3Al的TMF测试证实了其在高温下的增强的性能。具体地，对SiMo51、SiMo0.5Cr、SiMo1Cr和SiMo3Al合金进行了TMF测试，并且在图7中示出了结果。TMF测试由以下循环组成：从400℃到800℃的2分钟热循环-从800℃到400℃的2分钟冷却循环，结合对样品施加应变。在竖直轴线上示出了在给定测试期间施加在样本上的机械应变‘ΔE’，并且在水平轴线(以10为底的对数刻度)上示出了总失效循环次数‘Nf’(即，当样本中出现裂纹时)。此外，所施加的应变是“异相的”，因为拉伸应变是在400℃下施加，而压缩应变是在800℃下施加，并且异相TMF测试模拟了汽车部件(例如，排气歧管)在正常起动/关闭发动机操作期间的状况。另外，如图7所示，SiMo1.8Al和SiMo3Al合金的失效循环次数Nf是SiMo51合金的失效循环次数Nf的大约20倍。换句话说，与商用SiMo51合金相比较，SiMo1.8Al和SiMo3Al合金在抗TMF性方面表现出了20倍的增加。
因此，本公开提供了一种具有增强的物理、机械和高温氧化性质的可用于一系列应用的铸铁合金。例如，在一些变型中，根据本公开的教导的所述铸铁合金用于汽车应用中，诸如用于排气歧管和涡轮壳体等。
在一些变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在一些变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.8重量％至3.2重量％之间的C、在2.6重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在至少一个变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.32重量％至0.5重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在一些变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.0重量％之间的Mn、在0.8重量％至1.5重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在至少一个变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.02重量％至0.05重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在一些变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在2.0重量％至3.2重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在至少一个变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.005重量％至0.015重量％之间的S、在0.002重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.0005重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在一些变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.6重量％至3.4重量％之间的C、在2.4重量％至3.2重量％之间的Si、在0.3重量％至0.6重量％之间的Mn、在0.4重量％至1.2重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.75重量％之间的Ni、在0.01重量％至0.075重量％之间的Mg、在1.8重量％至3.5重量％之间的Al、在0.003重量％至0.025重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.001重量％至0.03重量％之间的Ce、在0.001重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
在至少一个变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.8重量％至3.2重量％之间的C、在2.6重量％至3.2重量％之间的Si、在0.32重量％至0.5重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.0重量％之间的Mn、在0.8重量％至1.5重量％之间的Ni、在0.02重量％至0.05重量％之间的Mg、在2.0重量％至3.2重量％之间的Al、在0.005重量％至0.015重量％之间的S、在0.001重量％至0.02重量％之间的Zr、在0.002重量％至0.02重量％之间的Ce、在0.001重量％至0.02重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
另外，在一些变型中，所述铸铁合金具有以下化学组成：在2.8重量％至3.2重量％之间的C、在2.6重量％至3.0重量％之间的Si、在0.35重量％至0.5重量％之间的Mn、在0.6重量％至1.0重量％之间的Mn、在0.8重量％至1.5重量％之间的Ni、在0.02重量％至0.05重量％之间的Mg、在2.0重量％至3.2重量％之间的Al、在0.005重量％至0.015重量％之间的S、在0.002重量％至0.01重量％之间的Zr、在0.002重量％至0.02重量％之间的Ce、在0.001重量％至0.01重量％之间的La以及余量的Fe和不可避免的微量元素。此外，在至少两个变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时具有至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。另外，在一些变型中，具有这种组成的铸铁合金当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时具有至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应当理解为由字词“约”或“大约”修饰。出于各种原因期望进行这种修饰，所述原因包括：工业实践；材料、制造和组装公差；以及测试能力。
如本文所使用，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一者、B中的至少一者以及C中的至少一者”。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，提供了一种具有以重量百分比(重量％)计的组成的铸铁合金，所述铸铁合金具有：在2.6重量％至3.4重量％之间的碳；在2.4重量％至3.2重量％之间的硅；在0.32重量％至0.6重量％之间的锰；在0.4重量％至1.2重量％之间的钼；在0.6重量％至1.75重量％之间的镍；在0.01重量％至0.075重量％之间的镁；在1.8重量％至3.5重量％之间的铝；在0.003重量％至0.025重量％之间的硫；在0.001重量％至0.02重量％之间的锆；在0.001重量％至0.03重量％之间的铈；在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧；以及余量的铁和不可避免的微量元素。
根据一个实施例：碳是在2.8重量％至3.2重量％之间；硅是在2.6重量％至3.0重量％之间；锰是在0.35重量％至0.5重量％之间；钼是在0.6重量％至1.0重量％之间；镍是在0.8重量％至1.5重量％之间；镁是在0.02重量％至0.05重量％之间；铝是在2.0重量％至3.2重量％之间；硫是在0.005重量％至0.015重量％之间；锆是在0.002重量％至0.01重量％之间；铈是在0.002重量％至0.02重量％之间；并且镧是在0.001重量％至0.01重量％之间。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，由所述铸铁合金形成的零件，其中所述零件包括以下项中的至少一者：等于或大于885℃的Ac1温度；当在400℃至800℃之间循环并且总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命；以及当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时为至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
根据本发明，提供了一种具有以重量百分比(重量％)计的组成的铸铁合金，所述铸铁合金具有：在2.6重量％至3.4重量％之间的碳；在2.4重量％至3.2重量％之间的硅；在0.35重量％至0.5重量％之间的锰；在0.4重量％至1.2重量％之间的钼；在0.6重量％至1.75重量％之间的镍；在0.01重量％至0.075重量％之间的镁；在1.8重量％至3.5重量％之间的铝；在0.003重量％至0.025重量％之间的硫；在0.001重量％至0.02重量％之间的锆；在0.001重量％至0.03重量％之间的铈；在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧；余量的铁和不可避免的微量元素；以及形成于(La、Ce、Zr)(O、S)晶核上的多个石墨球。
根据一个实施例，本发明的特征还在于由所述铸铁合金形成的零件，其中所述零件包括：当在400℃至800℃之间循环并且总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命；以及当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时为至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
Claims (15)
1.一种具有以重量百分比(重量％)计的组成的铸铁合金，所述铸铁合金包含：
在2.6重量％至3.4重量％之间的碳；
在2.4重量％至3.2重量％之间的硅；
在0.3重量％至0.6重量％之间的锰；
在0.4重量％至1.2重量％之间的钼；
在0.6重量％至1.75重量％之间的镍；
在0.01重量％至0.075重量％之间的镁；
在1.8重量％至3.5重量％之间的铝；
在0.003重量％至0.025重量％之间的硫；
在0.001重量％至0.02重量％之间的锆；
在0.001重量％至0.03重量％之间的铈；
在0.0005重量％至0.02重量％之间的镧；以及
余量的铁和不可避免的微量元素。
2.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中存在以下项中的至少一种：碳是在2.8重量％至3.2重量％之间，并且硅是在2.6重量％至3.2重量％之间。
3.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中锰是在0.32重量％至0.5重量％之间。
4.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中存在以下项中的至少一种：钼是在0.6重量％至1.0重量％之间，并且镍是在0.8重量％至1.5重量％之间。
5.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中镁是在0.02重量％至0.05重量％之间。
6.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中铝是在2.0重量％至3.2重量％之间。
7.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中存在以下项中的至少一种：硫是在0.005重量％至0.015重量％之间，并且铈是在0.002重量％至0.02重量％之间。
8.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中镧是在0.001重量％至0.02重量％之间。
9.根据权利要求1所述的铸铁合金，所述铸铁合金还包含形成于含镧晶核上的多个石墨球。
10.根据权利要求9所述的铸铁合金，其中所述含镧晶核是(La、Ce、Zr)(O、S)晶核。
11.根据权利要求1所述的铸铁合金，所述铸铁合金还包括由所述铸铁合金形成的零件，其中所述零件包括等于或大于875℃的Ac1温度。
12.根据权利要求11所述的铸铁合金，其中所述Ac1温度等于或大于885℃。
13.根据权利要求1所述的铸铁合金，所述铸铁合金还包括由所述铸铁合金形成的零件，其中所述零件包括当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.001m/m时为至少10,000次循环的热机械疲劳寿命。
14.根据权利要求1所述的铸铁合金，所述铸铁合金还包括由所述铸铁合金形成的零件，其中所述零件包括当在400℃至800℃之间循环，而总循环应变等于0.002m/m时为至少2,000次循环的热机械疲劳寿命。
15.根据权利要求1所述的铸铁合金，其中：
碳是在2.8重量％至3.2重量％之间；
硅是在2.6重量％至3.0重量％之间；
锰是在0.35重量％至0.5重量％之间；
钼是在0.6重量％至1.0重量％之间；
镍是在0.8重量％至1.5重量％之间；
镁是在0.02重量％至0.05重量％之间；
铝是在2.0重量％至3.2重量％之间；
硫是在0.005重量％至0.015重量％之间；
锆是在0.002重量％至0.01重量％之间；
铈是在0.002重量％至0.02重量％之间；并且
镧是在0.001重量％至0.01重量％之间。
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