KR20180108495A

KR20180108495A - 노듈형 주조 합금

Info

Publication number: KR20180108495A
Application number: KR1020180033303A
Authority: KR
Inventors: 콘라트 파피스; 세바슈티안 비어슈케
Original assignee: 게오르크 피셔 오토모티브 (쿤산) 컴퍼니 리미티드; 게오르크 피셔 게엠베하; 게오르크 피셔 아이젠구스 게엠베하; 게오르크 피셔 오토모빌구쓰 게엠베하
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-04
Also published as: MX2018003248A; EP3243920A1; BR102018004643A2; JP2018162516A; CN108624803A; EP3243920B1; JP7369513B2; US20180274066A1

Abstract

본 발명은 노듈형 주조 합금, 이로부터 제조된 주조품 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 노듈형 주조 합금은 주철 제품을 위한 펄라이트-페라이트계 미세조직을 가지며 주조 상태에서도 양호한 연성 및 인성과 조합된 고강도를 가지며, 비철 성분으로서 C, Si, Ni, Mn, Cu, Mg, Cr, Al, P, S 및 통상의 불순물을 포함하고, 노듈형 주조 합금은
2.8 내지 3.7 중량% 의 C,
1.5 내지 4 중량% 의 Si,
1 내지 6.2 중량% 의 Ni,
0.02 내지 0.05 중량% 의 P,
0.025 내지 0.06 중량% 의 Mg,
0.01 내지 0.03 중량% 의 Cr,
0.003 내지 0.3 중량% 의 Al,
0.0005 내지 0.012 중량% 의 S,
0.03 내지 1.5 중량% 의 Cu, 및
0.1 내지 2 중량% 의 Mn
을 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이고, 후속 열처리없는 주조 상태의 노듈형 주조 합금은 2 내지 10% 의 파단 연신 A5 의 양호한 연성과 조합된 750 MPa 이상의 인장 강도 및 600 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도의 높은 정적 강도를 달성한다.

Description

노듈형 주조 합금{Nodular cast alloy}

본 발명은, 후속 열처리없는 주조 상태에서도, 2% 내지 10% 의 파단 연신의 양호한 연성과 조합된 750 MPa 이상의 인장 강도 및 600 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도의 높은 정적 강도를 갖고, 비철 성분 C, Si, P, Mg, S, Mn 및 Ni, 및 통상의 불순물을 포함하는 주철 제품을 위한 펄라이트-페라이트계 미세조직을 가지는 노듈형 주조 합금에 관한 것이다. 자동차 구조를 위한 가능한 용도는, 예를 들어, 휠 캐리어, 구조용 차량 부품 및 크랭크샤프트와 같은 샤시 부품이다.

중량 감소의 잠재적 개발을 위해 더 높은 강도를 나타내는 고강도 주철 합금이 자동차 구조에 점점 더 사용되고 있다. 비용상의 이유로, 가능한 경우에 어떠한 열처리 공정을 없애는 것, 그리고 적당량의 합금 성분만으로 필요한 기계적 특성을 달성하는데 중점을 두고 있다.

EP 1 225 239 A1 은, 비철 성분으로서 2 내지 4 중량% 의 Ni 및 0.05 내지 0.45 중량% 의 Mn 을 포함하는 고강도 베이나이트계 노듈형 주조 합금을 개시하고 있으며, Ni-Mn 범위는 강도 대 연신의 가변 비율을 조절하는 역할을 한다. 해당 발명을 실시하기 위해, 비철 성분은 3.1 내지 4 중량% 의 C 및 1.8 내지 3 중량% 의 Si 인 것이 바람직하다. 이 미세조직에서 이 조성을 갖는 재료는 7 내지 14.5% 의 파단 연신과 조합된 500 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도 및 650 내지 850 MPa 의 높은 인장 강도를 나타낸다. 이러한 특성은 열처리없이 달성되지만, 달성할 수 있는 강도는 합금 조성에 의해 제한된다.

DE 10 2004 040 056 A1 은 고강도 및 내마모성 및 내식성으로 기술된 또 다른 주철 합금을 개시하고 있다. 이는 3 내지 4.2 중량% 의 C, 1 내지 3.5 중량% 의 Si, 1 내지 6 중량% 의 Ni, 5 중량% 이하의 Cr, 3 중량% 이하의 Cu, 3 중량% 이하의 Mo, 1 중량% 이하의 Mn, 1 중량% 이하의 V, 0.4 중량% 이하의 P, 0.1 중량% 이하의 S, 0.08 중량% 이하의 Mg, 0.3 중량% 이하의 Sn 및 생산-관련 불순물로 이루어진다. 이러한 광범위한 합금 범위는 오스테나이트 (20% 미만), 마르텐사이트 (30% 미만), 펄라이트 (50% 미만) 및 탄화물 (15% 미만) 의 상이한 비율을 갖는 50% 초과의 침상 페라이트의 다양한 매트릭스 조성으로 된다; 흑연 형성은 구상 흑연에 국한되지 않고 버미큘라 (vermicular) 및 라멜라 (lamellar) 유형일 수 있다. 피스톤 링의 사용 예에 대해서 얻을 수 있는 굴곡 파괴 강도는 1100 MPa 초과이며 경도는 320 HB2.5 이다; 보다 상세하게 특정되지 않은 높은 인성/연성이 강조된다. 그러나, 파단 연신율은, 특히, 미세조직에서 15% 이하의 탄화물 함량을 갖는 합금 변형의 경우에 현저하게 감소될 수 있다. 벽 두께가 작은 경우 (모듈러스 ≤ 1.5 cm), 700℃ 미만의 온도에서 템퍼링 형태의 추가 공정 단계가 필요할 수도 있다.

CA 122 40 66 A1/US 448 49 53 A 로부터 고강도 노듈형 주조 합금이 공지되어 있으며, 이 노듈형 주조 합금은, 비철 성분으로서, 3 내지 3.6 중량% 의 C, 3.5 내지 5 중량% 의 Si, 0.7 내지 5 중량% 의 Ni, 0 내지 0.3 중량% 의 Mo, 0.2 내지 0.4 중량% 의 Mn, 0.06 중량% 이하의 P 및 0.015 중량% 이하의 S 를 포함한다. 여기서의 단점은, 페라이트화 열처리가 절대적으로 필요한 페라이트-베이나이트계 미세조직이 지시된 950 MPa 이상의 인장 강도, 550 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도 및 6 내지 10% 의 파단 연신을 달성하기 위해서 필요하다는 것이다.

US 370 22 69 A 는 고강도의 비교적 고합금화된 노듈형 주조 합금을 개시하고 있으며, 이의 비철 성분은 2.6 내지 4 중량% 의 C, 1.5 내지 4 중량% 의 Si, 6 내지 11 중량% 의 Ni, 7 중량% 이하의 Co, 0.4 중량% 이하의 Mo, 1 중량% 이하의 Mn 및 0.2 중량% 이하의 Cr 을 포함한다. 1000 MPa 이상의 높은 인장 강도는 미세한 입자의 베이나이트계 미세조직에 기인하며, 목표 미세조직은 템퍼링의 형태의 필요한 열처리에 의해 세팅되어야 하는데, 이는 추가 비용을 필요로 한다.

US 585 35 04 A 는 철계의 비교적 고합금화된 주조 재료를 개시하고 있으며, 이의 비철 성분은 0.8 내지 3.5 중량% 의 C, 1 내지 7 중량% 의 Si, 5 내지 15 중량% 의 Ni, 1 중량% 이하의 Mn, 2 중량% 이하의 Cr, 그리고 Mg, Ca 및 Ce 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소 0.1 중량% 이하 그리고 Mo, Nb, Ti 및 V 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소 2 중량% 이하를 포함한다. 상기 재료는 미세조직에서 적어도 30% 의 마르텐사이트의 비율로 적어도 250 HV 의 경도를 갖는다; 흑연 형성은 주로 구상이다. 타겟 제품으로서, 바람직하게는 반도체 제조에 사용되는 래핑 디스크 (lapping disc) 가 언급된다. 선택적인 열처리에도 불구하고, 주요 마르텐사이트 매트릭스 및 합금에 존재하는 5 내지 10% 의 탄화물 때문에 단지 낮은 파단 연신만이 고려될 수 있다. 안전상의 이유로, 이는 구조/샤시 부품과 같은 동적으로 응력을 받는 자동차 주조 제품을 위한 사용은 배제한다.

US 354 94 30 A 로부터는 고강도 베이나이트계 노듈형 주조 합금이 공지되어 있는데, 이 노듈형 주조 합금은 비철 성분으로서 2.9 내지 3.9 중량% 의 C, 1.7 내지 2.6 중량% 의 Si, 3.2 내지 7 중량% 의 Ni, 0.15 내지 0.4 중량% 의 Mo, 0.2 중량% 이하의 Cr 및 1 중량% 이하의 Mn 을 함유한다. 합금은 적어도 2% 의 파단 연신과 조합된 520 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도, 820 MPa 이상의 높은 인장 강도를 나타낸다. 이러한 특성을 얻기 위해서는, 열처리가 필요하며, 비교적 큰 벽 두께의 경우에 국부적으로 사용되는 냉각 몰드 (chill mould) 가 추가로 필요할 수 있다.

또한, DE 180 85 15 A1 은 고강도 노듈형 주조 합금을 개시하고 있으며, 이의 비철 성분은 2.9 내지 3.9 중량% 의 C, 1.7 내지 2.6 중량% 의 Si, 3.2 내지 7 중량% 의 Ni, 0.15 내지 0.4 중량% 의 Mo, 0.1 중량% 이하의 Mg, 0 내지 1 중량% 의 Mn 및 0 내지 0.25 중량% 의 Cr 을 함유하고, Mo 및 Cr 의 총 함량이 0.5 중량% 이하이다. 이 재료는 적어도 4% 의 파단 연신과 조합된 750 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도 및 1000 MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 그러나, 이 재료의 중심적인 특징은 200 내지 315℃ 의 온도에서 수 시간 동안 템퍼링 형태의 열처리를 하는 것인데, 이는 지시된 특성들이 매트릭스 미세조직의 템퍼링없이는 달성될 수 없기 때문이다.

EP 1 834 005 B1 으로부터는 자동차 구조에서의 적용을 위한 고강도, 주로 펄라이트계 노듈형 주조 합금이 공지되어 있다. 이는 비철 성분 3.0 내지 3.7 중량% 의 C, 2.6 내지 3.4 중량%의 Si, 0.02 내지 0.05 중량% 의 P, 0.025 내지 0.045 중량% 의 Mg, 0.01 내지 0.03 중량% 의 Cr, 0.003 내지 0.017 중량% 의 Al, 0.0005 내지 0.012 중량% 의 S, 0.0004 내지 0.002 중량% 의 B, 0.1 내지 1.5 중량% 의 Cu, 0.1 내지 1.0 중량% 의 Mn 및 불가피한 불순물을 함유한다. 이 조성물로 제조된 샤시 부품은, 부가적인 열처리가 없는 주조 상태에서도, 14 내지 5% 의 파단 연신과 조합된 400 내지 600 MPa 의 0.2% 오프셋 항복 강도 및 600 내지 900 MPa 의 인장 강도를 갖는다.

이러한 선행 기술로부터, 본 발명의 주요 목적은 주조 상태에서도 0.2% 오프셋 항복 강도, 인장 강도 및 파단 연신율에 대한 요구가 쉽게 달성될 수 있는, 즉 ADI 재료 (= Austempered Ductile Iron) 와 같은 공지된 고강도 주철 합금과는 달리, 별도의 열처리를 필요로 하지 않는 고강도 노듈형 주조 합금을 제공하는 것이다.

이 목적은, 본 발명의 노듈형 주조 합금에 의해 달성되는데, 이 노듈형 주조 합금은 2.8 내지 3.7 중량% 의 C, 1.5 내지 4 중량% 의 Si, 1 내지 6.2 중량% 의 Ni, 0.02 내지 0.05 중량% 의 P, 0.025 내지 0.06 중량% 의 Mg, 0.01 내지 0.03 중량% 의 Cr, 0.003 내지 0.3 중량% 의 Al, 0.0005 내지 0.012 중량% 의 S, 0.03 내지 1.5 중량% 의 Cu, 및 0.1 내지 2 중량% 의 Mn 을 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이고, 후속 열처리없는 주조 상태의 노듈형 주조 합금은 2 내지 10% 의 파단 연신 A5 의 양호한 연성과 조합된 750 MPa 이상의 인장 강도 및 600 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도의 높은 정적 강도를 달성한다.

구상 흑연 침전물을 둘러싸는 매트릭 미세조직은 50% 초과의 펄라이트를 포함하는 펄라이트-페라이트계 조직을 갖는다; 펄라이트는 바람직하게는 미세한 줄무늬 (fine streak) 로서 존재하고, 페라이트는 바람직하게는 구형 형태로 존재한다. 이는 기계적 특성 및 카바이드 형성물 Mo, Nb, Ti 및 V 의 생략에 부가하여 부분적으로 겹치는 Ni 합금 범위를 갖는 US 585 35 04 A 로부터 공지된 합금과 본 발명의 노듈형 주조 합금 사이의 또 다른 중요한 차이이다. 유사하게, 이 합금은 DE 10 2004 040 056 A1 에 공지된 주철 합금과는 상이한데, 그 이유는 침상 페라이트의 기계적 특성이 구형 페라이트의 기계적 특성과 상당히 상이하기 때문이다.

노듈형 주조 합금은 바람직하게는 샌드에 노듈형 주조 합금의 형태로 존재한다.

본 발명의 핵심 개념은, 본 발명의 노듈형 주조 합금의 적절하게 매칭된 조성과 그 결과로 생기는 기계적 특성의 조합으로 인해, 예를 들어 자동차의 충돌의 경우에 소성 변형은 되어야 하지만 파괴되지는 않아야 하는 액슬 및 샤시 부품 뿐만아니라 높은 동적 응력을 받는 구조 부품 및 크랭크샤프트를 위한 자동차 구조에서 사용될 수 있는 노듈형 주조 합금을 제공하는 것이다.

기계적 특성 및 가능한 용도를 고려할 때, 본 발명의 노듈형 주조 합금은 오스테나이트계 노듈형 주조 합금에 비해 보통의 합금 첨가만이 필요하다는 것을 언급할 만하다.

Ni 및 Si 는 0.2% 오프셋 항복 강도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 이는 첫째로 혼성 결정 강화에 기인하고 (Si 및 Ni), 둘째로 오스테나이트-페라이트 변태 온도를 저온으로 전환하는 것에 의한 펄라이트 정련에 기인한다 (Ni). 합금은 너무 낮지 않은 파단 연신값에서 매우 높은 0.2% 오프셋 항복 강도를 갖는 것이 유리하다 (높은 경량 구조 잠재성). 이는 첫째로 그리고 으뜸으로 1 내지 6.2 중량% 의 Ni, 바람직하게는 2.5 내지 5.2 중량% 의 Ni, 특히 바람직하게는 4 내지 5.2 중량% 의 Ni 를 포함하는 노듈형 주조 합금에 의해 달성된다.

너무 낮지 않은 파단 연신값과 조합된 양호한 강도 특성은 1.5 내지 4 중량% 의 Si, 바람직하게는 2 내지 3.5 중량% 의 Si, 특히 바람직하게는 2.2 내지 3.3 중량% 의 Si 와 조합하여 특히 달성된다. 예를 들어, 마찬가지로 임의의 열처리를 필요로 하지 않는 EP 1 225 239 A1 에 공지된 베이나이트계 합금과 비교하여, 본 발명의 펄라이트-페라이트계 노듈형 주조 합금의 0.2% 오프셋 항복 강도는 500 MPa 이상에 비해 600 MPa 이상으로 상당히 높다 (마찬가지로 인장 강도도 다소 높다). 따라서, EP 1 225 239 A1 에 주어진 실시예는 550 MPa 를 초과하는 0.2% 오프셋 항복 강도의 어떠한 값도 포함하지 않는다.

비철 성분 Si 및 Ni 에 대해 표시된 상한 및 하한에 대한 고수는 펄라이트-페라이트계 목표 미세조직을 위해서 그리고 따라서 본 발명의 노듈형 주조 합금의 기계적 특성을 달성하는데 중요하다. Ni 함량이 1 중량% 미만인 경우, 상당한 오프셋 항복 강도 증가가 관찰되지 않는다; 마르텐사이트 형성의 위험이 높아지기 때문에 6.2 중량% 를 초과하는 함량은 피해야 한다. 마르텐사이트 형성의 위험과 관련하여, 본 발명의 노듈형 주조 합금은 유사한 Ni 함량 한계를 갖는 DE 10 2004 040 056 A1 의 합금에 비해 중요한 이점을 가진다; 따라서 약 8 mm 의 낮은 벽 두께에서도, 후속의 템퍼링 단계가 필요없이 신뢰성있게 마르텐사이트가 없는 미세조직이 달성된다. 본 발명의 노듈형 주조 합금의 바람직한 실시형태에서, 이는 Ni, Si 및 Mn 함량의 특정 조성비에 대한 고수에 의해 달성될 수 있다. 그러므로, 주조 상태에서 마르텐사이트가 없는 펄라이트-페라이트계 미세조직을 달성하기 위해 Ni 및 Si 의 함량의 합계가 9 중량% 이하인 것이 바람직하며, 동시에 비율 (Ni+ 0.5*Mn)/(1.5*Si) 은 1.5 의 값을 초과하지 않아야 한다. Si 함량이 1.5 중량% 미만이면, 탄화물 형성의 위험이 증가한다; 최악의 경우, 백색 주철로서 응고가 발생할 수 있다. Si 함량이 4 중량% 를 초과하면, 파단 연신이 현저히 감소하게 되며, 오스테나이트에서의 탄소의 감소된 용해도로 인해, 마찬가지로 마르텐사이트 형성의 위험성이 증가한다. 또한, 규소는 오스테나이트-페라이트 변태 온도를 더 높은 온도로 이동시키고 따라서 니켈 첨가에 의해 추구되는 펄라이트 정련에 역행하기 때문에, Si 함량도 제한되어야 한다.

기계적 특성을 달성하기 위해 필요한 50% 초과의 펄라이트, 잔부 페라이트를 포함하는 주로 펄라이트계의 미세조직을 보장하기 위해, 특히 동시에 높은 Si 함량에서 본 발명의 노듈형 주조 합금에 대해 지시된 낮은 제한 Ni 함량과 관련하여, 0.03 내지 1.5 중량% 의 Cu 를 합금에 첨가하는 것이 실행된다; 페라이트는 바람직하게는 구형 형태로 존재한다.

Mn 은, 비율이 증가함에 따라, 스크랩을 수반한다. 적절한 함량까지는, Mn 은 오프셋 항복 강도를 증가시키는데 유리하다. 또한, Mn 은 마르텐사이트 시작 온도를 낮추며, 따라서 더 빨리 냉각되는 얇은 벽 구성부품에서의 마르텐사이트 형성의 위험을 줄이는데 도움이 될 수 있다. 본 발명의 노듈형 주조 합금에 대한 Mn 의 2 중량% 의 상한은 탄화물 형성으로 인한 큰 취화에 의해 결정된다; 그러나, 더 낮은 Mn 함량에서도, 특히 동시에 비교적 높은 Si 함량에서 분리 입자 경계 탄화물의 증가가 발견된다.

0.003 내지 0.3 중량% 의 Al 을 합금에 첨가하는 것은 혼성 결정 강화에 의한 강도의 추가 증가를 달성하기 위해 수행될 수 있다. 그러나, Al 은 기계적 특성에 필요한 50% 초과의 펄라이트를 포함하는 주로 펄라이트계의 미세조직과는 반대로 그리고 페라이트 안정화제로서 동시에 작용하기 때문에, Al 의 함량은 0.3 중량% 미만으로 제한되어야 한다.

비철 성분 Mn, Cu, Mg, Cr, Al, P, S 에 대한 지시된 상한의 고수는 본 발명의 노듈형 주조 합금의 기계적 특성을 달성하는데 있어서 그리고 본 발명의 노듈형 주조 합금으로 이루어진 주조 부품의 가공능을 위해 중요하다. 과량의 Cu, Mg, Al 및 S 함량은 흑연 형성에 악영향을 미칠 수 있으며, 흑연 형상이 원하는 구형 형상으로부터 벗어나면 파단 연신율 및 달성가능한 강도가 현저하게 악화된다. Cr 은 마찬가지로 이 경우에 탄화물 형성의 촉진에 의해 취화 작용을 한다. P 는 입자 경계 (구, P-풍부 잔류 용융 영역) 에서 형성될 수 있는 저융점 P-리치 상의 잘 알려진 취화 효과 때문에 제한되어야 한다.

주조 공정 직후, 즉 주형에서의 주조 및 냉각 후에 주조 상태에 존재하는 흑연의 90% 이상이 구형인 것이 바람직하다.

주조 공정 직후, 즉 주형의 주조 및 냉각 후에 주조 상태의 주조 부품의 매트릭스 미세조직이 50 내지 90% 의 펄라이트로 구성되는 것이 유리하다.

유리한 실시형태에서, 주조 공정 직후, 즉 주형에서의 주조 및 냉각 후에 주조 상태의 주조 부품의 미세조직이 mm² 당 200 내지 1200 개의 스페로이드 (spheroid) 를 갖는다.

흑연 입자는 바람직하게는 DIN EN ISO 945 에 따라 적어도 5% 의 크기 8, 40% 내지 70% 의 크기 7, 및 35% 이하의 크기 6 의 크기 분포를 갖는다.

주조 부품은 260 내지 320 HBW 의 브리넬 경도를 갖는 것이 유리하다.

도 1 은 본 발명의 노듈형 주조 합금의 미세조직의 현미경사진을 나타낸다.
도 2 는 여러 가지의 GJS 합금들에 대한 파단 연신 A5 에 따른 오프셋 항복 강도 Rp0.2 를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되거나 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

Y2 시험편이 본 발명의 노듈형 주조 합금으로부터 샌드에서 주조되었다. 화학 조성은 2.87 중량% 의 C, 5.12 중량% 의 Ni, 3.25 중량% 의 Si, 0.03 중량% 의 Cu, 0.22 중량% 의 Mn, 0.046 중량% 의 Mg, O.037 중량% 의 P, 0.022 중량% 의 Cr, 0.013 중량% 의 Al 및 0.003 중량% 의 S 이고, 잔부는 Fe 및 통상의 불순물이다. 따라서 Ni+Si 함량의 합은 약 8.4 중량% (9 중량% 이하가 바람직함) 이고, (Ni+0.5*Mn)/(1.5*Si) 의 비율은 약 1.1 (1.5 이하가 바람직함) 이다. 주조품은 주조 상태에서 스페로이드 (spheroid) 카운트, 흑연 함량, 흑연 형상 및 흑연 크기, 펄라이트 함량에 대해 그리고 인장 시험의 특성의 면에서 그리고 브리넬 경도 및 충격 작업의 면에서 검사되었다. 스페로이드 카운트는 mm² 당 218 스페로이드이고, 흑연 함량은 10.6% 이다. DIN EN ISO 945 에 따른 흑연 형상은 형상 VI 의 94% 이다. DIN EN ISO 945 에 따른 크기 분포는 8% 의 크기 8, 57% 의 크기 7 및 33% 의 크기 6 이다. 매트릭스의 펄라이트 함량은 79% 이다 (미세조직의 이미지의 경우, 도 1 참조, 잔류 성분: 페라이트, 구형 형상을 가짐). 브리넬 경도는 310 +/- 2 HBW5/750 이다. 개별 시험편의 충격 작업은 실온에서 30.1 J 이고, -30℃ 에서 12.5 J 였다. DIN EN ISO 6892-1 에 따른 실온 인장 시험은 다음의 특성 값들을 나타냈다:

- 0.2% 오프셋 항복 강도: 658 내지 663 MPa,

- 인장 강도: 884 내지 889 MPa,

- 파단 연신: 6.2 내지 7.9%,

- 탄성 계수 (100 내지 300 MPa 범위에서 회귀 (regression) 에 의해 결정됨): 175 내지 186 GPa.

시험 영역에서의 주조 벽 두께가 약 8 mm 인 인장 시험편 블랭크가 본 발명의 노듈형 주조 합금의 전술한 예의 동일한 용융물로부터 또한 주조되었다. 이로부터 취한 6 mm 인장 시험편은 Y2 시편 결과를 확인하였다: 6.9% 의 파단 연신과 조합된 872 MPa 의 인장 강도 및 652 MPa 의 0.2% 오프셋 항복 강도를 달성할 수 있었다.

본 발명의 노듈형 주조 합금의 이 예시된 변형예의 시편은, 인장 시험 특성 값에 관해서, ADI (= Austempered Ductile Iron) 의 크기 정도의 주조 상태에서도, EN 1564 하에 유럽에서 표준화되고, 매우 복잡한 열처리를 통해 생산되며, 합금에 Ni 및/또는 Mo 원소를 첨가하는 것만으로 비교적 큰 벽 두께에서 얻을 수 있으며, 따라서 예상대로 비싼 노듈형 주조 재료이다.

예시를 위해, 도 2 에는 오프셋 항복 강도 Rp0.2 가 파단 연신 A5 의 함수로서 도시되어 있다. 본 발명의 노듈형 주조 합금의 전술한 실시예 및 또한 DIN EN 1563 및 DIN EN 1564 로 표준화된 대표적인 노듈형 주조 합금들이 그려져 있다. 도 2 의 회색 선들은 주조 상태에서 생성된 유형의 구상 흑연을 포함하는 주철에 대한 표준 DIN EN 1563 에 따라 최소값을 결합한다. 도 2 의 검정 실선은 열처리된 ADI 등급의 구상 흑연을 포함하는 주철에 대한 표준 DIN EN 1564 에 따라 최소값을 결합한다. 파선의 검정은 Georg Fischer 사의 특허된 노듈형 주조 합금 (EP 1 834 005 B1 및 EP 1 270 747 B1) 을 나타낸다.

Claims

주철 제품을 위한 펄라이트-페라이트계 미세조직을 가지며 주조 상태에서도 양호한 연성 및 인성과 조합된 고강도를 가지며, 비철 성분으로서 C, Si, Ni, Mn, Cu, Mg, Cr, Al, P, S 및 통상의 불순물을 포함하는 노듈형 주조 합금으로서,
상기 노듈형 주조 합금은
2.8 내지 3.7 중량% 의 C,
1.5 내지 4 중량% 의 Si,
1 내지 6.2 중량% 의 Ni,
0.02 내지 0.05 중량% 의 P,
0.025 내지 0.06 중량% 의 Mg,
0.01 내지 0.03 중량% 의 Cr,
0.003 내지 0.3 중량% 의 Al,
0.0005 내지 0.012 중량% 의 S,
0.03 내지 1.5 중량% 의 Cu, 및
0.1 내지 2 중량% 의 Mn
을 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이고, 후속 열처리없는 주조 상태의 상기 노듈형 주조 합금은 2 내지 10% 의 파단 연신 A5 의 양호한 연성과 조합된 750 MPa 이상의 인장 강도 및 600 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도의 높은 정적 강도를 달성하는, 노듈형 주조 합금.
제 1 항에 있어서,
상기 노듈형 주조 합금은 2 내지 3.5 중량% 의 Si, 특히 바람직하게는 2.2 내지 3.3 중량% 의 Si 를 함유하고, 여기서 상기 노듈형 주조 합금에서의 Ni 및 Si 의 함량의 합은 9 중량% 이하이고, 동시에 비율 (Ni+0.5*Mn)/(1.5*Si) 이 1.5 이하이고, 50% 초과의 펄라이트, 잔부 페라이트를 함유하는 순수한 펄라이트-페라이트계 미세조직이 주조 온도로부터 실온으로의 냉각시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 노듈형 주조 합금은 2.5 내지 5.2 중량% 의 Ni, 특히 바람직하게는 4.0 내지 5.2 중량% 의 Ni 를 함유하고, 여기서 상기 노듈형 주조 합금에서의 Ni 및 Si 의 함량의 합은 9 중량% 이하이고, 동시에 비율 (Ni+0.5*Mn)/(1.5*Si) 이 1.5 이하이고, 50% 초과의 펄라이트, 잔부 페라이트를 함유하는 순수한 펄라이트-페라이트계 미세조직이 주조 온도로부터 실온으로의 냉각시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노듈형 주조 합금은 0.2 내지 0.5 중량% 의 Mn, 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.4 중량% 의 Mn 을 함유하고, 여기서 상기 노듈형 주조 합금에서의 Ni 및 Si 의 함량의 합은 9 중량% 이하이고, 동시에 비율 (Ni+0.5*Mn)/(1.5*Si) 이 1.5 이하이고, 50% 초과의 펄라이트, 잔부 페라이트를 함유하는 순수한 펄라이트-페라이트계 미세조직이 주조 온도로부터 실온으로의 냉각시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항에 있어서,
상기 노듈형 주조 합금은 0.03 내지 0.5 중량% 의 Cu, 특히 바람직하게는 0.03 내지 0.1 중량% 의 Cu 를 함유하고, 여기서 상기 노듈형 주조 합금에서의 Ni 및 Si 의 함량의 합은 9 중량% 이하이고, 동시에 비율 (Ni+0.5*Mn)/(1.5*Si) 이 1.5 이하이고, 50% 초과의 펄라이트, 잔부 페라이트를 함유하는 순수한 펄라이트-페라이트계 미세조직이 주조 온도로부터 실온으로의 냉각시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항에 있어서,
상기 노듈형 주조 합금은 0.003 내지 0.25 중량% 의 Al, 특히 바람직하게는 0.003 내지 0.02 중량% 의 Al 을 함유하고, 여기서 상기 노듈형 주조 합금에서의 Ni 및 Si 의 함량의 합은 9 중량% 이하이고, 동시에 비율 (Ni+0.5*Mn)/(1.5*Si) 이 1.5 이하이고, 50% 초과의 펄라이트, 잔부 페라이트를 함유하는 순수한 펄라이트-페라이트계 미세조직이 주조 온도로부터 실온으로의 냉각시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
존재하는 흑연의 90% 이상이 주조 및 냉각 직후에 구형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
주조 및 냉각 직후의 주조 부품의 펄라이트-페라이트계 매트릭스 미세조직이 55 내지 90% 펄라이트이고, 잔류 페라이트가 바람직하게는 구형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
주조 및 냉각 직후의 주조 부품의 미세조직이 mm² 당 200 내지 1200 개의 스페로이드 (spheroid) 를 갖는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
흑연 입자들은 DIN EN ISO 945 에 따라 적어도 5% 의 크기 8, 40% 내지 70% 의 크기 7, 및 35% 이하의 크기 6 의 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
주조 부품은 260 내지 320 HBW 의 브리넬 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 노듈형 주조 합금.
2 내지 10% 의 파단 연신 A5 의 양호한 연성과 조합된 750 MPa 이상의 인장 강도 및 600 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도의 높은 정적 강도를 갖는 자동차의 샤시 부품, 바람직하게는 자동차의 휠 캐리어, 피봇팅 베어링, 액슬 가이드, 크랭크샤프트 및/또는 리어 액슬 하우징을 제조하기 위한 제 1 항에 따른 노듈형 주조 합금의 용도.
제 1 항에 따른 노듈형 주조 합금으로 구성된 주조 부품의 제조 방법으로서,
상기 주조 부품의 주조 및 냉각 후에 상기 주조 부품의 열처리를 행하지 않고, 상기 주조 부품은 2 내지 10% 의 파단 연신 A5 의 양호한 연성과 조합된 750 MPa 이상의 인장 강도 및 600 MPa 이상의 0.2% 오프셋 항복 강도의 높은 정적 강도를 갖는, 노듈형 주조 합금으로 구성된 주조 부품의 제조 방법.