[发明专利]黑心可锻铸铁及其制造方法

说明书

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