[发明专利]蠕墨铸铁合金和内燃机缸头

说明书

本发明涉及用于汽车和类似应用的铸铁合金技术领域。待解决的问题：目前，内燃机的结构零件由灰口铸铁合金或蠕墨铸铁合金制成，所述灰口铸铁合金几乎不具有大于350MPa的拉伸强度极限范围且所述蠕墨铸铁合金在高温下没有保持稳定。问题的解决方案：公开了蠕墨铸铁合金，由于添加钼、铜和锡的量，具有耐热因数从0.5至1.7％(HRF＝3×(％Mo)+1×(％Sn)+0.25×(％Cu))，实现了在室温且直至300℃下500至550MPa的拉伸强度极限，和在400℃下430至450MPa的拉伸强度极限。

发明领域

本发明涉及被设计用于制造内燃机缸头的新的蠕墨铸铁合金，并且更特别地，对高温机械性质具有特殊要求的蠕墨铸铁合金特别适用于制造高效内燃机缸头。

所讨论的发明还涉及内燃机缸头，其由本文公开的蠕墨铸铁合金制成。

发明背景

本领域技术人员公知的是内燃机包含熟练地将来自化学反应的能量转变成可用的机械能的机器。大体上，能量转化的过程随着燃料物理化学特征的受控操纵而出现，其经历在体积、压力和温度方面的改变。当然，燃料的物理化学特征的受控操纵发生在受控环境内部，即内燃机本身内部。在这个意义上，已知内燃机(特别是应用在汽车车辆中的那些)的受控环境被限定在由常已知为发动机体和发动机缸头的结构零件连接所产生的体积中。

这意味着这些结构零件的构造材料直接影响内燃机作为整体的效率，毕竟这样的制造材料必须将特殊特征集合在一起，使这些结构零件能够经受住体积、压力和燃料温度方面的改变。

因此，注意到汽车工业对于高机械强度铸造材料的需求强烈，意在提高发动机功率。

在任何情况下，本领域技术人员公知的是内燃机的结构零件通常由高强度灰口铸铁或高强度蠕墨铸铁制成。

特别用于制造内燃机缸头的灰口铸铁合金的实例描述于专利文献US 9,132,478。此文献描述了片状灰口铸铁合金，其基本上由在铸铁中添加碳(2.80％至3.60％)、硅(1.00％至1.70％)、锰(0.10％至1.20％)、硫(0.03％至0.15％)、铬(0.05％至0.30％)、钼(0.05％至0.30％)和锡(0.05％至0.20％)组成，构造合金的组织基体具有最大5％的铁素体。虽然描述于专利文献US 9,132,478中的灰口铸铁合金含有高钼含量，其有利于提供良好机械性质，但是其仍然涉及灰口铸铁并因此具有最多350MPa的极限强度值。

还已知添加铬和钼的其它灰口铸铁合金，具有合理的热强度值。然而，在新发动机中燃烧气体温度的提高显示这样的技术不再适用于新的情况。提高钼含量直至0.35％部分解决该问题，从而提高至某一耐热程度，然而没有提出彻底的解决方案，因为其限制在最大350MPa的阻力极限(对于灰口铸铁而言的极限值)。

这意味着已知的灰口铸铁合金几乎不具有大于350MPa的拉伸强度极限范围，其限制使用这种概念上的合金类型用于制造具有更高机械应力水平的内燃机结构零件。

至于考虑到蠕墨铸铁合金，Guesser等人(evaluation of the machinability ofvermicular cast iron through drilling tests，发布于2011年4月11日至15日在巴西Caxias do Sul，RS举办的第6届巴西制造工程会议)教导蠕墨铸铁(其为在制造球墨铸铁过程中由于化学组成误差偶然获得的)自从1965年中期已经是现有技术的一部分，如专利文献US 3,421,886中所述。从概念的角度看，蠕墨铸铁特征在于其包含在珠光体或甚至铁素体/珠光体基体中排列的蠕虫形状的石墨(细长并随机取向的形式，具有圆形端部)。