[发明专利]用于内燃机机体和缸头的蠕墨铸铁合金

说明书

本发明涉及蠕墨铸铁合金，其被特别设计来用于具有机械强度和疲劳强度特殊要求的内燃机机体和缸头。具有高机械强度和高疲劳强度用于制备内燃机机体和缸头的蠕墨铁合金特征在于具有珠光体基体和主要为蠕虫状石墨(70％)并且存在最高至30％的石墨球的显微组织，其中通过如以下限定的具有显微组织因数值高于0.94的显微组织因数(FM)描述它的石墨显微组织。

发明领域

本发明涉及蠕墨铸铁合金，其被特别设计来用于具有机械强度和疲劳强度特殊要求的内燃机机体和缸头。

发明背景

在汽车工业中对于具有高机械强度的铸造合金的需求强烈，其意在减少车辆重量和提高发动机功率。采用CGI 400和CGI 450牌号的蠕墨铁的到来给设计者带来新的机遇，用于具有不同尺寸但都具有高功率密度的发动机中的机体和缸头。这些蠕墨铸铁具有比灰口铸铁好得多的机械强度，达到最高至450MPa的强度极限和315MPa的屈服应力0.2，其中在具有平均拉伸等于零的拉伸-压缩应力中疲劳极限可高于160MPa。另外，蠕墨铸铁的热传导性好，介于球墨铁和灰口铁之间，允许暴露于高温的零件中的良好散热。

技术标准ISO 16112/200预见最高至500MPa强度极限的一类，但是这并没有转变为对这一类有用的任何合适的工业制造技术。另外，根据ISO标准，这一类的硬度将为最高至260HB。标准ASTM A842因为该标准限制蠕墨铁的球化率为20％，所以没有预测所述一类具有500MPa强度极限，因为其将需要更大的球化率。在标准SAE J1887中预期了500类别，然而具有最高至50％球化率和最高至269HB的硬度，其应该明显地减小热传导性并表现出存在收缩和机加工的特殊困难。严格的讲，所述类别仅适合具有非常简单几何形状的零件，例如气缸套和环。同样，描述于专利CN 101423914中的蠕墨铁(甚至具有珠光体基体)仅适用于具有非常简单几何形状的零件例如环，因为它们含有高磷水平，磷提高复杂零件中铸造缺陷的存在趋势，从而使其不能获得高机械强度(特别是疲劳强度)值。另一个专利甚至更早，1977年的美国专利4,036,641描述使用铁-硅-镁-稀土-钛合金制造蠕墨铁的方法，其产生具有高钛含量(最高至0.15％)的蠕墨铁，这由于倾向形成内部孔隙(从而不允许实现高机械强度值)而也不适用于复杂零件例如发动机机体和缸头。

因此，在机体和缸头(具有复杂几何形状的零件)中提高蠕墨铁的使用，需要新一类这种材料，其具有500MPa的最小强度极限和不超过260HB的硬度值。

发明目的

在这一方面提出了具有机械强度和疲劳强度特殊要求的蠕墨铸铁合金的本发明。

发明概述

提出了具有高机械强度和高疲劳强度用于制备内燃机机体和缸头的蠕墨铁合金，具有珠光体基体和主要为蠕虫状石墨(70％)并且存在最高至30％石墨球的显微组织，其中通过如以下限定的具有显微组织因数值高于0.94的显微组织因数(FM)描述它的石墨显微组织，其中FM＝(8.70×A1-0.541×A2+0.449×A3+0.064×A4)/1000，(A1-球化百分比，是指石墨的球形颗粒数(考虑到颗粒小于10μm)，A2-每mm²大于10μm的石墨颗粒数，A3-每mm²小于10μm的石墨颗粒数，和A4-每cm²共晶晶胞数。具有高机械强度用于制备内燃机机体和缸头的蠕墨铁合金表现出500MPa的最小强度极限、350MPa的最小屈服应力、190MPa的最小疲劳极限(拉伸-压缩，R＝-1)。

提出了内燃机机体，其在从支撑轴承获得的样品中表现出500MPa的最小强度极限、350MPa的最小屈服应力、190MPa的最小疲劳极限(拉伸-压缩，R＝-1)。