高强度与高韧性的球墨铸铁及由其制造的汽车用配件的制作方法
【专利摘要】本发明根据球墨铸铁及由其制造的汽车用配件，作为球墨铸铁，包含：碳(C)3.2-3.8重量%、硅(Si)2.6-3.3重量%、锰(Mn)0.1-0.5重量%、铜(Cu)0.4-0.8重量%、锡(Sn)0.001-0.03重量%、铋(Bi)0.001-0.03重量%及不可避免的杂质以及余量的铁(Fe)。
【专利说明】高强度与高韧性的球墨铸铁及由其制造的汽车用配件
【技术领域】
[0001]本发明涉及球墨铸铁及由其制造的汽车用配件。更具体而言，本发明涉及作为非热处理型球墨铸铁，能够控制合金成份的元素含量、确保高强度与高韧性的球墨铸铁、制造方法及由其制造的汽车用配件。
【背景技术】
[0002]一般而言，汽车万向节(knuckle)/承载架适用诸如铸铁或铝的材料。特别是中小型车辆，使用低价的球墨铸铁。
[0003]为此，使用通过热处理而实现高强度化的球墨铸铁(例:等温淬火球墨铸铁，ADI)及在非热处理状态下使用通过成份与工序条件控制的G⑶700-800等级的高强度普通球墨铸铁。但是，通过热处理的高强度球墨铸铁由于热处理及高硬度导致的加工性劣势，伴随费用上升。另外，G⑶700-800非热处理型高强度铸铁的延伸率为2%水平，物性会不好。
[0004]与此相关，韩国注册专利第10-0325125号(注册日:2002.02.05，发明名称:耐热用球墨铸铁材料及其热处理方法)公开了一种具有耐热性、耐磨损性及耐氧化性的球墨铸铁，包含C:2.2-3.8重量％、S1:3.0-5.5重量％、Mn: 1.0重量％以下、N1:0.5重量％以下、Cr:0.5重量％以下、W:0.01-6.0重量％、Mo:3.0重量％以下，其余由Fe、不可避免的杂质或为实现石墨的球形化而添加的Mg、Zr、Bi及稀土类元素的复合物分别或合计为0.001-0.6重量％组成。
【发明内容】
[0005](要解决的技术问题)`
[0006]本发明的目的是提供一种拉伸强度与屈服强度高、延伸率也高的球墨铸铁。
[0007]本发明的另一目的是提供一种轻量化效果及稳定性高、能够确保稳健性的球墨铸铁。
[0008]本发明的又一目的是提供一种以所述球墨铸铁制造的汽车用配件。
[0009](解决问题的手段)
[0010]为解决所述课题，本发明一种观点的球墨铸铁作为球墨铸铁，可以包含碳(C) 3.2-3.8 重量 ％、硅(Si) 2.6-3.3 重量 ％、锰(Mn) 0.1-0.5 重量 ％、铜(Cu) 0.4-0.8 重量 ％、锡(Sn)0.001-0.03重量％、铋(Bi) 0.001-0.03重量％及不可避免的杂质以及余量的铁(Fe)。
[0011]所述铋(Bi)可以包含0.01-0.02重量％。
[0012]所述球墨铸铁还可以包含镁(Mg) 0.015-0.04重量％、磷(P) 0.004-0.01重量％以及硫(S)0.001-0.005 重量 ％。
[0013]在所述球墨铸铁中，所述镁(Mg)、磷(P)及硫(S)之和可以为所述球墨铸铁中的0.04-0.055 重量 ％。
[0014]所述球墨铸铁的拉伸强度可以为700MPa以上，屈服强度为420MPa以上，延伸率为7%以上。
[0015]本发明另一观点的球墨铸铁的制造方法可以包括，在1350-1500°C下注入包含碳(C) 3.2-3.8 重量 ％、硅(Si) 2.6-3.3 重量 ％、锰(Mn) 0.1-0.5 重量 ％、铜(Cu) 0.4-0.8 重量 ％、锡(Sn)0.001-0.03重量％、铋(Bi)0.001-0.03重量％及不可避免的杂质以及余量的铁(Fe)的球墨铸铁材料的熔汤，在模具内冷却45-90分钟时间。
[0016]所述铋(Bi)可以包含0.01-0.02重量％。
[0017]所述球墨铸铁材料还可以包含镁(Mg)0.015-0.04重量％、磷(P)0.004-0.01重量%以及硫(S) 0.001-0.005重量％。
[0018]在所述球墨铸铁中，所述碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)、铋(Bi)之和可以为7.0-7.2重量％。
[0019]在所述球墨铸铁材料中，所述镁(Mg)、磷(P)及硫(S)之和可以为球墨铸铁中的0.04-0.055 重量 ％。
[0020]本发明又一观点的汽车用配件可以由所述球墨铸铁制造。
[0021](发明的效果)
[0022]根据本发明的实施例，提供了一种拉伸强度和屈服强度高、延伸率也高的球墨铸铁。另外，提供了一种轻量化效果及稳定性高、能够确保稳健性、能够确保汽车的NVH(noise, vibration, and hardness)稳健性的球墨铸铁。
【具体实施方式】
[0023]本发明一种观点 的球墨铸铁按重量基准，在球墨铸铁中，可以包含碳(03.2-3.8重量 ％、硅(Si) 2.6-3.3 重量 ％、锰(Mn)0.1-0.5 重量 ％、铜(Cu)0.4-0.8 重量 ％、锡(Sn)0.001-0.03重量％、铋(Bi)0.001-0.03重量％及不可避免的杂质以及余量的铁(Fe)。
[0024]下面对本发明的球墨铸铁中的各元素进行详细说明。
[0025]碳(C)在球墨铸铁中主要以球形的石墨粒子存在，与在灰铸铁中存在的长带状的片状石墨相比，能够使诸如强度、延伸率及冲击特性的机械物性提高。
[0026]碳(C)在球墨铸铁中可以包含3.2-3.8重量％，例如包含
[0027]3.3-3.6重量％，例如包含3.35-3.6重量％，例如包含3.35-3.55重量％，例如包含
3.4-3.5重量％，例如包含3.4-3.55重量％，例如包含3.45-3.55重量％，例如包含3.45-3.55重量％，例如包含3.48-3.50重量％。当碳(C)含量不足3.2重量％的情况，由于铸铁的延伸率不足7%，因而无法获得所需的物性。当碳(C)含量超过3.8重量％的情况，由于拉伸强度和屈服强度低，无法用作铸铁。
[0028]在球墨铸铁中，石墨平均粒径在IOym以下，优选可以为7-9 μ m。
[0029]硅(Si)是在球墨铸铁中形成枝状组织的基本合金元素。
[0030]硅(Si)在球墨铸铁可以包含2.6-3.3重量％，例如包含2.6-3.0重量％，例如包含
2.65-3.0重量％，例如包含2.65-2.95重量％，例如包含2.7-2.95重量％，例如包含2.7-2.9重量％，例如包含2.74-2.9重量％。当硅(Si)含量不足2.6重量％的情况，由于延伸率不足7%，无法获得所需的物性。当硅(Si)含量超过3.3重量％的情况，耐氧化性不好，断裂韧性和冲击特性将会低下。
[0031]锰(Mn)在球墨铸铁中作为用于提高强度的珠光体助长元素而添加。锰(Mn)可以包含0.l-0.5重量％，例如包含0.2-0.4重量％，例如包含0.2-0.35重量％，例如包含0.25-0.4重量％，例如包含0.3-0.4重量％，例如包含0.3-0.35重量％、0.3-0.33重量％。当锰(Mn)含量不足0.1重量％时，由于硫(S)等杂质，可能导致物性低下及组织不稳定。当锰(Mn)含量超过0.5重量％的情况，对强度/组织无影响，但导致费用上升。
[0032]铜(Cu)具有时效强化特性，能够使强度及硬度提高。
[0033]铜(Cu)在球墨铸铁中可以包含0.4-0.8重量％，例如包含0.41-0.5重量％，例如包含0.42-0.5重量％，例如包含0.43-0.5重量％，例如包含0.44-0.5重量％，例如包含0.45-0.5重量％，例如包含0.46-0.5重量％，例如包含0.46-0.49重量％，例如包含
0.46-0.48重量％，例如包含0.46-0.47重量％，例如包含0.45-0.47重量％。当铜(Cu)不足0.4重量％的情况，拉伸强度、屈服强度及延伸率会不好。当铜(Cu)超过0.8重量％的情况，拉伸强度、屈服强度会不好。
[0034]锡(Sn)在球墨铸铁中可以包含0.001-0.03重量％，例如包含0.005-0.015重量％，例如包含0.006-0.015重量％，例如包含0.007-0.015重量％，例如包含0.008-0.015重量％，例如包含0.008-0.014重量％，例如包含0.008-0.013重量％，例如包含0.008-0.012重量％，例如包含0.008-0.011重量％，例如包含0.005-0.011重量％。当锡(Sn)不足0.001重量％
的情况，由于大量使用废料的铸件材料特性上的原因，不仅不易管理，而且可能由于管理疏忽导致物性不稳定。包含当锡(Sn)超过0.03重量％的情况，拉伸与屈服强度上升，但会有使延伸率下降的问题。
[0035]铋(Bi)在包含碳(C)、硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锡(Sn)的球墨铸铁中，发挥改善石墨形状、提高延伸率的作用。铋(Bi)在球墨铸铁中可以包含0.001-0.03重量％，例如包含0.005-0.02重量％，例如包含0.005-0.03重量％，例如包含0.006-0.03重量％，例如包含0.007-0.025重量％，例如包含0.008-0.025重量％，例如包含0.009-0.025重量％，例如包含0.009-0.02重量％，例如包含0.009-0.02重量％，例如包含0.01-0.02重量％。当铋(Bi)含量不足0.001重量％的情况，拉伸强度、屈服强度或延伸率会不好。当铋(Bi)含量超过0.03重量％的情况，会助长有损拉伸性质的碳化物和欠佳的石墨组织形状。
[0036]在球墨铸铁中，碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)、铋(Bi)之和可以包含
7.0-7.2重量％，例如包含7.01-7.2重量％，例如包含7.02-7.2重量％，例如包含7.025-7.2重量％。在所述范围中，可以具有本发明的拉伸强度、屈服强度及延伸率。
[0037]不可避免的杂质可以意味着从碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)、铋(Bi)采集的原料中包含的杂质。
[0038]本发明的球墨铸铁除所述成份之外，还可以包含镁(Mg)、磷(P)及硫(S)。这些元素在由碳(C)、娃(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)及铋(Bi)构成的球墨铸铁中能够促进石墨球形化。
[0039]镁(Mg)在球墨铸铁中可以包含0.015重量％以上，例如包含0.015-0.05重量％，例如包含0.015-0.04重量％，例如包含0.02-0.04重量％，例如包含0.025-0.04重量％，例如包含0.03-0.04重量％，例如包含0.035-0.04重量％，例如包含0.03-0.05重量％，例如包含0.035-0.05重量％，例如包含0.04-0.05重量％，例如包含0.04-0.045重量％。在所述范围内，在由碳(C)、娃(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)及铋(Bi)构成的铸铁合金中，能够促进石墨球形化。[0040]磷⑵在球墨铸铁中可以包含0.05重量％以下，例如包含0.001-0.04重量％，例如包含0.001-0.035重量％，例如包含0.001-0.03重量％，例如包含0.001-0.025重量％，例如包含0.001-0.02重量％，例如包含0.001-0.015重量％，例如包含0.001-0.01重量％。在所述范围内，在由碳(C)、娃(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)及铋(Bi)构成的铸铁合金中，能够促进石墨球形化。
[0041]硫⑶在球墨铸铁中可以包含0.05重量％以下，例如包含0.001-0.01重量％，例如包含0.001-0.009重量％，例如包含0.001-0.008重量％，例如包含0.001-0.007重量％，例如包含0.001-0.006重量％，例如包含0.001-0.005重量％，例如包含0.001-0.004重量％。在所述范围内，在由碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)及铋(Bi)构成的铸铁合金中，能够促进石墨球形化。
[0042]镁(Mg)、磷(P)及硫⑶之和在球墨铸铁中可以包含0.04-0.055重量％，例如包含0.045-0.055重量％。在所述范围内，在由碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)及铋(Bi)构成的铸铁合金中，能够促进石墨球形化。
[0043]本发明的球墨铸铁的拉伸强度可以达到700MPa以上，屈服强度达到420MPa以上，延伸率达到7%以上。优选地，拉伸强度可以为700-850MPa，屈服强度为450_490MPa，延伸率为 9.0-10.5%ο
[0044]本发明的球墨铸铁可以用作汽车用万向节/承载架等框架配件材料，但并不限定于此。
[0045]本发明另一观点的球墨铸铁的制造方法可以包括以下步骤:针对球墨铸铁，按重量基准，以非热处理方法制造包含碳(C) 3.2-3.8重量％、硅(Si)2.6-3.3重量％、锰(Mn) 0.1-0.5 重量 ％、铜(Cu) 0.4-0.8 重量 ％、锡(Sn)0.001-0.03 重量 ％、铋(Bi)0.001-0.03重量％及不可避免的杂质以及余量的铁(Fe)的组合物。
[0046]依据非热处理制造球墨铸铁的方法为所属领域的技术人员所公知。例如，可以包括在1350-1500°C下注入所述组合物的熔汤、在模具内冷却45-90分钟的步骤。
[0047]在所述制造方法中，关于各元素的内容与上所述相同。
[0048]本发明另一观点的汽车用配件可以由所述球墨铸铁制造。所述汽车用配件并非限定，例如可以是汽车万向节/承载架等，但并不限定于此。
[0049]下面，通过本发明的优选实施例，进一步详细说明本发明的构成及作用。不过，这只是作为本发明的优选示例提出，无论从任何意义上，均不得解释为本发明限定于此。
[0050]此处未记载的内容是所述【技术领域】的技术人员能够在技术上充分类推的，进而省略其说明。
[0051]实施例1-2与比较例1-4
[0052]混合下述表1记载的组成(单位:重量份)及余量的Fe，利用电炉在1350_1500°C下注入熔汤(进行硅与铋系接种)，在模具内冷却45-90分钟，制造了铸铁。
[0053]〈表 1>
[0054]
【权利要求】
1.一种球墨铸铁，作为球墨铸铁，其特征在于，包含:
碳(C) 3.2-3.8 重量 ％、硅(Si) 2.6-3.3 重量 ％、锰(Mn) 0.1-0.5 重量 ％、铜(Cu) 0.4-0.8重量％、锡(Sn)0.001-0.03重量％、铋(Bi)0.001-0.03重量％以及不可避免的杂质及余量的铁(Fe)。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于， 所述铋(Bi)包含0.01-0.02重量％。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于， 所述球墨铸铁还包含镁(Mg)0.015-0.04重量％、磷(P)0.004-0.01重量％以及硫(S)0.001-0.005 重量 ％。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征在于， 在所述球墨铸铁中，所述碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)、铋(Bi)之和为7.0-7.2 重量 ％。
5.根据权利要求3所述的球墨铸铁，其特征在于， 在所述球墨铸铁中，所述镁(Mg)、磷⑵及硫⑶之和为所述球墨铸铁中的0.04-0.055 重量 ％。
6.根据权利要求1所 述的球墨铸铁，其特征在于， 所述球墨铸铁拉伸强度为700Mpa以上，屈服强度为420MPa以上，延伸率为7%以上。
7.—种球墨铸铁的制造方法，其特征在于，包括: 在1350-1500 °C下注入包含碳(C) 3.2-3.8重量％、硅(Si) 2.6-3.3重量％、锰(Mn) 0.1-0.5 重量 ％、铜(Cu) 0.4-0.8 重量 ％、锡(Sn)0.001-0.03 重量 ％、铋(Bi)0.001-0.03重量％及不可避免的杂质以及余量的铁(Fe)的球墨铸铁材料的熔汤，在模具内冷却45-90分钟。
8.根据权利要求7所述的球墨铸铁的制造方法，其特征在于， 所述铋(Bi)包含0.01-0.02重量％。
9.根据权利要求7所述的球墨铸铁的制造方法，其特征在于， 所述球墨铸铁材料还包含镁(Mg)0.015-0.04重量％、磷(P)0.004-0.01重量％以及硫(S)0.001-0.005 重量 ％。
10.根据权利要求7所述的球墨铸铁的制造方法，其特征在于， 在所述球墨铸铁中，所述碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铜(Cu)、锡(Sn)、铋(Bi)之和为7.0-7.2 重量 ％。
11.根据权利要求9所述的球墨铸铁的制造方法，其特征在于， 在所述球墨铸铁材料中，所述镁(Mg)、磷⑵及硫⑶之和为球墨铸铁中的0.04-0.055 重量 ％。
12.—种汽车用配件，其特征在于，以权利要求1~6中任意一项的球墨铸铁制造。
【文档编号】C22C33/08GK103805832SQ201310275912
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】金斗渊 申请人:现代摩比斯株式会社, 星宇汽车株式会社