用于气缸盖的球墨铸铁及其制造方法技术

一种用于内燃机的气缸盖的球墨铸铁，所述球墨铸铁具有350Mpa～480Mpa的抗张强度和38W/(K*m)～45W/(K*m)的热导率，并且组合物以重量％计为：3.0％～4.5％的碳(C)、0.9％～1.75％的硅(Si)、小于0.8％的锰(Mn)、小于0.3％的铜(Cu)、0.03％～0.25％的钒(V)以及0.01％～0.1％的铌(Nb)，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。所述球墨铸铁包含至少75体积％铁素体的微结构，其被沉积硬化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于气缸盖的球墨铸铁及其制造方法。本专利技术还涉及由球墨铸铁制造的内燃机气缸盖。本专利技术还涉及包含由球墨铸铁制造的气缸盖的内燃机和船舶。内燃机在船舶或用于生产热和/或电的发电厂中用作例如主推进发动机或辅助发动机。
技术介绍
内燃机包含气缸盖。气缸盖是包围并覆盖气缸的发动机的金属部件。气缸盖通常可拆卸，并且包含诸如阀门、阀座及其他(例如冷却剂循环)等部件。气缸盖有助于在暴露于机械和热负荷时使内燃机保持冷却。因此，对于气缸盖构件和气缸盖材料存在高机械要求。从现有技术中知晓，US2006037675，其公开了一种制备和形成具有高级别机械性能的球墨铸铁部件的方法。从现有技术中知晓，US2003116113，其公开了一种由灰口铸铁制造曲轴箱和气缸盖的方法。所述方法包括如下步骤：提供熔融灰口铁金属；使所述熔融灰口铁金属合金化，然后与锡一起浇注至约0.05％～约0.10％的总锡含量，从而提供熔融锡合金灰口铁金属；孕育所述熔融锡合金灰口铁金属，然后与灰口铁孕育剂一起浇注，以进一步添加约0.10％～约0.12％的硅；并且在所述孕育之后，尽快铸塑内燃机部件。然而，存在一些与已知现有技术相关的不足和缺点。现代更清洁的燃料具有更高的燃烧温度，其产生更有效的燃烧。更高的燃烧温度由于更高的热负荷而提高了发动机部件在热导率上的要求。另外，高气缸压力是减少排放的一种解决方法。要这样做的话，则需要更坚固的气缸盖材料以承受发动机的高压。
技术实现思路
本专利技术的目的是缓解并消除与已知现有技术相关的问题或缺点。本专利技术的另一个
目的是提供一种改善的用于内燃机的气缸盖及其实现手段。本专利技术的另一个目的是提供具有改善的热导率以用于热和机械负荷下的发动机零部件的球墨铸铁。本专利技术的另一个目的是在气缸盖和/或发动机的其他部件中提供对抗热和机械负荷的增强的性能。本专利技术的另一个目的是对气缸盖和/或发动机的其他部件提供增长的寿命。本专利技术目的可以通过独立权利要求的特征实现。本专利技术涉及如权利要求1所述的用于内燃机气缸盖的球墨铸铁。另外，本专利技术涉及如权利要求9所述的制造内燃机气缸盖的方法，如权利要求11所述的气缸盖，如权利要求12所述的内燃机，如权利要求13所述的船舶。本专利技术的一个实施方式是用于内燃机气缸盖的球墨铸铁，其中该球墨铸铁具有350Mpa～480Mpa的抗张强度和38W/(K*m)～45W/(K*m)的热导率，并且该球墨铸铁的组合物以重量％计为：3.0％～4.5％的碳(C)、0.9％～1.75％的硅(Si)、小于0.8％的锰(Mn)、小于0.3％的铜(Cu)、0.03％～0.25％的钒(V)以及0.01％～0.1％的铌(Nb)，其余为作为铁素体球墨铸铁的铁(Fe)和不可避免的杂质。本专利技术球墨铸铁包含微结构铁素体的球墨铸铁，其被沉淀硬化。有利地，所述微结构是基本上或完全铁素体的。所述基本上铁素体的微结构是至少75％(体积％)铁素体的。所述基本上铁素体的微结构有利地包含最多25体积％的珍珠岩。根据本专利技术的其它实施方式，所述球墨铸铁具有400Mpa～480Mpa的抗张强度。根据本专利技术的另一个实施方式；一种由具有350Mpa～480Mpa的抗张强度和38W/(K*m)～45W/(K*m)的热导率的球墨铸铁制造内燃机气缸盖的方法，所述球墨铸铁的组合物以重量％计为：3.0％～4.5％的碳(C)、0.9％～1.75％的硅(Si)、小于0.8％的锰(Mn)、小于0.3％的铜(Cu)、0.03％～0.25％的钒(V)以及0.01％～0.1％的铌(Nb)，其余为作为铁素体球墨铸铁的铁(Fe)和不可避免的杂质，所述方法包括如下步骤：a.注塑所述组合物，b.在900℃～1050℃下奥氏体化1小时～48小时，c.以1℃/每分钟～80℃/每分钟的速率冷却至620℃～750℃的温度，d.在620℃～750℃下保持1小时～75小时，e.以50℃/小时的速率冷却至200℃的温度，f.空气冷却至室温，以完成沉淀硬化。在所述方法中，奥氏体化和以1℃/每分钟～80℃/每分钟的速率冷却至620℃～
750℃的温度的步骤是用于产生用于沉淀的钒的过饱和固溶体。通过该方法获得基本沉淀硬化的微结构。有利地，所述微结构是基本上或完全铁素体的。基本上铁素体的微结构是至少75体积％铁素体的。基本上铁素体的微结构有利地包含最多25体积％的珍珠岩。实现的机械性能是由将本专利技术实施方式的组合物沉淀硬化而获得。本专利技术的另一实施方式是由本专利技术的球墨铸铁制造的内燃机的气缸盖。本专利技术的另一实施方式是包含由本专利技术球墨铸铁制造的气缸盖的内燃机。本专利技术的另一实施方式是一种船舶，其包含在该船舶的内燃机中的气缸盖，并且所述气缸盖是由本专利技术球墨铸铁的制造。根据本专利技术另外的实施方式，硅(Si)为1.0重量％～1.5重量％。根据本专利技术另外的实施方式，碳(C)为3.7重量％～4.3重量％，以保持需要(正常)的碳当量(CE％)。根据本专利技术另外的实施方式，钒(V)为0.04重量％～0.1重量％，以提高沉淀强化效果。根据本专利技术另外的实施方式，铌(Nb)为0.03重量％～0.05重量％，以防止高温热处理期间奥氏体晶粒尺寸粗化。本专利技术及其实施方式提供了优于现有技术的优点，如增加的热导率。本专利技术及其实施方式提供了增加的温度传导率与相对高的机械性质。通过更有效地传导热和/或由于其他机械性质，增加的热导率对气缸盖和内燃机的其他部件提供了增加的寿命。本专利技术的实施方式在气缸盖和/或发动机的其他部件中提供增强的对抗热和机械负荷的性能。增加的热导率还允许发动机中更高的温度，其产生更有效的燃烧。更清洁的燃料也具有更高的燃烧温度。增加的热导率也减少了更多由热差值导致的应力。本专利申请中存在的本专利技术示例性实施方式并非被解释为对所附权利要求的适用性造成限制。动词“包含”在本专利申请中用作开放式限定，其不排除未提到的特征的存在。从属权利要求中提到的特征可相互自由组合，除非另外明确规定。被认为是本专利技术特点的新特征在所附权利要求中具体陈述。然而，当结合附图阅读时，本专利技术本身，无论是其构造还是其操作方法，都将与其其它目的和优点一起通过以下具体实施方式的描述而被最好地理解。接下来，将参考示例性实施方式更详细地描述本专利技术。具体实施方式硅(Si)是球墨铸铁的重要和典型的合金元素，原因在于硅在球墨铸铁中是最重要的铁素体诱导和石墨稳定合金元素。在典型的球墨铸铁中，硅水平通常超过2％(以重量计)。硅含量在0.9％～1.75％(以重量计)范围内。然而，为了确保优异的热导率，本专利技术实施方式中优选的硅含量为1.0％～1.5％(以重量计)。碳对于球墨铸铁、铁合金和钢铁是必需元素。在球墨铸铁中，碳沉淀到并非碳化物形式或者溶有铁的那部分的石墨上。碳含量在3.0％～4.5％(以重量计)范围内，然而，优选的碳含量在3.7％～4.3％(以重量计)范围内。碳含量水平取决于实现预期热导率所需的硅含量。钒即便在由高温硬化之后或延长的加热过程之后也阻碍晶粒生长。对铸铁添加钒，从而使渗碳体稳定，提高硬度，并且提高耐磨耗性和耐热性。钒也被用于沉积硬化。钒含量在0.03％～0.25％(以重量计)范围内。然而，优选的钒含量在0.04％～0.1％(以重量计)范围内，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机气缸盖的球墨铸铁，其具有350Mpa～480Mpa的抗张强度和38W/(K*m)～45W/(K*m)的热导率，并且所述球墨铸铁的组合物以重量％计为：3.0％～4.5％的碳(C)、0.9％～1.75％的硅(Si)、小于0.8％的锰(Mn)、小于0.3％的铜(Cu)、0.03％～0.25％的钒(V)以及0.01％～0.1％的铌(Nb)，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，并且所述球墨铸铁的微结构是至少75体积％铁素体的，并且被沉淀硬化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.28 FI 201450941.一种用于内燃机气缸盖的球墨铸铁，其具有350Mpa～480Mpa的抗张强度和38W/(K*m)～45W/(K*m)的热导率，并且所述球墨铸铁的组合物以重量％计为：3.0％～4.5％的碳(C)、0.9％～1.75％的硅(Si)、小于0.8％的锰(Mn)、小于0.3％的铜(Cu)、0.03％～0.25％的钒(V)以及0.01％～0.1％的铌(Nb)，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，并且所述球墨铸铁的微结构是至少75体积％铁素体的，并且被沉淀硬化。2.如权利要求1所述的球墨铸铁，其中，所述球墨铸铁具有400Mpa～480Mpa的抗张强度。3.如权利要求1或2所述的球墨铸铁，其中，硅(Si)为1.0重量％～1.5重量％。4.如权利要求1～3中任一项所述的球墨铸铁，其中，碳(C)为3.7重量％～4.3重量％。5.如权利要求1～4中任一项所述的球墨铸铁，其中，钒(V)为0.04重量％～0.1重量％。6.如权利要求1～5中任一项所述的球墨铸铁，其中，铌(Nb)为0.03重量％～0.05重量％。7.如前述权利要求中任一项所述的球墨铸铁，其中，所述球墨铸铁的微结构包含最多25体积％的珍珠岩。8.如权利要求1～6中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利斯·西尔沃宁，J·莱恩，K·亚拉瓦，
申请(专利权)人：瓦锡兰芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI