改善高温抗氧化性的铸铁制造技术

一种用于排气歧管的铸铁，该铸铁包括： ２．５－３．０重量％的Ｃ； ２．０－３．０重量％的Ｓｉ； ０．８－１．２重量％的Ｍｎ； ０－０．１重量％的Ｐ； ０．００１－０．０２重量％的Ｓ； １．７－３．０重量％的Ｃｒ； ０．０２５－０．０６重量％的Ｍｇ； ０．１５－０．４重量％的Ｍｏ； １７．０－２０．０重量％的Ｎｉ；和 铸铁中的余量Ｆｅ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在高温下具有改进的抗氧化性的铸铁。更具体地说，本专利技术涉及一种铁铸件，其包括作为主要组分的铸铁，C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo和Ni，其中铸铁在高温下提供良好的耐热性和抗氧化性，所以适用于暴露在非常严重高温条件下的发动机排气歧管。常规的抗氧化铸铁例如FCD50M、FCD45F、FCD-H和FCD-50HS具有表1所示组成。这些铸铁含有添加到常规球形铸铁中的Si和/或Mo，以改进高温下的物理性能和抗氧化性。表1、现有技术铸铁的配方 对于金属有三种要求一高温强度，高温抗氧化性(当暴露在大气中时和当暴露在废气中时)，和与催化剂的相容性。如果使用耐热性铸铁的排气系统保持在于使用中典型地会遇到的630℃-760℃的温度范围内，现有技术的抗氧化铸铁的抗拉强度通常至少约为75Mpa。但是，随温度升高铸铁金属的强度下降。奥氏体铸铁的不同等级显示广泛的多种性能，这就是它们应用在许多
的原因。DIN 1694标准认定8片状石墨和14球状石墨变异体。它们的显著性能包括高温稳定性、抗氧化性、不同寻常的热膨胀系数(从高到低)、有利的运转性能、耐蚀性、低温韧性和防磨蚀。依据DIN 1694的奥氏体铸铁可含有最大达到3％的碳、1.5-3％的Si、0.5-1.5％的Mn、18-22％的Ni和1-2.5％的Cr。在机动车排气系统设计方面，近来的革新需要铁在730℃-900℃温度下具有优良性能(高抗拉强度)。生产含有在高温下具有良好抗氧化性的铸铁的排气系统也是有利的，并且也具有高催化剂相容性，以符合由于机动车功率增加而导致的废气的限制性规定。常规铸铁不能适当满足这些标准。所以，对于在许多特性方面具有优势的材料的需求已经显著增加。认为使用特殊的合金元素例如Mo、Ni和Cr是一种解决办法，因为在高温下的抗拉强度与抗疲劳性和蠕变性成比例。本专利技术者已经发现通过将至少一些C、Si、Mn、P、S、Cr、Mg、Mo和Ni以特定量添加到铸铁中，生产的铸铁可以有利地具有至少75％的球化(spherodization)率，低于70μm的石墨尺寸，和低于5％的玻璃渗碳体的奥氏体结构。此外，耐热性一即，在升高温度下的强度一和高温下的抗氧化性比常规现有技术的抗氧化铸铁有改进。在一个具体实施方案中，铸铁包括2.5-3.0％的C；2.0-3.0％的Si；0.8-1.2％的Mn；0-0.1％的P；0.001-0.02％的S；1.7-3.0％的Cr；0.025-0.06％的Mg；0.15-0.4％的Mo；17.0-20.0％的Ni；和铸铁中的余量Fe。在一个具体实施方案中这种铸铁具有75％-100％的球化(spherodization)率，10-70μm的石墨尺寸，和0-5％的玻璃渗碳体的奥氏体结构。在另一个具体实施方案中这种铸铁含有2.4-2.7％的Si；0.001-0.02％的P；0.001-0.01％的S；和0.03-0.05％的Mg。在另一个具体实施方案中这种铸铁含有2.6-2.8％的C；0.9-1.1％的Mn；少于0.05％的P；少于0.01％的S；2.6-3.0％的Cr；0.2-0.3％的Mo；和17.0-19.0％的Ni。在另一个具体实施方案中这种铸铁含有2.6-2.8％的C；2.4-2.7％的Si；0.9-1.1％的Mn；少于0.05％的P；0.001-0.0l％的S；2.2-2.5％的Cr；0.03-0.05％的Mg；少于0.01％的S；和0.2-0.3％的Mo。在另一个低镍的具体实施方案中，上述每种铸铁配方中都含有约17.5％的Ni，即少于18％的Ni。在另一个具体实施方案中，上述每种铸铁配方基本上都不含铜和铝。优选这种铸铁在700℃温度下，具有至少10kgf/mm2的抗拉强度。更优选这种铸铁在700℃温度下具有至少15kgf/mm2的抗拉强度。优选这种铸铁在800℃温度下具有至少10kgf/mm2的抗拉强度。上述铸铁配方显示，当在750℃的空气中暴露50个小时，优选每平方厘米少于约0.05毫克，更优选少于约0.04毫克的金属转化为氧化物。本专利技术也包括含有上述一种具体实施方案的铸铁材料的排气歧管。例如排气歧管可以至少部分由含有2.5-3.0％的C；2.0-3.0％的Si；0.8-1.2％的Mn；少于0.1％的P；少于0.02％的S；1.7-3.0％的Cr；0.025-0.06％的Mg；0.15-0.4％的Mo；17.0-20.0％的Ni；和余量铁的铸铁材料制造。制造排气歧管的这种铸铁材料在800℃温度下有利地具有至少10kgf/mm2的抗拉强度。在一个具体实施方案中，制造排气歧管的这种铸铁材料含有约17.5的Ni；约2.5％的Si；至少0.04％的Mg；少于0.05％的P；和少于0.01％的S。在另一个具体实施方案中，制造排气歧管的这种铸铁材料含有约2.6％的碳，和基本上不含铜和铝。图2表示本专利技术实施例和对比例的抗氧化性图。专利技术详述本专利技术提供适用于排气歧管的铸铁。在本专利技术的一个具体实施方案中的铸铁包括2.5-3.0％的C，例如2.6-2.8％的C；2.0-3.0％的Si，例如2.4-2.7％的Si；0.8-1.2％的Mn，例如0.9-1.1％的Mn；0-0.1％的P，优选少于0.05％，例如0.001-0.02％的P；0.001-0.02％的S，例如0.001-0.01％的S；1.7-3.0％的Cr，例如2.6-3.0％的Cr；0.025-0.06％的Mg，例如0.03-0.05％的Mg0.15-0.4％的Mo，例如0.2-0.3％的Mo；17.0-20.0％的Ni，例如18-19％的Ni；和铸铁中的余量Fe。在一个具体实施方案中，本专利技术的材料基本不含铜，例如少于0.1％，优选不含铜。在一个具体实施方案中，本专利技术的材料基本不含铝，例如少于0.1％，优选不含铝。本专利技术的铸铁在性能上显示优势，例如高温抗氧化性和高温强度，所以适用于机动车的排气歧管。铸铁具有奥氏体结构。不被理论所束缚，在铸铁元素中，认为Si、Mo、Cr和Ni对于改进高温下的抗氧化性特别有效，使用的每种量对于产品的质量都有影响。常规FCDs例如FCD-H具有铁素体结构，在其中，典型地没有Mo，并且Si的存在量是3.2-3.8％。在FCD-H中Si含量高于其它铸铁，我们认为它稳定铁素体结构并增加Al转换温度以抑制相转变。所以，增加Si含量的高温强度材料是有利的。另一方面，现有技术的FCD-50含有限制的1.7-3.0％的Si和0.4-0.6％的不同于FCD-H的Mo。参见表1相关实施例FCD-50M的组成。下面更进一步详述，对于依据本专利技术铸铁组分的构成元素的含量，进行限定的原因。除非另有说明，所有组分是重量百分比。Ni类似Cr，用于改进抗氧化性并保持高温强度。Ni有益的添加量至少约15％，由于增加最终材料的价格，在某种程度上受到限制，并以例如约17％存在，优选范围是17.0-20.0％，例如约17.5％。Si用作脱氧剂，对于改进强度和疲劳强度以及更进一步平衡强度和挠度有效。添加Si的范围至少是1.7％，优选2.0％-3.0％，例如约2.5％。碳硬化与延伸率有关的结构并降低可塑性。较少的C含量是较好的。C含量的范围例如低于约4％，但是更优选限定的范围是2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金学珍，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：