强度和韧性优异的球状石墨铸铁及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种球状石墨铸铁，(a)其具有如下的组成，按质量比计，包含C：3.4～4％、Si：1.9～2.8％、Mg：0.02～0.06％、Mn：0.2～1％、Cu：0.2～2％、Sn：0～0.1％、(Mn+Cu+10×Sn)：0.85～3％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，(b)具有包含按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相的两相混合基质组织，所述铁素体相的最大长度为300μm以下，(c)在分散于所述两相混合基质组织中的石墨的周围形成有所述珠光体相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】强度和韧性优异的球状石墨铸铁及其制造方法
本专利技术涉及强度和韧性优异的球状石墨铸铁及其制造方法。
技术介绍
球状石墨铸铁具有优异的机械特性和良好的铸造性，被广泛使用于各种机械、汽车的部件中。其中，对于汽车的悬架臂、转向节等悬挂装置部件，除了要求用于支承车体的静态强度和疲劳强度以外，还要求用于在产生事故等导致的冲击时不发生破损的耐冲击性。汽车也使用于寒冷地区，因此在例如-30℃这一低温下的耐冲击性也很重要。因此对于悬挂装置部件中使用的球状石墨铸铁，要求抗拉强度、屈服强度以及伸长率和低温冲击强度等韧性。为了满足这样的要求，一直以来，作为基质组织为铁素体相主体且具备韧性的球状石墨铸铁，使用JISG5502中规定的FCD400、FCD450等。近年来，为了防止地球变暖而强烈要求削减汽车的CO2排放量，因此需要提升汽车的油耗性能，作为该相应技术之一，要求悬挂装置部件等的轻量化。要想确保必要的强度并且使部件轻量化，部件的小型化和薄壁化是有效的。因此考虑使用比FCD400、FCD450等高强度的FCD600、FCD700等珠光体系球状石墨铸铁，但在球状石墨铸铁中，由于强度和韧性是相反的特性，FCD600、FCD700等韧性低，不适合于要求耐冲击性的悬挂装置部件。为了确保强度和韧性并且实现悬挂装置部件的轻量化，要求强度和韧性二者均优异的球状石墨铸铁。为了得到具有优异的强度和韧性的球状石墨铸铁，一直以来提出各种方案。例如，日本特开2001-214233号提出了如下的球状石墨铸铁构件，其是具有壁厚为1cm以下的薄壁部的球状石墨铸铁构件，由含有0.5～1质量％的Cu的球状石墨铸铁构成，具有基质的铁素体化率为60％以上的表层部和基质的大部分由珠光体相构成的内部，表层部的厚度是实质上遍布整个铸造面为0.05～0.45mm，且具有高刚性和耐冲击性。在该球状石墨铸铁构件中，韧性由0.05～0.45mm的厚度的铁素体相多的表层部来确保，强度由包含珠光体相的内部来确保。但是，为了使构件内部成为高强度，使用了现有的FCD600、FCD700等珠光体系球状石墨铸铁，因此韧性低。另外，若由于局部的磨耗和氧化，薄的铁素体表层部减少，则有可能无法维持悬挂装置部件所必需的韧性。日本特开平8-13079号提出了如下的球状石墨铸铁的制造方法，所述球状石墨铸铁将按重量比计，C：3.0～4.0％、Si：1.5～3.0％、Mn：1.0％以下、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Cu：不足1.0％、Mg：0.02～0.08％，余量为铁，通过将该球状石墨铸铁升温至奥氏体区域内的温度T1(870℃以上)后，保持规定时间(例如2小时)T1，接着使其降温至共析相变温度区域内的规定温度T2(750～850℃)后，保持规定时间(例如1小时)T2，最后空冷至常温，从而沿珠光体相的晶界以网状形成铁素体相，由此制造强度和韧性均高的球状石墨铸铁。但是，由于奥氏体化的保持温度T1高达870℃以上(实施例中为930℃)、且保持时间长达2小时，有可能通过奥氏体晶粒(降温后成为珠光体晶粒)的粗大化而招致韧性降低。另外，沿晶界形成的低强度的铁素体相成为裂纹扩展的路径，有可能不能得到充分的强度。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题因此，本专利技术的目的在于提供具有优异的强度和韧性的球状石墨铸铁及其制造方法。用于解决课题的方法鉴于上述的目的，对球状石墨铸铁的合金组成和热处理条件进行潜心研究，其结果是本专利技术人等发现如下方案并想到了本专利技术，若(a)将作为珠光体相稳定化元素的Mn、Cu和Sn的含量最优化，且(b)若将在奥氏体化温度区域内的保持温度和保持时间以及在共析相变区域内的冷却速度设定在规定的范围内作为热处理条件，则具有由按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相构成的两相混合基质组织，所述铁素体相的最大长度为300μm以下，且在分散于所述两相混合基质组织中的石墨的周围形成有所述珠光体相，由此能够得到具有优异的强度和韧性的球状石墨铸铁。即，本专利技术的强度和韧性优异的球状石墨铸铁的特征在于，(a)其具有如下的组成，按质量比计，包含C：3.4～4％、Si：1.9～2.8％、Mg：0.02～0.06％、Mn：0.2～1％、Cu：0.2～2％、Sn：0～0.1％、(Mn+Cu+10×Sn)：0.85～3％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，(b)具有由按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相构成的两相混合基质组织，所述铁素体相的最大长度为300μm以下，(c)在分散于所述两相混合基质组织的石墨的周围形成有所述珠光体相。相对于每单位面积的石墨的总数，优选具有50～95％的石墨周围珠光体化率(定义为石墨外周中与珠光体相接触部分的长度的百分率。)的石墨数量的比例为50％以上。就本专利技术的球状石墨铸铁而言，作为强度指标的抗拉强度为650MPa以上，作为韧性指标的在-30℃的基于无缺口夏比冲击试验的冲击强度为30J/cm2以上。本专利技术的强度和韧性优异的球状石墨铸铁的制造方法的特征在于，(1)铸造如下组成的熔液，并使其凝固，所述组成按质量比计，包含C：3.4～4％、Si：1.9～2.8％、Mg：0.02～0.06％、Mn：0.2～1％、Cu：0.2～2％、Sn：0～0.1％、(Mn+Cu+10×Sn)：0.85～3％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，然后(2)进行具有如下工序的热处理，由此成为如下的组织，所述工序为(i)基质全体保持于奥氏体化的温度，由此生成微细的奥氏体晶粒(降温后相变为珠光体晶粒)的工序，和(ii)在引起共析相变的温度区域内的规定温度区间中，以生成微细的铁素体相的冷却速度进行冷却的工序，所述组织(a)具有由按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相构成的两相混合基质组织，所述铁素体相的最大长度为300μm以下，且(b)在分散于所述两相混合基质组织中的石墨的周围形成有所述珠光体相。在本专利技术的球状石墨铸铁的制造方法中，为了生成微细的奥氏体晶粒，优选将奥氏体化热处理条件设为在800～865℃进行5～30分钟，另外，优选将引起共析相变温度区域内的规定温度区间设为750～670℃，且将该温度区间的冷却速度设为1～20℃/分钟。专利技术效果本专利技术的球状石墨铸铁具有由按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相构成的两相混合基质组织，所述铁素体相的最大长度为300μm以下，且在分散于所述两相混合基质组织中的石墨的周围形成有所述珠光体相，因此强度和韧性优异，适合于汽车的部件、特别适合于要求在低温下的耐冲击性的悬挂装置部件，部件的轻量化对汽车的低油耗化做出贡献。附图说明图1是表示本专利技术的球状石墨铸铁的组织的光学显微镜照片。图2是表示本专利技术的球状石墨铸铁的组织的光学显微镜照片。图3是示意性地表示用于制造本专利技术的球状石墨铸铁的热处理模式的坐标图。具体实施方式下面详细地说明本专利技术的球状石墨铸铁及其制造方法。只要没有特别说明，合金的构成元素的含量用质量％表示。[A]球状石墨铸铁的组成(1)C：3.4～4％C是降低凝固开始温度、提高铸造性，并且使石墨结晶析出、使珠光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强度和韧性优异的球状石墨铸铁，其特征在于，(a)其具有如下的组成，按质量比计，包含C：3.4～4％、Si：1.9～2.8％、Mg：0.02～0.06％、Mn：0.2～1％、Cu：0.2～2％、Sn：0～0.1％、(Mn+Cu+10×Sn)：0.85～3％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，(b)具有由按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相构成的两相混合基质组织，且所述铁素体相的最大长度为300μm以下，(c)在分散于所述两相混合基质组织中的石墨的周围形成有所述珠光体相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.28 JP 2011-2889861.一种强度和韧性优异的球状石墨铸铁，其特征在于，(a)其具有如下的组成，按质量比计，包含C：3.4～4％、Si：1.9～2.8％、Mg：0.02～0.06％、Mn：0.2～1％、Cu：0.2～2％、(Mn+Cu)：0.85～3％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，(b)具有由按面积率计为2～40％的微细铁素体相和60～98％的微细珠光体相构成的两相混合基质组织，且所述铁素体相的最大长度为300μm以下，(c)在分散于所述两相混合基质组织中的石墨的周围形成有所述珠光体相。2.根据权利要求1所述的强度和韧性优异的球状石墨铸铁，其特征在于，相对于每单位面积的石墨的总数，具有50～95％的石墨周围珠光体化率的石墨数量的比例为50％以上，所述石墨周围珠光体化率定义为石墨外周中与珠光体相接触部分的长度的百分率。3.根据权利要求1或2所述的强度和韧性优异的球状石墨铸铁，其特征在于，抗拉强度为650MPa以上，且在-30℃的基于无缺口夏比冲击试验的冲击强度为30J/cm2以上。4.一种强度和韧性优异的球状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，(1)铸造如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王麟，川畑将秀，福本贤太郎，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP