專利名稱：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物，更具體地，涉及通過(guò)這樣一種方式能夠在高溫條件下獲得優(yōu)異的抗氧化性和高溫強(qiáng)度增強(qiáng)效果的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物，即由作為主要材料加入的Fe以及C、Si、Mn、P、S、Mo和Mg組成的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中的排氣歧管或渦輪機(jī)架。
背景技術(shù)：
通常來(lái)講，汽車(chē)排氣系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成為可以降低排氣干擾從而保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能降低的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，排氣系統(tǒng)由熱容量小的材料構(gòu)成使得排氣系統(tǒng)能夠快速升溫到催化劑起作用的活性溫度，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后有害氣體成分，如HC，CO等的排放。另外，由于700～950℃的高溫排放氣體通過(guò)排氣系統(tǒng)，所以它主要需要高溫強(qiáng)度，高溫疲勞強(qiáng)度，抗蠕變強(qiáng)度，和抗高溫氧化等性能。富含鎳奧氏體的高鎳球墨鑄鐵是一種一般最常用的制作汽車(chē)排氣歧管的材料。例如，根據(jù)日本公開(kāi)專利號(hào)Hei 6-228712，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度的奧氏體鑄鐵包括8～20wt％的Ni。然而，以上材料由于耐熱性能的某些局限而不能制作薄件，因此，它具有大的熱容量，使得排氣量在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)因?yàn)榇呋瘎┑南魰r(shí)間(light-off-time)而增加。
因此，一種具有低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)異的耐熱性能的鐵素體不銹鑄鐵由于以上原因常被應(yīng)用。以上的鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比成本較低，但可加工性，柔韌性和高溫強(qiáng)度等較差。根據(jù)日本公開(kāi)專利號(hào)Sho 61-261460，為了克服上述問(wèn)題，加入了硼(B)。硼的添加導(dǎo)致了耐熱性能和抗腐蝕性能的一些問(wèn)題。根據(jù)日本公開(kāi)專利號(hào)Hei2-175843和Hei 3-274245，建議通過(guò)添加相對(duì)較多的Mo和Nb來(lái)制作鐵素體不銹鋼，從而改善抗腐蝕性能和耐熱性能的問(wèn)題。
然而，上述元素是昂貴的，且不銹鑄鐵材料的應(yīng)用具有不利因素。因此，其在工業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用受到了限制。
為了克服以上問(wèn)題，根據(jù)韓國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?997-57271，公開(kāi)了一種SUS不銹鑄鐵材料，其中添加了鈦和鋁以替代鎢和鈮，且增加了Si的添加量。以上鑄鐵材料有個(gè)與傳統(tǒng)鑄鐵材料區(qū)分的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物，它能夠通過(guò)以下方式提高可靠性且最小化氧化剝落引起的催化劑損害，即適當(dāng)?shù)恼{(diào)整汽車(chē)排氣系統(tǒng)用合金中，也就是高溫下使用的球墨鑄鐵的成分中的Si和Mo的添加量，從而提高抗高溫氧化性能、高溫強(qiáng)度和鑄造性能。
為了達(dá)到以上目標(biāo)，提供了一種汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物，其特征在于鐵作為主要材料加入，此外添加了2.9～3.8wt％的C，4.0～4.5wt％的Si，低于0.3wt％的Mn，低于0.05wt％的P，低于0.1wt％的S，0.8～1.2wt％的Mo，低于0.025wt％的Mg。
附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明本發(fā)明的上述方面和其他特征將在以下結(jié)合附圖的描述中解釋，其中

圖1是本發(fā)明實(shí)施例和比較例的高溫拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果的圖表；圖2是本發(fā)明實(shí)施例和比較例的抗高溫氧化性試驗(yàn)的結(jié)果的圖表；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作的鑄鐵厚部的顯微照片；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作的鑄鐵口部(port part)的顯微照片；圖5是基于傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)施例制作的鑄鐵厚部的顯微照片；和圖6是基于傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)施例制作的鑄鐵口部的顯微照片。
具體實(shí)施例方式
在下文中，參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
一般來(lái)說(shuō)，通常用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的鑄鐵材料是由C，Si，Mn，P，Mg和Mo的合金組成的。
此時(shí)，在本發(fā)明中，適當(dāng)調(diào)整上述成分中Si的添加量，從而與傳統(tǒng)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵材料相比提高材料的抗氧化性能，調(diào)整Mo的添加量，通過(guò)基于鐵素體比率的降低和碳化物的形成改善基體，從而提高高溫強(qiáng)度。
這里，在添加的總量中Si的添加量?jī)?yōu)選在4.0～4.5wt％的范圍內(nèi)。如果添加量在以上范圍之外，也就是說(shuō)，如果添加量低于4.0wt％，抗氧化性降低，因而與傳統(tǒng)技術(shù)相比沒(méi)有任何區(qū)別。如果添加量超過(guò)4.5wt％，鑄鐵柔韌性顯著降低，導(dǎo)致主要成分的許多問(wèn)題。因此，Si的添加量?jī)?yōu)選限制在4.0～4.5wt％范圍內(nèi)。
另外，在添加的總量中Mo的添加量?jī)?yōu)選在0.8～1.2wt％的范圍內(nèi)。如果Mo的添加量低于0.8wt％，出現(xiàn)差的高溫強(qiáng)度；在Mo的添加量超過(guò)1.2wt％的情況下，出現(xiàn)珠光體，因而硬度和拉伸強(qiáng)度上升，相反，延伸性和抗沖性(impact degree)下降。
在本發(fā)明中，除上述成分之外，還添加了2.9～3.8wt％的C，低于0.3wt％的Mn，低于0.05wt％的P，低于0.1wt％的S，0.025～0.045wt％的Mg。
這時(shí)，如果C的添加量低于2.9wt％，出現(xiàn)收縮缺陷；如果C的添加量超過(guò)3.8wt％，出現(xiàn)碳浮游現(xiàn)象。
另外，由于Mn作為鑄鐵的五種基本成分之一添加，其添加量低于0.3wt％。Mn起促進(jìn)珠光體的作用，如果Mn添加過(guò)多，材料可能變脆。
由于P也作為鑄鐵的五種基本成分之一添加，其添加量低于0.05wt％。如果P的添加量超過(guò)0.05wt％，可能出現(xiàn)碳化物，因此，P的添加優(yōu)選低于以上范圍。
由于S作為鑄鐵的五種基本成分之一添加，其添加量低于0.1wt％。如果S的添加量超過(guò)0.1wt％，出現(xiàn)夾雜物，因此，S的添加優(yōu)選低于以上范圍。
最后，在0.025～0.045wt％的范圍內(nèi)添加Mg。如果Mg的添加量超出以上范圍，強(qiáng)度增加，但柔韌性降低；如果Mg的添加量低于以上范圍，相反，柔韌性增加，但強(qiáng)度降低。
表1表示本發(fā)明實(shí)施例與比較例1和2的成分。
表1

圖1和2是本發(fā)明實(shí)施例與比較例的高溫拉伸強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果和抗高溫氧化性的試驗(yàn)結(jié)果。如從表1所見(jiàn)，可知與比較例相比本發(fā)明的拉伸強(qiáng)度和抗高溫氧化性是優(yōu)異的。
更詳細(xì)的說(shuō)，作為高溫拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，如果試驗(yàn)溫度固定為700℃到800℃，隨著溫度升高，拉伸強(qiáng)度下降。此時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的拉伸強(qiáng)度為120～60MPa，而比較例1的拉伸強(qiáng)度為100～50MPa，另外，比較例2的拉伸強(qiáng)度為70～40MPa。
另外，作為抗高溫氧化性試驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明實(shí)施例的氧化降低程度為約110g/m2，而比較例1的為約235g/m2，比較例2的為約290g/m2。
下列的表2表示本發(fā)明實(shí)施例與比較例的鐵素體比率和硬度。在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的鑄鐵中，控制厚部(相應(yīng)產(chǎn)品中相對(duì)厚的部位)和口部的鐵素體比率并設(shè)定至少高于80wt％。作為試樣分析的結(jié)果，可知以上條件在不論什么部位都是令人滿意的。在本發(fā)明實(shí)施例中，基于通過(guò)大量Mo的添加減少鐵素體比率和產(chǎn)生碳化物從而與比較例相比可以提高硬度約30wt％。
因此，在本發(fā)明中，調(diào)整鑄鐵成分的添加，具體地說(shuō)，Si和Mo的添加量不同，從而與傳統(tǒng)的高鎳球墨鑄鐵材料和SUS不銹鑄鐵材料相比提高高溫強(qiáng)度和高溫耐熱性能，從而為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)制作了一種新的鑄鐵材料。
表2

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物中，與傳統(tǒng)球墨鑄鐵材料相比，可以提高諸如抗高溫氧化性和高溫強(qiáng)度等物理性能等大約50wt％，20wt％。與傳統(tǒng)的SUS不銹鑄鐵材料相比成本低廉，從而本發(fā)明為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)制作了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的合金。
權(quán)利要求
1.一種汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物，其特征在于，鐵作為主要材料加入，此外添加2.9～3.8wt％的C，4.0～4.5wt％的Si，低于0.3wt％的Mn，低于0.05wt％的P，低于0.1wt％的S，0.8～1.2wt％的Mo，低于0.025wt％的Mg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)用鑄鐵組合物，其特征在于，鐵作為主要材料加入，此外添加2.9～3.8wt％的C，4.0～4.5wt％的Si，低于0.3wt％的Mn，低于0.05wt％的P，低于0.1wt％的S，0.8～1.2wt％的Mo，低于0.025wt％的Mg。當(dāng)本發(fā)明用于汽車(chē)的排氣歧管和渦輪增壓器的渦輪機(jī)架時(shí)，可以提高高溫強(qiáng)度和高溫耐熱性能。
文檔編號(hào)C22C37/10GK1572894SQ200410042959
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月4日
發(fā)明者金種文 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社