專利名稱：：含鈮的高強(qiáng)度灰鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體涉及灰鑄鐵，更具體而言，本發(fā)明涉及具有高強(qiáng)度的灰鑄鐵。
背景技術(shù)：
：一般而言，鑄鐵是鐵、碳和硅的合金，其中，碳的存在量比共晶溫度下奧氏體固態(tài)溶液中可能保持的碳更多。鑄鐵中碳的含量通常大于1.7%和小于4.5%。工業(yè)應(yīng)用中存在著多種類型的鑄鐵。作為煉鐵高爐產(chǎn)物的生鐵可以被認(rèn)為是鑄鐵，因?yàn)樗潜昏T造成錠或塊(其隨后用于再熔和鑄造成最終形式)的鐵。另外一種合金鐵是奧氏體鑄鐵，其通過添加鎳和其它元素進(jìn)行改造以降低其轉(zhuǎn)變溫度，以使得在室溫或常溫下其結(jié)構(gòu)是奧氏體的。奧氏體鑄鐵通常被用于需要高度耐腐蝕性的應(yīng)用中。白鑄鐵是鑄鐵的一種類型，其中，幾乎所有的碳與鐵相結(jié)合形成滲碳體。通常白鑄鐵被用于需要高耐磨性的應(yīng)用中。另一類的鑄鐵被稱為可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵是通過將白鑄鐵進(jìn)行退火以改變鐵中碳的結(jié)構(gòu)而制成的。通過退火，白鑄鐵中的滲碳體分解成為小的石墨致密顆粒(而不是灰鑄鐵中觀察到的片狀石墨)，從而增加了材料的延展性。還有另外兩類鑄鐵，它們是可延展的，被稱為球墨鑄鐵(nodulariron)和延性鑄鐵(ductilecastiron)。球墨和延性鑄鐵是通過添加錳或鋁制成的，其或者以結(jié)合狀態(tài)束縛住碳，或者使游離碳成為球形或結(jié)節(jié)狀。這一結(jié)構(gòu)為鑄造提供了更大的延展性或可鍛性。此外還有包含少量鉻、鎳、鉬、銅或其它用于提供特定性質(zhì)的元素的合金鑄鐵。這些合金通常提供更高強(qiáng)度的鑄鐵。高強(qiáng)度鐵的主要用途之一為鑄造汽車曲軸。這些合金有時(shí)候被稱為半鋼或以其專用商標(biāo)名稱相稱。應(yīng)用最廣的鑄鐵類型被稱為灰鐵。其大規(guī)模的產(chǎn)量超過了其它任何鑄造金屬的產(chǎn)量?；诣F的組成各式各樣，但是通常情況下其基質(zhì)(matrix)結(jié)構(gòu)主要是在整個(gè)范圍內(nèi)分散著許多片狀石墨的珠光體?；诣T鐵的彎曲能力和延展性非常低。延展性低是由于存在片狀石墨，其起到間斷面的作用?；诣T鐵具有多種材料性質(zhì)，例如低澆注溫度、高流動(dòng)性、低液態(tài)至固態(tài)收縮性等，這些性質(zhì)使得灰鑄鐵適宜鑄造?；诣T鐵還容易得到，并且是最便宜的鐵質(zhì)材料形式之一。廣泛應(yīng)用灰鑄鐵的一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域是汽車工業(yè)。使用合金元素調(diào)整灰鑄鐵性質(zhì)的能力使其適用于制造不同的汽車部件。例如，經(jīng)過調(diào)整具有耐熱疲勞性的灰鑄鐵組合物被用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)組和氣缸蓋，而經(jīng)過調(diào)整具有高熱傳導(dǎo)性和比熱容的灰鑄鐵組合物被用于制造剎車片。為了滿足新的性能要求和更加嚴(yán)格的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)比以前制造的發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的溫度和更高的壓力下運(yùn)行。更高的溫度和更高的壓力需要增加灰鑄鐵的強(qiáng)度和提高灰鑄鐵的耐熱疲勞性。這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋而言尤為重要。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋由于與燃燒室非常近，其最容易受到熱疲勞損傷和發(fā)生蠕變。在燃料燃燒過程中，燃料室中的氣體溫度可接近1300°F,壓力可接近160MPa。該熱量可以傳導(dǎo)至氣缸蓋。為了避免在吸氣沖程中熱量傳導(dǎo)回燃燒室內(nèi)的吸入空氣中(其降低吸氣效率并最終降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率)，可以使冷卻液經(jīng)過氣缸蓋中的通道進(jìn)行循環(huán)來冷卻氣缸蓋。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中對(duì)氣缸蓋進(jìn)行的循環(huán)加熱和冷卻與由氣缸壁上的壓力產(chǎn)生的高機(jī)械應(yīng)力相結(jié)合，使得氣缸蓋非常容易發(fā)生熱疲勞和蠕變。研究顯示，灰鑄鐵氣缸蓋的抗熱疲勞和蠕變性取決于灰鑄鐵中合金元素的組成。傳統(tǒng)上，鉬(Mo)和釩(V)是已知提高耐熱疲勞性的最有效的促進(jìn)劑。在傳統(tǒng)合金元素中，這兩種元素被認(rèn)為對(duì)于優(yōu)化灰鑄鐵的共晶團(tuán)(eutecticcell)大小以提高耐熱疲勞性是獨(dú)一無二的。于1993年9月7日授權(quán)于Begin的美國專利5242510(下面稱為510專利)公開了含鉬的灰鑄鐵，用以提高汽車組件的高溫?zé)崞诳剐浴?10專利中公開的鑄鐵合金的碳含量為3.4重量百分比至3.6重量百分比，主要的合金添加物為含量為0.25百分比至0.4百分比的鉬和含量為大約0.3百分比至0.6百分比的銅的組合。510專利中的鑄鐵合金還包含大約1.8百分比至2.1百分比的硅、大約0.5至0.9百分比的錳，以及不大于0.25百分比的鉻和0.15百分比的碌"由專利510的鐵合金鑄造的樣品顯示了具有優(yōu)化的共晶團(tuán)大小的全珠光體基質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。該微觀結(jié)構(gòu)還顯示出任意位向的基本均勻的石墨分布。510專利微觀結(jié)構(gòu)中的石墨的片大小主要為5_7ASTM。由510專利的合金鑄造的樣品還顯示出抗拉強(qiáng)度為至少40000psi(-276MPa),硬度為大約179至大約229BHN。盡管510專利中的灰鑄鐵合金具有可接受的耐熱疲勞性和強(qiáng)度，但是含鉬灰鑄鐵合金的成本可能很高。隨之灰鑄鐵材料成本的增加會(huì)對(duì)該材料在汽車(和其它商業(yè))應(yīng)用中的適用性造成負(fù)面影響。因此，在商業(yè)應(yīng)用中需要具有良好的耐熱疲勞性和強(qiáng)度的低成本灰鑄鐵合金。本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中高強(qiáng)度灰鑄鐵的一個(gè)或多個(gè)缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面公開了一種灰鑄鐵合金。該合金包含大約3.05至大約3.40重量百分比的碳、大約0.05至大約0.3重量百分比的鈮和大約1.75至大約2.3重量百分比的硅。該合金還包含小于或等于大約0.06重量百分比的^^。本發(fā)明的另一個(gè)方面公開了一種包含大約3.05至大約3.40重量百分比的碳、大約0.05至大約0.3重量百分比的鈮和大約0.04至大約0.15重量百分比的硫的灰鑄鐵合金。該合金中的碳基本以ASTMA247中限定的具有3-6的片大小的A型構(gòu)型片狀石墨形式存在。本發(fā)明的再另一個(gè)方面公開了一種由灰鑄鐵合金制成的鑄件。該鑄件包含大約3.05至大約3.40重量百分比的碳。該鑄件中的碳基本以ASTMA247A型片狀石墨的形式存在。該鑄件還包含大約0.05至大約0.3重量百分比的鈮、大約1.75至大約2.3重量百分比的硅，以頁及小于或等于大約4.1重量百分比的碳當(dāng)量。該鑄件在室溫下的抗拉強(qiáng)度為大約290MPa至大約360MPa。具體實(shí)施例方式灰鑄鐵之所以這樣命名是由于其斷面呈灰色?；诣T鐵在由鐵素體、珠光體或二者的組合物構(gòu)成的基質(zhì)中包含片狀石墨形式的碳。這些片狀石墨的形狀和分布可能會(huì)影響灰鐵鑄件的性質(zhì)。確定石墨分布和大小的標(biāo)準(zhǔn)方法是基于美國金屬測(cè)試協(xié)會(huì)(ASTM)規(guī)范A247，其對(duì)石墨的形式、分布和大小進(jìn)行了分類。在ASTMA247中，片狀形態(tài)被分為五類(A型-E型)。A型是大小基本均勻的片的隨機(jī)分布。當(dāng)在液態(tài)鐵中存在高成核(nucleation)度時(shí)，通常形成A型片狀石墨，從而促進(jìn)接近于平衡石墨共晶體的固化。B型石墨是以菊花(rosette)模式形成。由于成核度較低，B型石墨的共晶團(tuán)大小較大。在菊花的中心由于過冷(undercooling)形成細(xì)片，且隨著結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，這些細(xì)片變粗。C型結(jié)構(gòu)通常出現(xiàn)在過共晶鐵(見下文描述)中，其中，最初形成的石墨主要為漂浮石墨。D型和E型是在石墨核不足的快速冷卻鐵中形成的細(xì)的、過冷的片狀石墨。這一石墨形態(tài)阻止全珠光體基質(zhì)的形成。ASTM規(guī)范還提供了測(cè)量片狀石墨大小的標(biāo)準(zhǔn)。該測(cè)量是通過將100X的標(biāo)準(zhǔn)放大倍率下合金的拋光樣本與規(guī)范中提供的一系列標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行對(duì)比來完成的。片狀石墨的大小和類型主要取決于固化溫度、冷卻速率和熔體的成核狀態(tài)。片狀石墨起到應(yīng)力集中部位(stressraiser)的作用，其在低應(yīng)力下過早地造成局部的塑性流動(dòng)，并在高應(yīng)力下引起基質(zhì)斷裂。因此，灰鑄鐵的非彈性性能最低，但是卻具有良好的阻尼特性，因而在不發(fā)生顯著塑性變形的情況下不能拉伸(也就是脆性)。片狀石墨的存在還使得灰鑄鐵具有良好的機(jī)械加工性能和自潤(rùn)滑特性。為了在灰鐵鑄件中實(shí)現(xiàn)理想的機(jī)械性能，液態(tài)鐵必須具有適當(dāng)?shù)慕M成，并必須包含合適的合金元素來誘導(dǎo)固化時(shí)形成的適當(dāng)石墨結(jié)構(gòu)(也就是石墨化能力(graphitizationpotential))。石墨化能力部分地通過合金中的碳當(dāng)量值(下面詳細(xì)說明)和硅含量決定。為了在具有不同壁厚的鑄件中使用合金，合金性質(zhì)的截面大小敏感性較低也是重要的。某些情況下，為了增加強(qiáng)度而添加的合金元素會(huì)提高截面大小敏感性。除了形成一致的石墨結(jié)構(gòu)以外，灰鑄鐵合金還應(yīng)該相對(duì)地消除冷鐵(chill)、碳化物和游離鐵素體，并顯示出具有均勻強(qiáng)度和硬度的細(xì)珠光體微觀結(jié)構(gòu)。冷鐵是指由于與模具的金屬表面相接觸引起局部加速冷卻而導(dǎo)致固化成為白鑄鐵的鑄件部分。在固化過程中，碳化物會(huì)在鑄鐵中析出。盡管碳化物不會(huì)特別地?fù)p害合金的強(qiáng)度，但是它們會(huì)負(fù)面影響合金的機(jī)械加工性能。基質(zhì)中的游離鐵素體可以降低鑄件的強(qiáng)度。由于珠光體比游離鐵素體強(qiáng)度要高，因此合金強(qiáng)度可以通過完全消除游離鐵素體而最大化。合金元素的主要功能是控制奧氏體的轉(zhuǎn)變以實(shí)現(xiàn)細(xì)珠光體結(jié)構(gòu)，從而提高強(qiáng)度。但是，有助于這一轉(zhuǎn)變過程的某些合金元素對(duì)固化過程具有負(fù)面作用，會(huì)產(chǎn)生冷鐵和碳化物。因此，為了制造出具有理想特性的合金，需要對(duì)合金元素的組成進(jìn)行良好的控制。下述表I列出了本發(fā)明公開的高強(qiáng)度灰鑄鐵的一些成分的大致組成范圍。表I成分大致組成(重量百分比)樣口c^的組成范圍(重量百分比)碳(c)硅(Si)碳當(dāng)量(C.E)=%C+(%Si/3)錳(Mn)最低的錳硫(S)磷(P)鎳(Ni)3.05至3.401.75至2.300.5至0.701.7x0.04至0.1550.0650.063.1至3.351.9至2.2S楊0.5至0,6(%S)+0.30.09至0.15<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>合金中存在的碳可以為大約3.05至大約3.40重量百分比，盡管在某些實(shí)施方式中，碳的組成可以為大約3.1至大約3.35重量百分比。碳可能是合金中最重要的成分。除了基質(zhì)珠光體中的碳以外，碳以石墨形式存在。合金中存在的片狀石墨主要是ASTMA247的A型構(gòu)型，且片大小為3-6。盡管基質(zhì)主要是由珠光體組成的，但是還可能存在一些鐵素體和痕量的貝氏體和/或馬氏體。如果存在斯氏體和碳化物的話，它們的量不能超過最大2%，并可作為孤立的非塊狀顆?；蚍沁B續(xù)網(wǎng)狀物均勻地分布。合金中存在的硅可以為大約1.75至大約2.30重量百分比。在某些實(shí)施方式中，合金中硅的組成可以為大約1.9至大約2.2重量百分比?？梢韵蚝辖鹛砑庸鑱頊p少冷鐵和碳化物。但是，硅可能通過促進(jìn)鐵素體的形成對(duì)合金的強(qiáng)化產(chǎn)生負(fù)面影響。控制硅的組成對(duì)于實(shí)現(xiàn)合金的理想性質(zhì)而言是重要的。添加硅可以降低碳在鐵中的溶解度，并可以降低共晶體中碳的含量。提高硅含量可以降低珠光體的碳含量，并提高鐵素體加珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度。鐵和碳的共晶體大約為4.3重量百分比。每添加l.OO重量百分比的硅降低共晶體中大約0.33重量百分比的碳量。既然碳和硅是合金中的兩種主要元素，這兩種元素的組合效應(yīng)可以表述為碳當(dāng)量(C.E)。碳當(dāng)量表示為合金中碳的重量百分比加上合金中硅的重量百分比的1/3。本發(fā)明公開的合金的C.E值可以小于或等于大約4.1重量百分比。在某些實(shí)施方式中，C.E值可以小于或等于大約4.08重量百分比。碳當(dāng)量值小于大約4.3百分比的灰鑄鐵被稱為亞共晶鐵，而碳當(dāng)量值大于大約4.3百分比的灰鑄鐵被稱為過共晶鐵。因此，本發(fā)明的鑄鐵合金為亞共晶鐵合金。對(duì)于汽車和配套工業(yè)中的亞共晶鐵而言，碳當(dāng)量值每增加0.10%可以降低大約18.6MPa的抗拉強(qiáng)度。如果冷卻和固化速率對(duì)于合金的碳當(dāng)量值而言太大的話，合金可能會(huì)凝固在鐵-鐵碳化物亞穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中，而不是形成穩(wěn)定的鐵-石墨系統(tǒng)，這可能導(dǎo)致在鑄件上形成硬邊或冷邊(chillededge)?？梢酝ㄟ^改變碳和硅的含量之一或者兩者來改變碳當(dāng)量值。相對(duì)于增加碳含量，增加硅含量達(dá)到相同的碳當(dāng)量值可以對(duì)減少硬邊起到更大的作用。合金中存在的錳可以為大約0.5至大約0.7重量百分比。在某些實(shí)施方式中，錳的濃度可以為大約0.5至大約0.6重量百分比。合金中存在的錳大部分為硫化錳。高于結(jié)合硫所需量的過量錳可以延緩鐵素體的形成，并適度地細(xì)化珠光體。只有不與硫結(jié)合的錳的部分才能達(dá)到這個(gè)目的。在某些實(shí)施方式中，錳的最低濃度可以限制為大約(1.7x硫的百分比)+0.3百分比或更高。例如，對(duì)于含0.05百分比的硫的合金，錳的濃度可以為大約0.5至大約0.7重量百分比，而對(duì)于含大約0.14百分比的硫的合金，錳的濃度可以為大約0.54至大約0.7重量百分比。錳是強(qiáng)的珠光體形成促進(jìn)劑，因?yàn)殄i可以通過提高奧氏體中的碳的溶解度來穩(wěn)定奧氏體。錳還可以降低鐵素體形成的平衡溫度。向合金中添加大量的錳可能擾亂硫-錳平衡并改變成核的狀態(tài)，因而導(dǎo)致較低的共晶團(tuán)計(jì)數(shù)以及粗或過冷的石墨。合金中存在的硫可以為大約0.04至大約0.15重量百分比。在某些實(shí)施方式中，^L的組成可以為大約0.09至大約0.15重量百分比。在高達(dá)大約0.15百分比時(shí)，硫可以傾向于促進(jìn)A型石墨的形成。高于該百分比時(shí)，碌u可以導(dǎo)致在鑄件中形成氣孔。合金中磷的含量可以小于或等于大約0.06重量百分比。在某些實(shí)施方式中，合金中磷的含量可以保持小于或等于大約0.02重量百分比。高達(dá)大約0.06百分比的磷可以促進(jìn)熔融金屬的流動(dòng)性。高于該量時(shí)，磷化鐵的形成可能對(duì)鑄件的性質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)鉻的含量小于或等于大約0.2百分比時(shí)，可以預(yù)想合金中磷的含量可以高達(dá)0.08百分比。合金中不需要存在銅和鎳，因?yàn)椴淮嬖谶@些元素也可以實(shí)現(xiàn)所需的合金性質(zhì)，而它們的添加增加了合金的成本。但是，可以預(yù)想在合金的某些實(shí)施方式中，銅和鎳可以作為有意添加的合金元素或殘留的合金元素存在。如果存在的話，合金中銅的濃度可以小于或等于大約l重量百分比。如果存在的話，鎳的濃度可以小于或等于大約0.06重量百分比。在某些實(shí)施方式中，合金中鎳的最大濃度可以小于或等于大約0.04重量百分比。銅是相對(duì)強(qiáng)的珠光體促進(jìn)劑。與錫類似，銅可以通過在奧氏體-石墨界面聚集而作為碳擴(kuò)散的屏障。銅只能較弱地細(xì)化珠光體。但是，當(dāng)與其它合金元素(例如鉬)結(jié)合時(shí)，銅可以顯示出強(qiáng)得多的可硬化(hardenability)效應(yīng)。與銅類似，鎳也是弱的珠光體細(xì)化劑，且在與其它合金元素(例如鉬)結(jié)合時(shí)，鎳具有更好的可硬化效應(yīng)。一般而言，銅和鎳在鑄鐵中可以以相似的方式發(fā)揮作用。也就是銅和鎳可以強(qiáng)化基質(zhì)并降低鑄件上形成硬邊的趨勢(shì)。由于銅和鎳都是溫和的石墨化劑，它們可以取代合金中的一些硅。合金中4各的含量可以小于或等于大約0.25重量百分比。添加鉻可以提高合金的硬度和強(qiáng)度。鉻是強(qiáng)的珠光體促進(jìn)劑，因?yàn)槠湓黾犹荚趭W氏體中的溶解度，并因此抑制鐵素體的形成。在高達(dá)大約0.25百分比時(shí)，鉻可以提高合金的高溫強(qiáng)度。但是，高于大約0.25百分比時(shí)，鉻可能在固化過程中促進(jìn)冷鐵和碳化物的形成。鉬可用于提高灰鑄鐵合金的高溫性質(zhì)。合金中存在的鉬可以為大約0.05至大約0.4重量百分比。在某些實(shí)施方式中，鉬的濃度可以為大約0.05至大約0.3重量百分比。傳統(tǒng)上，鉬是用以提高灰鑄鐵強(qiáng)度的最廣泛使用的合金元素。由于鉬與磷形成復(fù)合共晶體并因此降低合金效應(yīng)，當(dāng)磷的含量低于O.IO百分比時(shí)可以實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。由于鉬的彈性模量非常高，因此添加鉬可能增加合金的彈性模量。但是，鉬造成的成本增加可能使得含鉬的灰鑄鐵變得比較昂貴。為了降低合金的成本，合金中的鉬可由鈮代替。合金中存在的鈮可以為大約0.05至大約0.3重量百分比。為了降低成本，鈮可以代替合金中的鉬。因此，在合金的某些實(shí)施方式中，一部分鉬可由鈮代替?？梢灶A(yù)想在鉬由鈮代替的某些實(shí)施方式中，鉬的濃度可以更接近于允許范圍的下限(即大約0.05重量百分比)，而鈮的濃度可以更接近允許范圍的上線(即更接近于大約0.3重量百分比)。合金中存在的錫可以高達(dá)大約0.1重量百分比。少量添加錫(小于0.10百分比)可以提高合金中珠光體的穩(wěn)定性。高于這一限度時(shí)，錫可能在合金中？1起脆化以及其它的負(fù)面副作用。合金組合物的余量可以由鐵組成。除了表I中所列的成分，該合金還可以包含痕量的其它雜質(zhì)。表II列出了合金中可能存在的一些雜質(zhì)及其典型的最大濃度。需要強(qiáng)調(diào)的是，表n只是示例性的，合金可能包含表n中未列出的雜質(zhì)。一種或多種雜質(zhì)的濃度也可能超出表n中所列出的典型的最大濃度。表n<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明公開的高強(qiáng)度灰鑄鐵可用于制造可能暴露于高溫和/或熱循環(huán)條件下并需要高強(qiáng)度的任何物品。本發(fā)明公開的合金可用于發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力系統(tǒng)的組件。例如，本發(fā)明公開的合金可用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣具有足以耐受氣缸蓋所承受的應(yīng)力和循環(huán)溫度的高強(qiáng)度和耐熱疲勞性。但是，本發(fā)明并不局限于這些應(yīng)用，因?yàn)槠渌膽?yīng)用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也是顯而易見的。本領(lǐng)域已知的任何模制和孕育(innoculation)工藝都可被用于鑄造高強(qiáng)度灰鑄鐵物品。合適的鑄造工藝的非限制性例子是濕砂鑄造、干砂鑄造、殼模鑄造、離心鑄造等。另外，產(chǎn)生具有所要求的石墨形態(tài)和機(jī)械性能的合金的任何本領(lǐng)域已知的冷卻曲線都可以用于冷卻熔融合金。具有表I所列范圍內(nèi)的組成的不同實(shí)施方式合金的樣品(在標(biāo)題為"樣品的組成范圍"的欄下所列的)被鑄造，并經(jīng)受冶金學(xué)和機(jī)械測(cè)試。特別地，這些樣品按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)在鑄造的同樣條件下進(jìn)行抗拉和硬度測(cè)試。測(cè)試樣品的抗拉強(qiáng)度為大約290-360MPa,樣品的硬度為大約195-253BHN。在硬度測(cè)試中，樣品被研磨到足夠的深度(大約1mm)以避免表面效應(yīng)。可以設(shè)想，如果樣品的才幾械加工性能不受到負(fù)面影響的話，合金的抗拉強(qiáng)度可以超過360MPa。機(jī)械加工性的負(fù)面影響可能特別表現(xiàn)為加工過程中工具壽命的降低、較差的表面光潔度等。通過以IOOX放大倍率對(duì)直徑1.6mm范圍的鑄件進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)石墨形態(tài)主要是ASTM的A型，片大小為3-6。還可以設(shè)想，合金的實(shí)施方式可能包含其它片狀類型，以使得樣品的抗拉強(qiáng)度為大約290-360MPa。樣品基質(zhì)主要由珠光體組成?？梢栽O(shè)想在合金的某些實(shí)施方式中，基質(zhì)中可以存在鐵素體，其程度使得合金的抗拉強(qiáng)度不會(huì)下降到低于大約290MPa?；|(zhì)中還可以存在痕量的貝氏體或馬氏體。在某些實(shí)施方式中，基質(zhì)中可以存在高達(dá)2百分比上限的斯氏體和碳化物。如果合金中存在斯氏體和碳化物，它們可以作為冶金學(xué)和機(jī)械測(cè)試表明合金的強(qiáng)度、耐熱疲勞性和其它性質(zhì)達(dá)到或超過典型的含鉬灰鑄鐵合金的性質(zhì)。合金強(qiáng)度的增加是通過用鈮取代鉬來實(shí)現(xiàn)的。市場(chǎng)研究顯示鈮的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鉬的價(jià)格。因此，減少高強(qiáng)度灰鑄鐵合金中的鉬成分可以顯著地降低合金的成本。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，可以對(duì)本發(fā)明公開的高強(qiáng)度灰鑄鐵進(jìn)行各種不同的改進(jìn)和變化。在考慮了本發(fā)明公開的高強(qiáng)度灰鑄鐵的說明書和對(duì)其進(jìn)行實(shí)施后，其它的實(shí)施方式對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。本發(fā)明的說明書和實(shí)施例僅是示例性的，要求保護(hù)的真正范圍由下述權(quán)利要求書和它們的等同范圍確定。權(quán)利要求1.一種灰鑄鐵合金，包含大約3.05至大約3.40重量百分比的碳；大約0.05至大約0.3重量百分比的鈮；大約1.75至大約2.3重量百分比的硅；小于或等于大約4.1重量百分比的碳當(dāng)量；和小于或等于大約0.06重量百分比的鎳。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灰鑄鐵合金，進(jìn)一步包含大約0.04至大約0.15重量百分比的^L;錳的最低濃度大于或等于(1.7x硫濃度+0.3)和0.5中較大者；和錳的最高濃度小于或等于大約0.7重量百分比。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灰鑄鐵合金，進(jìn)一步包含小于或等于大約0.06重量百分比的磷；和小于或等于大約0.25重量百分比的鉻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灰鑄鐵合金，進(jìn)一步包含大約0.05至大約0.4重量百分比的鉬。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灰鑄鐵合金，進(jìn)一步包含小于或等于大約0.1重量百分比的錫；和小于或等于大約1重量百分比的銅。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灰鑄鐵合金，其中，所述合金在室溫下的抗拉強(qiáng)度為大約290MPa至大約360MPa，且在足以避免表面效應(yīng)的深度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其石更度值為大約195BHN至大約253BHN。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灰鑄鐵合金，其中，碳基本以片狀石墨形式存在，且如ASTMA247規(guī)范所確定的，該片狀石墨基本上為A型構(gòu)型并具有3-6的片大小。8.由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的灰鑄鐵合金制成的物品。9.一種由灰鑄鐵合金制成的鑄件，包含大約3.05至大約3.40重量百分比的碳，其中，所述碳基本以ASTMA247A型片狀石墨形式存在；大約0.05至大約0.3重量百分比的鈮；大約1.75至大約2.3重量百分比的硅；和小于或等于大約4.1重量百分比的碳當(dāng)量，其中，該合金在室溫下的抗拉強(qiáng)度為大約290MPa至大約360MPa。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鑄件，進(jìn)一步包含大約0.04至大約0.15重量百分比的碌u;錳的最低濃度大于或等于(1.7x硫濃度+0.3)和0.5中的較大者；和錳的最高濃度小于或等于大約0.7重量百分比。全文摘要本發(fā)明涉及一種灰鑄鐵合金。所述灰鑄鐵合金包含大約3.05至大約3.40重量百分比的碳、大約0.05至大約0.3重量百分比的鈮和大約1.75至大約2.3重量百分比的硅。所述灰鑄鐵合金還包含小于或等于大約0.06重量百分比的鎳。文檔編號(hào)C22C37/00GK101622367SQ200880006275公開日2010年1月6日申請(qǐng)日期2008年1月31日優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日發(fā)明者J·K·賈斯扎羅維斯基,J·W·埃登伯恩(已故),L·W·瑪西尼,M·J·莫蒂爾,R·W·康科林申請(qǐng)人:卡特彼勒公司