[发明专利]一种高导热高强度灰铸铁及其制备方法

说明书

本发明属于钢铁制备技术领域，特别涉及一种高导热高强度灰铸铁及其制备方法。该灰铸铁中各元素含量为3.3～3.8wt％C，1.2～1.8wt％Si，0.4～0.8wt％Mn，0.1～0.5wt％Mo，0.4～0.8wt％Cu，0.05～0.15wt％Sn，0.01～0.04wt％S，0.004～0.02wt％Sr，P0.03wt％，Ni0.5wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；通过熔炼、孕育、浇注得到上述灰铸铁。本发明提供灰铸铁的抗拉强度为280～350MPa，硬度为210～240HB，导热系数为50～60W/(m·K)，相同试验条件下导热系数显著高于同等水平抗拉强度的灰铸铁。

技术领域

本发明属于钢铁制备技术领域，特别涉及一种高导热高强度灰铸铁及其制备方法。

背景技术

灰铸铁是一种断面呈灰色，碳主要以片状石墨形式出现的铸铁。金属基体加片状石墨的结构不仅使灰铸铁具有良好的减震和吸震性能，还赋予其良好的导热性能。这样的特性使灰铸铁广泛应用于高/低周疲劳和热机械疲劳工况下的结构件，如钢锭模、汽车发动机缸体、缸盖及刹车盘等。

随着经济的发展，对结构件的负载要求越来越高，同时出于节能减排的考虑其壁厚也越来越薄，目前所使用的各种汽车热部件用灰铸铁材料在很大程度上已不能满足设计者的要求和客户商们的需求，尤其是高功率密度柴油机的工作环境相当恶劣，对缸盖等材质的要求非常高，其所承受的机械负荷和热负荷同时大幅增加，这两方面的原因使得对材料抗拉强度的要求已经达到常规灰铸铁的极限。同时，汽车热部件用灰铸铁材料选择的主要出发点在于高强度、高导热、优良的疲劳性能及轻量化，除了超过300MPa的抗拉强度要求外，对抗热疲劳及抗热机械疲劳的要求也越来越高。热疲劳和热机械疲劳是一个复杂的过程，工件被反复加热冷却时，由于温度差造成各部分热膨胀、热应变不同，从而产生了热应力。反复加热也会引起珠光体分解造成的体积变化及局部氧化。这几项因素和工件承受的负载一起往往造成一个超过材料本身强度的总应力，使零件最终失效。这个过程往往与抗拉强度和导热率等有关，抗拉强度和导热率越高，工件的耐热疲劳性能越好。

然而，灰铸铁的抗拉强度和导热率是互为制约的两个性能，对抗拉强度有利的组织对导热系数有弊，反之亦然。对高抗拉强度的要求可以通过降低碳当量及添加合金元素来实现，但这些方式不仅降低了铸件的充型和补缩性能，提高了废品率，同时还提高了铸铁的白口倾向，减少了共晶石墨量，使导热性能下降；而为了提高灰铸铁的热导率，则必须采用高碳当量，又会导致铸铁强度的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热高强度灰铸铁及其制备方法，具体技术方案如下：

一种高导热高强度灰铸铁，所述灰铸铁中各元素百分含量为C 3.3～3.8wt％，Si1.2～1.8wt％，Mn 0.4～0.8wt％，Mo 0.1～0.5wt％，Cu 0.4～0.8wt％，Sn 0.05～0.15wt％，S 0.01～0.04wt％，Sr 0.004～0.02wt％，P0.03wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；

共晶度Sc在0.9～1.0之间，饱和度MEG在2.0～2.5之间，其中Sc＝wt％C/(4.26-0.3×(wt％Si+wt％P))，MEG＝wt％C-1.3+0.1×(wt％Si+wt％P)。

所述灰铸铁中还含有百分含量0.5wt％的Ni。

灰铸铁中C含量控制在3.3～3.8wt％，Si含量控制在1.2～1.8wt％，优选1.5～1.8wt％，能够保证良好的铸造性能和足够的共晶石墨含量。

Cu元素不仅可以促进珠光体的生成，还可提高稳定共晶的温度促进石墨的生成，另外铁液中富余的Cu不与其它元素生成杂质相。根据Cu在奥氏体中的固溶度将其含量控制在0.4～0.8wt％，优选0.5～0.8wt％之间，对于薄壁铸件，可将其控制在含量上限。