KR100616649B1 - 회주철 합금 및 내연 기관 주물 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 실질적으로 펄라이트 조직의 회주철 합금은, 중량%로, 3.2% ~ 3.49%의 C, 1.8% ~ 2.2%의 Si, 0.15% 미만의 S, 0.15% 미만의 P, 0.3% ~ 0.8%의 Mn, 0.2% ~ 0.4%의 Cr, 0.1% ~ 0.4%의 Mo, 0.03% ~ 0.3%의 V, 0.3% ~ 1.0%의 Cu, 0.15% 미만의 Nb, 0.005% ~ 0.015% N, 0.007% ~ 0.015% Ti, 잔부 Fe 및 불순물을 함유한다.

회주철 합금, 내연 기관 주물 부재, 피로 강도

Description

회주철 합금 및 내연 기관 주물 부재{GREY CAST IRON ALLOY AND CAST INTERNAL COMBUSTION ENGINE COMPONENT}

본 발명은 회주철 합금에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 피로 강도 개선을 위한 추가 합금 원소를 함유하는 실질적으로 펄라이트 조직의 회주철에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 회주철 합금으로 주조된 내연 기관 부재에 관한 것이다.

회주철은, 비용이 비교적 적게 들고 성능이 우수하기 때문에, 예를 들면 차량용 내연 기관 블록용으로 가장 관심의 대상이 되는 재료이다. 사용시의 재료의 인장 강도, 마모성 등과 같은 물성 및 비용, 가공성 등과 같은 생산성을 서로 절충시킬 수 있는 넓은 범위 내의 조성들이 이미 공지되어 있다.

따라서, 주조된 내연 기관 블록에 있어서, 기본 합금 0120은 이하의 표 1에 따른 조성을 갖고, 통상의 표준 합금 또한 표 1에 따른 조성을 가지며, 스카니아(Scania) 표준 합금은 비교적 높은 탄소 함량에 의하여 건전한[공동(pore)이 없는] 재료 및 펄라이트 조직의 회주철을 제공한다.

그러나, 현재의 상태로도 충분히 사용은 가능하지만, 근래에는 현재의 물성 을 보완하기 위하여 개선된 피로 강도가 요망되고 있으며, 피로 강도가 개선되면 종래 기술에 의한 회주철의 용도가 확대될 것이다.

본 발명의 목적은, 표준 합금에 비하여 비교적 건전한 조직을 가지며 양호한 가공성을 제공하며 또한 실질적으로 피로 강도가 개선된 회주철을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 표준 합금에 비하여 실질적으로 피로 강도가 개선된 회주철로 제조된 기관 블록과 같은 내연 기관 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 첨부한 특허청구범위 제1항에 따른 회주철에 의하여 달성된다. 바람직한 실시 형태들은 종속항들에 명시되어 있다.

또한, 본 발명의 목적은 첨부한 특허청구범위 제9항에 따른 회주철 내연 기관 부재에 의해 달성된다. 바람직한 실시 형태들은 종속항들에 명시되어 있다.

도 1은, 기본 합금, 표준 합금 및 본 발명에 따른 합금의 뵐러(Boehler) 피로 곡선이다.

이하의 설명에 기재된 합금들의 모든 원소들에 대한 백분율은 중량%를 나타낸다.

본 발명에 따른 합금은 실질적으로 조직이 펄라이트이고 탄소 함량이 3.2% ~ 3.49%인 회주철이다. 비교적 높은 탄소 함량은 건전한 조직의 형성을 촉진한다. 펄 라이트/탄화물 안정화시키는 특성이 있는 Cr을 0.2% ~ 0.4% 첨가하면, 미세한 펄라이트 조직이 형성된다.

0.1% ~ 0.4%의 Mo, 0.03% ~ 0.3%의 V, 0.007% ~ 0.015%의 Ti 및 0.15% 미만의 Nb를 첨가하면, 이 원소들은 탄화물을 형성시키는 특성이 있을 뿐만 아니라, 주조시에 미세한 펄라이트 및 박편(flake)형 흑연 조직(1차 및 2차 석출 탄화물)을 형성시키는 핵으로서 작용한다. 또한 Mo는 고온에서 펄라이트를 안정화시킨다.

Si는 1.8% ~ 2.2%의 함량으로 존재하여 회주철 형성을 촉진한다.

0.3% ~ 0.8%의 Mn은 펄라이트 안정제로서 존재한다.

본 발명에서 0.3% ~ 1.0%의 함량으로 존재하는 Cu는 펄라이트 형성을 촉진하고 펄라이트를 안정화시키며, 또한 미세 조직의 형성을 촉진한다.

S 및 P의 함량은 0.15% 미만으로 유지되어야 한다.

0.005% ~ 0.017%의 N은 박편형 흑연을 압밀화하고 펄라이트 형성을 촉진하며, 0.01% 미만의 Al은 흑연 형성제로서 작용한다.

회주철 합금은 잔부 Fe 및 통상의 불순물을 또한 함유한다. Ti, N 및 Al의 함량은 통상의 불순물 범위 내에서 존재하지만 바람직할 수도 있다.

<실시예>

1회 처리량을 1500kg으로 준비하여, 각 처리량을 4개의 300kg 기관 블록으로 주조하였다. 1420℃에서 주조를 개시하였고, 주조 공정 중에 온도가 약 10℃ 강하하였다.

기본 합금을 사용하여 Mo, V, Ti, Nb를 조합한 10 종류의 주물들을 제조하였 다.

또한, N과 Al의 함량을 변화시켜 핵 형성제(접종제)가 다른 16 종류의 주물들을 제조하였다.
본 발명에 따른 회주철 합금을 제조하기 위한 그 밖의 공정 조건에 대해서는, 당해 분야에 공지된 통상의 공정 단계 및 수단을 채용하였다.

각 주물로부터 피로 시험편을 채취하여 피로 시험을 실시하였다.

또한, 선행 시험에서의 가장 양호한 결과를 나타내는 조성을 조합한 주물들을 생산하여 피로 시험을 실시하였다.

본 발명에 따른 조성 범위 내의 조성에 해당하는 결과를 도 1에 곡선 3으로 도시하였으며, 이 조성을 표 1에 또한 나타내었다.

본 발명에 따른 회주철은 기본 합금의 회주철보다 약 40% 높은 피로 강도를 나타내고 기관 블록용 표준 회주철보다 약 30% 높은 피로 강도를 나타내며, 또한 본 발명은 가공성 및 건전성 등에 있어서도 우수한 성능을 실현하는 회주철을 제공한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 회주철은 기관 블록 부재와 같은 내연 기관 주물 부재용으로 극히 유용하며, 본 발명에 따른 합금은 가공성, 건전성 및 높은 피로 강도를 겸비한다. 본 발명에 따른 합금은 실린더 헤드 등과 같은 기타 부재에도 또한 유용하다.

Claims (10)

1. 중량%로,

   3.2% ~ 3.49%의 C,

   1.8% ~ 2.2%의 Si,

   0.15% 미만의 S,

   0.15% 미만의 P,

   0.3% ~ 0.8%의 Mn,

   0.2% ~ 0.4%의 Cr,

   0.1% ~ 0.4%의 Mo,

   0.03% ~ 0.3%의 V,

   0.3% ~ 1.0%의 Cu,

   0.15% 미만의 Nb,

   0.007% ~ 0.015%의 Ti,

   0.005% ~ 0.017%의 N,

   잔부 Fe 및 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 펄라이트 조직의 회주철 합금.
2. 제1항에 있어서,

   3.3% ~ 3.4%의 C,

   1.8% ~ 2.2%의 Si,

   0.1% 미만의 S,

   0.05% 미만의 P,

   0.4% ~ 0.6%의 Mn,

   0.2% ~ 0.4%의 Cr,

   0.2% ~ 0.3%의 Mo, 및

   0.05% ~ 0.1%의 V을 함유하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 펄라이트 조직의 회주철 합금.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   V은 0.1% 미만의 함량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 펄라이트 조직의 회주철 합금.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   Al은 0.01% 미만의 함량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 펄라이트 조직의 회주철 합금.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   Ni는 0.1% 미만의 함량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 펄라이트 조직의 회주철 합금.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   Sn은 0.1% 미만의 함량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 펄라이트 조직의 회주철 합금.
9. 펄라이트 조직의 회주철 합금으로 제조된 내연 기관 주물 부재로서,

   상기 회주철 합금은,

   3.2% ~ 3.49%의 C,

   1.8% ~ 2.2%의 Si,

   0.15% 미만의 S,

   0.15% 미만의 P,

   0.3% ~ 0.8% Mn,

   0.2% ~ 0.4% Cr,

   0.1% ~ 0.4% Mo,

   0.03% ~ 0.3% V,

   0.3% ~ 1.0% Cu,

   0.007% ~ 0.013% Ti,

   0.15% 미만의 Nb,

   0.005% ~ 0.015% N,

   0.01% 미만의 Al,

   잔부 Fe 및 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 주물 부재.
10. 제9항에 있어서,

    상기 내연 기관 주물 부재는 기관 블록 부재 또는 실린더 헤드 부재인 것을 특징으로 하는 내연 기관 주물 부재.

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