1] 本發(fā)明的合金組合物特別特征在于此處提供的合金組合物能夠用于制備滿足或 超過高應(yīng)力、高熱應(yīng)用所需的機械和物理需求的制品，然而該合金組合物的元素組成使得 該合金與已知的奧氏體球墨鑄鐵相比能夠以降低的成本制備。在某些實施方案中，本發(fā)明 的合金組合物實現(xiàn)了這些特征，因為該合金與通常用于這種高應(yīng)力、高熱應(yīng)用的D-5S奧氏 體球墨鑄鐵相比包括減少量的鎳。在本發(fā)明的合金中與D-5S相比鎳含量的降低降低了該 合金的制備成本，因為鎳是昂貴的且也是受到價格波動大的戰(zhàn)略物資。在優(yōu)選實施方案中， 該鎳含量的降低能夠在與D-5S相比不會對該合金的物理性質(zhì)造成不利影響的情況下實 現(xiàn)。
[0022] 在特別實施方案中，基于該合金組合物的總重量，該合金組合物包括約10wt% ~ 約40wt%的量的鎳。在進一步的實施方案中，該合金組合物包括約25% ~約35%的量的 鎳。在優(yōu)選實施方案中，該合金組合物包括約28% ~約30%的量的鎳。在特別優(yōu)選的實施 方案中，本發(fā)明的合金的鎳含量為約28wt % ~約29wt %。鎳有助于使該基體結(jié)構(gòu)奧氏體化。 當Ni的含量小于約10%時，該奧氏體不是充分穩(wěn)定的。當Ni的含量超過40%時，沒有產(chǎn) 生進一步的奧氏體化效應(yīng)，僅導(dǎo)致材料成本提高而沒有相應(yīng)的有利性質(zhì)。
[0023] 除了鎳和鐵之外，本發(fā)明的合金組合物還可以包含一種或多種可以用于為該合金 組合物賦予有利性質(zhì)的其他合金化元素。此處描述了在某些優(yōu)選實施方案中有用的元素。 不過，某些元素的包括和某些另外元素的不包括并不意于限制本發(fā)明的范圍。反而，此處所 述的所述其他元素僅是優(yōu)選的，并且在不脫離本發(fā)明的情況下，被視為有利的其他元素也 能夠包括在該合金中。該其他元素的含量是基于總組合物的重量的。
[0024] 在特別實施方案中，基于該合金組合物的總重量，該合金組合物包括約lwt% ~約 3wt%的量的碳。在其他實施方案中，該合金組合物包括約I. 5wt% ~約2. 5wt%的量的碳。 在優(yōu)選實施方案中，碳以約2. 2wt% ~約2. 4wt%的量存在。碳的添加可能導(dǎo)致生成石墨晶 體，且可以改進所述材料處于熔化形式的流動性。當該碳含量小于約1%時，球形石墨不能 結(jié)晶且該熔體的流動性不足以有效鑄造該材料。當碳含量超過約3. 5%，形成粗石墨顆粒， 導(dǎo)致具有差的室溫伸長率的球形石墨鑄鐵，在鑄造過程中很可能形成收縮孔。
[0025] 在特別實施方案中，基于該合金組合物的總重量，該合金組合物包括含量不超過 約3wt%的鉻。在一些實施方案中，鉻以約lwt% ~約3wt%的量存在。在優(yōu)選實施方案中， 鉻以約2. 5wt% ~約3wt%的量存在。鉻可以幫助在鑄鐵基體中沉淀碳化物，由此通過該基 體的沉淀增強來提高該球墨鑄鐵的高溫屈服強度。其也能夠在該表面附近形成致密的氧化 鉻鈍化膜，由此提高抗氧化性。當鉻含量超過3%時，該材料的可加工性可能會降低，可能 會不利地影響石墨的球化。在一些實施方案中，本發(fā)明的合金包含比標準奧氏體鑄鐵(例如 D-5S)中更高含量的鉻以確保該合金具有高的抗氧化性。在特別實施方案中，本發(fā)明的合金 可以具有比D-5S更好的抗氧化性。在優(yōu)選實施方案中，該合金具有比D-5S更好的抗氧化 性且不會有害地影響其他材料性質(zhì)。
[0026] 在特別實施方案中，基于該合金組合物的總重量，該合金組合物包含含量為約 0. 5wt%?約4. 5wt%的鉬。在一些實施方案中，該合金包括含量為約0. 5wt%?約2wt%的 鉬。在進一步的實施方案中，該合金的鉬含量約為Iwt%。優(yōu)選地，該鉬含量為約0. 9wt%? 約I. lwt%。鉬可以幫助碳化物在該鑄鐵基體中的沉淀，并由此可以通過在該合金可能使用 的整個溫度范圍內(nèi)沉淀強化而提高該球墨鑄鐵基體的高溫屈服強度。當鉬含量低于lwt% 時，該鑄鐵的基體可能不通過形成碳化物而經(jīng)歷足夠的沉淀強化。當鉬含量超過4. 5wt % 時，可能降低室溫伸長率和可加工性。進一步地，鉬能夠是昂貴的，因此限制所用鉬的量可 能是合意的。
[0027] 在特別實施方案中，該合金組合物包含含量為約lwt%?約6.5wt%的硅。在 一些實施方案中，該合金包括含量為約3. 5wt %?約6wt %的娃。優(yōu)選地，該合金包括約 4. 5wt%?約6. Owt%的娃。娃有助于石墨的結(jié)晶。在該合金中包括lwt%或更多的娃可能 有助于在表面附近形成的氧化硅的鈍化膜，導(dǎo)致該材料的抗氧化性的提高。然而，當硅含量 超過6. 5wt%時，形成了硬的基體，其導(dǎo)致由該合金制成的任何制品的可加工性差。
[0028] 在某些實施方案中，可以指定該合金的碳當量值。在優(yōu)選實施方案中，該碳當量值 是基于下式計算的： Ce = Ct + 0.33 X Si + 0.047 X Ni - 0. 0055 (Ni + Si)； 其中C6表示碳當量，C t表示該合金中碳的重量百分比，Si表示該合金中娃的重量百分 比，Ni表示該合金中鎳的重量百分比，基于該合金組合物的總重量。
[0029] 在一些實施方案中，基于該合金組合物的總重量，該合金的碳當量值為約4%? 約5%。在優(yōu)選實施方案中，該碳當量值為約4. 5%?約4. 8%。該碳當量值確立了該合金 的固化溫度范圍并與該合金的鑄造特征及其性質(zhì)有關(guān)。例如，在某些實施方案中，在該合金 中更高濃度的碳和其他元素(例如鎳和硅)可能導(dǎo)致由其制備的制品的硬度的提高。每種這 些元素可能對該合金的性質(zhì)的影響程度都有些不同，使得需要進行比較方法以判斷由不同 合金化方法制成的兩種合金之間硬度的差別。注意各種含量的硅、鎳和碳可能導(dǎo)致相同的 碳當量值；具有相同碳當量值的合金不必具有相同或相似的性質(zhì)。因此，碳當量值用于限定 合金的使用可能有助于預(yù)測合金的性質(zhì)，但存在著一些局限性。
[0030] 依照進一步的實施方案，本發(fā)明的合金組合物能夠包括鎂，基于該合金組合物 的總重量，其含量可能在約0.02wt %?約0,1wt %的范圍。優(yōu)選地，鎂以約0.035 %?約 0. 090 %的含量存在。在一些實施方案中，該鎂可以作為孕育劑添加到該合金熔體中，其可 以有助于石墨成核和/或影響該合金內(nèi)鐵的過冷。孕育處理可能導(dǎo)致可加工性的提高，強 度和延展性的提高，硬度和端面敏感度的降低、和在冷卻的合金和由其制備的任何制品中 更均勻的微觀結(jié)構(gòu)。
[0031] 除了上述元素之外，在一些實施方案中，本發(fā)明的合金還可以包括一種或多種以 痕量存在的元素，所述元素可以稱作痕量元素。此處所用的術(shù)語"痕量元素"表示在本發(fā)明 的合金組合物中存在的、不要求最小含量的任意元素。因此，痕量元素也能夠在該合金組合 物中完全不存在。痕量元素可以作為制備合金所用的工藝的直接結(jié)果而存在于該合金中， 或者可以在該合金組合物中有意包括其他元素，盡管是以少量的。如果在該合金組合物中 包括一種或多種痕量元素，那么優(yōu)選以小于或等于最大量而存在。
[0032] 例如，在特別實施方案中，本發(fā)明的合金可以包括錳、磷、硫和銅中的一種或多種。 在一種實施方案中，本發(fā)明的合金可以包括錳?；谠摵辖鸾M合物的總重量，該錳可以以不 超過約0.50wt%的量存在。在另一實施方案中，本發(fā)明的合金可以包括磷。基于該合金組 合物的總重量，該磷可以以不超過約0. 08wt%的量存在。例如，在另一實施方案中，本發(fā)明 的合金可以包括硫?；谠摵辖鸾M合物的總重量，硫可以以不超過約〇. 3wt%的量存在。在 另一實施方案中，本發(fā)明的合金可以包括銅。基于該合金組合物的總重量，該銅可以以不超 過約0. 50wt%的量存在。
[0033] 在其他實施方案中，本發(fā)明的合金可以包括其他元素。在一種實施方案中，單一的 痕量元素能夠以不超過約lwt%的量存在。更優(yōu)選地，痕量元素以不超過約0. lwt%的量存 在。痕量元素優(yōu)選僅構(gòu)成本發(fā)明的總合金組合物的少量百分比。在某些實施方案中，所有 痕量元素含量的總和能夠占本發(fā)明的總合金組合物的總重量的不超過約2%。優(yōu)選地，所有 痕量元素的總和占該合金的不超過約I. 5wt%，更優(yōu)選地占該合金的不超過約1%。
[0034] 在某些實施方案中，痕量元素能夠是雜質(zhì)。如合金化工藝中公知的，特別是在使用 較低成本材料制備合金的情況下，通常有各種雜質(zhì)引入合金組合物中。因此，在該合金組合 物中存在的、不必作為合金化元素而需要的任何元素都可以被認為是雜質(zhì)。而且，非金屬性 材料(例如磷、氮和氧）可以作為雜質(zhì)存在。當然，其他非金屬性材料也能夠包括作為雜質(zhì)。
[0035] 可以特別以痕量存在于本發(fā)明的合金組合物中的元素包括但不局限于鈣和鈉。單 一雜質(zhì)的含量優(yōu)選不超過約〇. 1 %。在優(yōu)選實施方案中，所有雜質(zhì)的總含量低于約1 %，優(yōu) 選低于約0. 5%，低于約0. 4%或低于約0. 3wt%。
[0036] 在某些實施方案中，本發(fā)明的合金基本上不含錫和/或銻。"基本上不含"表示任 一元素含量小于約〇. OOlWt%，更通常小于約0. 0001 %，最通常小于約0. 00001 %。在某些 實施方案中，錫和銻基本上占據(jù)總合金組合物總重量的Owt% (即該合金組合物不含錫和 銻)。
[0037] 本發(fā)明的合金的優(yōu)點，特別是與保持與合金有關(guān)的總強度同時降低該合金的總成 本方面的優(yōu)點，在某些實施方案中能夠通過使用特定量的這些元素而實現(xiàn)。在特別實施方 案中，該合金組合物包括含量范圍為約2. 2?約2. 4%的碳、含量為約3. 5?約4%的硅、 含量為約28 %?約29 %的鎳、含量為約2. 5 %?約3 %的鉻和含量為約0. 9 %?約1. 1% 的鉬，所有百分比都是以重量計且基于該總合金組合物的總重量的。在本發(fā)明的其他實施 方案中，有利的是本發(fā)明的合金組合物具有特別限定的組成。例如，在一種特別實施方案 中，本發(fā)明涉及由以下構(gòu)成的鑄鐵合金組合物：約2. 2wt%?約2. 4wt%的碳、約3. 5wt%? 約4. Owt%的娃、約28wt%?約2