蠕鐵缸體缸蓋mi

蠕鐵缸體缸蓋的生產(chǎn)技術華中科技大學材料學院Telmail:caiqizhou@

蔡啟舟教授/博導1一、概述比功率(kW/L)比扭矩(Nm/L)現(xiàn)在60-65150下一代DI柴油機80200未來10年100汽車發(fā)展方向：提高功率、降低油耗、減少排放、增加舒適性表1發(fā)動機的比功率和比扭矩2發(fā)動機傳統(tǒng)材料：灰鑄鐵、鋁合金——已不能勝任大功率發(fā)動機發(fā)展的要求蠕墨鑄鐵(蠕鐵)具有高強度、優(yōu)良的耐熱性和導熱性以及抗疲勞和尺寸穩(wěn)定性，是唯一能同時滿足技術、環(huán)保和節(jié)能要求的最先進的大功率發(fā)動機材料。3國內發(fā)展大功率發(fā)動機目前存在的主要問題：大功率發(fā)動機的發(fā)展道路：消化→研仿→開發(fā)，缺少核心技術；研發(fā)能力低；新材料的應用落后于國外(現(xiàn)主要采用傳統(tǒng)的灰鑄鐵或鋁合金)；鑄造、加工與裝配水平與國外存在明顯的差距。4二、蠕鐵發(fā)動機的特點1.蠕鐵的組織和性能特點5輕松達到300Mpa以上！可達2倍提高30%~40%抗拉強度、屈服強度、疲勞強度低于球鐵，但顯著高于灰鑄鐵導熱系數(shù)高于球鐵，接近灰鑄鐵；鑄造性能接近灰鑄鐵；具有與灰鑄鐵類似的減震、降噪性能；切削加工性能優(yōu)于球鐵。蠕鐵的性能特點6缸體缸蓋用蠕鐵的組織要求(SinterCast)：0-20%的球化率，以獲得最佳的鑄造性能、加工性能和傳熱性能；無自由的片狀石墨，片狀石墨引起局部強度降低；>90%的珠光體，提供足夠的強度和性能的均勻性；<0.02%Ti，以獲得最佳的加工性能。7序號OEM發(fā)動機規(guī)格蠕鐵零件1Audi2.7~6.0LV6柴油缸體2Caterpillar重載引擎缸套3DAF12.9LI-6柴油缸體、缸蓋4Ford-PSA2.7LV6柴油缸體5Ford3.6LV8柴油缸體6Hyundai3.0LV6柴油缸體7International11.0&13.0LI-6柴油缸體8JohnDeere9.0LI-6柴油缸套9MAN12.4LI-6柴油缸體10Mercedes16.0LV8柴油缸體表2蠕鐵發(fā)動機系列產(chǎn)品國外蠕鐵缸體缸蓋的應用情況89無錫柴油機廠

國內最早批量生產(chǎn)蠕鐵缸蓋,已開發(fā)成功蠕鐵缸體玉柴機器/大連柴油機廠開發(fā)成功蠕墨鑄鐵缸蓋批量生產(chǎn)技術并用于生產(chǎn)。濰柴、一拖、……錫柴蠕鐵缸蓋綜合廢品率統(tǒng)計102.蠕鐵發(fā)動機的優(yōu)點在相同的載荷條件下，可降低零件的壁厚；在相同設計的條件下，可增加發(fā)動機的負荷；由于鑄件的性能穩(wěn)定，可提高汽車的安全性；提高發(fā)動機的NVH性能(Noise噪聲、Vibration振動、Harshness聲噪粗糙度)；可降低螺紋嚙合深度，因此縮短螺栓長度。(1)與灰鑄鐵比較，蠕鐵發(fā)動機具有以下優(yōu)點：11發(fā)動機規(guī)格(L)發(fā)動機形式灰鑄鐵重量(kg)蠕鐵重量(kg)減少百分比(%)1.6I-4汽油35.42529.41.8I-4柴油3829.522.42.0I-4汽油31.826.616.42.5V-6柴油56.54520.44.6V-8汽油72.759.6189.2I-6柴油15814011.412.0V-6柴油24021510.414.6V-8柴油40835214.2表4灰鑄鐵與蠕鐵缸體重量比較降低重量12

提高缸筒的抗變形能力，可減少對活塞環(huán)的磨損；減輕對活塞的沖擊，提高發(fā)動機的NVH；降低油耗；減少竄漏，降低扭矩損失，改善尾氣排放。

由于燃燒的高溫和壓力，缸筒將產(chǎn)生彈性膨脹，蠕鐵具有高的強度和剛度，可抑制缸筒的變形，維持缸筒的尺寸穩(wěn)定。表5灰鑄鐵與蠕鐵的缸筒抗變形能力比較發(fā)動機規(guī)格(L)發(fā)動機形式抗變形能力提高(%)1.8I-4汽油181.8I-4柴油202.2I-4汽油284.6V-8汽油22提高缸筒抗變形能力13發(fā)動機規(guī)格(L)發(fā)動機形式第一扭振頻率的偏移聲壓水平(dBA)1.8I-4汽油+12%相同2.0I-4汽油+8%-1.0~-1.52.0I-4汽油+7%-1.0~-1.52.2I-4汽油+16%-1.0~-1.52.4I-4柴油+9%-1.0~-1.512.0V-6柴油+8%-0.5~-1.0提高發(fā)動機的NVH性能表6灰鑄鐵和蠕鐵發(fā)動機的NVH性能蠕鐵的彈性模量比灰鑄鐵高40%，使發(fā)動機的本征頻率正移，燃燒點火頻率和共振頻率分離，降低了發(fā)動機的噪音。14(2)蠕鐵與合金灰鑄鐵比較合金灰鑄鐵的碳當量較低，縮松傾向增加；合金元素(Cr,Cu,Sn,Mo)易產(chǎn)生偏析，形成碳化物；低碳當量和合金元素的添加降低灰鑄鐵的導熱性，如GJL30(0.3%Cr,0.3%Mo)的導熱性只比珠光體蠕鐵高5-7%；低碳當量和合金元素還影響加工性能；合金灰鑄鐵的成本高(合金元素和加工成本)；發(fā)動機的NVH性能：灰鑄鐵由GJL25改為GJL30，強度增加20%，彈性模量增加10%。而蠕鐵的彈性模量比普通灰鑄鐵提高40%。可見，使用蠕鐵更有利于改善發(fā)動機的NVH性能。15蠕鐵材料控制生產(chǎn)穩(wěn)定性蠕鐵獨特的性能優(yōu)勢使它成為缸體缸蓋未來用材的最佳選擇!兩大技術難點鑄造工藝開發(fā)廢品率控制161.蠕鐵材料控制、生產(chǎn)穩(wěn)定性

Mg量在0.007-0.015%范圍內為蠕蟲狀石墨，工藝允許范圍十分狹窄，而且鐵水中的Mg量每5min降低0.001%。三、蠕鐵缸體缸蓋生產(chǎn)技術17SinterCast技術：System2000一次蠕化處理→在線檢測→二次喂絲蠕化孕育→澆注TheSamplingCup18192021壁厚≥6mm，球化率10%壁厚≤4mm，球化率30~60%22沖入法處理用澆包喂絲蠕化處理鑄造工藝鑄件毛坯2