蠕鐵缸體缸蓋mi

蠕鐵缸體缸蓋的生產(chǎn)技術(shù)華中科技大學(xué)材料學(xué)院Telmail:caiqizhou@

蔡啟舟教授/博導(dǎo)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(jī)80200未來(lái)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(dòng)機(jī)的比功率和比扭矩2發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)材料：灰鑄鐵、鋁合金——已不能勝任大功率發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的要求蠕墨鑄鐵(蠕鐵)具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐熱性和導(dǎo)熱性以及抗疲勞和尺寸穩(wěn)定性，是唯一能同時(shí)滿足技術(shù)、環(huán)保和節(jié)能要求的最先進(jìn)的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)材料。3國(guó)內(nèi)發(fā)展大功率發(fā)動(dòng)機(jī)目前存在的主要問(wèn)題：大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展道路：消化→研仿→開(kāi)發(fā)，缺少核心技術(shù)；研發(fā)能力低；新材料的應(yīng)用落后于國(guó)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(guó)外存在明顯的差距。4二、蠕鐵發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1.蠕鐵的組織和性能特點(diǎn)5輕松達(dá)到300Mpa以上！可達(dá)2倍提高30%~40%抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度低于球鐵，但顯著高于灰鑄鐵導(dǎo)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(diǎn)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(wú)自由的片狀石墨，片狀石墨引起局部強(qiáng)度降低；>90%的珠光體，提供足夠的強(qiáng)度和性能的均勻性；<0.02%Ti，以獲得最佳的加工性能。7序號(hào)OEM發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)系列產(chǎn)品國(guó)外蠕鐵缸體缸蓋的應(yīng)用情況89無(wú)錫柴油機(jī)廠

國(guó)內(nèi)最早批量生產(chǎn)蠕鐵缸蓋,已開(kāi)發(fā)成功蠕鐵缸體玉柴機(jī)器/大連柴油機(jī)廠開(kāi)發(fā)成功蠕墨鑄鐵缸蓋批量生產(chǎn)技術(shù)并用于生產(chǎn)。濰柴、一拖、……錫柴蠕鐵缸蓋綜合廢品率統(tǒng)計(jì)102.蠕鐵發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在相同的載荷條件下，可降低零件的壁厚；在相同設(shè)計(jì)的條件下，可增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)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(dòng)機(jī)的NVH性能(Noise噪聲、Vibration振動(dòng)、Harshness聲噪粗糙度)；可降低螺紋嚙合深度，因此縮短螺栓長(zhǎng)度。(1)與灰鑄鐵比較，蠕鐵發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：11發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格(L)發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)活塞環(huán)的磨損；減輕對(duì)活塞的沖擊，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH；降低油耗；減少竄漏，降低扭矩?fù)p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(qiáng)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(dòng)機(jī)規(guī)格(L)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)規(guī)格(L)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的NVH性能表6灰鑄鐵和蠕鐵發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能蠕鐵的彈性模量比灰鑄鐵高40%，使發(fā)動(dòng)機(jī)的本征頻率正移，燃燒點(diǎn)火頻率和共振頻率分離，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。14(2)蠕鐵與合金灰鑄鐵比較合金灰鑄鐵的碳當(dāng)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(dāng)量和合金元素的添加降低灰鑄鐵的導(dǎo)熱性，如GJL30(0.3%Cr,0.3%Mo)的導(dǎo)熱性只比珠光體蠕鐵高5-7%；低碳當(dāng)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(dòng)機(jī)的NVH性能：灰鑄鐵由GJL25改為GJL30，強(qiáng)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(jiàn)，使用蠕鐵更有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能。15蠕鐵材料控制生產(chǎn)穩(wěn)定性蠕鐵獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)使它成為缸體缸蓋未來(lái)用材的最佳選擇!兩大技術(shù)難點(diǎn)鑄造工藝開(kāi)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(nèi)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(shù)17SinterCast技術(shù)：System2000一次蠕化處理→在線檢測(cè)→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