蠕铁缸体缸盖mi

蠕铁缸体缸盖的生产技术华中科技大学材料学院Telmail:caiqizhou@

蔡启舟教授/博导1一、概述比功率(kW/L)比扭矩(Nm/L)现在60-65150下一代DI柴油机80200未来10年100汽车发展方向：提高功率、降低油耗、减少排放、增加舒适性表1发动机的比功率和比扭矩2发动机传统材料：灰铸铁、铝合金——已不能胜任大功率发动机发展的要求蠕墨铸铁(蠕铁)具有高强度、优良的耐热性和导热性以及抗疲劳和尺寸稳定性，是唯一能同时满足技术、环保和节能要求的最先进的大功率发动机材料。3国内发展大功率发动机目前存在的主要问题：大功率发动机的发展道路：消化→研仿→开发，缺少核心技术；研发能力低；新材料的应用落后于国外(现主要采用传统的灰铸铁或铝合金)；铸造、加工与装配水平与国外存在明显的差距。4二、蠕铁发动机的特点1.蠕铁的组织和性能特点5轻松达到300Mpa以上！可达2倍提高30%~40%抗拉强度、屈服强度、疲劳强度低于球铁，但显著高于灰铸铁导热系数高于球铁，接近灰铸铁；铸造性能接近灰铸铁；具有与灰铸铁类似的减震、降噪性能；切削加工性能优于球铁。蠕铁的性能特点6缸体缸盖用蠕铁的组织要求(SinterCast)：0-20%的球化率，以获得最佳的铸造性能、加工性能和传热性能；无自由的片状石墨，片状石墨引起局部强度降低；>90%的珠光体，提供足够的强度和性能的均匀性；<0.02%Ti，以获得最佳的加工性能。7序号OEM发动机规格蠕铁零件1Audi2.7~6.0LV6柴油缸体2Caterpillar重载引擎缸套3DAF12.9LI-6柴油缸体、缸盖4Ford-PSA2.7LV6柴油缸体5Ford3.6LV8柴油缸体6Hyundai3.0LV6柴油缸体7International11.0&13.0LI-6柴油缸体8JohnDeere9.0LI-6柴油缸套9MAN12.4LI-6柴油缸体10Mercedes16.0LV8柴油缸体表2蠕铁发动机系列产品国外蠕铁缸体缸盖的应用情况89无锡柴油机厂

国内最早批量生产蠕铁缸盖,已开发成功蠕铁缸体玉柴机器/大连柴油机厂开发成功蠕墨铸铁缸盖批量生产技术并用于生产。潍柴、一拖、……锡柴蠕铁缸盖综合废品率统计102.蠕铁发动机的优点在相同的载荷条件下，可降低零件的壁厚；在相同设计的条件下，可增加发动机的负荷；由于铸件的性能稳定，可提高汽车的安全性；提高发动机的NVH性能(Noise噪声、Vibration振动、Harshness声噪粗糙度)；可降低螺纹啮合深度，因此缩短螺栓长度。(1)与灰铸铁比较，蠕铁发动机具有以下优点：11发动机规格(L)发动机形式灰铸铁重量(kg)蠕铁重量(kg)减少百分比(%)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灰铸铁与蠕铁缸体重量比较降低重量12

提高缸筒的抗变形能力，可减少对活塞环的磨损；减轻对活塞的冲击，提高发动机的NVH；降低油耗；减少窜漏，降低扭矩损失，改善尾气排放。

由于燃烧的高温和压力，缸筒将产生弹性膨胀，蠕铁具有高的强度和刚度，可抑制缸筒的变形，维持缸筒的尺寸稳定。表5灰铸铁与蠕铁的缸筒抗变形能力比较发动机规格(L)发动机形式抗变形能力提高(%)1.8I-4汽油181.8I-4柴油202.2I-4汽油284.6V-8汽油22提高缸筒抗变形能力13发动机规格(L)发动机形式第一扭振频率的偏移声压水平(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提高发动机的NVH性能表6灰铸铁和蠕铁发动机的NVH性能蠕铁的弹性模量比灰铸铁高40%，使发动机的本征频率正移，燃烧点火频率和共振频率分离，降低了发动机的噪音。14(2)蠕铁与合金灰铸铁比较合金灰铸铁的碳当量较低，缩松倾向增加；合金元素(Cr,Cu,Sn,Mo)易产生偏析，形成碳化物；低碳当量和合金元素的添加降低灰铸铁的导热性，如GJL30(0.3%Cr,0.3%Mo)的导热性只比珠光体蠕铁高5-7%；低碳当量和合金元素还影响加工性能；合金灰铸铁的成本高(合金元素和加工成本)；发动机的NVH性能：灰铸铁由GJL25改为GJL30，强度增加20%，弹性模量增加10%。而蠕铁的弹性模量比普通灰铸铁提高40%。可见，使用蠕铁更有利于改善发动机的NVH性能。15蠕铁材料控制生产稳定性蠕铁独特的性能优势使它成为缸体缸盖未来用材的最佳选择!两大技术难点铸造工艺开发废品率控制161.蠕铁材料控制、生产稳定性

Mg量在0.007-0.015%范围内为蠕虫状石墨，工艺允许范围十分狭窄，而且铁水中的Mg量每5min降低0.001%。三、蠕铁缸体缸盖生产技术17SinterCast技术：System2000一次蠕化处理→在线检测→二次喂丝蠕化孕育→浇注TheSamplingCup18192021壁厚≥6mm，球化率10%壁厚≤4mm，球化率30~60%22冲入法处理用浇包喂丝蠕化处理铸造工艺铸件毛坯2