蠕鐵缸體缸蓋的生產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)現在60-65150下一代DI柴油機80200未來10年100汽車發展方向：提高功率、降低油耗、減少排放、增加舒適性表1發動機的比功率和比扭矩2發動機傳統材料：灰鑄鐵、鋁合金——已不能勝任大功率發動機發展的要求蠕墨鑄鐵(蠕鐵)具有高強度、優良的耐熱性和導熱性以及抗疲勞和尺寸穩定性，是唯一能同時滿足技術、環保和節能要求的最先進的大功率發動機材料。3國內發展大功率發動機目前存在的主要問題：大功率發動機的發展道路：消化→研仿→開發，缺少核心技術；研發能力低；新材料的應用落后于國外(現主要采用傳統的灰鑄鐵或鋁合金)；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發動機規格蠕鐵零件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蠕鐵發動機系列產品國外蠕鐵缸體缸蓋的應用情況89無錫柴油機廠

國內最早批量生產蠕鐵缸蓋,已開發成功蠕鐵缸體玉柴機器/大連柴油機廠開發成功蠕墨鑄鐵缸蓋批量生產技術并用于生產。濰柴、一拖、……錫柴蠕鐵缸蓋綜合廢品率統計102.蠕鐵發動機的優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，可增加發動機的負荷；由于鑄件的性能穩定，可提高汽車的安全性；提高發動機的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，蠕鐵發動機具有以下優點：11發動機規格(L)發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，可減少對活塞環的磨損；減輕對活塞的沖擊，提高發動機的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，維持缸筒的尺寸穩定。表5灰鑄鐵與蠕鐵的缸筒抗變形能力比較發動機規格(L)發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發動機規格(L)發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提高發動機的NVH性能表6灰鑄鐵和蠕鐵發動機的NVH性能蠕鐵的彈性模量比灰鑄鐵高40%，使發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動機的NVH性能。15蠕鐵材料控制生產穩定性蠕鐵獨特的性能優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廢品率控制161.蠕鐵材料控制、生產穩定性

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