中國汽車行業連續10多年快速發展，促發汽車鑄造業快速結構調整和技術升級。伴隨著汽車輕量化的日益深入，汽車鑄鐵企業怎樣滿足其發展需求？成了行業思考的熱門課題，本文就此方面做些探討。

　　一、中國汽車業連續快速發展，對汽車鑄鐵件需求市場巨大

　　中國汽車行業連續10多年快速發展，2013年汽車銷量2198萬輛，突破2000萬輛。2014年，上半年銷量1168萬輛，同比增長8.4%，預計2014年汽車市場總量將達到2378萬輛。2015年，我國汽車市場總量預計將超2500萬輛。有多位專家根據韓國、日本汽車的發展歷程預測，2020年以前，我國汽車仍處于快速發展時期，增長率相當于GDP增長率的1.5倍左右。從汽車保有量來看，2013全國汽車保有量已達到1.37億輛，2014年將超越1.4億輛。
　　據中鑄協統計發布， 2011年，我國汽車鑄件產量1030萬噸， 2012年1080萬噸。2013年，我國汽車鑄件產量達到1180萬噸，占全國鑄件總產量4450萬噸的26.5%，比例超過1/4 ，較2012年增長4.7%，汽車產量及結構的變化對國內鑄件總產量影響非常大。2011-2013年，不同材料鑄件產量都呈現出不同程度的增長，其中，以球墨鑄鐵件和鋁合金鑄件產量增長最為迅速，2013年其產量分別為1160萬噸和520萬噸，較上年同比增長分別為6.4%和16.9%。就各類材質鑄件占比情況來看，以球墨鑄鐵件和鋁合金鑄件的占比為最多。從2013年的情況來看，球墨鑄鐵鑄件和鋁合金件占比繼續增加，分別為26.1%和11.7%，保持快速增長態勢。2013年，球墨鑄鐵和灰鑄鐵的占比比例為1:1.77。
　　從上述數據來看，我國汽車鑄造業伴隨著汽車的快速發展在快速發展，汽車鑄鐵件，尤其球墨鑄鐵緊隨著快速發展。
　　依據某大汽車集團各類車型的鑄鐵件使用量（中重卡車鑄鐵鑄件用量為2.2噸/輛，轎車鑄鐵鑄件用量為0.08噸/輛，微型車鑄鐵鑄件用量為0.1噸/輛）初步估算，未來汽車鑄鐵件的市場需求仍然巨大。

　　二、汽車的節能減排和激烈競爭，對汽車鑄鐵件提出了新要求

　　2014年5月，工信部發布了《關于加強乘用車企業平均燃料消耗量管理的通知（征求意見稿）》，按照規定，到2015年我國生產的乘用車平均燃料消耗量百公里要降至6.9L，2020年要進一步降至百公里5.0L。汽車行業日益緊迫的節能減排要求和行業的激烈競爭，使汽車降低價格、減少排放、降低油耗、提高可靠性、增加舒適性、個性化越來越向極端發展。汽車極端發展的核心是汽車輕量化。據文獻報道，汽車減重10%，可減少油耗8%。每節省1升油耗，可減少2.4kg二氧化碳排放。所以，汽車的各個部件日益追求輕量化，例如：發動機日益向排量更小、更高效、節能、環保的方向發展或采用新能源取代發動機。
　　汽車的日益輕量化體現在鑄件上，就是要求汽車鑄件逐步實現高強度、高韌性、精確、一致、健全、輕量、潔凈。汽車鑄件的高強度、高韌性是輕量化的基礎，鑄件提高強度和韌性后，可以降低鑄件壁厚或采用中空減輕重量，這也是鑄鐵件抵御鑄鋁件的重要因素。鑄件的精確、一致、健全是鑄件質量可靠性的衡量指標，是鑄件輕量化的重要保證。
　　目前，汽車鑄件輕量化的主要途徑：
　　一是產品減重優化——即通過零部件優化設計、集成與合并，減輕零件重量，減少生產工序，降低成本。
　　二是輕合金應用——加大鋁鎂合金在汽車零部件上的應用比例，實現輕量化。這也是對鑄鐵件市場的最大威脅。
　　三是高性能材料研發與應用——高強韌性球墨鑄鐵、等溫淬火球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強度鋁鎂合金、復合材料等研發與應用。
　　四是近凈型鑄造技術——推進熔模鑄造、消失模鑄造、V法鑄造等近凈型技術發展與產品生產；特種鑄造技術——壓鑄/低壓/差壓/擠壓等鑄造技術。
　　從汽車輕量化發展看，鋁鎂等輕合金應用是趨勢，但由于鑄鐵的成本比較低，粗略估算，以鋁代鐵每減重35%，成本需要增加4倍。再加上其固有的一些材料性能、鑄造性能優勢，在商用車、低端乘用車等主流汽車上，鑄鐵件仍是首選。所以，未來汽車鑄鐵件的發展空間還很大。例如：發動機缸體，鋁合金代替鑄鐵是發展趨勢，并已在大量應用。但在高性能大馬力的發動機或者渦輪增壓發動機，由于鑄鐵具有良好的抗熱變形能力和穩定性，目前仍是應用的主流。

　　三、中國汽車快速發展對汽車鑄鐵業的影響

　　根據調研和掌握的資料，中國汽車鑄鐵業發展模式可以分為四類：
　　第一類，是有大型整車整機集團為依托的大型汽車鑄造企業。其主要是進行產品結構調整，改變原來主機廠的很多鑄件自己要生產的固有模式，只生產缸體缸蓋等主導產品，將非主導產品外委生產，從而改變專業化不足，人員精力分散，鑄件成本高等問題。并根據汽車發展對鑄件質量的要求，紛紛投巨資新建或改造其鑄造企業，其工藝裝備大多引進國外最先進的裝備，其水平達到或超過國進先進水平。例如：對鑄鐵件來說，采用中頻爐或大型熱風沖天爐熔煉、靜壓造型線、制芯中心、自動化清理單元、機器人取件等裝備。熔煉及配砂等關鍵工序的在線控制、無損檢測裝備的應用等已成為這些企業的主流。同時，這些企業非常重視鑄件的研發和快速試制，多家企業已建成汽車鑄件的研發和快速試制中心。并且這些企業充分認識自己的社會責任，花巨資投入環保和節能減排，具有較高的通風除塵和廢棄物再利用水平。例如：一汽鑄造有限公司，濰柴、玉柴的鑄造中心，濟南重汽鑄造中心，東風汽車有限公司的鑄造廠都是此類企業。
　　第二類，是有整車整機廠為依托的一般汽車鑄造企業，情況類同第一類。但由于資金受限，在選用工藝裝備時，采用關鍵工藝設備國外進口，其他裝備國內生產配套的方式，在很大程度上降低了固定資產投資的同時，同樣可生產缸體缸蓋等汽車復雜鑄件，滿足主機廠需要。例如：揚州柴油機廠的鑄造廠。
　　第三類，是無整車整機廠為依托或主機廠參股的大型汽車鑄造企業，此類企業大多是近10多年來興建起來的獨資、合資或股份制企業。其工藝裝備大多引進，具有裝備先進、產品專業化和體制機制靈活的優勢，可以滿足汽車鑄件的生產和質量需要。例如：山西三聯鑄造、鎮江泰克西種鑄造等。
　　第四類，是伴隨汽車發展而快速發展的中小鑄造企業，這類企業水平參次不起，但絕大多數存在以下問題：
　　（1）工藝技術落后，檢測手段不健全，產品質量低。一是廢品率偏高，大約在5%～10%。二是產品表面精度差，加工余量大，帶來的后果是能耗和原材料消耗嚴重，加工周期長，生產效率低。三是鑄件的內在質量低，化學成分和金相組織不合格，導致鑄件的性能不合格。內在的渣眼、氣孔導致鑄件提前損壞失效，這些都是當前汽車鑄件，尤其汽車配件鑄件質量過低的表現，對汽車的安全性構成威脅。
　　（2）環境污染嚴重、作業環境惡劣，經營者社會責任感缺失。部分中小汽車鑄造企業經營者的素質偏低，缺失起碼的社會責任感，環保意識淡薄，缺乏環保措施，鑄造廢棄物任意排放，對環境造成了較大的破壞。不注意改善員工的工作環境，減輕員工的勞動強度，造成了對員工身體的傷害。再就是一些鑄造企業的經營者不考慮汽車鑄件安全性的特殊要求，以次充好，制造假冒偽劣產品，嚴重威脅汽車用戶的生命安全。
　　（3）人力資源缺乏、管理粗放、資源浪費嚴重。中小汽車鑄造企業技術及管理人員數量偏少，素質不高。致使管理無規章，技術無規范，操作僅靠一兩個人的經驗，新技術得不到應用，自己不開發新產品，而是仿制別人的產品。企業普遍存在材料以次充好、材料利用率低，廢品率高，能源消耗高的現象。
　　這類企業中，有一部分企業逐步向前三類企業看齊，基本完成結構調整和技術升級換代，成長為大型現代化的汽車鑄造企業。例如：西峽排氣管公司，煙臺勝地公司等。還有一部分企業正在進行此類工作。但絕大多數水平還比較低下，發展也緩慢，產品也只是供應配件市場。

　　四、汽車鑄鐵件的發展

　　１．汽車灰鑄鐵件
　　在汽車上有代表性的灰鑄鐵件是汽缸體，其發展方向是薄壁高強度，其實現方式主要有兩類：一是低碳當量工藝：主要是通過降低灰鑄鐵的的C、Si含量，提高鑄鐵的強度。其主要優點是：通過改變爐后配料，容易實現，可靠性較高；不用或少用合金元素，成本較低；對爐前處理及其操作要求較松。其缺點也較明顯：碳當量低，鑄造性能不好，容易造成縮孔（松）廢品和增加鑄造應力；鑄件的加工性能、斷面均勻性較差，鑄件導熱性受到影響。二是高碳當量、合金化工藝：主要是保持灰鑄鐵的的C、Si含量在較高水平（wC>3.3%)的條件下，通過加入合金化元素如鉻、銅等，提高鑄鐵強度，目前，正在向多元微合金化提高強度的方向發展。。其優點是，合金化工藝比較成熟，提高強度作用明顯；鑄造性能較好，形成縮孔（松）廢品的傾向小；鑄件的加工性能、導熱性能較好。缺點是，合金化元素加入較多，鑄件成本不僅較高，處理不好還可能影響鑄件的加工性和滲漏性；對爐前處理要求比較嚴格。
　　隨著發動機功率的提高，對灰鑄鐵的性能要求進一步提升，國內外發動機的一些缸體已采用HT300甚至HT350來制造。一汽鑄造公司已穩定地采用HT300來生產6DL、道依茨發動機缸體，同時，也儲備了HT350的生產技術。為了滿足轎車缸體高速切削加工的需要，通過優化熔煉工藝、材料及合金化工藝等措施，成功解決了缸體材質高性能與高速切削問題。
　　2. 球墨鑄鐵件的發展
　　球墨鑄鐵在汽車上，有代表性的主要是曲軸、凸輪軸、中后橋殼、各類支架、殼體等零件。目前，正向鑄態高強度珠光體基體球墨鑄鐵（QT700-2、QT800-2、QT800-5)與鑄態高韌性鐵素體球墨鑄鐵（QT400-18、QT400-15、QT600-10)發展。主要通過優化熔煉工藝，嚴控原鐵液中的S、P含量和微量元素含量，選取適宜的球化劑、孕育劑、合金元素及加入方式，嚴格隨流孕育工藝等措施獲得。
　　一汽鑄造有限公司具備各種牌號球墨鑄鐵的生產技術，為滿足載重車中后橋殼的需要，開發了鑄態QT600-5工藝，為滿足轎車曲軸需要，開發了鑄態QT800-2工藝，為滿足轎車轉向節的需要，開發了鑄態QT400-18、QT400-15工藝，并在生產中獲得應用。
　　近幾年，硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵逐漸引起國內重視，其最早由瑞典開發應用，1998年成為瑞典國家標準（SS140725），隨后在2004年納入國際標準（ISO1083），2009年我國國家標準GB/T 1348—2009）將其納入到規范性附錄。國際已發布固溶強化鐵素體球墨鑄鐵牌號QT 450- 18，QT 500-14，QT 600-10，在汽車上已成功應用。一汽鑄造有限公司研究所已研制出底盤類鑄件，目前正在試車驗證中。
　　3. 蠕墨鑄鐵件的發展
　　蠕墨鑄鐵在汽車排氣管、大馬力發動機缸蓋等汽車鑄件上獲得了廣泛應用。采用蠕墨鑄鐵制造中、大功率發動機缸蓋，一方面可以通過設計減輕缸蓋重量，另一方面也可以提高缸蓋的使用性能，提高發動機的功率。目前，蠕墨鑄鐵在大功率發動機缸體上的應用日益增多，可以減薄壁厚，取消加強筋，減重可達25%左右，在福特、奧迪等國外公司的大功率發動機缸體上已成功應用，國內一汽、濟南重汽等也有成功應用的報道。
　　蠕墨鑄鐵應用主要受其生產過程難于穩定控制的限制。SinterCast公司是瑞典一家專業從事蠕墨鑄鐵技術研究與生產設備制造的股份制公司，其產品（SinterCast蠕鐵生產控制系統）在世界三個大洲（美歐亞）均得到應用，向世界10個最大的汽車制造廠中的8家提供蠕墨鑄鐵生產技術支持，全球每月約有2萬個缸體或缸蓋產品采用蠕墨鑄鐵制造。SinterCast公司宣稱全球有95%以上的蠕墨鑄鐵產品是由其公司提供的控制系統進行生產的 。
　　4. 等溫淬火球墨鑄鐵（ADI ）
　　等溫淬火球墨鑄鐵具有強度、塑性和韌性都很高的綜合機械性能，大體上分為兩類，即強度為1200 ～1600 N/mm2的高強度型和900～1200 N/mm2、伸長率為10%左右的高韌性型 。由于其材料性能優異，在歐美發達國家取得迅速發展，在卡車底盤、發動機和轎車曲軸等都成功應用了ADI產品。近年來，在歐洲的市場上，ADI在小轎車上的應用量越來越多，占整個ADI市場32%。在美國市場上，重型和輕型卡車ADI件占整個ADI市場的比重達到51％。
　　在國內汽車領域，ADI零件也得到了初步的應用。湖北汽車齒輪廠為康明斯發動機生產ADI正時齒輪等。東風汽車有限公司開發了用于軍用越野車底盤懸架，17個懸架類零件由鑄鋼改成ADI，該系列零件總重量由630.62Kg，減少到380.66kg，減重率達39.6%。一汽集團載重汽車的后鋼板彈簧支架和軍車齒輪殼罩蓋（羊角）和齒輪殼等已用ADI代替。目前，國內在長春、蘇州等地已建造了等溫淬火的熱處理基地。
　　5. 特殊鑄鐵的發展
　　隨著發動機性能的提高，排氣管等一些鑄件的耐熱性要求越來越高，高硅鉬球鐵、中硅鉬蠕鐵、高鎳球鐵相續出現。一汽集團合資的道依茨發動機已批量應用高硅鉬球鐵排氣管，一汽大眾的部分增壓發動機上已批量應用高鎳球鐵排氣管，在一汽部分自主品牌發動機中，這三類鑄鐵也已開始應用。

　　五、汽車鑄鐵件的實用生產技術

　　1. 適宜發展趨勢的鑄鐵熔煉技術
　　鑄造廠家應根據生產汽車鑄件牌號、鑄件訂單、本地能源和材料來源及質量、地區環保要求等因素，選擇鑄鐵熔煉裝備和熔煉方式。生產多品種、小批量、高牌號材質要求的鑄件（包括球鐵鑄件）的鑄造廠，宜選用中頻感應電爐單獨熔煉的生產方式，對主機廠所屬的大型專業化鑄造廠，宜選用大型熱風除塵沖天爐與大型保溫爐雙聯熔煉方式或中頻爐雙聯熔煉方式。在確定鑄件化學成分時，要充分考慮鑄件牌號及客戶要求、鑄件內部質量要求、鑄件訂單及其價格。相關文獻介紹球鐵中化學成分精度碳±0.05%、硅±0.10%等。要優化爐前添加劑及加入量，選擇喂絲球化，隨流孕育等添加劑加入方式。一般應經過反復試驗和小批量生產驗證。為加快鑄件的開發，對關鍵鑄件，要與主機廠開展同步開發，同時進行鑄件工藝設計和鑄件材質工藝的試驗開發。
　　要嚴把原材料和主要添加劑的質量和產地來源，每一批進料都要分清批次，進行嚴格質量檢測和必要的生產驗證。對于中頻爐熔煉要盡量少用生鐵（一般加入量控制在5%～10%）或不用生鐵。例如：一汽鑄造公司特鑄廠生產球鐵曲軸，采用中頻爐熔煉，一直采用全廢鋼熔煉工藝，不加生鐵。
　　對于中頻爐熔煉生產高牌號鑄件，應配備爐前熱分析儀、光譜儀等檢測儀器，要定期采用碳硫分析儀校正碳等輔助檢測儀器。爐前要有能隨時掌控爐況和調整爐料配比的高級熔化工，要建立必要的異常情況處理制度及報告流程，保證熔煉正常，符合熔煉工藝要求。
　　同時，要有合適的澆注隨流孕育工藝和合適的落箱時間。要重視鑄件本體的質量檢測，對于重要件，應配備能反映鑄件材質質量的附體試塊和必要的無損檢測設備。
　　2. 適宜發展趨勢的鑄鐵造型技術
　　汽車鑄鐵件的主流造型技術仍采用粘土砂，或靜壓或擠壓造型技術，發展也只是體現在加砂加壓的方式和檢測方面，主要是讓砂型緊實更均勻，強度更高。隨著汽車輕量化的要求，一些近凈型的造型技術也得到快速發展，例如覆膜砂殼型技術生產曲軸，采用殼型機生產上下殼，合殼粘殼后，運裝到自動線的砂箱里，填鐵丸緊實，然后澆注。一汽特鑄廠采用此種技術生產曲軸，供應一汽大眾，滿足了轎車發動機的需要。再例如，為了滿足汽車集成化的需要，水玻璃復合殼熔模鑄造工藝正在蓬勃發展。消失模工藝在汽車鑄件上的應用范圍正在擴大等。
　　目前，汽車鑄件的芯子，大多采用冷芯制芯技術，例如汽缸體，大型鑄造企業大多采用全自動的冷芯制芯中心。鑄鐵件的清理已開始采用機器人清理或自動化的清理單元等。
　　3. 適宜發展趨勢的鑄鐵工廠發展思路
　　首先要客觀認識汽車及汽車鑄造的發展趨勢，并采取與之相適應的產品、質量、技術創新等戰略；二要圍繞“輕量化、薄壁化、精確化、強韌化”和質量一致性的汽車鑄件發展目標，開展技術研究和項目攻關；三要練好企業內部基本功，提高產品的質量競爭力和成本競爭力。
　　總之，汽車鑄鐵件在未來仍有很大的性能優勢和成本優勢，在汽車輕量化極端發展的趨勢下，仍會有很大的市場需求。