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有關蠕墨鑄鐵和碳含量對鑄鐵的影響
發布時間:
2015-11-09 00:00
來源:
[組織]:組織中具有蠕蟲狀石墨。鑄鐵液經蠕化處理后可得到具有蠕蟲狀石墨的蠕墨鑄鐵,方法為澆注前向鐵液中加入蠕化劑,促使石墨呈蠕蟲狀。
[性能]:蠕蟲狀石墨的形態介于片狀與球狀之間,所以蠕墨鑄鐵的力學性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間,其鑄造性能、減振性和導熱性都優于球墨鑄鐵,與灰鑄鐵相近。
二、蠕墨鑄鐵的牌號及用途
[牌號表示方法]:蠕墨鑄鐵的牌號是由“RuT”(“蠕鐵”兩字漢語拼音字首)后附最低抗拉強度 值(MPa)表示。例如牌號RuT300表示最低抗拉強度 為300MPa的蠕墨鑄鐵。
[應用范圍]:蠕墨鑄鐵主要用于承受熱循環載荷、結構復雜、要求組織致密、強度高的鑄件,如大馬力柴油機的汽缸蓋、汽缸套、進(排)氣管、鋼錠模、閥體等鑄件。
蠕墨鑄鐵的牌號、力學性能及用途(摘自JB4403-1987)
牌號 | 力學性能 | 應用舉例 | |||
σb/MPa | σr0.2/MPa | δ/% | HBS | ||
不大于 | |||||
RuT260 | 260 | 195 | 3 | 121~197 | 增壓器廢氣進氣殼體,汽車底盤零件等 |
RuT300 | 300 | 240 | 1.5 | 140~217 | 排氣管,變速箱體,汽缸蓋,液壓件,紡織機零件,鋼錠模等 |
RuT340 | 340 | 270 | 1 | 170~249 | 重型機床件,大型齒輪箱體、蓋、座,飛輪,起重機卷筒等 |
RuT380 | 380 | 300 | 0.75 | 193~274 | 活塞環,汽缸套,制動盤,鋼珠研磨盤,吸淤泵體等 |
RuT420 | 420 | 335 | 0.75 | 200~280 |
近幾年,蠕墨鑄鐵的應用,特別是在歐洲,得到了長足的進展。這是人們在發現蠕墨鑄鐵后,首次作為一種材質在國外發動機缸體等重要鑄件上得到廣泛使用。應用的同時又掀起了相應的進一步深入研究的高潮。歐盟也已制訂出蠕墨鑄鐵標準草案,發給各企業,正在征求意見,并預定在一年內正式公布。美國在前年就把蠕墨鑄鐵的產量從球墨鑄鐵中分離出來統計,表明了他們對蠕墨鑄鐵的重視程度。
今年6月的GIFA展覽會上,許多鑄造企業都把蠕墨鑄鐵作為供貨范圍,并舉出了相應的生產實例。例如寶馬汽車公司(BMW)V8柴油發動機缸體,戴姆勒-克萊斯勒汽車公司(Daimler chrysler)12升排量的8缸發動機缸體,達夫公司(DAF)的12.6升排量、功率為390KW的六缸發動機缸體都用蠕墨鑄鐵鑄造。年產35萬噸發動機鑄件的弗里茨-維特公司(Fritz Winter),在研究開發的基礎上,2003年安裝了一條KW(Kuengel Wagner)靜壓多觸頭造型線,砂箱尺寸為1350×1100×400/400,用來每年生產3萬噸發動機薄壁蠕墨鑄鐵缸體。年產400萬個發動機缸體,200萬個缸蓋的愛森·布呂爾(Eisen Bruehl)公司在充分對比的基礎上,已開始在轎車發動機缸體上使用蠕墨鑄鐵。德國阿烏哥斯特·坎潑公司(August Kuepper GmbH),已成為一個蠕墨鑄鐵的專業生產廠,380個人,使用2條迪砂造型線,每年生產3萬6千噸蠕墨鑄鐵件,主要供奧迪、奔馳、大眾、寶馬、司高達等汽車公司的排氣管與增壓器殼體。美國福特(Ford)公司與辛特(Sinter)合作,在1999年就在巴西已生產出10萬個蠕墨鑄鐵V6缸體。瑞典達勞斯(Daros)活賽環廠開發了蠕墨鑄鐵活塞環。
蠕墨鑄鐵得到廣泛應用的背景
蠕墨鑄鐵之所以能得到廣泛應用,其原因還在于汽車工業對總成與零部件的要求。汽車發展方向上的永久課題是減少排放、降低油耗、提高功率和增加舒適性。在這四個主題下,汽車開發的二級目標是:
◆減少摩擦,例如優化曲軸傳動方案(滑動面、軸承)
◆減輕重量(結構輕化、材料)
◆提高發動機剛度(柴油機尖峰壓力)
◆減小發動機體積(構造型式、使用更好的材料)
◆更有效的尾氣處理系統
◆改進燃燒方法(汽油直噴、柴油調勻,使用天然氣)
◆提高變更性(閥動裝置、壓縮比)
◆減小尺寸,尤其是汽油發動機(使用更好的材料)
從這些目標可以看出,在未來的8項發展中,有五項和材料及鑄造有關。在過去人們選擇鋁合金來替代灰鑄鐵,使汽車、發動機的重量有所下降,這在過去的發動機技術下是可以的。如圖1所示在未來幾年中鋁合金的氣缸體在歐洲預計還會有所增加。但發動機的比功率(KW/排量·升)越來越大,導致發動機氣缸體與氣缸蓋的工作溫度越來越高(見圖2和圖3),兩零件的很多部位,其溫度已超過200℃,這時鋁合金的強度迅速下降,已不足以承受所受機械負荷(見圖4),而鑄鐵則毫無影響。
此外,隨著比功率的提高,常溫下的鋁合金也存在機械強度不夠的問題。現在解決的辦法是在缸體與缸蓋、軸承蓋與缸體的連接螺栓處鑲鑄螺紋件,甚至連接板(見圖5)。這無疑又會增加重量,同時除成本提高外,增加了鑄造的技術難度。因為熱膨脹系數的差別,尤其是鑲鑄件有一些小缺陷時,就保證不了與鋁合金本體連接的理想間隙(見圖6),從而在使用中易引起松動和疲勞裂紋。
實際上從礦石到成品,鋁合金的耗能要高于鑄鐵件。眾所周知,鑄鐵件的防振能力遠大于鋁合金。也只有鑄鐵件的力學性能與高溫性能才能滿足汽車,尤其是發動機的未來發展要求。因此,只要生產2~5mm薄壁鑄鐵件的技術提高,就完全有可能再次奪回鋁合金占領的部份市場。蠕墨鑄鐵具有球墨鑄鐵的強度,和灰鑄鐵相比又有類似的防振、導熱能力及鑄造性能,而又比灰鑄鐵有更好的塑性和疲勞性能。現代的鐵液處理工藝已能確保得到必須的蠕狀石墨,因此在缸體上的應用已無技術障礙,而用蠕墨鑄鐵生產的缸體,其發動機單位重量所獲得的功率可低于鋁合金(見圖7),這就促使了蠕墨鑄鐵的應用與發展。
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