汽车铸件材料的发展

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钕慨蛐一蒯触妇撕榭Ｊ日匿蟊匪虱压罩▲中国在内的发展中国家经济快速发展的带动，以及汽车行业制造技术的进步，人们对汽车产品的需求日益旺盛，汽车产销量连年攀升，２００７年世界汽车生产总体稳定，共生产汽车７３１０．１７万辆，同比增长５．４％。

但２００８年爆发的金融危机在世界范围内迅速蔓延并导致经济的整体衰退，工、Ｉｋ行业也遭受到巨大打击，汽车行业亦不例外，全球仅生产汽车７０５２．６５万辆，同比下降３．７％，这种状况在２００９年得以延续［Ｉ－２ｌ。

但总体来看，随着经济的复苏、汽车技术进步与结构调整，作为人们重要消费品之一的汽车行业，仍然具有乐观的发展前景。

由于ｌｌｌ国经济的快速发展，２００７年国内汽车销售总量达到８８８万辆，实现连续９年的两位数快速增长。

２００８年的金融危机也对同内汽车产生了较大冲击，仅实现销售９３８．０５万辆，增长率下滑至６．７０％。

２００９年七！仁年，国家实施了一系列促进汽车Ｔ业发展的政策，以及同内经济发展的宏观趋势相对稳定，汽车产销逐步走出低谷，呈现良好发展态势，２００９年汽车产销量均首次超过ｌ３００万辆，再次实现两位数增长，在世界范围内可以用一支独秀来形容。

汽车行业在囝内保持发展迅猛的态势，在可预期的未来同样具有很好的发展空Ｉ＇甘Ｊ，预计２０１５年将会实现１８００万辆的产销目标［１～２１。

网ｌ为２０００年以来的中国汽车产量；图２为２０００年以来全球汽车产量情况Ｉ－Ｉ。

２铸件在汽车上的应用状况２．１国内铸件的生产状况铸造行、№是一个既古老又现代的行业，铸造产品应用于各行各、峨铸造行业的总产值已占到国民经济总产值的０．５％～１％，是经济发展的重要摹础行业之一。

铸造行业在中国发展迅速，２００２年我国铸件生产总量已达到世界第一位，至２００７年连续６年保持世界第一，且铸件生产总量呈持续、快速增长的趋势，图３列出了我国２００２年至２００８年各年度的铸件产量，表ｌ为我国２００８年铸件产量，表２为２００８年我同铸件的行业分布。

世界范围内铸件也旱逐步上升的趋势，２００５年世界铸件产品总量在７５００万一《猁铁》增刑型！兰麴型目万方数据万方数据一触妇黼勰粼蝴鳓嘲嗍—日匿口匿日皿今仍然占据主导地位。

但随着汽车发动机性能的逐步提高和轻量化的需求，发动机缸体材料也在进行着快速革新。

主要有３个方向：一是提高灰铸铁牌号至ＨＴ３００甚至ＨＴ３５０，以提高缸体强度和性能，如一汽集团引进的德同道依茨发动机缸体和大马力的６ＤＬ缸体等；二是采用蠕墨铸铁生产发动机缸体（图４），具有高强度、疲劳性能好的优势，利于薄壁化设计的优点，可承受更大的爆发压力，减少缸筒变形，功率提高１０％～２０％，现已大批量应用于生产，目前每年已有１０００００多ｔ蠕墨铸铁缸体提供给汽车制造公司，如奥迪Ｖ８、福特、现代、ＭＡＮ、奔驰、以及大众公司另外一些汽车缸体等；三是Ａｌ合金缸体（图５），发展势头最为迅速，代表乘用车缸体的重点发展方向。

通常需镶套处理（过共晶Ａｌ合金除外），质量明显减轻，汽车能耗降低，国内外主要汽车厂商均已大批量应用。

但受Ａｌ合金强度和热疲劳性能的限制，在大马力发动机缸体上还不能够满足要求，且成本也较高。

３．２缸盖发动机缸盖是Ａｌ合金应用的重要领域，尤其在乘用车缸盖市场，基本被Ａｌ合金材料所垄断（图６）。

在载重车市场，大马力发动机缸盖也已很少使用灰铸铁，取而代之的是蠕墨铸铁缸盖，可以解决灰铸铁缸盖的使用开裂问题（图７）。

３．３曲轴汽车发动机利于节能减排的重要性能升级工艺是发动机的增压技术应用，无论是汽油发动机还是柴油发动机，尤其在载重车市场，由于发动机爆发压力增大，致使以往采用的珠光体球铁曲轴的使用性能已不能满足要求，而转用４０Ｃｒ等锻钢材料来制造。

但随着珠光体球铁曲轴圆角滚压、感应淬火等技术的发展，球墨铸铁曲轴在乘用车和中低马力发动机载重车市场占有大量市场份额（图８）。

此外，采用～《现代铸铁》增刊型！兰趟目万方数据Ｚ胃口夏玎互Ⅱ蛋厂死。

砌却龇却脚脚刹～砌厅慨筘榭眦等温淬火球墨铸铁制造发动机曲轴在国内外也进行了较深入的应用研究（图９）。

３．４排气管汽车发动机排气管材料是伴随着发动机性能的提升而逐步变化的，经历了灰铸铁、球墨铸铁、蠕壤铸铁直至高硅钼球铁或蠕铁、高镍球铁、不锈钢等发展历程。

灰铸铁材料巾于排气管易于开裂的问题已基本不用，铁素体球铁和蠕墨铸铁排气管在国内仍然大量应用，但所能承受的高温疲劳性能也Ｈ益不能满足发动机性能发展需求。

近十几年来，在国外发动机排气管上高硅钼球铁或蠕铁作为一种具有优异的热疲劳性能、抗氧化性能和抗高温蠕变性能的材料，已得到大量而广泛的应用（图ｌｏ）。

高镍球铁和不锈钢排气管主要适用于涡轮增压发动机排气管上，以实现在９００℃以上Ｔ作条件下的使用性能要求（图１１）。

口趔塑丝《现代铸铁》增刊一３．５驱动桥壳国内汽车驱动桥壳主要是由ＱＴ４５０—１０来制造的，但随着载重车重删化的发展，重型载重车桥壳出现了以欧洲为代表的铸造桥壳和日本为代表的冲焊桥壳两个方向，铸造桥壳又可分为铸铁（网１２）和铸钢（图１３）两种，铸铁桥壳主要是通过强度提高和丁艺设计来提高桥壳的载再能力，如高性能一体化桥壳的应用，很好地达到了使用要求；而冲焊桥壳在罔内一些厂家引进后由于焊缝开裂和形变的原因，未达到预期效果。

３．６制动盘（毂）乘用车主要采用糯式制动，而载重车主要是毂式制动，也有两者结合，各有优点。

其主要使用材料是ＨＴ２５０或相近的厌铸铁材料（图１４），要求材料具有很好的导热，降能和冷热疲劳性能，所以要求石罨万方数据觏嬲锈戮璐磐：ｊ虢磊蠡：豫算缎荨黪髓，融嘞蛐批堪蒯黼蝴岫煳—旺圈区整日】匡▲是Ａ型，但可以呈粗大的石墨形态以利于热传导；采用低合金（如钼镍合金）灰铸铁、高碳灰铸铁制造汽车制动盘（毂）会具有更理想的使用效果；采用蠕翟铸铁制造制动艋（毂）也有大量的研究。

在豪华轿车或跑车领域已开展使用陶瓷材料来进行制动盘（毂）的制造。

其它汽车铸件如各类发动机、底盘的支撑件、结构件，如各类支架、盘体、壳体、转向零件等，依据使用性能需求，大量采用铸铁材料来制造。

随着汽车环保要求的发展，灰铸铁、铸钢的应用比例逐步呈下降趋势，而高性能球墨铸铁、Ｍｇ合金、Ａｌ合金及特种铸铁材料旱进一步增加的趋势。

４汽车铸件用材料的发展趋势［５－７１以铸铁件为代表的铸件目前是汽车用铸件的主体部分，尤其是球墨铸铁件的应用取代了很多铸钢和灰铸铁件，并导致町锻铸铁在汽车零部件应用上基本接近消失，其优异的强韧性能和易控的生产方式使其应用比重逐步增加，高强高韧性球墨铸铁的研发生产将成为球铁持续应用的重要基础。

另一种优异的工程材料——等温淬火球墨铸铁近年来受到汽车行业普遍关注，具有优异的力学性能，在国外取得迅速发展并应用良好，世界范围内的年产量已达到５０万ｔ左右，年增长率达到１５％，而其中５０％左右的铸件应用于汽车零部件七。

同内一些汽车厂家也大力开展相关应用研究，在曲轴、齿轮、支架、结构件等力‘面的应用研究取得可喜成果，并得到实际应用。

高硅钼球铁、蠕铁是上世纪９０年代发现并取得大力应用的另一种具有优异的高温性能的工程材料，具有很好的高温疲劳强度、抗氧化、抗蠕变性能，其工作温度可达到８８０℃，是发动机排气管理想的使用材料。

传统的灰铸铁材料在汽车缸体、变速箱壳体、制动盘（毂）等零部件上依然应用，但随着汽车性能的不断提升，ＨＴ２５０牌号应用比例逐年降低，提高灰铸铁性能与牌号将成为其得以应用的重要途径。

蠕墨铸铁自１９４８年发明以来，由于稳定的生产范围较窄，且性能末引起人们的关注，应用一直较少。

直至先进的生产控制技术研究成功并有效地投人使用，蠕墨铸铁用于复杂铸件的生产才有了可能。

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浔蠕墨铸铁材料由于具有比灰铸铁和Ａｌ更高的抗拉强度（高７５％）、弹性模量（高４０％）和疲劳强度（高１００％），成为目前发动机缸体缸盖设计的理想材料。

汽车轻量化的要求是采用Ｍｇ、Ａｌ合金来制造汽车铸件。

汽车每减重１０％，油耗降低５．５％，排放减低１０％左右，而Ａｌ合金密度仅为Ｆｅ的１／３，而强度与灰铸铁相当，成为取代灰铸铁制造发动机缸体缸盖的理想材料。

Ａｌ合金铸件在世界范围内近年来取得快速增长，而具有更轻密度的Ｍｇ合金伴随研究应用的深入，在汽车方向盘、座椅骨架、仪表盘、罩盖等零件｝二也得到快速应用。

５结束语铸件在汽车上的应用非常广泛，尤其自球墨铸铁及高性能Ｍｇ、Ａｌ合金稳定生产以来，铸件在汽车卜得到大量应用。

铸件在汽车上的应用涵盖了从底盘到发动机、从结构件到保安件、从普通件到核心件的各系统部件，为汽车生产技术的提升起到了重要作用。

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