有关蠕墨铸铁和碳含量对铸铁的影响
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一、蠕墨铸铁的组织和性能
[组织]:组织中具有蠕虫状石墨。铸铁液经蠕化处理后可得到具有蠕虫状石墨的蠕墨铸铁,方法为浇注前向铁液中加入蠕化剂,促使石墨呈蠕虫状。
[性能]:蠕虫状石墨的形态介于片状与球状之间,所以蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,其铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁,与灰铸铁相近。
蠕虫状石墨蠕墨铸铁的显微组织
二、蠕墨铸铁的牌号及用途
[牌号表示方法]:蠕墨铸铁的牌号是由“RuT”(“蠕铁”两字汉语拼音字首)后附最低抗拉强度值(MPa)表示。例如牌号RuT300表示最低抗拉强度为300MPa的蠕墨铸铁。
[应用范围]:蠕墨铸铁主要用于承受热循环载荷、结构复杂、要求组织致密、强度高的铸件,如大马力柴油机的汽缸盖、汽缸套、进(排)气管、钢锭模、阀体等铸件。
六米焦炉炉门焦炉保护板 4.3米焦炉炉门
化产设备蒸氨塔热风炉球形炉篦高炉热风炉篦子
蠕墨铸铁的应用
蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途(摘自JB4403-1987)
牌号
力学性能
应用举例σ
b/MPa
σ
r0.2/MPa
δ/%
HBS
不大于
RuT2602601953121~
197
增压器废气进气壳体,汽车底盘零件等
RuT300300240 1.5140~
217
排气管,变速箱体,汽缸盖,液压件,纺织机零件,钢锭模等
RuT340340270 1.0170~
249
重型机床件,大型齿轮箱体、盖、座,飞轮,起重机卷筒等
RuT3803803000.75193~
274活塞环,汽缸套,制动盘,钢珠研磨盘,吸淤泵体等
RuT4204203350.75200~280
近几年,蠕墨铸铁的应用,特别是在欧洲,得到了长足的进展。这是人们在发现蠕墨铸铁后,首次作为一种材质在国外发动机缸体等重要铸件上得到广泛使用。应用的同时又掀起了相应的进一步深入研究的高潮。欧盟也已制订出蠕墨铸铁标准草案,发给各企业,正在征求意见,并预定在一年内正式公布。美国在前年就把蠕墨铸铁的产量从球墨铸铁中分离出来统计,表明了他们对蠕墨铸铁的重视程度。
今年6月的GIFA展览会上,许多铸造企业都把蠕墨铸铁作为供货范围,并举出了相应的生产实例。例如宝马汽车公司(BMW)V8柴油发动机缸体,戴姆勒-克莱斯勒汽车公司(Daimler chrysler)12升排量的8缸发动机缸体,达夫公司(DAF)的12.6升排量、功率为390KW 的六缸发动机缸体都用蠕墨铸铁铸造。年产35万吨发动机铸件的弗里茨-维特公司(Fritz Winter),在研究开发的基础上,2003年安装了一条KW(Kuengel Wagner)静压多触头造型线,砂箱尺寸为1350×1100×400/400,用来每年生产3万吨发动机薄壁蠕墨铸铁缸体。年产400万个发动机缸体,200万个缸盖的爱森·布吕尔(Eisen Bruehl)公司在充分对比的基础上,已开始在轿车发动机缸体上使用蠕墨铸铁。德国阿乌哥斯特·坎泼公司(August
Kuepper GmbH),已成为一个蠕墨铸铁的专业生产厂,380个人,使用2条迪砂造型线,每年生产3万6千吨蠕墨铸铁件,主要供奥迪、奔驰、大众、宝马、司高达等汽车公司的排气管与增压器壳体。美国福特(Ford)公司与辛特(Sinter)合作,在1999年就在巴西已生产出10万个蠕墨铸铁V6缸体。瑞典达劳斯(Daros)活赛环厂开发了蠕墨铸铁活塞环。
蠕墨铸铁得到广泛应用的背景
蠕墨铸铁之所以能得到广泛应用,其原因还在于汽车工业对总成与零部件的要求。汽车发展方向上的永久课题是减少排放、降低油耗、提高功率和增加舒适性。在这四个主题下,汽车开发的二级目标是:
◆减少摩擦,例如优化曲轴传动方案(滑动面、轴承)
◆减轻重量(结构轻化、材料)
◆提高发动机刚度(柴油机尖峰压力)
◆减小发动机体积(构造型式、使用更好的材料)
◆更有效的尾气处理系统
◆改进燃烧方法(汽油直喷、柴油调匀,使用天然气)
◆提高变更性(阀动装置、压缩比)
◆减小尺寸,尤其是汽油发动机(使用更好的材料)
从这些目标可以看出,在未来的8项发展中,有五项和材料及铸造有关。在过去人们选择铝合金来替代灰铸铁,使汽车、发动机的重量有所下降,这在过去的发动机技术下是可以的。如图1所示在未来几年中铝合金的气缸体在欧洲预计还会有所增加。但发动机的比功率(KW/排量·升)越来越大,导致发动机气缸体与气缸盖的工作温度越来越高(见图2和图3),两零件的很多部位,其温度已超过200℃,这时铝合金的强度迅速下降,已不足以承受所受机械负荷(见图4),而铸铁则毫无影响。
此外,随着比功率的提高,常温下的铝合金也存在机械强度不够的问题。现在解决的办法是在缸体与缸盖、轴承盖与缸体的连接螺栓处镶铸螺纹件,甚至连接板(见图5)。这无疑又会增加重量,同时除成本提高外,增加了铸造的技术难度。因为热膨胀系数的差别,尤其是镶铸件有一些小缺陷时,就保证不了与铝合金本体连接的理想间隙(见图6),从而在使用中易引起松动和疲劳裂纹。
实际上从矿石到成品,铝合金的耗能要高于铸铁件。众所周知,铸铁件的防振能力远大于铝合金。也只有铸铁件的力学性能与高温性能才能满足汽车,尤其是发动机的未来发展要求。因此,只要生产2~5mm薄壁铸铁件的技术提高,就完全有可能再次夺回铝合金占领的部份市场。蠕墨铸铁具有球墨铸铁的强度,和灰铸铁相比又有类似的防振、导热能力及铸造性能,而又比灰铸铁有更好的塑性和疲劳性能。现代的铁液处理工艺已能确保得到必须的蠕状石墨,因此在缸体上的应用已无技术障碍,而用蠕墨铸铁生产的缸体,其发动机单位重量所获得的功率可低于铝合金(见图7),这就促使了蠕墨铸铁的应用与发展。
蠕墨铸铁的欧洲标准
对于蠕墨铸铁早在1984和1987年,我国就制订了蠕墨铸铁-金相与蠕墨铸铁件行业标准,并在1999年进行了修订,但至今还没有国家标准,尽管我国应用历史要早于国外,例如蠕墨铸铁排气管(二汽)、蠕墨铸铁缸盖(无柴)。
德国在2002年5月,由德国铸造协会制订了蠕墨铸铁的行业标准,编号为W50。现在正作为欧洲蠕墨铸铁标准草案在各铸造企业征求意见。在此标准中规定,石墨主要以蠕墨存在就算蠕墨铸铁,但规定在铸件的主要壁厚,蠕墨数量要大于80%。由于壁厚影响到蠕墨数量,故进一步规定,在整个铸件上不允许出现片状石墨外,在铸件其它次要部位的蠕墨数量可以有变动,也即低于80%,但铸造企业认为蠕墨量也不应低于60%,也可和铸件使用方协商一