蠕墨铸铁在发动机上的应用
蠕墨铸铁在发动机上的应用
张伯明
中国农业机械化科学研究院，北京，100083
The development trend of vermicular graphite iron
and diesel engine
Zhang Boming
China Agricultural Mechanization Sciences Institute
一．前言
近几年，蠕墨铸铁的应用，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发动机缸体等重要铸件上得到广泛的使用。应用的同时又掀起了相应的进一步深入研究的高潮。
随着应用的扩大，蠕墨铸铁标准的制订也提到了日程。罗马尼亚在1986年首先制订了蠕墨铸铁的国家标准。美国在1985年就制订了ASTM A 842-85的标准，并在1991和1997年进行了确认和完善。由于主要用途在汽车工业，故国际SAE又在2001年制定了J1887标准。德国铸造协会在2002年3月制订了W50蠕墨铸铁标准。国际铸造标准委员会在2000年9月22日举行会议，认为应在美国ASTM、德国W50标准的基础上制订蠕墨铸铁标准，并在2002年10月用ISO16112公布了工作草案。现在欧盟则已决定套用ISO标准。我国是最早研究蠕墨铸铁的国家之一，早在1984年制订了JB3829-84的行业金相标准，1987年制订了JB4403铸件标准，并都在1999年进行了修订。作为企业内控标准许多重要企业，例如大从、奥迪、宝马、奔驰、卡特匹勒、福特、通用电气、通用汽车、现代、约翰·迪尔等都制订了蠕墨铸铁标准。
美国在6年前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。
德国的学者认为铸铁不再是一种老材料，而美国Ashland公司的M.W.Swartzlander更把球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁（ADI）和蠕墨铸铁称之为形成了“新的铁时代”。二．蠕墨铸铁在发动机上的应用情况
早在1948年，人们在发明球墨铸铁时就发现了蠕虫状石墨，但作为材质的研究还是上世纪六十年代才开始，并在排气管、钢锭模、玻璃模具上应用。由于它在生产中蠕化处理范围窄，且发动机缸体缸盖铸件要求蠕化率在80%以上，生产的难度大，因此它仅在生产技术完善以后才在上世纪末开始在发动机缸体铸件上得到批量应用。至今已有30多种缸体用蠕墨铸铁生产，年产量已达50万件。有人预测，至2010年，将达到年200万件以上。表1列出了一些典型的应用。这些柴油机既可用在卡车上，也有不少用在轿车上。
三．迅速应用蠕墨铸铁的背景
蠕墨铸铁之所以能得到广泛应用的原因有两个：汽车发展对材料的高要求和蠕墨铸铁的特殊性能。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。而发动机的发展主要目标是在减少油耗和排放的同时增加比功率、增加扭矩、减少体积，这就更和材料有关。
表1 批量生产采用蠕墨铸铁的发动机
除发动机缸体、缸盖及排气管铸件外，也有公司把蠕墨铸铁应用在发动机的缸套（卡特匹勒公司和约翰迪尔公司）、增压器壳体、活塞环（瑞典达劳斯公司）。
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[1]
。但发动机的比功率（KW/排量·升）越来越大。例如现在柴油机增压的比功率（每升排量所达到的KW 功率数）已达到60～65KW/升，不久的将来将到80KW/升，甚至100KW/升。升扭
矩将达到200Nm [8]
。同时其点火压力随着排放要求的提高而提高（见图2）。这导至发动机气缸体与气缸盖的载荷越来越重、工作温度越来越高（见图3和图4），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，已不足以承受所受的力学和热负荷（见图5），而铸铁则毫无影响。
产量，千个 铝合金
灰铸铁 图1 欧洲发动机气缸体的生产 大喷射压b a r 最大缸压b a r 增后压力b a r
图2 点火压力的发展趋势
图3 各参数与发动机比功率关系
图4
气缸体内温度分布及构件变形 图5 不同材质在不同温度下的强度
表2列出了发动机铸件用蠕墨铸铁、灰铸铁、铝合金的性能对比。发动机缸体多用珠光体基体蠕墨铸铁，即欧标GJV450，它比灰铸铁和铝合金的抗拉强度要高出75%以上，弹性模量高40%以上，而疲劳强度要高出近100%。
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。现在解决的办法是增加壁厚，尤其是主轴承处的壁厚，或是在缸体与缸盖、轴承盖与缸体的连接螺栓处镶铸螺纹件，甚至连接板（见图6、图7）。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8），从而在使用中易引起松动和疲劳裂纹[5]。
铸入螺纹
铸入通杆
铸入灰铸铁加固件
凉
图3 各参数与发动机比功率的关系 试验温度，℃
抗拉强度，M P a
图6 铝气缸体的强化措施 图7 镶嵌轴承座的实例
8 铝缸体镶铸件连接
实际上从矿石到成品，铝合金的耗能要高于铸铁件和钢。铝成品的能耗为90000MJ/t ，而铁件能耗仅为10500MJ/t ，因此即使是铸铁轿车缸体比铝缸体重20%，则铝缸体轿车在行驶18万公里后才能补偿它的高能耗，因此发展铝缸体的汽车只有在不生产铝锭的国家才有益，因为他们把能耗转嫁到了像中国这样的产铝国家。
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耐疲劳性能。现代的铁液处理工艺已能确保得到必须的蠕状石墨和蠕化率，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，其发动机单位功率所需的重量可低于铝合金（见图9），
[3] [5]
铝缸体
灰铸铁缸套
好
有缺陷位
可接受的连接间隙
至今Audi公司每年生产的280万台发动机中，85%的缸体使用了铸铁材料（蠕墨铸铁和灰铸铁），只有15%使用了铝合金。有观点认为，直喷柴油机缸体的最主要材料是蠕墨铸铁与灰铸铁，而增压汽油发动机缸体最佳材料仍是灰铸铁。这样，在新开发的汽油发动机1.0L 中，德国欧宝仍在采用了HT250的灰铸铁。实际上汽车的减重不能纯粹从材料的密度去考虑而首先是要去考虑此零件的功能。特别是汽车的安全性和舒适性只会增加汽车的重量，但人们还是要去做。过去和将来材料之间的竞争是永远的课题。
四．蠕墨铸铁的标准
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。尽管我国把蠕墨铸铁作为一种材料来进行研究和应用要早于国外（例如二汽的蠕墨铸铁排气管、无柴的蠕墨铸铁缸盖），发表的论文也多达600多篇，这是件十分遗憾的事情。
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[2]。在此基础上现制订了国际蠕墨铸铁标准。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%。由于壁厚会影响到蠕墨数量，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致。为取得纯粹蠕墨铸铁的特殊性能，瑞典在活塞环上应用就要求蠕墨数量大于90%[7]。对于排气管，由于系统重量支撑和利用排气热量促进点火系统的要求，规定蠕化率50%以上就可，以便获得更高的强度。而对于缸体、缸盖铸件则要求80%以上的蠕化率，确保理想的铸造性能、切削性能与热传导的综合优良性能，同时又能确保不产生片状石墨而引起的软点。同时又要求90%的基体珠光体保证有足够的强度。在化学成分中又要求Ti＜0.02%以防止碳化物的形成，有好的切削性能。
和我国一样，该标准根据单铸试样（加工过）的抗拉强度，对蠕墨铸铁进行分级。如表4所示共分五级，每级抗拉强度差50MPa，也即和灰铸铁、球墨铸铁的分级一样。和我国行业标准相比（见表5），我国也为五级，
强度等级牌号。在硬度上，我国允许硬度范围大，且高值硬度也高。这表明，国外用蠕墨铸铁更注重它的强度性能，同时又要求它有较好的机械加工性能。
表5 我国蠕墨铸铁的分级（JB/T4403－1999）
德国有一公司，它可生产合金蠕墨铸铁，表6是其企标规定的性能。这表面整个标准要求要比我国高，工厂所做工作更为细，要求更高（硬度值差仅HB20）。
表6 坎泼公司的合金蠕墨铸铁性能
五．蠕墨铸铁的生产要点
蠕墨铸铁的蠕化处理范围本身就很窄，国外又要求更高的蠕化率，所以必须要采用合适的生产技术与相应的蠕化剂。
国外铸造厂广泛采用冲天炉、电炉或电炉、电炉双联工艺，处理前后又有热分析仪与真空直读光谱仪进行检测，加之炉料秤量准确，炉况稳定，工艺人员对每种铸件都有详细的工艺规定，所以很容易达到对每个铸件的特殊要求（例如，铁液的碳当量波动都能小于±0.05%），为获得高蠕化率的铸件打下了基础。
原铁液中硫的含量对蠕化处理，即蠕化剂的消耗与最终蠕化率的大小有决定性的影响，为此几家工厂都采用炉外脱硫，使蠕化处理前铁液的含硫量稳定在0.01～0.03%之间，并认为最佳的原铁液残硫量应在0.01～0.02%[3-4]。除了已熟悉的吹气、摇包脱硫外，有一工厂使用4个感应器产生磁场搅拌的装备，可使硫量脱至0.01～0.02%。它使用碳化钙和石灰脱硫，每次处理的量最大可至20t ，处理时间为9～15min ，修理间隔为3～4个月，已可靠地使用
两年[4]
。
铁液在蠕化处理后的镁稀土量决定了石墨的形状与各类石墨的数量。图8为一个研究所
得结果，即凝固后铸件中石墨球比例与镁含量的关系[6]
。较为一致的看法是Mg ≤0.01%为片状石墨，Mg 在0.01～0.018%可获得蠕墨铸铁，Mg 在0.025～0.04%为球墨铸铁。故获得蠕墨铸铁的镁范围为±0.004%。实际生产中，而确保获得蠕墨的绝对含镁量又和原材料，熔炼条件，孕育处理方法有关。蠕化处理后每五分钟又要损失镁0.001%，故更增加了控制高蠕化率的难度。 各研究结果基本趋于一致，为防止钛对炉料的污染和改善切削性能，现在蠕化剂多为FeSiMgRe 。其中Mg 量为4～5%，Re 主要是铈，量在0.5%到6.0%不同，但倾向于在1.0～1.5%。有的企业在蠕化剂中还使用钙。
图8 球化率与镁量的关系
蠕化处理方法和球化处理方法相同，由于喂丝法有控制精确，改善劳动环境的优点，尤其可用计算机，根据处理的铁液量和快速测定的原硫量可精确控制喂丝量，故国外喂丝得到了迅速的推广应用（表4），现在普遍应为此法更适合于生产蠕墨铸铁。
球化率，%
Mg 量，%
使用工艺不稳定的冲入法时，Mg的吸收率波动大，对蠕墨铸铁来说往往有处理过头的现象，故不少厂使用加硫（FeS）的方法，来消耗过量的镁，获得蠕墨。在残镁量为0.015～0.03%时，建议加硫0.002～0.04%。
应该肯定，英国Sinter-Cast公司在现场控制蠕化率的检测上做了大量工作。在蠕化处理后利用它类似于热分析的检测方法能立即确定蠕化状况，然后看生产铸件要求对处理后的铁液进行必要的镁量调整（喂丝法），从而能确保所浇铸件能获得所要求的蠕化率。
最后举一生产实例来总结本文。德国哈尔贝克（Halberg）铸造厂，从1991年开始为奥地生产V8蠕墨铸铁气缸体。缸体主要壁厚为3.5mm，3升排量功率为150KW的缸体仅重74Kg。铁液在感应炉中熔炼，成分（质量分数）为：3.3～3.5%C，0.010～0.014%S，2.10～2.25%Si，≤0.06%Cr，0.25～0.30%Mn，＜0.03%P。使用FeSiMg（5%）蠕化剂，每次处理1200Kg。过去使用盖包法，现在使用喂丝法。铸件所有要求性能的壁厚处，其蠕墨含量大于90%。要求抗拉强度为400MPa，实际为450MPa，基体内珠光体含量大于95%。
参考资料：
1.T.Martin等. Duennwandige Zylinder-bloecke aus Gusseisen. Giesserei, 90(2003)Nr.6，P91-96.
2.VDG. Gusseisen mit Vermiculargraphit. VDG-Merkblatt. W50. 2002.5.
3. D.B.Wolters. Jahresuebersicht Gusseisen mit Kugelgraphit (38. Folge ). Giesserei 88 (2001) Nr.10，P46～68.
4. D.B.Wolters. Jahresuebersicht Gusseisen mit Kugelgraphit (37. Folge). Giesserei87, (2000)Nr.10，P46～68.
5.S.Pischinger等. Zukuenftige Motoren – Anforderungen an Werkstoffe und Giesstechnik. Giesserei 90 (2003)Nr.5，
P63～76.
6.S.Dowson等. Process Control for the Production of CGI. Foundry Trade Journal.2001.June，P9～13.
7.P.Samuelsson等. Compacted graphite iron for high performance piston rings. Shipping World & Shipbuilder. Dec
2002/Jan 2003，P34～35.
8.Dr. Steve Dawson等， Vermicular – Graphit – Guss：Ein neues Material fuer Hoechst beanspruchte Motorbloecke
und Zylinderkoepfe. 28. Internationales Wiener Moterensympesium 2007.
9.邱汉泉等。中国蠕墨铸铁40年。2005年全国蠕墨铸铁技术及应用研讨会论文专辑 P9—49
10.张惟德等。蠕墨铸铁缸盖的生产及应用。2005年全国蠕墨铸铁技术及应用研讨会论文专辑 P85--89
蠕墨铸铁与合金铸铁
湘西民族职业技术学院备课用纸
蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。通常蠕墨铸铁是铸造以前加蠕化剂（镁或稀土）随后凝固而制得的。迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极其有利的条件和物质基础。 8.3.1 蠕墨铸铁的成分、组织及性能 蠕墨铸铁的化学成分一般为：C%=3.4%~3.6%；Si%=2.4%~3.0%，S%<0.06%；Mn%=0.4%~0.6%；P%<0.07%。蠕墨铸铁的石墨形态介于片状和球状石墨之间。蠕墨铸铁的石墨形态在光学显微镜下看起来像片状，但不同于灰口铸铁的是其片较短而厚、头部较圆（形似蠕虫）。所以可以认为蠕虫状石墨是一种过渡型石墨。 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。 8.3.2 蠕墨铸铁的牌号 蠕墨铸铁的牌号为：RuT+数字。牌号中，“RuT”是“蠕铁”二字汉语拼音的大写字头，为蠕墨铸铁的代号；后面的数字表示最低抗拉强度。例如：牌号RuT300表示最低抗拉强度为300MPa的蠕墨铸铁。 8.3.3 蠕墨铸铁的用途 由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。特别是我国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管流水线的投产，标志着我国蠕墨铸铁生产已达到高水平。 到目前为止，世界蠕墨铸铁的产量尚难以统计，这是因为蠕墨铸铁往往被统计在灰铸铁的产量之内，而不是从单独的项目统计。我国蠕墨铸铁的年产量不尽确切。我国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素，如稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土锌镁硅铁合金等。由此，形成了适合国情的蠕化剂系列。
铸钢和铸铁的应用
铸钢和铸铁的应用 1130910113 梁玉鑫 铸钢和铸铁是铸造铁碳合金的两大种类，它们的区别在于合金中的含碳量高低。铸铁是指含碳量大于 2.14％或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。而工业中使用的铸铁通常都不是简单的铁碳二元合金，而是以铁碳硅为主要元素的多元合金。而含碳量低于 2.14％的铁碳合金则被称为铸钢，此外，硅，锰，磷，硫也是铸钢中的长存元素。 铸铁是近代工业生产中应用最广泛的一种铸造金属材料。一般在机械制造，冶金矿山，石油化工，交通运输和国防工业等各个部门中得到了广泛的应用。铸钢在许多重型的和承受动载荷的机械零件中得到了广泛的应用。 按照铸铁中石墨的存在形式，又可以将铸铁分为灰铸铁，白口铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等等，按照铸铁的特殊性能又可以分为减摩铸铁，冷硬铸铁，抗磨铸铁，耐热铸铁等。每种铸铁都因为其特殊的性能而得到了不同的应用。 灰铸铁（灰口铸铁）：碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色，基体形式为：铁素体、珠光体、珠光体加铁素体。由于灰铸铁具有一定的强度和良好的减震性、耐磨性，以及优良的切削加工性和铸造工艺性，并且生产简便、成本低，因此在工业生产和民用生活中得到最广泛的应用。 孕育铸铁：仍属灰铸铁范畴，是铁液经孕育处理后，获得的亚共晶灰铸铁。孕育铸铁的碳主要以细片状石墨形式出现，基体形式为珠光体、铁素体。经孕育处理后的孕育铸铁，Si常被调整到1.2%--1.8%，共晶团被显著地细化，石墨的尺寸及分布得到改善，从而提高了强度，因此孕育铸铁又常称为高强度灰铸铁。孕育铸铁的抗拉强度可达200--400Mpa，抗弯强度可达450--600Mpa，但延伸率和冲击韧性仍较低，故常用于动载荷较小，静力强度要求较高的重要铸件，如机床床身、发动机缸体等。 球墨铸铁：是铁液经过球化剂处理而不是经过热处理，使石墨大部或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。但球墨铸铁经过一定的热处理却可改变基体的形式，球墨铸铁的基体形式为：铁素体、珠光体、铁素体加珠光体、贝氏体、奥氏体加贝氏体。（奥贝）球墨铸铁是二十世纪40年代末发展起来的一种新型结构材料，除有类似于灰铸铁的良好减震性、耐磨性、切削加工性和铸造工艺性外，
有关蠕墨铸铁和碳含量对铸铁的影响
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
蠕墨铸铁在发动机上的应用
蠕墨铸铁在发动机上的应用 张伯明 中国农业机械化科学研究院，北京，100083 The development trend of vermicular graphite iron and diesel engine Zhang Boming China Agricultural Mechanization Sciences Institute 一．前言 近几年，蠕墨铸铁的应用，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发动机缸体等重要铸件上得到广泛的使用。应用的同时又掀起了相应的进一步深入研究的高潮。 随着应用的扩大，蠕墨铸铁标准的制订也提到了日程。罗马尼亚在1986年首先制订了蠕墨铸铁的国家标准。美国在1985年就制订了ASTM A 842-85的标准，并在1991和1997年进行了确认和完善。由于主要用途在汽车工业，故国际SAE又在2001年制定了J1887标准。德国铸造协会在2002年3月制订了W50蠕墨铸铁标准。国际铸造标准委员会在2000年9月22日举行会议，认为应在美国ASTM、德国W50标准的基础上制订蠕墨铸铁标准，并在2002年10月用ISO16112公布了工作草案。现在欧盟则已决定套用ISO标准。我国是最早研究蠕墨铸铁的国家之一，早在1984年制订了JB3829-84的行业金相标准，1987年制订了JB4403铸件标准，并都在1999年进行了修订。作为企业内控标准许多重要企业，例如大从、奥迪、宝马、奔驰、卡特匹勒、福特、通用电气、通用汽车、现代、约翰·迪尔等都制订了蠕墨铸铁标准。 美国在6年前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。 德国的学者认为铸铁不再是一种老材料，而美国Ashland公司的M.W.Swartzlander更把球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁（ADI）和蠕墨铸铁称之为形成了“新的铁时代”。二．蠕墨铸铁在发动机上的应用情况 早在1948年，人们在发明球墨铸铁时就发现了蠕虫状石墨，但作为材质的研究还是上世纪六十年代才开始，并在排气管、钢锭模、玻璃模具上应用。由于它在生产中蠕化处理范围窄，且发动机缸体缸盖铸件要求蠕化率在80%以上，生产的难度大，因此它仅在生产技术完善以后才在上世纪末开始在发动机缸体铸件上得到批量应用。至今已有30多种缸体用蠕墨铸铁生产，年产量已达50万件。有人预测，至2010年，将达到年200万件以上。表1列出了一些典型的应用。这些柴油机既可用在卡车上，也有不少用在轿车上。 三．迅速应用蠕墨铸铁的背景 蠕墨铸铁之所以能得到广泛应用的原因有两个：汽车发展对材料的高要求和蠕墨铸铁的特殊性能。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。而发动机的发展主要目标是在减少油耗和排放的同时增加比功率、增加扭矩、减少体积，这就更和材料有关。 表1 批量生产采用蠕墨铸铁的发动机
铸铁发动机的优点
铸铁发动机的优点 铁和铝的物理性能不同。铸铁的缸体热负荷能力更强，在发动机的升功率方面，铸铁的潜力更大。打个比方，一台1.3升排量铸铁发动机的输出功率可以超过70kW，而一台铸铝发动机的输出功率只能达到60kW。据了解，1.5升排量铸铁发动机通过涡轮增压等技术，可以达到2.0升排量发动机的动力要求，而铸铝缸体发动机则很难达到这一要求。 铝制缸体发动机内部仍然有一部分使用铸铁材料，特别是气缸，要使用铸铁材料。铸铝与铸铁在燃料燃烧后热膨胀率不统一，就是通常所说的变形一致性出现问题，这是铸铝缸体在铸造工艺上的一个难题。在发动机工作时，配装有铸铁气缸的铸铝缸体发动机就要满足密封要求。如何解决这个难题，是铸铝缸体企业特别关注的问题。 善于推销产品的厂商在推广自己的汽车产品时，常常会使用“全铝发动机”这一“耀眼”的光环打头阵。有鉴于此，我们就看到，有鉴于此，一些被“忽悠”的车友在购买轿车时也就多了一层选择：全铝发动机。不可否认，全铝发动机在材质，散热性等方面确实优于铸铁发动机，但更多的时候，全铝发动机却相比较于铸铁发动机不尽如人意。首先是体积。由于铝的比重较轻，因此铝的单位体积结构强度就要小于铸铁，所以铝缸体的体积通常会比铸铁的要大一些，很难达到铸铁缸体的紧凑与小体积。 其次是耐腐蚀性及强度。众所周知，铝容易与燃烧时产生的水发生化学反应，因此，耐腐蚀性远不及铸铁缸体，尤其对温度压强都更高要
求的增压引擎更是如此。在加上已经阐述过的有关于体积的结论，因此，当汽车的引擎体积要求较小时，使用铝缸体就很难达到铸铁缸体的强度。所以说，高增压的引擎大多采用铸铁缸体。在这两方面，全铝发动机明显要逊色于铸铁缸体发动机。 再次是发动机的摩擦系数。现在的轿车引擎，为了降低往复运动的部件惯性，通常会提高转速和响应的速度，活塞也大多使用铝合金作为材料。如果气缸壁采用铝材料。铝和铝之间的摩擦系数就比较大。为此，引擎的性能就会大大受到影响，相反，铸铁发动机就不会产生如此的问题，因此在这方面，铸铁缸体也是优于全铝发动机的。 铸铝发动机生产线的面积小于铸铁，重量轻油耗小点，其他方面一般般
铸铁铸钢的材料特性与结构特点
铸铁铸钢的材料特性和结构特点 来源：对钩网 工业用的铁和钢都是铁碳两种元素达的合金，含碳量在2.11%以上的是铁，在2.11%以下的是钢。铸铁和铸钢是工业机加工中常用的加工材料。下面，我们介绍几种常见的铸铁和铸钢材料，以及它们的材料特性和结构特点。 灰铸铁 灰铸铁是含有片状石墨的铸铁，是应用最为广泛的铸铁，产量占铸铁总产量的80%以上。灰铸铁材料综合力学性能低，抗压强度大，是本身抗拉强度的3到4倍。消振能力比钢大10倍，故经常用来制造承受振动的机座。弹性模量较低，其壁厚变化对力学性能影响较大。 由于其对冷却速度有很大的敏感性，灰铸铁铸件在厚度较薄的截面上经常出现白口和裂纹，而在厚度较厚的截面上又经常导致琉松情况。因此，灰铸铁件截面厚度存在一个临界值，如果超过了这个值，随着壁厚增加，其强度、消振能力、弹性模量等力学性能不仅不会增强，反而显著减弱。由于灰铸铁热稳定性较低，因此不能用于制造那些长时间工作在超过250摄氏度环境下的零件。相比于铸钢材料，采用灰铸铁可以得到厚度更薄，几何形状更复杂的铸件，而且铸件中的残余内应力和翘曲变形都要更小一些。由于在各截面上性能比较均匀，灰铸铁常用于制造要求高，但截面不一定较厚的铸件。 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是呈蠕虫状的铸铁，它掺入的石墨形态是介于片状石和球状之间的，化学结构与灰铸铁类似。蠕墨铸铁综合力学性能比灰铸铁略好一点，而比球墨铸铁略逊一筹，其冲击韧性、延长率抗压强度、屈服强度等均在二者之间，壁厚变化对力学性能影响比灰铸铁小。 蠕墨铸铁对冷却速度的敏感性比灰铸铁小得多，且具有良好的导热性，所以经常用来制造工作环境温度苛刻，温度梯度比较大的零件。由于蠕墨铸铁材料强度较高，致密性好，对于缺口的敏感性小，具有良好的工艺性能，可以用来制造几何形状复杂的大型零件。为了节约废钢，减轻铸件的重量，蠕墨铸铁还可用来替代孕育铸铁件，这样做还可以达到有效提升成品率、增强铸件气密性的目的，特别适于生产液压件。 球墨铸铁 经过球化处理以及孕育处理而获得的球状石墨称为球墨铸铁，这是上世纪中叶发展起来的一种高强度铸铁材料，综合性能较高，接近于钢，在工业上有十分广泛的应用。球墨铸铁强度、塑性和弹性模量都要比灰铸铁好，抗磨性比灰铸铁
蠕墨铸铁简介
中文名称：蠕墨铸铁 英文名称：vermicular cast iron 定义：铁液经过蠕化处理大部分石墨呈蠕虫状的铸铁。 应用学科：机械工程（一级学科）；铸造（二级学科）；铸造合金（三级学科） 简介 蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。通常蠕墨铸铁是铸造以前加蠕化剂（镁或稀土）随后凝固而制得的。迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极其有利的条件和物质基础。 蠕墨铸铁的显微组织及应用(3张) 化学成分 蠕墨铸铁的化学成分一般为：C%=3.4%~3.6%；Si%=2.4%~3.0%；Mn%=0.4%~0.6%；S%<0.06%；P%<0.07%。目前市面上的蠕墨铸铁光谱标准样品成分如下： 组织特征 蠕墨铸铁的石墨形态介于片状和球状石墨之间。蠕墨铸铁的石墨形态在光学显微镜下看起来像片状，但不同于灰口铸铁的是其片较短而厚、头部较圆（形似蠕虫）。所以可以认为蠕虫状石墨是一种过渡型石墨。 牌号 蠕墨铸铁的牌号为：RuT+数字。牌号中，“RuT”是“蠕铁”二字汉语拼音的
大写字头，为蠕墨铸铁的代号；后面的数字表示最低抗拉强度。例如：牌号RuT300表示最低抗拉强度为300MPa的蠕墨铸铁。 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。 编辑本段应用领域 由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。特别是我国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管流水线的投产，标志着我国蠕墨铸铁生产已达到高水平。到目前为止，世界蠕墨铸铁的产量尚难以统计，这是因为蠕墨铸铁往往被统计在灰铸铁的产量之内，而不是从单独的项目统计。我国蠕墨铸铁的年产量不尽确切。我国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素，如稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土锌镁硅铁合金等。由此，形成了适合国情的蠕化剂系列。我国在蠕墨铸铁的形成机制的研究方面处于领先地位。另外在蠕墨铸铁的处理工艺、铁液熔炼及炉前质量控制、蠕墨铸铁常温和高温性能方面均进行了广泛、深入的研究。特别要指出的是，在我国冲天炉条件下，不少工厂能稳定地生产蠕墨铸铁，取得了显著的经济效益。可以预期，利用蠕墨铸铁具有的良好的综合性能、力学性能较高，在高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点，取代一部分高牌号灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁，由此，将取得良好的技术经济效果。
发动机实训报告29241
发动机实训报告 前言 定义：发动机（Engine）是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机（汽油发动机等）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器（如：汽油发动机、航空发动机）。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。 基本结构 简述：机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、汽缸套、气缸盖和气缸垫等零件组成。 气缸体：水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬
垫，防止润滑油泄漏。 气缸盖：气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。 气缸垫：气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。 爆震传感器：发动机工作时因点火时间提前过度（点火提前角）、发动机的负荷、温度及燃料的质量等影响，会引起发动机爆震。发生爆震时，由于气体燃烧在活塞运动到上止点之前，轻者产生噪音及降低发动机的功率，重者会损坏发动机的机械部件。为了防止爆震的产生，爆震传感器是不可缺少的重要部件，以便通过电子控制系统去调整点火提前时间。发动机发生爆震时，爆震传感器把发动
MTU柴油发动机性能特征
MTU柴油发动机性能特征 文章来源：康尔信电力系统有限公司添加人：calsion添加时间：2009-7-10 17:17:00 国奔驰（MTU）柴油发动机，额定转速1500RPM，四冲程、V型排列、风扇水箱闭式冷却，符合ISO3046标准。 ●高可靠性，低排放，启动性能好 ●24V直流电启动马达 ●柴油机驱动充电发电机 ●高压油泵，MDEC柴油机电子管理系统 ●数字式电子调速 ●数字式控制电子喷油 ●废气涡轮增压 MTU公司是戴姆勒-奔驰公司柴油机推进系统的制造商，位于德国的弗里的希哈芬（Friedrichshafen），产品广泛应用于铁道、军用车辆、海上舰艇及电站。 MTU 2000&4000系列柴油发动机（配套发电机组功率500KW以上）是德国发动机涡轮机联盟弗里的希哈芬有限公司（MTU）于1997年开发制造上市的，包括八缸、十二缸、十六缸、十八缸、二十缸五种不同型号，输出功率范围由270KW至2720KW。这两种四冲程发动机的设计与研制，正式要提供多功能、可靠性高和经济性好的产品，以满足当今与未来对环境保护及降低废气排放的要求。 两种新系列发动机的耗油量和所有排放指标均代表了最新技术水平。较长的维修间隔，显著简化的维护保养程序，加上有实际效用的临场控制系统，这些优点将大大降低运行费用。发动机的适应性很强，可应用于从固定到移动的所有应用领域。 除了外形尺寸、行程和燃油喷射系统外，两种发动机系列在设计上均是采用90°V型排列,坚固的灰口铸铁汽缸体，其中含有回油孔和水道，汽缸盖上各有四个阀，内置于机身中部的凸轮轴控制阀门开闭。 为了实现低油耗和长使用寿命，4000系列配有耐磨的陶铬镀层活塞环和经过珩磨的汽缸套，2000系列使用湿式汽缸套。 标准的增压系统是由两个废气涡轮增压及中冷器组成的单级系统。 燃油喷射系统的监控和发动机的调速装置由新型电子控制系统提供，发动机监控系统可以从标准的监控装置扩展到几乎所有的功能，包括故障诊断和机组管理。通过实时测定，电子系统可以随时提供发动机使用状况和运行寿命的准确信息，这为使用者提供了适应个别应用情况的成本管理系统，并将改善动力设备的经济效益。
蠕墨铸铁现代发动机设计的材料
蠕墨铸铁 -- 现代发动机设计的材料 史蒂夫·道森博士(Dr Steve Dawson)，欣特卡斯特(SinterCast) 摘要 提高燃油经济性和功能以及降低排放的需求不断给发动机设计者和所选用的材料提出挑战。本文评述了蠕墨铸铁，灰铸铁和铝合金的性能并阐述了蠕墨铸铁的性能可以怎样来优化发动机的设计和功能。 基于在欧洲，亚洲和美洲的生产经验，应用蠕墨铸铁铸铁可以为减轻发动机的重量，尺寸，提高动力，降低噪音，震动和改善不平顺性提供新的机会。对于重载发动机来说更是如此。在乘用车中，采用蠕墨铸铁可以生产更小更紧凑的发动机缸体，这就使得整装蠕墨铸铁发动机比同样排量的铝合金发动机重量更轻。文中以V6和V8柴油发动机为例阐述了这种设计。本文还对蠕墨铸铁和铝给出了从开采石油到精炼汽油的能耗比较，比较结果更有利于铸铁气缸体。 前言 虽然在1948年人们就首次观察到了蠕虫状石墨铸铁，但是稳定生产蠕墨铸铁所需的狭窄控制范围妨碍了像气缸体这样复杂蠕墨铸铁零件的大批量生产;直到有了先进的过程控制技术，大批量生产才成为可能。还有，大批量生产还必须等到现代测量电子学和计算机技术的到来。随着1990年代铸造技术的发展和铸造方案的解决，第一款批量生产的发动机气缸体在1999年开始生产。今天，每个月为发动机和汽车制造商生产的蠕墨铸铁气缸体超过50,000个，其中包括：奥迪，克莱斯勒，达夫，戴姆勒，福特，现代，美洲豹，吉普，陆虎，曼，纳维斯达，梅赛德斯，标致-雪铁龙，雷诺，斯坎尼亚，大众和沃尔沃。 排放法规和对小体积高比性能的需求继续驱动柴油发动机技术的发展。虽然较高的的最高点火压力P max提高了发动机的燃烧效率，功能并使发动机更精致，所造成的增加的热负载和机械负载就需要新的设计方案。设计工程师需要在增加传统灰铸铁和铝合金零件的壁厚与重量和采用更高强度的材料，特别是蠕墨铸铁之间做出选择。 鉴于新发动机设计方案通常倾向于支持3到4代的车辆，所选用的工程材料必须既能满足当前设计需求，同时又能为未来性能的提升提供潜力，而且无须改变缸体的整体结构。较之普通灰铸铁和铝合金，蠕墨铸铁具有至少高75%的抗拉强度，高40%的弹性模量和几乎高一倍的疲劳强度；因此蠕墨铸铁就能很好地满足当前的和将来的发动机设计和功能的需求。 微观组织与性能 如图1所示，蠕墨铸铁中的石墨呈现为单独的‘蠕虫状’颗粒。正如在灰铁中一样，这些石墨颗粒是任意排列的长条状的，但是长度较短，厚度较厚，并且边缘也比较圆。虽然在二维平面观察时这些颗粒呈现蠕虫状，但是经深腐蚀在扫描电镜下(图2)观察时，这些单独的‘蠕虫’在共晶团内是与其近邻的石墨互相连接的。这些复杂的，珊瑚状的石墨形貌再加上不平整的表面和圆的边缘，使得石墨与铁基体之间有较强的结合力。这种蠕虫状石墨形貌阻止了裂纹的萌生和扩展。这就是为什么蠕墨铸铁比灰铸铁具有优良力学性能的原因。
蠕墨铸铁化学元素含量的多少
蠕墨铸铁化学元素含量的多少 蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极其有利的条件和物质基础 蠕墨铸铁的化学成分一般为： C%=3.4%~3.6%;Si%=2.4%~3.0%;Mn%=0.4%~0.6%;S%<0.06%;P%<0.07%。 球铁含量检测可以用南京华欣分析仪器制造有限公司HX型金属材料元素分析仪检测，可满足碳钢、高中低合金钢、不锈钢、生铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、耐磨铸铁、合金铸铁、铸钢等材料中的C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、V、Al、W、Nb、Mg、稀土总量等元素含量的检测。采用电弧燃烧炉燃烧样品，气体容量法测C，碘量法自动滴定测S；光电比色分析法测定其它元素。 主要技术参数： 1、测量范围：(该仪器可检测的元素较多，现以黑色金属中碳、硫、硅、锰、磷、镍、铬、钼、钛、铜、稀土、镁为例) C：0.020～6.000% S：0.0030～2.000% Si：0.010～6.000% Mn：0.010～18.00% P：0.0005～2.000% Ni：0.010～30.00% Cr：0.01～28.000% Mo：0.010～7.000% Ti：0.010～5.000% Cu：0.010～8.000% ΣRE：0.010～0.500% Mg：0.010～0.200% 2、测量精度：符合GB/T223.69-2008 GB/T223.68-1997 GB/T223标准 3、电子天平：称量范围0-100g 读数精度0.0001g
球墨铸铁和铸钢的区别
球墨铸铁和铸钢的区别 与铸铁相比，球墨铸铁在强度方面具有的优势。球墨铸铁的抗拉强度是60k，而铸铁的抗拉强度只有31k。球墨铸铁的屈服强度是40k，而铸铁并没有显示出屈服强度，并且较终出现断裂。球墨铸铁的强度-成本比远远优于铸铁。 球墨铸铁的强度和铸钢的强度是可比的。球墨铸铁具有更高的屈服强度，其屈服强度较低为40k，而铸钢的屈服强度只有36k。在大部分市政应用领域，如：水、盐水、蒸汽等，球墨铸铁的耐腐蚀性和抗氧化性都超过铸钢。由于球墨铸铁的球状石墨微观结构，在减弱振动能力方面，球墨铸铁优于铸钢，因此更加有利于降低应力。选择球墨铸铁的一个重要的原因在于球墨铸铁比铸钢成本低。球墨铸铁的低成本使得这种材料更加受欢迎，铸造效率更高，也较少了球墨铸铁的机加工成本。作为钢的替代品，1949年人类开发了球墨铸铁。铸钢含碳量少于0.3%，而铸铁和球墨铸铁含炭量量则至少为3%。铸钢中的低含碳量使得作为游离石墨存在的碳不会形成结构薄片。铸铁内的碳天然形式是游离石墨薄片形式。在球墨铸铁内，这种石墨薄片通过特殊的处理方法变化成微小的球体。这种改进后的球体使得使得球墨铸铁比铸铁和钢相比具有更加优异的物理性能。正是这种碳的球状微观结构，使得球墨铸铁具有更加良好的展延性和抗冲击性，而铸铁内部的薄片形式导致铸铁没有展延性。通过铁素体基体可获得较佳的展延性。
因此，球墨铸铁的压力负载部件都经过铁素体化退火周期的工艺处理后，球墨铸铁内部的球状结构也能够消除铸铁内部的薄片石墨容易产生的裂缝现象。在球墨铸铁的微观照片中，可以看见裂缝游行到石墨球后终止。在球墨铸铁行业内，这些石墨球称为“裂缝终结者”，因为它们具有阻止断裂的能力。
材料加工物理 蠕墨铸铁(Compacted Graphite Iron,CGI Compacted Vermicular cast iron, CV 铸铁)
4.1 蠕铁发动机缸体缸盖生产技术 汽车发展方向：提高功率、降低油耗、 减少排放、增加舒适性 发动机的比功率和比扭矩 2 比功率(kW/L) 比扭矩(Nm/L) 现在 60-65 150 下一代DI 柴油机 80 200 未来10年 100 第四节 蠕墨铸铁（Compacted Graphite Iron ，CGI Compacted Vermicular cast iron, CV 铸铁） ? 蠕铁发动机缸体缸盖 ? 蠕铁的应用
4 铸造、加工与装配水平与国外存在明显的差距。 新材料的应用落后于国外(现主要采用传统的灰铸铁或铝合 金)； (4) 研发能力低； (2) (3) (1) 大功率发动机的发展道路：消化→研仿→开发，缺少核心 技术； 国内发展大功率发动机目前存在的主要问题： 发动机传统材料：灰铸铁、铝合金——已不能胜任大功率发动机发展的要求 蠕墨铸铁(蠕铁，Compacted Graphite Iron ，CGI)具有高强度、优良的耐热性和导热性以及抗疲劳和尺寸稳定性，是唯一能同时满足技术、环保和节能要求的最先进的大功率发动机材料。 3
? 抗拉强度、屈服强度、疲劳强度低于球铁，但显著高于灰铸铁 ? 导热系数高于球铁，接近灰铸铁； ? 铸造性能接近灰铸铁； ? 具有与灰铸铁类似的减震、降噪性能； ? 切削加工性能优于球铁。 6 材质 基体 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 疲劳强度(MPa) 弹性模 量(GPa) 硬度HB 导热系数 (W/m-K) 灰铁 P 230-300 114-210 95-110 105-115 175-230 45-52 蠕铁 F 290-380 200-260 155-185 130-145 130-190 40-50 P 400-520 280-350 190-225 140-155 215-250 31-42 球铁 F 400-600 285-315 185-210 155-165 140-200 32-38 P 600-700 375-480 245-290 160-170 240-300 24-32 4.1.1 蠕铁发动机的特点 (1) 蠕铁的组织和性能特点 5
4蠕墨铸铁
4蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是指其石墨化大部分呈蠕虫状，部分呈球状的一种铸铁，其组织和性能介于球墨铸铁和灰铸铁之间，具有良好的综合性能。 4.1蠕墨铸铁金相组织 4.1.1蠕化率评定 蠕化率表示蠕虫状形态石墨数或面积占总石墨数或面积的比例。表4-1和图4-1是我国蠕墨铸铁的金相标准（JB/T3829-1999）。 蠕15 a蠕95 b蠕85 c蠕75 d蠕65
e蠕55 f蠕45 g蠕35 h蠕25 i蠕15 图4-1 蠕墨铸铁蠕化率 4.1.2 蠕墨铸铁基体组织 一般蠕墨铸铁具有强烈的铁素体转变倾向，这导致强度和耐磨性降低。按照蠕墨铸铁金相评定标准JB /T3829-1999,如表4-2。
蠕墨铸铁力学性能如表4-3所示。 4.3蠕墨铸铁物理性能 密度：铁素体基体蠕墨铸铁7.05g/cm3,珠光体基体蠕墨铸铁7.10g/cm3。 蠕墨铸铁热导率如图4-2所示。 图4-2 不同蠕化率的蠕墨铸铁在不同温度下的热导率 1.片墨和蠕墨混合铸铁 2.蠕化率为95%的蠕墨铸铁 3.蠕化率为86%的蠕墨铸铁 4.蠕化率为60%的蠕墨铸铁 5.蠕化率为40%的蠕墨铸铁 6.球墨铸铁 由于石墨热导率比基体高得多，基体中铁素体热导率又比珠光体和渗碳体高，因此增加碳当量和铁素体量可以提高热导率。 4.4 蠕墨铸铁铸造性能 流动性：蠕墨铸铁碳当量高，接近共晶成分，又经蠕化剂去硫去氧，因此具有良好的流动性。 收缩性：蠕墨铸铁线收缩率和体收缩率见于表4-4。蠕墨铸铁的缩前膨胀大于灰铸铁，在共晶转变过程中有较大的膨胀力，因此，对铸型刚度要求较高。蠕墨铸铁的体收缩率与蠕化率有关，蠕化率越高，收缩率越低，越接近灰铸铁。反之，蠕化率越低，体收缩率越大，
铸铁发动机缸体曲轴孔的精加工方案
铸铁发动机缸体曲轴孔的精加工方案 曲轴孔的加工质量对发动机的工作性能具有重大影响，奇瑞公司发动机事业部根据实际加工情况，对铸铁发动机缸体曲轴孔的精加工方案不断进行研究和持续改进，收效显著，使加工质量和效率都得到了有效提升。 缸体是发动机重要的基础件，其主要功用是将各机构、各系统组装成一体，而发动机最主要的运动部件——曲轴、活塞和连杆都与缸体有着非常密切的关系。图1为曲柄连杆机构示意图。目前，我们常见的汽油发动机最高转速达6 000r/min以上，曲轴在发动机缸体的曲轴孔中与轴瓦之间形成油膜，以滑动轴承的方式支撑和润滑高速运转的曲轴，这就对曲轴孔的精加工提出了较高的工艺要求。 由于曲轴孔的加工质量对发动机的工作性能具有极大的影响，所以我们对发动机曲轴孔工艺的要求一般比较严格，包括直径、位置度、圆度、各档曲轴孔中心的直线度及表面粗糙度等。为了满足这些要求苛刻的工艺指标，精加工一般采用精镗或铰珩两种加工方式。 精镗加工方式分析 精镗方式精加工曲轴孔相对于铰珩方式而言，初期投入成本较低，可在加工中心或专机上与其他部位的精加工共同安排在一道工序。因考虑到特殊的工艺要求，目前我们采用的精镗方案是两把精镗刀组合，第一把精镗刀进行引导镗1、2档曲轴孔（见图2），第二把精镗刀在1、2档曲轴孔的支撑下精镗剩余的各档曲轴孔（见图3）。由于曲轴孔各档之间需要保持较高的
同轴度，所以精加工时必须在同一个方向进刀加工，但这么长的曲轴孔镗刀在加工第1档曲轴孔时会出现因缺少支撑而跳动过大的情况，所以采用一长一短两把精镗刀组合的方式精加工曲轴孔。 图2 加工1、2档曲轴孔的精镗刀 图3 加工最后几档曲轴孔的精镗刀 目前，精镗曲轴孔的镗刀一般采用硬质合金或CBN材质的刀片。硬质合金的刀片成本较低，但加工工件的表面粗糙度不好，且刀片的耐用度较低。针对这一问题，我们协同刀具供应商共同收集了业内较为普遍的刀片涂层材料以及在刀片切削角度上的经验技术，对16款硬质合金刀片进行切削实验，并尝试了对各种合适的加工参数进行优化，具体的粗糙度波动情况如图4所示。通过大量验证，硬质合金刀片在满足粗糙度等工艺要求的前提下最好的实验结果为一次性加工80件，仍不能满足大批量生产的要求。 图4 测试的硬质合金刀片中满足要求的部分刀片粗糙度波动
铸钢与铸铁的区别
关于铸钢与铸铁的铸造问题 铸钢与铸铁的铸造都是铸造铁合金——铸造铁与碳组成的铁碳合金，属黑色金属铸造。 一、铸钢与铸铁化学成分的区别 钢铁均是含有少量合金元素和杂质的铁碳合金，按含碳量不同可分为：熟铁――含C小于0.05％ 钢――含C为0.05～2.0％ 铸铁是含碳量在2％以上的铁碳合金。 工业用铸铁一般含碳量为2％～4％。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1％～3％的硅，以及锰、磷、硫等元素。 合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。 铸铁可分为： ①灰口铸铁。含碳量较高（2.7％～4.0％），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（1145～1250℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。 ②白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。 ③可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。 ④球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。 ⑤蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。 ⑥合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。 铸钢 用以浇注铸件的钢。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。 ①铸造碳钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。 含碳小于0.2％的为铸造低碳钢； 含碳0.2％～0.5％的为铸造中碳钢；
铸铁和全铝发动机哪个好
铸铁和全铝发动机哪个好 1、当前，汽油发动机的缸体分铸铁和铸铝两种。在柴油发动机中，铸铁缸体占绝大部分。 2、从使用来看，铸铝缸体的优势就是重量轻，通过减轻重量实现省油。 3、除了重量上的差别以外，在生产过程中，铸铁缸体和铸铝缸体也有很多不同。铸铁生产线占地面积大，对环境污染大，加工工艺复杂；而铸铝缸体的生产特点恰好相反。 4、铁和铝的物理性能不同。铸铁的缸体热负荷能力更强，在发动机的升功率方面，铸铁的潜力更大。这是德系车顽固使用铸铁的真正原因。铸铁的缸体热负荷能力更强，在发动机的升功率方面，铸铁的潜力更大。打个比方，一台1.3升排量铸铁发动机的输出功率可以超过70kW，而一台铸铝发动机的输出功率只能达到60kW。据了解，1.5升排量铸铁发动机通过涡轮增压等技术，可以达到2.0升排量发动机的动力要求，而铸铝缸体发动机则很难达到这一要求。铝制缸体发动机内部仍然有一部分使用铸铁材料，特别是气缸，要使用铸铁材料。只有很少的高档车以及极少的普通车使用全铝发动机，其他为铸铝。 5、铝发动机的劣势。首先是体积。由于铝的比重较轻，因此铝的单位体积结构强度就要小于铸铁，所以铝缸体的体积通常会比铸铁的要大一些，很难达到铸铁缸体的紧凑与小体积。其次是耐腐蚀性及强度。众所周知，铝容易与燃烧时产生的水发生化学反应，因此，耐腐蚀性远不及铸铁缸体，尤其对温度压强都更高要求的增压引擎更是如此。这是大多数涡轮机器使用铸铁的原因。再次是发动机的摩擦系数。铸铁缸体也是优于全铝发动机的。 6、采用铝合金缸体的发动机自然会比铸铁发动机的价格要高出一截。采访中，多位业内人士明确表示，在10万元及以下级别的A级轿车中，拥有全铝发动机未必就是好事。其理由除了上述之外，更多地来自于成本与价格，铝制缸体发动机内部仍然有一部分使用铸铁材料，特别是气缸，要使用铸铁材料。铸铝与铸铁在燃料燃烧后热膨胀率不统一，就是通常所说的变形一致性出现问题，这是铸铝缸体在铸造工艺上的一个难题。在发动机工作时，配装有铸铁气缸的铸铝缸体发动机就要满足密封要求。如何解决这个难题，是铸铝缸体企业特别关注的问题。
发动机经典题库及答案
一、单选题 1、活塞最大的磨损部位一般是( D )。 A﹑头部B﹑裙部 C﹑顶部 D﹑环槽部 2、缸体平面度误差较大,应采取( D ) A﹑互研法修理B﹑刮削法修理 C﹑锉削法修理 D﹑磨削法修理 3、活塞一个冲程所扫过的容积称为( C )。 A﹑燃烧室容积 B﹑气缸总容积 C﹑气缸工作容积 4、下列发动机不是新型发动机的是( C )。 A﹑电控柴油机B﹑双燃料汽车发动机C﹑使用乙醇作为燃料的发动机 5、气缸内的气体在( B )时,温度和压力达到最大。 A﹑压缩冲程B﹑作功冲程 C﹑排气冲程 6、汽车发动机的标定功率是指（A） A、15min功率 B、1h功率 C、12h功率 D、持续功率 7、外径千分尺能准确读出( C ) 8、汽车发动机目前采用的活塞材料是（ D ） A.铸铁 B.钢 C.铝 D.铝合金 9、能显示扭转力矩的是( C )。 A.套筒扳手 B.梅花扳手 C.扭力扳手 10、柴油机是采用( A )方式点火的。 A.压燃 B.电火花 C.其他 11、汽油机点火时间越早,发生爆燃的可能将 ( A )。 A.越大 B.越小 C.不变 D.与点火时间无关 12、汽油机排气冒黑烟的主要原因之一是 ( B )。 A.喷油时间过迟 B.喷油时间过早 C.喷油量过小 D.速燃期过短 13、发动机进气过程结束时，汽缸内压力总是（D） A、大于大气压力 B、等于大气压力 C、与大气压力无关 D、小于大气压力 14、活塞与气缸壁之间的润滑方式是( B )。 A．压力润滑 B．飞溅润滑 C．脂润滑 D．压力润滑和飞溅润滑同时进行 15、正常工作的发动机，其机油泵的限压阀应该是（A ）。 A.经常处于关闭状态 B.热机时开，冷机时关 C.经常处于溢流状态 D.热机时关，冷机时开 16、机油压力表是用来检测发动机（ A ）的工作情况。 A、润滑系； B、冷却系 C、传动系 17、发动机冷却系中节温器损坏，将会导致发动机（ C ）。 A、燃料消耗变少 B、燃料消耗变多； C、温度过低或过高。 18、排气管“放炮”的主要原因有：( A )。 A、混合气过浓； B、点火时间过早； C、发动机过冷； 19、在行驶过程中，发动机突然过热，原因可能是( A )。 A、冷却系严重缺水 B、无节温器 C、节温器打开 20、下列不属于配气机构的是（ A ） A、曲轴 B、气门 C、气门弹簧 D、气门油封