汽车铸铁件的发展趋势与实用生产技术

一、中国汽车业连续快速发展，对汽车铸铁件需求市场巨大
中国汽车行业连续１０多年快速发展，２０１３年汽车销量２１９８万辆，突破２０００万辆。２０１４年，上半年销量 １１６８万辆，同比增长８．４％，预计２０１４年汽车市场总量将达到２３７８万辆。２０１５年，我国汽车市场总量预计 将超２５００万辆。有多位专家根据韩国、日本汽车的发展历程预测，２０２０年以前，我国汽车仍处于快速发展 时期，增长率相当于ＧＤＰ增长率的１．５倍左右。从汽车保有量来看，２叭３全国汽车保有量已达到１，３７亿辆， ２０１４年将超越１．４亿辆。 据中铸协统计发布，２０１１年，我国汽车铸件产量１０３０万吨，２０１２年１０８０万吨。２０１３年，我国汽车铸件
铸铁实用技术交流会论文集
汽车铸铁件的发展趋势与 实用生产技术
一汽铸造有限公司特铸厂厂长
中国铸造协会汽车零部件铸造分会秘书长马顺龙 【摘要】本文简要分析了汽车发展趋势及其对汽车铸铁件的影响，介绍了汽车主要铸铁件 的发展趋势及其实用生产技术。
中国汽车行业连续１０多年快速发展，促发汽车铸造业快速结构调整和技术升级。伴随着汽车轻量化的 日益深入，汽车铸铁企业怎样满足其发展需求？戍了行业思考的热门课题，本文就此方面做些探讨。
四、汽车铸铁件的发展
１．汽车灰铸铁件 在汽车上有代表性的灰铸铁件是汽缸体，其发展方向是薄壁高强度，其实现方式主要有两类：一是低 碳当量工艺：主要是通过降低灰铸铁的的Ｃ、Ｓｉ含量，提高铸铁的强度。其主要优点是：通过改变炉后配 料，容易实现，可靠性较高；不用或少用合金元素，成本较低；对炉前处理及其操作要求较松。其缺点也 较明显：碳当量低，铸造性能不好，容易造成缩孔（松）废品和增加铸造应力；铸件的加工性能、断面均 匀性较差，铸件导热性受到影响。二是高碳当量、合金化工艺：主要是保持灰铸铁的的ｃ、Ｓｉ含量在较高 水平（ｗ，＞３．３％）的条件下，通过加入合金化元素如铬、铜等，提高铸铁强度，目前，正在向多元微合金化 提高强度的方向发展。。其优点是，合金化工艺比较成熟，提高强度作用明显；铸造性能较好，形成缩孔 （松）废品的倾向小；铸件的加工性能、导热性能较好。缺点是，合金化元素加入较多，铸件成本不仅较 高，处理不好还可能影响铸件的加工性和渗漏性；对炉前处理要求比较严格。 随着发动机功率的提高，对灰铸铁的性能要求进一步提升，国内外发动机的一些缸体已采用ＨＴ３００ 甚至ＨＴ３５０来制造。一汽铸造公司已稳定地采用ＨＴ３００来生产６ＤＬ、道依茨发动机缸体，同时，也储备了 ＨＴ３５０的生产技术。为了满足轿车缸体高速切削加工的需要，通过优化熔炼工艺、材料及合金化工艺等措 施，成功解决了缸体材质高性能与高速切削问题。 ２．球墨铸铁件的发展 球墨铸铁在汽车上，有代表性的主要是曲轴、凸轮轴、中后桥壳、各类支架、壳体等零件。目前， 正向铸态高强度珠光体基体球墨铸铁（ＱＴ７００—２、ＱＴ８００—２、ＱＴ８００—５）与铸态高韧性铁素体球墨铸铁 （ＱＴ４００一１８、ＱＴ４００．１５、ＱＴ６００一１０）发展。主要通过优化熔炼工艺，严控原铁液中的ｓ、Ｐ含量和微量元素 含量，选取适宜的球化剂、孕育剂、合金元素及加入方式，严格随流孕育工艺等措施获得。 一汽铸造有限公司具备各种牌号球墨铸铁的生产技术，为满足载重车中后桥壳的需要，开发了铸态 ＱＴ６００—５Ｔ艺，为满足轿车曲轴需要，开发了铸态ＱＴ８００—２工艺，为满足轿车转向节的需要，开发了铸态 ＱＴ４００—１８、ＱＴ４００一１５工艺，并在生产中获得应用。
四是近净型铸造技术——推进熔模铸造、消失模铸造、Ｖ法铸造等近净型技术发展与产品生产；另
外，还有特种铸造技术，如压铸，低压，差压／挤压等铸造技术。 从汽车轻量化发展看，铝镁等轻合金应用是趋势，但由于铸铁的成本比较低，粗略估算，以铝代铁每 减重３５％，成本需要增加４倍。再加上其固有的一些材料性能、铸造性能优势，在商用车、低端乘用车等主 流汽车上，铸铁件仍是首选。所以，未来汽车铸铁件的发展空间还很大。例如：发动机缸体，铝合金代替 铸铁是发展趋势，并已在大量应用。但在高性能大马力的发动机或者涡轮增压发动机，由于铸铁具有良好 的抗热变形能力和稳定性，目前仍是应用的主流。
安全。
（３）人力资源缺乏、管理粗放、资源浪费严重。中小汽车铸造企业技术及管理人员数量偏少，素质不 高。致使管理无规章，技术无规范，操作仅靠一两个人的经验，新技术得不到应用，自己不开发新产品， 而是仿制别人的产品。企业普遍存在材料以次充好、材料利用率低，废品率高，能源消耗高的现象。 这类企业中，有一部分企业逐步向前三类企业看齐，基本完成结构调整和技术升级换代，成长为大型 现代化的汽车铸造企业。例如：西峡排气管公司，烟台胜地公司等。还有一部分企业正在进行此类工作。 但绝大多数水平还比较低下，发展也缓慢，产品也只是供应配件市场。
一是产品减重优化——即通过零部件优化设计、集成与合并，减轻零件重量，减少生产工序，降低成
本。
二是轻合金应用——加大铝镁合金在汽车零部件上的应用比例，实现轻量化。这也是对铸铁件市场的
最大威胁。
三是高性能材料研发与应用——高强韧性球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度铝镁合
金、复合材料等研发与应用。
三、中国汽车快速发展对汽车铸铁业的影响
根据调研和掌握的资料，中国汽车铸铁业发展模式可以分为四类： 第一类，是有大型整车整机集团为依托的大犁汽车铸造氽业。其主要是进行产品结构调整，改变原来 主机厂的很多铸件自己要生产的固有模式，只生产缸体缸盖等主导产品，将非主导产品外委生产，从而改 变专业化不足，人员精力分散，铸件成本高等问题。并根据汽车发展对铸件质量的要求，纷纷投巨资新建 或改造其铸造企业，其工艺装备大多引进国外最先进的装备，其水平达到或超过国进先进水平。例如：对 铸铁件来说，采用中频炉或大型热风冲天炉熔炼、静压造型线、制芯中心、自动化清理单元、机器人取件 等装备。熔炼及配砂等关键工序的在线控制、无损检测装备的应用等已成为这些企业的主流。同时，这些 企业非常重视铸件的研发和快速试制，多家企业已建成汽车铸件的研发和快速试制中心。并且这些企业充 分认识自己的社会责任，花巨资投入环保和节能减排，具有较高的通风除尘和废弃物再利用水平。例如： 一汽铸造有限公司，潍柴、玉柴的铸造中心，济南重汽铸造中心，东风汽车有限公司的铸造厂都是此类企
问题：
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（１）工艺技术落后，检测手段不健全，产品质量低。一是废品率偏高，大约在５％～１０％。二是产品 表面精度差，加工余量大，带来的后果是能耗和原材料消耗严重，加工周期长，生产效率低。三是铸件的 内在质量低，化学成分和金相组织不合格，导致铸件的性能不合格。内在的渣眼、气孔导致铸件提前损坏 失效，这些都是当前汽车铸件，尤其汽车配件铸件质量过低的表现，对汽车的安全性构成威胁。 （２）环境污染严重、作业环境恶劣，经营者社会责任感缺失。部分中小汽车铸造企业经营者的素质偏 低，缺失起码的社会责任感，环保意识淡薄，缺乏环保措施，铸造废弃物任意排放，对环境造成了较大的 破坏。不注意改善员工的工作环境，减轻员工的劳动强度，造成了对员工身体的伤害。再就是一些铸造企 业的经营者不考虑汽车铸件安全性的特殊要求，以次充好，制造假冒伪劣产品，严重威胁汽车用户的生命
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２０１４年１ １月２４—２７日
・济南
近几年，硅固溶强化铁素体球墨铸铁逐渐引起国内重视，其最早由瑞典开发应用，１９９８年成为瑞典国 家标准（ｓＳｌ４０７２５），随后在２００４年纳入国际标准（Ｉｓ０１０８３），２００９年我国国家标准ＧＢ／Ｔ １３４８—２００９） 将其纳入到规范性附录。国际已发布固溶强化铁素体球墨铸铁牌号ＱＴ ４５０・１８，ＱＴ ５００一１４，ＱＴ 在汽车上已成功应用。一汽铸造有限公司研究所已研制出底盘类铸件，目前正在试车验证中。 ３．蠕墨铸铁件的发展 蠕墨铸铁在汽车排气管、大马力发动机缸盖等汽车铸件上获得了广泛应用。采用蠕墨铸铁制造中、大 功率发动机缸盖，一方面可以通过设计减轻缸盖重量，另一方面也可以提高缸盖的使用性能，提高发动机 的功率。目前，蠕墨铸铁在大功率发动机缸体上的应用日益增多，可以减薄壁厚，取消加强筋，减重可达 ２５％左右，在福特、奥迪等国外公司的大功率发动机缸体上已成功应用，国内一汽、济南重汽等也有成功
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・济南
１０％，可减少油耗８％。每节省１Ｌ油耗，可减少２．４ｋｇ二氧化碳排放。所以，汽车的各个部件日益追求轻量 化，例如：发动机日益向排量更小、更高效、节能、环保的方向发展或采用新能源取代发动机。 汽车的日益轻量化体现在铸件上，就是要求汽车铸件逐步实现高强度、高韧性、精确、一致、健全、 轻量、洁净。汽车铸件的高强度、高韧性是轻量化的基础，铸件提高强度和韧性后，可以降低铸件壁厚或 采用中空减轻重量，这也是铸铁件抵御铸铝件的重要因素。铸件的精确、一致、健全是铸件质量可靠性的 衡量指标，是铸件轻量化的重要保证。 目前，汽车铸件轻量化的主要途径：
产量达到１１ ８０万吨，占全国铸件总产量４４５０万吨的２６．５％，比例超过１／４，较２０１ ２年增长４．７％，汽车产量及
结构的变化对国Biblioteka 铸件总产量影响非常大。２０１１—２０１３年，不同材料铸件产量都呈现出不同程度的增长，其 中，以球墨铸铁件和铝合金铸件产量增长最为迅速，２０１３年其产量分别为１１６０万吨和５２０万吨，较上年同比 增长分别为６．４％和１６．９％。就各类材质铸件占比情况来看，以球墨铸铁件和铝合金铸件的占比为最多。从 ２叭３年的情况来看，球墨铸铁铸件和铝合金件占比继续增加，分别为２６．１％和１１．７％，保持快速增长态势。 ２０１３年，球墨铸铁和灰铸铁的占比比例为ｌ：１．７７。 从上述数据来看，我国汽车铸造业伴随着汽车的快速发展在快速发展，汽车铸铁件，尤其球墨铸铁紧
随着快速发展。
依据某大汽车集团各类车型的铸铁件使用量（中重卡车铸铁铸件用量为２．２吨／辆，轿车铸铁铸件用量为 ０．０８吨／辆，微型车铸铁铸件用量为０．１吨／辆）初步估算，未来汽车铸铁件的市场需求仍然巨大。
二、汽车的节能减排和激烈竞争，对汽车铸铁件提出了新要求
２０１４年５月，工信部发布了（（关于加强乘用车企业平均燃料消耗量管理的通知（征求意见稿）》，按照 规定，到２０１５年我国生产的乘用车平均燃料消耗量百公里要降至６．９Ｌ，２０２０年要进一步降至百公里５．０Ｌ。 ？，ｉ车行业日益紧迫的节能减排要求和行业的激烈竞争，使汽车降低价格、减少排放、降低油耗、提高可靠 性、增加舒适性、个性化越来越向极端发展。汽车极端发展的核心是汽车轻量化。据文献报道，汽车减重