材料加工物理 蠕墨铸铁(Compacted Graphite Iron,CGI Compacted Vermicular cast iron, CV 铸铁)

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

4.1 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

比功率(kW/L)比扭矩(Nm/L)现在60-65150

下一代DI柴油机80200

未来10年100

2

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。

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➢ 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。

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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

7

国外蠕铁缸体缸盖的应用情况

蠕铁发动机系列产品

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序号 OEM 发动机规格 蠕铁零件 1 Audi 2.7~6.0L V6 柴油 缸体 2 Caterpillar 重载引擎 缸套 3 DAF 12.9L I-6柴油 缸体、缸盖 4 Ford-PSA 2.7L V6 柴油 缸体 5 Ford 3.6L V8 柴油 缸体 6 Hyundai 3.0L V6 柴油 缸体 7 International 11.0 & 13.0L I-6柴油

缸体 8 John Deere 9.0L I-6柴油 缸套 9 MAN 12.4L I-6柴油 缸体 10

Mercedes

16.0L V8 柴油

缸体

缸体缸盖用蠕铁的组织要求(SinterCast)：

➢0-20%的球化率，以获得最佳的铸造性能、加工性能和传热性能；

➢无自由的片状石墨，片状石墨引起局部强度降低；

➢ >90%的珠光体，提供足够的强度和性能的均匀性； ➢ <0.02%Ti ，以获得最佳的加工性能。

瑞典欣特卡斯特(SinterCast)公司是世界上处于领导地位的，提供质量可信赖的CGI 生产控制技术及设备的公司。从1999年开始， SinterCast 就把蠕墨铸铁运用到柴油发动机上，该公司在2008年在中国设立代表处。

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无锡柴油机厂

国内最早批量生产蠕铁缸盖,已开发成功蠕铁缸体

玉柴机器/大连柴油机厂

开发成功蠕墨铸铁缸盖批量生产技术并用于生产。

二汽、潍柴、一拖、……

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降低重量

表4 灰铸铁与蠕铁缸体重量比较

xx ：表示该缸体未用灰铸铁生产

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发动机规格(L)

发动机形式 灰铸铁重量(kg)

蠕铁重量(kg)

减少百分比(%)

1.6 I-4 汽油 35.4 25 29.4 1.8 I-4 柴油 38 29.5 2

2.4 2.0 I-4 汽油 31.8 26.6 16.4 2.5 V-6 柴油 56.5 45 20.4 2.7 V-6 柴油 xx OEM (15)

3.3 V-8 柴油 xx OEM (10) 3.8 V-8 柴油 xx OEM (20)

4.0 V-8 柴油 xx OEM (15) 4.2 V-8 柴油 xx OEM (20) 4.6 V-8 汽油 72.7 59.6 18 9.2 I-6 柴油 158 140 11.4 12.0 V-6 柴油 240 215 10.4 14.6

V-8 柴油

408

352

14.2

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可降低螺纹啮合深度，因此缩短螺栓长度。 提高发动机的NVH 性能(Noise 噪声、Vibration 振动、 Harshness 不平顺性)；

➢

由于铸件的性能稳定，可提高汽车的安全性； ➢

➢ (2) 蠕铁发动机的优点

① 与灰铸铁比较，蠕铁发动机具有以下优点：

➢ 在相同的载荷条件下，可降低零件的壁厚； ➢ 在相同设计的条件下，可增加发动机的负荷；