6DL发动机蠕墨铸铁缸体缸盖的铸造技术开发

发布时间：2016-08-17 09:06

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6DL发动机蠕墨铸铁缸体缸盖的铸造技术开发

2012-05-22 12:02:20

蠕墨铸铁缸体缸盖是高性能大马力发动机的首选材质，在国际上已得到充分研究并开始大量应用，全球每月约有2 万个缸体或缸盖产品采用蠕墨铸铁制造（以每件平均重量为50 kg 计）。在乘用车方面，主要有奥迪、福特、克莱斯勒、沃尔沃、大众、现代等公司在生产蠕墨铸铁缸体产品，而在商用车方面,福特、现代、达夫、曼等汽车公司的缸体和缸盖产品采用蠕墨铸铁材料来制造。目前国内生产蠕墨铸铁主要是采用传统的冲入法处理，稳定性差，而制约蠕墨铸铁在汽车上大批量应用的主要原因恰恰是铸件的蠕化率控制较为困难，通常很难稳定达到80%（国际标准）以上。

采用SinterCast 小型蠕化处理系统，以6DL 发动机蠕墨铸铁缸体缸盖为开发目标，在蠕化率、抗拉强度、基体组织、蠕化衰退、铸造工艺等方面进行了较为系统的研究与样件开发工作。

1 单铸试棒蠕化率调试与力学性能试验

1.1 主要的试验流程

采用500 kg 中频感应电炉，全废钢（打包料）增碳熔炼方式，为保证蠕化处理效果，每炉熔炼铁液500 kg 并进行蠕化处理。预处理剂采用普通球化剂，冲入法处理。预处理剂加入量由小型系统根据铁液分析的含硫量和铁液重量给出相应的加入量，其上覆盖铁屑。

预处理的铁液经打渣清理后，盖包，运送至小型系统并进行取样分析，由小型系统根据预处理铁液的分析结果，设备会给出相应的镁丝和孕育丝加入量，据此数值，由人工方法进行孕育丝和镁丝的加入，完成整个蠕化处理过程。通常由预处理至蠕化处理完毕，所需时间一般在8 min左右。

1.2 单铸试棒的蠕化试验效果

共进行8 炉次的铁液蠕化试验与缸体和试棒的浇注，从单铸试棒的蠕化处理效果来看，所有8 炉次试棒的蠕化率为90%和95%，其中蠕化率为95%的试棒占总数的75%。当然对于蠕化率来说，也存在不同的视场，蠕化率会有差异，但总体来说，基本可以稳定在90%，即完全达到目标的80%蠕化率水平，效果还是非常理想的，图1 为试棒的蠕化处理效果。

石墨：蠕化率95%100× 基体：85%珠光体+铁素体100×
图1 单铸试棒的金相组织

1.3 单铸试棒的力学性能试验

伴随试棒与缸体的蠕化和浇注试验，同时进行了单铸试棒的RT400-1 和RT450-1 两个牌号的试验验证工作。

1.3.1 不加合金（生铁80%+废钢20%）的性能试验在全部采用原材料而不加入任何合金元素的状态下，试验的化学成分和结果如表1、表2 所示，蠕化率与金相组织如图2所示。

100524-1石墨：蠕化率95% 100× 基体：10%珠光体+铁素体100×
图2 试棒的蠕化率与基体组织

在不加入合金的情况下，在蠕化率达到95%的基础上，基体组织基本为铁素体基体，试棒的抗拉强度达到RT300-2 的水平，且伸长率远超牌号要求，这表示试棒的石墨形态非常良好，石墨短而粗，弯曲性好，对基体的撕裂作用明显降低。但由于是铁素体基体，所以尽管强度性能较高，但硬度值较低，这意味着该材料尽管加工性能很好，但耐磨性能和抗变形性能却可能存在问题，进而影响在汽车发动机缸体缸盖上的应用。

1.3.2 Cu-Sn合金化的牌号性能试验

蠕墨铸铁的力学性能主要取决于基体组织和石墨形态，基体组织需要通过合金化控制来实现，而蠕化率的高低同样会对蠕墨铸铁力学性能产生重要影响。因此蠕化率必须达到80%才会对性能的稳定产生合理的影响。

试验采用Cu-Sn二元合金化来进行，所有的试验中要求3.6%~3.7% C，1.9%~2.0% Si。表3 为不同成分和蠕化率下的试棒力学性能。

从表3可以看出，采用Cu-Sn二元合金化可以实现蠕墨铸铁各个牌号的生产并达到性能要求。但同时需要注意的是，当在较高合金化状态下，试棒以及铸件均易出现碳化物组织，尤其当镁指数偏高的状态下，球化倾向增加，当Cu 达到1%和Sn 达到0.1%时，产生碳化物的可能性很大。

1.4 蠕化衰退试验

在进行单铸试棒浇注试验中，分时间阶段进行了蠕化浇注衰退的试验，试验方案与结果如表4。从测试的蠕化率来看，在蠕化后的8 min 内浇注的试棒蠕化效果均为95%，但如果从抗拉强度来看，随着时间的推移，强度降低，这可能的原因就是石墨在进行衰退过程。

2 缸体的样件浇注与分析

将6DL 发动机59D 缸体和缸盖样件开发作为本次研究的对象。

2.1 59D 缸体的浇注试验与分析

59D 缸体是借用一铸厂的模具进行造型，并使用一铸厂的现有砂芯进行组装而成，由于时间的问题，仅进行了两轮次的试验。试验将原有孔隙较小的过滤网改为试验用的Φ2.2 mmx20 mm 较大尺寸的过滤网，其他浇注系统未进行改动。59D 缸体第一件的浇注试验，出炉温度1540℃，浇注温度1410℃，浇注时间为52 s，缸体正体成形较好，但有一处分析为冷隔缺陷，鉴于此，又进行1 轮浇注试验，试图通过提高浇注温度和快速浇注来改变充型状态，，实际的出炉温度1553℃，浇注温度1416℃，浇注时间为49 s，但该件缸体却未能成形。对第一件59D 缸体进行了解剖分析，按规定在缸盖螺栓加厚部位和主轴承盖螺栓加厚部位进行了本体试棒的切取（见图3），本体取样位置与试棒的力学性能见表5 和图4。

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本文编号：96024