材料加工物理蠕墨铸铁CompactedGraphiteIron,CGICompactedVermicularcastiron,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 1 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 国内发展大功率发动机目前存在的主要问题 1 大功率发动机的发展道路消化→研仿→开发，缺少核心 技术； 2 研发能力低； 3 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 铸造、加工与装配水平与国外存在明显的差距。 4 2 4.1.1 蠕铁发动机的特点 1 蠕铁的组织和性能特点 5 材质基体 抗拉强屈服强疲劳强弹性模导热系数 度MPa度MPa度MPa量GPa 硬度HB W/m-K 灰铁P P230-300230-300114-210114-21095-11095-110105-115105-115175-230175-23045-5245-52 蠕铁 F F290-380290-380200-260200-260155-185155-185130-145130-145130-190130-19040-5040-50 P P400-520400-520280-350280-350190-225190-225140-155140-155215-250215-25031-4231-42 F F400-600400-600285-315285-315185-210185-210155-165155-165140-200140-20032-3832-38 球铁 P P600-700600-700375-480375-480245-290245-290160-170160-170240-300240-30024-3224-32 ➢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 3 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； 瑞典欣特卡斯特SinterCast公司是 ➢0.02Ti，以获得最佳的加工 世界上处于领导地位的，提供质量 性能。 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。 7 国外蠕铁缸体缸盖的应用情况 蠕铁发动机系列产品 序号OEMOEM发动机规格蠕铁零件 1 1AudiAudi2.76.0L V6 柴油缸体 2 2CaterpillarCaterpillar重载引擎缸套 3 3DAFDAF12.9L I-6柴油缸体、缸盖 4 4Ford-PSAFord-PSA2.7L V6 柴油缸体 5 5FordFord3.6L V8 柴油缸体 6 6HyundaiHyundai3.0L V6 柴油缸体 7 7InternationalInternational11.0 13.0L I-6柴油缸体 8 8John DeereJohn Deere9.0L I-6柴油缸套 9 9MANMAN12.4L I-6柴油缸体 1010MercedesMercedes16.0L V8 柴油缸体 8 4 9 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、 10 5 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； ➢ 由于铸件的性能稳定，可提高汽车的安全性； ➢ 提高发动机的NVH性能Noise噪声、Vibration振动、 Harshness不平顺性； ➢ 可降低螺纹啮合深度，因此缩短螺栓长度。 11 降低重量 表4 灰铸铁与蠕铁缸体重量比较 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 1.61.6I-4I-4 汽油35.435.4252529.429.4 1.81.8I-4I-4 柴油383829.529.522.422.4 2.02.0I-4I-4 汽油31.831.826.626.616.416.4 2.52.5V-6V-6 柴油56.556.5454520.420.4 2.72.7V-6V-6 柴油xxxxOEMOEM1515 3.33.3V-8V-8 柴油xxxxOEMOEM1010 3.83.8V-8V-8 柴油xxxxOEMOEM2020 4.04.0V-8V-8 柴油xxxxOEMOEM1515 4.24.2V-8V-8 柴油xxxxOEMOEM2020 4.64.6V-8V-8 汽油72.772.759.659.61818 9.29.2I-6I-6 柴油15815814014011.411.4 12.012.0V-6V-6 柴油24024021521510.410.4 14.614.6V-8V-8 柴油40840835235214.214.2 xx表示该缸体未用灰铸铁生产 12 6 提高缸筒抗变形能力 由于燃烧的高温和压力，缸筒将产生弹性膨胀，蠕铁具有高 的强度和刚度，可抑制缸筒的变形，维持缸筒的尺寸稳定。 表5 灰铸铁与蠕铁的缸筒抗变形能力比较 发动机规格L发动机形式抗变形能力提高 1.81.8I-4I-4 汽油1818 1.81.8I-4I-4 柴油2020 2.22.2I-4I-4 汽油2828 4.64.6V-8V-8 汽油2222 提高缸筒的抗变形能力，可减少对活塞环的磨损；减轻对活 塞的冲击，提高发动机的NVH；降低油耗；减少窜漏，降低扭 矩损失，改善尾气排放。 13 提高发动机的NVH性能 表6 灰铸铁和蠕铁发动机的NVH性能 发动机规格L发动机形式第一扭振频率的偏移声压水平dBAdBA 1.81.8I-4I-4 汽油1212相同 2.02.0I-4I-4 汽油88-1.0-1.5-1.0-1.5 2.02.0I-4I-4 汽油77-1.0-1.5-1.0-1.5 2.22.2I-4I-4 汽油1616-1.0-1.5-1.0-1.5 2.4