蠕墨铸铁可靠和大批量生产的过程控制.pdfVIP

蠕墨铸铁可靠和大批量生产的过程控制 [Type text] ©SinterCast 2012 摘要 提高发动机性能，燃油经济性和耐久性的需求不断给发动机设计者和所选用的材料提出挑战。 对于中国快速增长的商用车领域更是如此，货物运输和严格的排放法规需要现代重载柴油发动 机。中国的设计者正在考虑采用蠕墨铸铁缸体和缸盖以满足高性能发动机复杂的需求，以符合 不断提高的法规和更高客户期望的互相矛盾的需求。 高质量蠕墨铸铁的生产只稳定在含镁大约0.006% 的范围。在此稳定范围的低端，损失0.001% 的 镁就可能形成片状石墨，造成机械性能立即降低25-40%和在使用现场失效。在此稳定范围的高 端，特别是对于像缸体缸盖这样复杂的铸件，增加镁和孕育可能迅速导致收缩缺陷，造成加工 后渗漏废品。本文描述了一种热分析过程控制系统，该系统能够一致地生产高蠕化率，不含片 状石墨的蠕铁。该技术当前应用于欧洲，北美洲，南美洲和亚洲，经济有效地每年生产超过 500,000台缸体。 前言 现代汽车气缸体和气缸盖生产和操作要求对确定蠕墨铸铁生产技术需求提供了基础，这些需求 包括： 铸造: 能稳定大批量生产，没有产生片状石墨的风险，最小的收缩缺陷，不采用昂的 补缩冒口。 机加工: 质量一致，微观组织和性能允许优化加工参数。最小的加工后缩松缩孔废品。 发动机: 一致的高强度以提供力学耐久性。一致的高导热率防止缸盖热疲劳失效和缸体 中活塞过热咬住。 这些需求只有通过生产蠕化率≥80%的蠕铁才能同时满足。在这个一致的，高蠕化率范围内， 铸造性能，加工性能，导热性和耐磨性是最佳的，从而为铸造和机加工操作中提供了成本效益 高的生产，并为最终用户提供了信心。 现代汽车气缸体和气缸盖需要蠕化率≥80% 已为国际原始设备制造商和标准组织所接受。例如 奥迪，卡特比勒，康明斯，达夫卡车，福特，通用电气，通用汽车，现代，纳维斯达，罗尔斯 -罗伊斯发电工程，斯坎尼亚，丰田和沃尔沃的蠕铁牌号都要求蠕化率大于 80% 。同样，国际 标准ISO 16112 和美国汽车协会SAE J1887 标准，以及美国ASTM 842 和德国标准W50 对高质 量蠕墨铸铁都要求蠕化率≥80% 。蠕墨铸铁需要高的蠕化率范围以优化铸造性，加工性，导热 性和耐磨性最近在中国国家标准中得到反映，原JB4403-87 标准允许≥50%的蠕化率，现已被要 求≥80% 的蠕化率的新国家标准GB/T 26655-2011 取代。 对铸造厂来说，挑战就是既要可靠地保持蠕化率≥80% ，不产生片状石墨 （片状石墨将造成局 部弱点并导致发动机耐久性故障），同时又不造成高的收缩废品或者高的补缩冒口费用以补偿 镁过处理。可靠的，成本效益高的大批量生产蠕墨铸铁缸体和缸盖需要一种过程控制技术，能 够精确分析铁水和能够在线控制以保证超出牌号范围的铸件在浇铸前就能够识别和校正。 1 稳定的蠕墨铸铁范围 蠕墨铸铁之所以直到 1990 年代后期才应用于复杂铸件的大批量生产是因为稳定的蠕墨铸铁镁 范围太窄无法保证生产完全没有风险。虽然稳定的蠕墨铸铁平台的实际尺寸和位置对每一种产 品来说是不一样的，一般来讲，这个范围大约是 0.006% 镁。对含硫 0.010-0.015% 的原铁水， 稳定蠕墨铸铁的镁范围示意表示在图1 中。 图1: 稳定的蠕墨铸铁平台存在于大约0.006% 镁的范围， 与灰铁之间有一个突变。 实际上，可用的镁范围比0.006% 小得多。第一个原因是活性镁以每5 分钟减少0.001% 的速度 衰退。因此铁水的起始点必须离灰铁-蠕铁突变点足够远以保证铁水在浇铸结束之前不会蜕变 形成片状石墨。不能在蠕墨铸铁平台‘左端点’开始浇铸从效果上将可用的镁范围降低了大约 0.002% 。随着硫含量增加，镁衰退速度加快。因此，生产高质量蠕墨铸铁要求原铁水含硫量小 于0.020% 。如果原铁水硫含量超过0.020% ，镁衰退速度可能太快，以至于不能在铁水衰退至 低于片状石墨转变之前将整包铁水浇铸完，造成在铸件中形成灰铁组织。高硫也增加硫化物夹 渣的数量，增加由于过滤片堵塞造成的充型缺陷和浮渣，夹渣缺陷的风险。要求低硫在蠕墨铸 铁生产中较之高质量球铁生产更为重要，因为球铁允许镁过处理以补偿镁衰退。然而，过处理 不可能用于蠕墨铸铁