用灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁制造汽车零件和钢锭模的技术经济比较

名称

6110柴油机(104kW)缸盖

集 成 块

EQ140汽车发动机排气管

毛坯质量

80kg，897mm×249mm×110mm，主要壁厚5.5mm，最大壁厚40mm

最小12kg(壁厚92mm)

最大136kg(壁厚280mm)

14.2kg，总长676.5mm，主要管壁5mm局部最大壁厚22mm

技术要求

该铸件结构复杂，系六缸一盖连体铸件，工作时受较高机械热应力，要求材质具有良好力学性能、抗热疲劳性能、铸造性能和气密性

要求铸件致密、耐高压(7～32MPa)、耐磨，表面粗糙度小、加工性能好

该零件服役温度差别大(室温～1000℃)，承受较大的热循环载荷，要求材质有良好的抗热疲劳性能

原设计材质为灰铸铁

(1)缸盖上喷油嘴座旁的气道壁因热疲劳最易开裂，该部位加工后壁厚仅3～4mm，工作温度250～370℃

(2)缸盖渗漏严重，在导杆孔、螺栓孔等热节处(均为非铸出孔)易产生缩松(孔)缺陷，经加工钻孔后铸壁有微孔穿透造成渗漏

(3)因铸件热节多达50处，尺寸精度高，内腔结构复杂，难以采用冒口补缩和内外冷铁工艺

(4)HT250(CuMo合金铸铁)

(1)由于HT300高牌号灰铸铁碳硅质量分数低，所以铸造性能差，铸件易产生缩裂或晶间缩松而报废，废品率高达60%

(2)工艺出品率低，只有55%左右，压边浇冒口的质量是铸件质量的80%以上

(3)HT300

(1)寿命短，汽车行驶不到10000km，管壁开裂严重；若改用球墨铸铁排气管，虽不发生开裂，但变形严重，通道口错开漏气

(2)HT150

蠕墨铸铁

(1)由于蠕墨铸铁的抗拉强度、抗蠕变能力和塑性均明显优于原材质，故采用蠕墨铸铁缸盖，开裂倾向大为降低，使用寿命显著提高

(2)缸盖渗漏率下降15%，当蠕化率大于50%时，其体收缩率小于HT250低合金铸铁，其气密性又与球墨铸铁相近

(3)低合金灰铸铁的抗热疲劳性能、气密性和铸造性能、加工性等对碳当量和合金元素的敏感性大，尤其对薄壁复杂件更为突出，而蠕墨铸铁的上述性能对碳当量敏感性小，加之采用稀土蠕化剂又有较宽的蠕化范围，冲天炉生产条件下缸盖质量也易于控制

(4)节省贵重合金元素，成本下降21%

(1)废品率大幅度下降，总废品率约16.9%(其中夹砂、夹杂物气孔占9%)

(2)工艺出品率提高到75%，压边浇冒口质量比原来的减少2/5

(3)经济效益明显，扣除蠕墨铸铁生产成本比HT300灰铸件增加约8%外，仅废品率下降、工艺出品率提高两项，使蠕墨铸铁件成本降低1/3以上

(1)提高寿命3～5倍以上，根本上解决了排气管开裂问题

(2)取消了加强肋，铸件自重减轻了10%

技术要求

钢锭模制作目前一般采用普通灰铸铁和球墨铸铁

钢锭模在反复受热、冷却的恶劣条件下工作，所以其材质的特性直接影响使用寿命。在热应力的作用下，脆性材质可能发生断裂，塑性材料则会发生永久变形。热应力的大小与温度梯度、热膨胀系数和弹性模量有关。材质的导热性好(可降低温度梯度)、弹性模量低、强度高(特别是高温强度)、韧性好都有利于承受热循环载荷。在非常快的热循环条件下，导热性是主要影响因素，在缓慢热循环的条件下，高强度则更为重要。对于不同结构和冷却方式的钢锭模，对其材质的要求也不尽相同。它要求材质具有良好力学性能、抗热疲劳性能

蠕墨铸铁的力学性能比灰铸铁高，导热性能比球墨铸铁好，所以它也是一种生产钢锭模的良好材质

灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁

(1)某钢铁厂采用蠕虫状石墨10%～55%的蠕墨铸铁制作中小型钢锭模(用冲天炉熔炼)，在雨淋及空冷的冷却条件下，得到最佳的使用效果，使炼钢车间的钢锭模消耗量明显下降

(2)图为各种材质钢锭模的对比试验结果，可见在空冷条件下球墨铸铁寿命最长，消耗最少，次之是体积分数为10%～50%的蠕虫状石墨铸铁；在喷水雨淋冷却条件下体积分数为10%～50%蠕虫状石墨铸铁最佳；浸水冷却条件下灰铸铁最好

(3)生产中发现，空冷的断面厚50.8cm的钢锭模因断面厚，石墨难以全部球化。即使石墨全部球化时，锭模底部圆角处出现缩孔，其上部石墨漂浮也严重；而体积分数为10%～50%蠕虫状石墨，可以避免这些缺陷，给铸造工艺带来方便，其使用寿命与球墨铸铁相差不大

(4)该厂采用体积分数为10%～50%蠕虫状石墨的蠕墨铸铁生产空冷断面厚50.8cm和雨淋冷却断面厚28cm钢锭模，经过一年左右的实际使用，其模耗与原使用的灰铸铁锭模相比明显降低(见右表)，每年节约钢锭模数千吨，价值百万元以上

蠕虫—蠕虫石墨；球—球状石墨；团—团球状石墨；百分数为体积分数

车间

锭模类型

吨钢消耗量

/kg

每吨钢消

耗降低/kg

备  注

平炉

厚50.8cm

空冷锭模

8.06

11.9

包括体积分数为55%～80%蠕虫状石墨铸铁锭模

转炉

厚28cm

雨淋开口模

11.32

3.62