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球墨铸铁热处理工艺及消失模技术用于发动机缸体生产

日期:2020-04-22 17:41点击:次
由于塑性变形不仅可以合理消除球铁中缩孔、缩松等收缩类铸造缺陷,提高球墨铸铁强度和综合使用性能,还可以减少甚至替代现有的一些合金化和热处理工艺,达到减低成本,增加生产效率,降低能源消耗的目的。
{一}、球墨铸铁热处理工艺
  球墨铸铁(简称球铁)自上世纪四十年代问世并投入生产以来以其耐磨、减振和生产成本低廉等优点得到了迅猛的发展。迄今为止,球铁在汽车、机车车辆、机械机床及配件、铸铁管等生产中获得了广泛的应用。我国球铁在2006年的产量己增长为680多万吨,约占当年世界球铁总产量的31.6%,在铸铁件中所占的比重也由1997年的14.1%增至24一25%,仅球铁曲轴年产量就达到约20万吨,1000万根以上。球铁铸件除了产量大,种类多之外,目前厚大球铁件也在不断研发和生产。球铁依然是本世纪最为重要的工程结构材料之一。
  随着现代装备向轻量化、节能、高效的方向发展,人们对球铁的强度和使用性能的要求也不断提高。因此,铸造和冶金工作者通常采用铸造合金化,抑或通过热处理工艺来达到提高球铁机械性能的目的。但是,前者因在球铁铸造过程中需添加昂贵的合金元素(如Ti、Cu等),使球铁件的生产成本大大增加,这极大地削弱了球铁件廉价的市场优势;后者耗时、耗能的弊端使球铁生产失去了市场开发的竞争力。而且,球铁较合金钢韧性差,目前球铁强化手段对冲击韧性的提高非常有限。
  金属塑性加工理论经上世纪四十年代发展成为一门单独的应用学科以来,涌现出大量的新设备和新工艺。它是金属材料在外力作用下成形的同时改善和提高其内部组织、性能,尤其是铸造组织的一种加工方法。通过金属在塑性状态下的体积转移,充分提高了制件的材料利用率,提高了制件的强度和工件的精度。而在高温塑性变形过程中,将金属的形变和相变结合在一起的热机处理过程不仅能提高材料的强度,改善金属微观组织,还可以大大提高生产效率,节省了不必要的能源消耗,典型的塑性加工工艺有连铸连轧、锻造余热淬火、控制轧制、超塑性成型等。
  由于塑性变形不仅可以合理消除球铁中缩孔、缩松等收缩类铸造缺陷,提高球墨铸铁强度和综合使用性能,还可以减少甚至替代现有的一些合金化和热处理工艺,达到减低成本,增加生产效率,降低能源消耗的目的。因此,将塑性成形工艺应用在球铁材料上势在必行。通过塑性变形提高球铁的强度和冲击韧性,将最大限度地发挥球铁自身优良的耐磨性、减震性以及低廉的生产成本等特点,也为球铁齿轮、轴承甚至曲轴类工件的应用开辟更广阔的空间。
  但是,目前国内外对球铁可塑性的研究非常匾乏,尤其是系统地分析球铁在高温下的塑性行为,以及变形对球铁微观组织变化的影响规律尚不多见。这严重影响了塑性加工工艺在球铁中的应用,也阻碍了球铁产业的进一步扩大发展。
  {二}、消失模技术用于发动机缸体生产
  1980年初消失模技术引起发达国家各汽车厂家的关注和兴趣,美国、口本和欧洲各国相继投入资金研究与开发,并在汽车铸件的大批量生产上成功应用。消失模铸造技术特别适合于缸体、缸盖、进排气歧管等形状复杂、需要砂芯成型的汽车铸件。在运用传统工艺生产这类铸件时,制芯和清理都需要花费时间与成本,然而消失模铸造可以不要砂芯就能够铸造出所需铸件,同时也简化了清理,降低企业负担。目前最为成熟的消失模铸造工艺是用于汽车铸件的批量生产,所生产的产品有铝合金铸件(如进气歧管、缸体、缸盖等)和铸铁件、球墨铸铁件(如曲轴、缸体、缸盖、变速器壳体、排气管等)。
  美国是消失模铸造技术在缸体中应用比较广泛和成熟的国家。美国通用汽车公司在1985年试制了2L、4L型铝合金发动机缸盖并取得成功。1990年通用汽车公司在Saturn建成生产铝合金4缸缸体全自动EPC生产线。2001年美国通用汽车公司所属的用于生产6缸缸体的SMCO消失模生产线正式投产,标志着美国EPC技术得到巩固和发展。欧洲在1979年前后开始了EPC技术的研究,法国雪铁龙公司开发了一条运用消失模铸造方法每小时生产120个铸铁发动机缸体自动化生产线。德国大众公司投资2000万美元建造了4缸铝合金缸体生产线。我国的EPC技术在近10年获得较快发展。如长沙发动机总厂1996年引进意大利法塔公司全套制模和造型浇注生产线,生产铝合金缸体、缸盖铸件。目前国内受制于消失模铸造工艺的关键技术,大批量生产汽车铸件的厂家还很少,与国外的差距显而易见。
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