铌微合金化高强度灰铁气缸盖的开发

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蠕墨铸铁的发展现状及未来展望

2021年第5

期

2021年10

月Oct.2021 No5

铸造设备与工艺FOUNDRY EQUIPMENT

AND

TECHNOLOGY

•综述・doi: 10.1

6666/j .cnki .issn1004-617&2021.05.017

蠕墨铸铁的发展现状及未来展望

张敏之，

许景峰,徐玉龙

，马世旋,戚鹏超

,杨淑欣

(潍柴重机股份有限公司，

山东潍坊

262208

)

摘要:与灰铸铁和球墨铸铁相比,蠕墨铸铁的综合性能表现优异，

在大功率发动机

、

制动鼓、刹车盘等领

域有着广阔的应用前景。本文详述了原材料、基础元素、合金化元素和微量元素对蠕墨铸铁组织和性能的的影

响；

阐明了常用瘪体处理手段和各种蠕化处理结果检测方法的优缺点；

综述了国内外蠕墨铸铁的发展现状及对

未来蠕墨铸铁的展望。关键词:蠕墨铸铁;合金元素;蠕化率；发展现狀

中图分类号:TG255 文献标识码:

A 文章编号:1674-6694(2021 )05-0062-05

Development Status and Future Prospects of

Vermicular

Graphite Cast

Iron

ZHANG Min-zhi,XU

Jing-feng,XU Yu-long,Ma Shi-xuan

,QI

Peng-chao

, YANG

Shu-xin

(Weichai Heavy Machinery Co. ,Ltd., Weifang Shandong 261001, China)

Abstract: Compared with gray cast iron and nodular cast iron that vermicular graphite cast iron has excellent comprehensive

properties and it has broad application prospects in the fields of high-power engine,brake drum,brake disc and so on. The effects of raw materials»basic elements, alloying elements and trace elements on the microstructure and properties of vermicular graphite

金属材料学

名词解释合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。

（常用Me表示）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。

奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W等铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，且能α-Fe稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo等原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。

碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。

如Cr钢碳化物转变异位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。

（Ｗ和Mo既有原味析出又有异位析出）网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素体（亚共析钢）形成的网状碳化物。

水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。

将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。

（水韧后不再回火）超高强度钢：用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。

晶间腐蚀：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际金属已丧失强度）n/8规律：随着Cr含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。

即当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也跳跃式显著下降。

这个定律叫做n/8规律。

黄铜： Cu与Zn组成的铜合金青铜： Cu与Zn、Ni以外的其它元素组成的铜合金白铜： Cu与Ni组成的铜合金灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。

大型蠕墨铸铁气缸体材料工艺开发及应用

大型蠕墨铸铁气缸体材料工艺开发及应用　姜爱龙１，房夺１，许景峰２，鲁栋２（１．潍柴动力股份有限公司，山东潍坊　２６１０６１；２．潍柴重机股份有限公司，山东潍坊　２６１１０８）摘要：从蠕化处理设备、材料、工艺控制三个方面进行研究和试验验证，开发出适合批量生产大型蠕墨铸铁气缸体的蠕化处理工艺，结合生产实际及检测结果论证了工艺实施的可行性和有效性，并批量生产出蠕化率８０％以上的大型蠕墨铸铁气缸体。

关键词：蠕化处理工艺；蠕墨铸铁；气缸体中图分类号：ＴＧ２５５；文献标识码：Ａ；文章编号：１００６－９６５８（２０１７）０１－００５４－０４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－９６５８．２０１７．０１．０１７收稿日期：２０１６－０７－２４稿件编号：１６０７－１４４２作者简介：姜爱龙（１９８２—），男，工程师，主要从事铸铁材料工艺开发及应用研究工作．0 前言随着人们对发动机的大马力、大转矩、低排放、低油耗的需求急剧增长，设计者不断提高发动机的点火峰压和升功率。

发动机的热负荷和机械负荷便大幅度增加，缸体、缸盖等关键零部件的可靠性问题变得尤为重要。

蠕墨铸铁具有球墨铸铁的强度，与灰铸铁相比又有类似的防振、导热能力和铸造性能，而又比灰铸铁有更好的塑性和耐疲劳性能，使其成为发动机关键零部件材质的最佳选择[1]。

我公司设计开发的180 mm 缸径12V 柴油机气缸体见图1。

设计爆压达到25 MPa ，为满足此发动机关键零部件对热负荷和机械负荷的要求，发动机缸体、缸盖的材质均设计为蠕墨铸铁。

其中，气缸体毛坯质量2 700 kg ，浇注单台气缸体需蠕化处理的铁液量达3.5 t ，且气缸体毛坯不同部位壁厚差异性大，瓦口部位壁厚为84 mm ，最薄位置壁厚仅为8 mm 。

一方面，这些制造工艺要求使其蠕化处理工艺与中小型发动机缸体、缸盖材料的蠕化处理工艺具有明显的不同；另一方面，由于发动机关键件对材质的苛刻要求，也无法借用生产蠕墨铸铁机座等低蠕化率铸件时的蠕化处理工艺进行生产。

CSP汽车高强钢280VK研制开发

CSP汽车高强钢280VK研制开发罗晓阳;赵小龙;王瑾【期刊名称】《金属世界》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】5页(P29-33)【作者】罗晓阳;赵小龙;王瑾【作者单位】酒钢宏兴股份有限公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关 735100;酒钢宏兴股份有限公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关 735100;酒钢宏兴股份有限公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关 735100【正文语种】中文采用CSP生产线的热轧钢带为基料，通过罩式退火工艺生产冷轧汽车高强钢带280VK，分析了C、Mn、Nb、Ti元素及退火温度对280VK冷轧钢带显微组织、第二相粒子及力学性能的影响。

结果表明，主要冶炼成分为0.065%C、0.70%Mn、0.025%Ti及0.020%Nb生产的280VK并采用630 ℃冷点温度及670 ℃热点温度进行罩式炉退火后的冷轧钢带铁素体晶粒大小分布均匀，尺寸为10～15 μm，第二相粒子为TiC与NbC复合析出的Ti(Nb)C粒子为主，得到的280VK冷轧钢带力学性能优异具有较低的屈强比及良好的表面质量，同时生产成本得到大幅度降低。

随着汽车工业的高速发展和节能减排的要求，轻量化材料被汽车生产大量采用。

高强度钢的大量应用不仅起到了节能减排的作用，同时还能提高汽车的安全性能，保持汽车的生产成本和提高其回收利用率[1]。

280VK冷轧钢带属于低合金高强度汽车用钢，国内市场的280VK主要有宝钢B280VK、攀钢P280VK、涟钢L280VK 等。

宝钢B280VK力学性能要求如表1所示。

280VK主要采用连退工艺生产[2]，某钢厂采用CSP产线通过罩式退火工艺生产280VK。

本文通过对比不同方案生产的280VK冷轧钢带力学性能及显微组织分析，开发了汽车高强钢带280VK，并确定了最优生产工艺。

生产工艺路线MIX→DES→BOF→LF→CSP→PLT CM→BAF→SPM，实验方案成分设计如表2所示。

方案1～3采用66.7%冷轧压下率，每种方案下取两个试样依次进行编号，并采用不同退火温度进行罩式炉退火，试样成品公称厚度为1.0 mm，退火温度及力学性能如表3所示。

包头铌资料综合利用CO-CO2

CO/CO2混合气体还原含铌铁矿分析为了得到冶炼符合工业标准铌铁所用铌精矿的情况下，采用较为简单且可行的两部法即：（1）首先采用将铁和其它矿物（包括铌铁矿）分离，（2）再将铌和残铁、部分杂质矿分离，可容易地得到Nb/Fe值高，铌品位高以及磷含量低的铌精矿。

在铁、铌分离或铌和部分杂质矿物分离的同时达到铌、磷的分离的目的。

为了更好的达到铁铌的分离，一种方法是将矿中的铁进行磁化焙烧，进行选择性还原成磁化铁，再进行磁选，从而达到铌的富集。

然后，经过等离子炉——电炉冶炼铌铁。

另一种方法，是铌矿物造块，然后进行还原，将铁矿物全部还原成铁。

即通过还原的方法达到含铌铁矿中铁、铌选择性还原目的，即仅使铁矿物还原为金属铁，然后熔分，就可达到铁和其他矿物的有效分离。

研究表明用碳还原含铌铁矿时，无法做到铁、铌选择性还原的结果，即铁矿物虽然被还原为金属铁，但铌矿物也被还原为碳化铌，这样式在熔分使铁和其他矿物分离时，碳化铌由于比重大将沉入铁中，同时铁和碳化铌有一定的亲和力，Fe在NbC中以及NbC在Fe中都有一定的固溶度。

使矿中的铌收得率下降，不能达到铁、铌的完全分离的目的。

磁化焙烧磁选的工艺实验原理为了得到冶炼铌铁的所用的铌精矿，必须使原矿中的铁、磷和铌得以分离，使铌能够再次富集。

使铁、铌得以分离最简单、成本最低的方法就是磁选法，因此，采用磁选法达到铁、铌分离的目的。

但铁矿物中非磁性铁占了近一半，直接进行磁选除铁效果必须不好。

因此，原矿首先要进行磁化焙烧，使矿中的非磁性铁转变为磁性铁，然后再磁选。

原矿中主要是磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）和褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）,其中赤铁矿和褐铁矿是弱磁性矿物，赤铁矿含有结晶水称为褐铁矿，褐铁矿加热到300～400℃脱除结晶水变为赤铁矿，赤铁矿在还原剂（如CO）存在的条件下可以转变为磁铁矿。

磁化焙烧正交实验磁化焙烧效果的好坏受很多因素的影响，其主要因素有还原温度、还原气成分、还原时间和料层厚度四个因素。

汽车发动机铸铁缸盖的铸造技术

!"&
废品多汽车用铸铁件，缸盖的废品率一般都是最高的，
常见废品有：
+
中国铸造装备与技术 ! " #$$%
专题综述
缸盖内外形多由砂芯组成，砂芯粘结剂 ! 气孔：多为发气物质，出气量大。缸盖铸件又不允许有任何气孔存在，所以缸盖气孔成了常见缺陷。缸盖中有油、有水、有气，且都有压力，故 "渗漏：对缸盖密封要求严格，东风公司一般是用 !"#$%& 气压、稳压 ’()* 检查不得有漏气现象。缸盖壁厚相差很大，保证薄的不白口厚的不疏松也有难度，故渗漏缺陷时有发生。由于结构复杂，较难使凝固时各部位互 # 变形：不干扰。缸盖的结合面（有燃烧室面）又厚又大，很容易造成铸件弯曲，为保证各燃烧室尺寸准确，（用 +、 , 缸燃烧室底面及侧面定位加工）还必须保证铸件在长度方向弯曲度-.((，一般是将模具做成反挠度形式，当然也有其他一些妙着，否则在防变形上也是困难的。任何一个工厂的铸件成分总在变化中，常与原材料、质量、成本联系在一起。究其什么成分好是没有标准的，一般产品要求是：缸盖本体强度 A+!7$%& ，
汽车用材料的特点是要求重量轻强度高，随着发动机功率的日益提高，产品的技术要求也随之不断增加。发动机气缸盖当前正由铸铁材料向铝镁合金转变，特别是轿车生产许多厂已采用低压铸造或金属型铸造生产 ! 缸发动机铝缸盖，但灰铸铁作为传统材料依然由于成本低、工艺性好，有良好的尺寸稳定性和热疲劳性能，当前仍有一定市场，特别在高功率发动机上还占有半壁江山，但对结构要求不断提高。东风公司商用车气缸盖都用铸铁材料生产，采用 ’(&))*+&&))*%%&)) 外形的 "#$%&& 发动机，双缸盖，单重 +,-,./ ；康明斯 0 系列发动机用整体缸盖，外形为 (,+))*+1,))*%&,))，重 $1./。平均壁厚都在 !-,)) 左右，因为壁厚增加 %))，重量就增加这 %%2 。汽车自重若减少 %&23 燃油可节省 $2452 ，是一个很大的竞争节能数值。铸件重量偏差不允许超过 6,2 ，缸盖历来是典型的灰铁薄壁铸件。在缸盖上除有特殊形状的配气燃烧室外，有进气道、排气道，还有冷却水套、润滑油道等，内腔形状复杂多变。一般水套壁厚仅 !)) 左右，气道壁厚 ’)) 左右，而气阀座位置一般在 !!&)) 以上，近几年又采用多气阀顶置结构，使缸盖内部的复杂性更有提高。

铌-钒微合金钢中碳氮化合物的析出特点

善　＊　一璺　筵　哩　一一　坠　旦　垦　一　臼　蜘　

（　竺！研究　

铌一钒微合金钢中碳氮化合物的析出特　刘文庆　。褚玉良　，王泽民　，李聪　，方淑芳。，周邦新　（１．上海大学分析测试中心，上海２００４４４；　２．中国核动力研究设计院核燃料及材料国家重点实验室，成都６１００４１；　３．攀枝花钢铁研究院，攀枝花６１７０００）　

摘要：用三维原子探针分析了Ｎｂ—Ｖ微合金钢中析出相的特征，发现不同大小的析出团簇成　分有较大的差异。结果表明：碳原子首先在位错等缺陷处偏聚，然后钒和铌原子依次向碳原子偏聚　处聚集，先后形成Ｖ－ｃ和Ｖ－Ｎｂ—Ｃ原子团簇，进而发展成（Ｎｂ，Ｖ）ｃ复合相，并随着其进一步长大，　成分出现不均匀。当合金中存在氮元素时，也会形成（Ｎｂ，Ｖ）（Ｎ，Ｃ）复合相。　关键词：微合金钢；碳氮化物；析出；三维原子探针　中图分类号：ＴＧｌ１３．２５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４０１２（２００８）１０－０５４０—０４　

ＰＲＥＣＩＰＩＴＡＴＩＯＮ　ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＣＡＲＢＯＮＩＴＲＩＤＥ　ＩＮ　Ｎｂ—Ｖ　ＭＩＣＲＯＡＬＬＯＹＥＤ　ＳＴＥＥＬ　

ＬＩＵ　Ｗｅｎ－ｑｉｎｇ￣，ＺＨＵ　Ｙｕ－ｌｉａｎｇＩ，ＷＡＮＧ　Ｚｅ－ｍｉｎ　，ＬＩ　Ｃｏｎｅ，ＦＡＮＧ　Ｓｈｕ－ｆａｎｇａ，ＺＨＯＵ　Ｂａｎｇ－ｘｉｎ　（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４４４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｆｏｒ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｆｕｅ１　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００４１，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｐａｎｚｈｉｈｕａ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ　６　１　７０００，Ｃｈｉｎａ）　

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ｓｈｏｗｔｈａｔｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＮｂ．ｔｈｅｇｒａｐｈｉｔｅ，ｅｕｔｅｃｔｉｃｃｅｌｌ，ｃａｒｂｉｄｅａｎｄｓｔｅａｄｉｔｅａｒｅｒｅｉｎｆｅｄ，ｔｈｅｌａｍｅｌｌａｒｓｐａｃｉｎｇｏｆｐｅａｒｌｉｔｅｉＳｒｅｄｕｃｅｄ．ａｎｄｔｈｅｍａｔｒｉｘｉＳｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．Ｔｈｕｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙ．
ＹｕＳｕｎ ’ ，ＰａｎＳｉｎｉｎｇ ’ ，ＬｏｎｇＳｈａｎｂｅｉ ’ ，ＴａｎｇＷｅｎｂｉｎ，ＳｕｏＪｉｎｐｉｎｇ
（１．ＧｕａｎｇｘｉＹｕｃｈａｉＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｕｌｉｎ５３７００５，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈｏｏｌ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３０２００，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｅｉｅｒｃｔｓｏｆＮｂｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｙｉｒｏｎｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄ．
铌微合金化高强度灰铁气缸盖的开发
于笋，潘斯宁，龙善北，唐文彬ｚ，索进平ｚ
（１．广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林５３７００５；
２．华中科技大学材料科学与工程学院，湖北武汉４３０２００）
摘要：研究了微量铌元素对灰铁组织和力学性能的影响，成功开发出一种铌微合金化高强度灰铁气缸盖。结果表明，微量铌元素的加入使石墨、共晶团、碳化物及磷共晶细化，珠光体片间
ａｎｄＮｂｍｉｃｒｏ．ａｌｌｏｙｅｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｇｒａｙｉｒｏｎｃｙｌｉｎｄｅｒｈｅａｄｓｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ
关键词：高强度灰铁；铌；微合金化；气缸盖
中图分类号：ＴＧ１４３．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７３ — ３３２０（２０１３）０６ — ０００１ — ０６
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮｂＭｉｃｒｏ－ＡｌｌｏｙｅｄＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＧｒａｙＩｒｏｎＣｙｌｉｎｄｅｒＨｅａｄｓ
ＷｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＮｂｉＳ０．２０％，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＯｆｇｒａｙｉｒｏｎａｒｅｂｅｔｔｅｒ￣ பைடு நூலகம்ｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｆｏｒｒｎｓｏｆＮｂｉｎｇｒａｙｉｒｏｎ：ｏｎｌｙａｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｏｂｉｕｍｄｉｓｓｏｌｖｅｓｉｎｔｈｅｍａｔｒｉｘ，ｍｏｓｔｏｆｔｈｅｎｉｏｂｉｕｍ
距减小，基体得到强化，灰铁试样的抗拉强度、韧性、疲劳性能和热疲劳性能都得到提高。当
加入的Ｗ（Ｎｂ）＝Ｏ．２Ｏ％时，材料的综合力学性能较好。铌在灰铁中以两种形式存在：绝大多数在共晶团边界处形成独立的富铌相，少数固溶于珠光体基体中。采用Ｗ（Ｎｂ）为０．２Ｏ％的微合金化灰铁浇注的气缸盖，本体强度均在３００ＭＰａ以上，达到ＨＴ３００牌号的要求。气缸盖通过了１０００ｈ冷热冲击耐久性和２０００ｈ“ １１工况”耐久性台架试验考核，满足使用要求。