鑄件是 汽車產品零部件的重要構成之一,平均每輛汽車上約有10~20%重量的零部件為鑄件產品,同樣大約每年有20%左右的鑄件是 為汽車行業生產的,即目前我國每年約500~600萬噸鑄件流向汽車制造與服務行業。
汽車零部件中有很多重點零件也是 由鑄鋁件來制造的,一些結構復雜的汽車零部件如發動機缸體、缸蓋等,鑄造優異的成型工藝是 其它制造方法難以實現的,同時鑄件的材料性能又可以滿足這些零部件的使用性能要求,且價格低廉,這是 鑄件在汽車零部件上應用并在相當長的時問內也能夠得以延續的重要原因。
但是 鑄件在汽車上的應用也面臨各方面的考驗。汽車輕量化、節能環保的要求,不僅是 采用鋁鎂合金來代替鑄鐵材料,一些塑料件、陶瓷件等更輕的汽車鑄件產品正在蠶食鑄件產品陣地;同樣,隨著汽車性能提高與安全性能的要求,一些產品如曲軸等采用鍛件制造也越來越多。再次,鑄造是 耗能與污染的重要行業,由于節能環保的要求,如同發達國家一樣,社會對鑄造行業的排斥將越來越強,鑄造行業面臨著巨大壓力,而清潔化鑄造的生產方式并不是 一朝一夕能夠實現的,并會帶來成本增加,這是 我們 更需要關注的。
汽車重點鑄件的材質現狀與發展
鑄件在汽車上的應用非 常廣泛,尤其白球墨鑄鐵及高性能鎂鋁合金穩定生產以來,鑄件在汽車上得到大量應用。鑄件在汽車上的應用涵蓋了從底盤到發動機、從結構件到保安件、從普通件到核心件的各系統部件,為汽車技術提升起了重要作用。
1缸體

傳統的汽車發動機缸體材料是 HT250,至今仍然占據主導地位。但隨著汽車發動機性能的逐步提高和輕量化的需求,發動機缸體材料也在進行著快速革新。主要有三個方向:一是 提高灰鑄鐵牌號至HT300甚至HT350,以提高缸體強度和性能,如一汽集團引進的德國道依茨發動機缸體和大馬力的6DL缸體等;二是 采用蠕墨鑄鐵生產發動機缸體,具有高強度、疲勞性能好的優點,利于薄壁化設計的優點,可承受更大的爆發壓力,減少缸筒變形,比功率提高10~20%,并已大批量應用于生產,目前每年約有100000多噸蠕墨鑄鐵缸體提供給汽車制造公司,如奧迪V8、福特、現代、曼、奔馳、大眾等某些汽車缸體等,為蠕鐵缸體;三是 鋁合金缸體,發展勢頭較為迅速,代表乘用車缸體的重點發展方向,為鋁合金壓鑄缸體。通常需鑲套處理(過共晶鋁合金除外),重量明顯減輕,降低汽車能耗,國內外主要汽車廠商均已大批量應用。但受于鋁合金強度和熱疲勞性能的限制,在大馬力發動機缸體上還不能夠滿足要求,而成本也較高。
2缸蓋
發動機缸蓋是 鋁合金應用的重要領域,尤其在乘用車缸蓋市場,基本被鋁合金材料所壟斷。壓鑄鋁件在載重車市場,大馬力發動機缸蓋也已少有灰鑄鐵在使用,取而代之的是 蠕墨鑄鐵缸蓋,可以解決灰鑄鐵缸蓋的使用開裂問題。
3曲軸
汽車發動機利于節能減排的重要性能升級工藝是 發動機的增壓技術應用,無論是 汽油發動機還是 柴油發動機。尤其在載重車市場,由于發動機爆發壓力增大,致使以往采用的珠光體球鐵曲軸的使用性能已不能滿足要求,而轉用40Cr等鍛鋼材料來制造。但隨著珠光體球鐵曲軸圓角 滾壓、感應淬火等技術的發展,球墨鑄鐵曲軸在乘用車和中低馬力發動機載重車市場占有大量市場份額。此外,采用等溫淬火球墨鑄鐵制造發動機曲軸在國內外也進行了較深入的應用研究。
4排氣管
汽車發動機排氣管材料是 伴隨著發動機性能的提升而逐步變化的,經歷了灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵直至高硅鋁球鐵(蠕鐵)、高鎳球鐵、不銹鋼等發展歷程?;诣T鐵材料由于排氣管易于開裂的問題已基本不用,鐵素體球鐵和蠕墨鑄鐵排氣管在國內仍然大量應用,但所能承受的高溫疲勞性能也日益不能滿足發動機性能發展需求。近十幾年來,在國外發動機排氣管上高硅鋁球鐵(蠕鐵)作為一種具有優異的熱疲勞性能、抗氧 化性能和高溫抗蠕變性能已得到大量而廣泛的應用。高鎳球鐵和不銹鋼排氣管主要適用于渦輪增壓發動機排氣管上,以實現在900℃以上工作條件下的使用性能要求。
5驅動橋殼
國內汽車驅動橋殼 主要是 由QT450-10來制造,但隨著載重車重型化的發展,重型載重車橋殼 出現了以歐洲為代表的鑄造橋殼 和以日本為代表的沖焊橋殼 兩個方向,鑄造橋殼 又可分為鑄鐵和鑄鋼兩種,鑄鐵橋殼 主要是 通過強度提高和工藝設計來提高橋殼 的載重能力,很好的達到使用要求;而沖焊橋殼 在國內一些廠家引進后由于焊縫開裂和形變的原因使用并未達到預期效果。
6制動盤(轂)
乘用車主要采用盤式制動,而載重車主要是 轂式制動,也有兩者結合,各有優點。其主要使用材料是 HT250或相近的灰鑄鐵材料,要求材料具有很好的導熱性能和冷熱疲勞性能,所以要求石墨是 A型但可以呈粗大的石墨形態以利于熱傳導;采用低合金(如鋁鎳合金)灰鑄鐵、高碳灰鑄鐵制造汽車制動盤會具有更理想的使用效果;采用蠕墨鑄鐵制造制動盤(轂)也有大量的研究。在豪華轎車或跑車領域已開展使用陶瓷材料來進行制動盤(轂)的制造。
其它汽車鑄件如各類發動機、底盤的支撐件、結構件,如各類支架、盤體、殼 體、轉向零件等,依據使用性能需求,大量采用鑄鐵材料來制造。隨著汽車綠色化的環保要求發展方向,灰鑄鐵、鑄鋼的應用比例逐步呈下降趨勢,而高性能的球墨鑄鐵、鎂鋁合金及特種鑄鐵(鋁)材料呈進一步增加的趨勢。
汽車鑄件用材質的發展趨勢
以鑄鐵件為代表的鑄件目前是 汽車用澆鑄鋁件的主體部分,尤其是 球墨鑄鐵件的應用后取代了很多鑄鋼和灰鑄鐵件,并導致可鍛鑄鐵在汽車零部件應用上基本接近消失,其優異的強韌性能和易控的生產方式使其應用比重逐步增加,高強高韌性球墨鑄鐵的研發生產將成為球鐵持續應用的重要基礎。
另一種優異的工程材料一一等溫淬火球墨鑄鐵近年來受到汽車行業普遍關注,在國外取得迅速發展并應用良好,國內一些汽車廠家也大力開展相關應用研究,在曲軸、齒輪、支架等方面的應用研究取得可喜成果,并得到實際應用。
高硅鋁球鐵、蠕鐵是 上世紀90年代發現并取得大力應用的另一種具有優異的高溫性能的工程材料,具有很好的高溫疲勞強度、抗氧 化、抗蠕變性能,其工作溫度可達到880℃,是 發動機排氣管理想的使用材料。
傳統的灰鑄鐵材料在汽車缸體、變速箱殼 體、制動盤(毅)上依然應用,但隨著汽車性能的不斷提升,傳統的HT250牌號應用將會越來越少,提高灰鑄鐵性能與牌號成為其得以應用的重要方式。
蠕墨鑄鐵1948年就被發明,由于穩定的生產范圍較窄,且性能未引起人們 的關注,一直應用較少。直至先進的生產控制技術研究成功并有效地投入使用,蠕墨鑄鐵用于復雜鑄件的生產才有了可能。蠕墨鑄鐵材料由于具有比灰鑄鐵和鋁更高的抗拉強度(高75%)、彈性模量(高40%)和疲勞強度,成為目前發動機缸體缸蓋設計的理想材料。
汽車輕量化的要求是 采用鎂鋁合金來制造汽車鑄件的重要前提。有資料報道,汽車每減重10%,油耗降低5.5%,排放減低10%左右,而鋁合金密度僅有鐵的的1/3,而強度與灰鑄鐵相當,成為取代灰鑄鐵制造發動機缸體缸蓋的理想材料。鋁合金鑄件在世界范圍內近年來取得快速增長,而具有更輕密度的鎂合金伴隨研究應用的深入,在汽車方向盤、座椅骨架、儀表盤、罩蓋等零件上也得到快速應用。
泊頭東固模具制造有限公司(http://www.hbdgmj.com)主營項目:壓鑄模具流動性好,易熔焊,釬焊和塑性加工,在大氣中耐腐蝕,殘廢料便于回收和重熔;但蠕變強度低,易發生自然時效引起尺寸變化。鋁合金精密壓鑄零件加工變形的原因很多,與材質、零件形狀、生產條件等都有關系。鋁合金加工制品表面應光潔、平正、鑄字標志應清晰,澆、冒口清理后與鑄件表面應齊平。 消防鋁配件對于邊蓋類薄壁零件,采用鈑金冷做校正;容易磨損的軸孔類零件可采用金屬噴鍍、焊修、膠粘、機械加工等工藝以達到原廠尺寸。