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国外铸铁生产技术进展
发布时间:
2016-09-18 00:00
来源:
全球铸造联盟
2004-2008年全球铸件产量见表1。2004-2007年,全世界铸件产量从7 974.5万t增加到9 491.9万t,年均增长率为4% 0 2008年受全球性金融?;挠跋欤勘?007年降低了147万t,预计2010年,全球铸件产量将下降到9 000万t , 2008年可能是个拐点年。
工业发达国家球铁在铸铁中的比例达30%以上。2008年全球球铁和铸钢产量增加,灰铁和铝铸件产量下降,全球平均球铁与灰铁的比例为0.56。图1是美国近10年和未来10年铸件产量的预测,2007年美国球铁产量首次超过灰铁(388.9万t)为389万t , 2008年美国球铁与灰铁之比为1.03,远高于世界平均水平。这说明如果达到像美国一样的成熟市场,球铁产量还有相当大的增长空间。
1国外ADI研究和应用的现状
近年来,欧洲ADI在风力发电零件和工程机械上的应用取得较大进展;此外,利用有限元分析、近净形铸造等技术,充分发挥了ADI的优势,优化汽车底盘零件的结构及减薄设计;含碳化物ADI以及三相ADI等都是目前大家关注的问题。
2008年美国球铁年会会议报告例举了许多
ADI的应用实例。
用在英国北海4.2 MW风电设备齿轮箱上的ADI行星齿轮支架,铸件质量4.3 t,直径1.2m,牌号ADI800。
英国Midlands公司生产的用在JCB小型挖掘机上的近净形ADI齿轮齿条(如图2所示),用于控制挖掘机吊杆的运动和稳定性,牌号ASTM 897M 1200,齿轮质量7 kg,尺寸为直径90mm、长250mm;齿条质量8 kg,尺寸为直径140mm、长210 mm。这对齿轮齿条原是锻钢件,经渗碳淬火和回火热处理,表面硬度5560 HRC,随后喷丸强化处理。ADI齿轮齿条是采用近净形铸造,齿形部分直接铸出不需要加工,可减少机加工量、省去渗碳淬火和喷丸强化,成本较低,而且还比锻钢件寿命长,维护费用低。
德国ZF公司(设计与总成),GF公司(铸件供应商)和ADIT公司(热处理公司)大批量生产MAN卡车底盘悬架上用的ADI材质X型连接器,牌号为EN-GJS-1000-5, ADI件组装前只需要很少的加工量,最终ADI组装件质量为40.8kg,比锻件节材37%以卜。该铸件原材质为锻钢42CrMo4,锻件的质量为65.0 kg(加工组装件重量为60.4 kg)。
在ADI连接器的开发过程中,ZF公司把有限元分析技术与ADI材料的优点相结合,ADI材质的X型连接器的最终设计是通过有限元分析和快速原型确定的。有限元分析模型显示出构件在工作环境下所经受的最大应力,有限元分析结果在实验室和实际的台架试验中均获得了验证,表面应力对X型连接器的性能和使用寿命都是很关键的。该件在生产过程中经100%裂纹探伤、标识、可追溯。
2国外蠕铁生产技术的发展
至2008年,国外‘每年生产内燃机用的蠕铁缸体、缸盖约50万台,质量约10万t,占欧洲蠕铁产量的2/3,其余用在钢锭模、排气管、支架、飞轮、制动毅、液压阀等零件上。预计2010年将有200万台内燃机采用蠕铁件,质量达40万t,到2012年,蠕铁缸体将占到整个发动机缸体的10%左右。
目前国外蠕铁生产技术主要的发展方向是精确定量控制。为适应发动机增压、小型化的发展趋势,满足日益提高的汽车节能减排标准,强度高、导热性和耐热疲劳性能好的蠕墨铸铁缸体缸盖快速发展,尤其是用在柴油发动机缸体缸盖上。对比奥迪4.2 L CGI V8 TDI蠕铁缸体发动机和奔驰4.0 L V8 CDI铝缸体发动机,蠕铁缸体总长减少120 mm,质量减轻4 kg(见表2所示),说明蠕铁缸体在汽车轻量化和发动机小型化方面都具有优势。
许多国家的和国际性标准机构都制订了蠕铁标准(如表3所示),依据强度和蠕化率对蠕铁牌号进行分级。国际标准IS016112:2006设置了300,350,400,450,500共5个牌号,蠕化率)80%。此外,奥迪、DAF、福特、现代、MAN、奔驰、标致、雷诺、大众和沃尔沃也制订了自己的企业标准。
3国外球铁熔炼技术进展
2008Keith Milli,球铁论坛举办期间,对2008年的球铁熔炼、处理设备和产量规模进行调查。共有74家大型厂和113家小型厂共187家企业答复了调查表,结果见表4。因为有多种熔炼类型、处理方法和产量规模,有些厂被同时
列在这两类中。
3.1,铁液成分
(1)原铁液成分
对于2组厂家来说,球墨铸铁的、(C)量保持稳定,72%的大型厂家和63%的小型厂家的w}C)量为3.6% }3.9%(见表5所示)。大型铸造厂、CS)量显著下降,w(S}量超过0.036%的厂家仅有26%,w(S)量低于0.015%的厂家为42%。这
一变化主要原因是过去10年采用冲天炉熔炼的大型厂家减少22%。小型厂的w(C)量一直维持稳定的同时,w(s)量已经降低了,现在一般低于o.o15%。
8%的小型厂使用冲天炉并采用脱硫工艺,34%的大型厂采用冲天炉熔炼并进行脱硫处理。分批脱硫处理在2组厂家中数量都下降,但是只有在大量熔化(20-30 t/h和超过30 t/h )中连续脱硫处理的比率明显增长。
大型厂使用碳化钙脱硫剂的比率为18%,由于氧化钙和氟化钙比较安全,其使用数量增加。
(2>铸件最终化学成分
从i9ss年以来,最终的w (c}和、w(si)量保持不变(见表6所示)。大型厂、(C)3.65%-3.84%,w(Si) 2.45%一2.64%,同时小型厂家控制w(C) 3.40%一3.64%,w(Si)2.45%一2.64%,两组厂家都要求斌Mg终)0.03 %--0.04% 。
所生产的球墨铸铁类型比例为:85%的大型厂和78%的小型厂生产珠光体球铁;82%的大型厂和87%的小型厂生产铁素体球铁;9%的大型
厂家和6%的小型厂生产等温淬火(ADI)球铁;7%的大型厂和2%的小型厂生产高硅钥球铁;2%的小型厂生产镍硬球铁。
3.2球化和孕育处理
(I)球化工艺
在各种球化工艺中,盖包法由于其效率较高,采用厂家大大增加。大型厂家的比例为50% ,随着盖包法增加,敞口包冲人法在大型厂的使用比例在大幅度下降。在小型厂家敞口包的使用下降24%,盖包法增加7%,随流球化处理增加
5%。大型厂随流球化处理下降8%。而型内球化处理目前只有7%。
镁芯线法的使用比例为3%(德国2002年的报道达36% );大型厂纯镁处理(主要是GF转包法)比例为7%,小厂家的比例为2%,由于耗镁多,成本高,仅用于小批量生产。
(2)球化剂
过去10年,硅铁镁合金的使用情况基本不变,主要采用w(Mg) 5%-6%的合金;因国外球铁生产普遍采用杂质元素含量低的高纯生铁或合成铸铁,因此使用RE较少,其中27%的大厂和39%的小厂使用不含RE的硅铁镁合金,对于使用RE的厂家来说,采用少量的Ce。
由于使用盖包法改善了生产操作,降低了处理温度,46%的大型厂使用MgSiFe合金的加入量降低到1.0%一1.5%。
(3)瞬时孕育处理
31%的大型厂和14%的小型厂采用随流孕育。目前孕育块的使用比例在上升,在大型厂家占18%、小型厂家占14%0
最常用的孕育剂是w(Ca ) >0.8%、w(Al)1.0%一1.25%的75%铸造用硅铁,有50%的大型厂家和35%的小型厂在使用。
美国企业的经验是:生产球铁,孕育工艺比孕育剂更重要。
3.3浇注温度
大、小型厂家较多采用的浇注温度是1371-1427℃和1399- 1454℃。目前,采用浇注温度1316- 1371℃和1 399 -1454℃的企业有上升的趋势。尽管趋向于采用较低的浇注温度,但浇注温度更加稳定。
4铸铁技术发展趋势
(1)更加重视原铁液的质量。
优质原铁液的3项具体指标:①出炉温度1 500-1 550℃;②合适而稳定的化学成分,微量杂质元素含量总和艺∑T<0.10% ;③铁液中的气体含量低,非金属夹杂物少,较低的元素烧损。
?。?)铸铁产量增速趋缓,材质结构将进一步优化。
预计普通灰铸铁件的产量还将下降,而球墨铸铁、等温淬火球铁、蠕墨铸铁以及高碳当量高强度薄壁灰铸铁会得到更大发展。特别是球墨铸铁,它在铸件中的比例可在很大程度上代表一个国家的铸造技术和生产管理水平。
?。?)热风水冷无炉衬长炉龄冲天炉得到发展,电炉使用比例将稳步增加。
(4)新工艺、新材料和新技术在铸铁件生产中将得到更好应用。
?。?)行业集中度和装备水平提高。
?。?)推进铸造原辅材料系列化、商品化。
?。?)加强质量控制和在线检测。
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