江铃威龙发动机蠕墨铸铁缸体缸盖技术介绍

对于重型柴油发动机的缸体缸盖，传统上一般采用灰铁材料。因为灰铁缸体缸盖的生产技术目前已经非常成熟和稳定，在解决灰铁缸体缸盖开发和生产过程中可能出现的各种问题上，行业积累了丰富的经验。随着汽车技术的发展和环境问题的日益严重，人们对重型卡车的燃油经济性、动力性、排放性能、轻量化及大马力发动机等提出了更高的要求。对于重型柴油发动机，提高发动机性能和改善排放的主要措施是增大爆发压力。但增大爆发压力会带来额外的热负荷和机械负荷，这给传统的缸体缸盖材料提出了挑战，急需寻找新的高性能的替代材料。蠕墨铸铁，具有比普通灰铸铁高75%的抗拉强度和比普通灰铸铁高45%的刚度，疲劳强度几乎是普通灰铸铁的2 倍，且拥有与灰铸铁相近的抗震性能、热导率及铸造性能。因此，综合性能上，蠕墨铸铁是下一代先进柴油发动机的最理想替代材料。

由于蠕墨铸铁的铸造具有工艺控制范围极窄的特点，传统的铸造技术很难稳定地获得高的蠕化率，关键部位达到80%以上，从而影响蠕铁缸体缸盖的质量。高质量蠕墨铸铁生产技术的瓶颈限制了它在汽车缸体缸盖上的批量应用。然而，行业的难题往往也是技术前进和发展的动力，从上世纪后期开始，人们开始把蠕墨铸铁稳定生产和控制技术的研究开发转向热分析技术与计算机技术的结合，为解决蠕铁的工艺难题另辟蹊径。到上世纪90年代，一些国外公司已经开发了能够较稳定获得高蠕化率的新型的蠕铁生产技术，其中最著名的为瑞典SinterCast公司。2000年以后，随着蠕铁铸造技术的进一步发展和蠕铁加工技术的突破，国外一些知名汽车企业开始批量地将蠕铁材料应用在汽车缸体缸盖上，其中有福特、福特Otosan（江铃重卡发动机正是引进自福特Otosan）、奥迪、卡特彼勒、现代、曼、达夫、梅赛德斯奔驰、沃尔沃等。国内汽车生产技术相对国外大型汽车集团起步较晚，蠕墨铸铁在汽车缸体缸盖上的应用也处于起步阶段。目前国内几大主机厂的蠕铁缸体或缸盖主要处于研究和试制阶段，还没有正式大批量生产。

江铃重型汽车有限公司2013年从福特Otosan引进两款（9L和13L）先进的重卡发动机后，江铃汽车股份公司执委会立即责成江铃铸造厂启动蠕铁研究项目，引进目前国际上最先进的瑞典SinterCast小型系统 3000蠕铁试验机，通过引进、吸收和消化，先后获得了1项发明专利和2项实用新型专利，已经完全掌握了蠕铁生产和控制的核心技术，并形成了自主的JMC比对法蠕铁控制技术。

江铃铸造厂在国内寻找可靠和有能力的铸造供应商来共同开发江铃的重卡9L/13L蠕铁缸体和缸盖，最终选定了山西本土铸造企业山西亚新科国际铸造有限公司，并与亚新科山西共同组建铸造材料研发团队，积极推动推进铸造行业供给侧结构性改革。通过两年努力攻坚，研发团队将国际铸造产业领域最前沿的蠕墨铸铁材料成功应用于江铃重卡9L发动机缸体缸盖和13L发动机缸盖制造，填补了国内大马力重卡发动机金属材料应用中的一项空白，结束了国内大马力重卡发动机一直没有稳定蠕墨铸铁发动机生产制造技术的局面。目前，江铃的重卡蠕铁缸体缸盖能稳定达到80%以上，甚至高达95%的蠕化率。并且依据福特开发流程和技术要求，通过了各项零部件DV试验、发动机台架及整车的性能和耐久试验，具备了大批量生产的条件。2016年5月，JMC蠕铁缸体在第十四届中国国际铸造博览会上荣获优质铸件金奖。

蠕墨铸铁与灰铸铁组织：

相对灰铁缸体缸盖，蠕铁缸体缸盖具有以下优点：

(1)高强度：蠕墨铸铁的抗拉强度比普通灰铁高75%以上，疲劳强度几乎是普通灰铁的2倍。缸体缸盖采用蠕铁后，可以提升发动机的爆发压力，从而改善发动机的燃油经济性和动力性能，提高排放水平；可以减小缸体主轴承座的壁厚，从而减小缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴等零件的长度，从而减轻发动机的重量和减小发动机的尺寸；可以提高缸体缸盖的疲劳安全系数，从而提高发动机的耐久性能；可以减小螺纹的啮合长度，从而可以缩短螺栓的长度。

(2)刚性好：蠕墨铸铁具有比普通灰铸铁高45%的刚度。缸体缸盖才有蠕墨铸铁后，可以减小缸孔的变形量，降低发动机机油消耗；可以改善发动机的NVH性能。

(3)耐磨性好：蠕墨铸铁具有较好的耐磨性，优于普通灰铸铁。有研究报道，在相同的磨损试验条件下，蠕墨铸铁的磨损量低于普通灰铸铁40-55%。缸体采用蠕墨铸铁材料后，可以使用无缸套设计，从而降低了发动机的成本。

另外，蠕墨铸铁拥有与灰铸铁相近的热导率，因此蠕铁缸体缸盖承受的热应力较小，发生热疲劳失效的风险小；蠕墨铸铁拥有与灰铸铁相近的优良铸造性能，生产成品率较高，从而控制生产成本。