日本铸造新工艺新技术

呼啸

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' W# Q! s" G' a[ 本帖最后由 呼啸 于 2007-11-20 11:25 编辑 ]

zjaa4433

可以压缩成分卷，做为附件上传，如果文件较大可以联系管理员，上传至ＦＴＰ中！～ :handshake

zhaiyz

怎木看不见东西呢？ ;) ;)

jingdizhiwa

期待新附件中……，我怎么只写前几个字不行呢

呼啸

五．与透平罩壳成一体的排气岐管。
7 F- v3 n; ]$ n$ ?' p在世界规模的竞争中，汽车零部件降低造价是重要的议题。在铸造方面，重要任务之一就是从设计自由度着手，发展一体化、中空化，以达到轻量化，降低造价的目的。
. L6 \3 w4 x; t4 C) i: j将汽车发动机的透平罩壳和排气岐管一体化，从而省掉两者相连结的法兰等零部件，使重量减轻20%，造价降低30%。
6 V/ R9 {/ H% L' w* I; O6 [3 f, p透平罩壳铸件要求有耐高温氧化性和耐生长性，而排气岐管则主要是热疲劳的寿命问题。要解决这二个方面的要求。
在铸铁表面形成富硅层，可以提高耐高温氧化性，经试验加4%的硅即可达到此目的。而硅量在3.8%以上时，也可满足耐生长性的要求。
/ f. Q/ `- n- {6 M8 S, a热疲劳寿命受制品形状和使用环境影响很大。大体上说，硅量在3.5-5%时（特别是最高时）在各种条件下均可达到提高热疲劳寿命。
8 b* T5 w6 k5 D& g' e; O' C球铁含硅在4%以上时，有过共晶的倾向，应注意铁水的流动性和产生石墨漂浮的问题。对此，碳当量（C+1/3Si）宜在5%以下。
因此，硅量在4-5%，碳量在3-5%以下时，可满足两方面的要求，而达到透平顶罩壳与排气岐管整体铸造的目的。

7 p/ i; m5 ^8 y; V; S" D六．纤维增强的发动机缸体
* Z7 W+ i) Y4 y: c+ d" I汽车的发动机要向轻量化、紧凑化、高性能化方向发展。
+ z9 u; I% [! u* G1 M1 U* L7 {6 m( @; B轻量化主要是发动机中最重的缸体使用铝合金，紧凑化主要是缩短缸体的各缸孔间的尺寸，以达到使缸体全长缩短。高出力是同样的缸体使缸径扩大从而增大排气量，这与简洁化是兼容的。高性能化是使缸体整体铝合金化，使缸孔的热传导好、变形小，从而提高发动机效率，节约能源。
原来的缸体多用铝合金压铸，镶铸铸铁缸套，不能满足上述要求。因而开发了整体铝合金发动机缸体，缸孔部分用纤维增强金属。
* R, I8 e) h1 n' [  i( w" [缸孔部分用陶瓷纤维预制品，其间隙中浸入铝合金液体，置换空气而形成。预制品在压型中定位，与过去用的铸铁衬套同样。将预制品进行预热，固定在支撑物上，支撑物在压型中定位。
# U  W" I* X8 l& g) l8 O8 W6 M另外，为使预制品的纤维间隙易于浸入铝液，采用层流压铸法。为防止铝液温度降低，向压射室涂敷粉状润滑剂，压型上涂敷粉状离型剂。铸造后可将支撑物回收反复使用。

, Z- ^. i1 U$ y( \( A( I; M七．降低制动噪声的高衰减制动鼓材料
' D% d( T% r$ n% l5 H近来对汽车制动噪声的要求愈来愈严，在开发高性能制动材料时，在要求改善其可信赖性和耐久性的同时，也要提高其衰减性能。首先在其化学成分的选定上要使其在衰减性、强度、耐热裂等方面都有优良性能。
材料的化学成分及力学性能
          主要化学成分（%）        抗拉强度 Mpa        硬度 HB
新开发材料        3.7C•2.05Si•Mn•Ca•Cu•Ni•Mo        313        207
原用材料        3.2C•2.3Si•0.75Mn        261        212
选定的化学成分如上表所示。C当量高，强度降低，因而添加少量Mn，Cr，Cu等元素补偿。另外考虑了耐热裂性和耐热性，而加了Mo及Ni。

" e9 P( _! a$ U  i! T在控制片状石墨铸铁的组织方面，石墨形状为细长的A型石墨，石墨大小均一而且多。在基体组织上为全珠光体，或者是珠光体和少量马氏体（M）或具氏体的混合组织。

* O0 x$ {) z  {% t这项材料的衰减率的测定结果表明，测定值是Fe250的三倍以上，从而降低了制动的噪声，在耐裂性方面，裂纹深度改善了40%左右，长度改善了15%左右。并成功地用于工业用车的制动鼓的批量生产。
八．高强度、高延性的球墨铸铁
, D  \  N$ X9 k
控制球铁的基体组织，可改变其强度和伸长率，但要使两者同时满足要求则比较难。FCD700、800级高强度材料，延伸仅为2-4%。基体为贝氏体的FCAD900，是两方面都具备的材料，但切削加工困难，难以推广。如果有了强度和伸长率高、又可快速切削的球铁，就可代替锻钢，使现在的产品轻量化，又可降低成本。过去也曾借助热处理得到二相组织的球铁，但有成本方面的问题。

/ s5 |! X1 v" G! x6 \此处介绍的新材料是用现有生产线生产，不经过热处理，或用成本低的热处理制得的球铁（高级球铁）。以FCD450的化学成分为基础，仅添加Ni即可达到高强度，高伸长率。
# L/ j  n  p7 B9 b! I2 I6 N' X% W新开发的合金与过去用的合金的力学性能比较
材质名        抗拉强度MPa        屈服强度MPa        伸长率        硬度
开发合金（D80AS）        750-820        510-560        7-12        229-277
FCD450A        470-530        300-340        12-20        140-212
FCD800A        800        480        2        201-331
FCAD900        900        600        8        277-311
8 h( \( \. K9 g: M/ z: a铸铁中加入少量的Ni可改善其对壁厚的敏感性，Ni是促进铁素体的元素，约在5%（质量比）以上，即出现马氏体。再增加Mn含量则析出贝氏体。Ni含量调到3%、铸态下球状石墨周围残存有铁素体，在其周围为珠光体。此时，特别是距石墨远的部分，组织变成细微的珠光体，而提高了强度，铁素体的存在可以确保适当的延性，而成为高强度、高延性，也就是由于Ni的铁素体的促进作用，Mn则促进粒界偏析而生成细微的珠光体，从而使基体复合化，是此项合金的特点。
2 @0 C9 q. r/ _4 ~! l
由于冷却条件是铸态的，壁厚受到限制，抗拉强度800Mpa、伸长率10%时，冷却速度约在0.1-1.0℃/sec范围，也就是壁厚在7mm-90mm左右，很多汽车、电力机械的部件都可包括在内。 (待续)

呼啸

日本素形材杂志每年的第一期都专门介绍上一年的新技术发展，称之为"杂志上的新素形材展览"。2002年铸造方面共介绍了22种，其中有2种获得了政府及有关部门的奖赏，前期《铸造纵横》上已经介绍了2种。现再将其余18种的情况简介如下：
一．利用铸铁特性制成的高音质扬声器
4 ^' I* z# S6 K' q- \5 t扬声器的构成主要有：扩声部分、电路和外壳。特别是在外壳方面，为了彻底控制其达到不振动，利用了下述三种铸铁。
, @* @, e* ~, G- t7 G) [◆ 高碳片状石墨铸铁。石墨含量高，且石墨片长的铸铁。
; G& m* [' t6 ~/ {◆ 共晶石墨铸铁。用连续铸造法制造的共晶石墨铸件，从内部到外部都具有细密组织。
. U1 U: y: @  Z% f4 w  R, C3 N◆ 铸铁粉。铸件抛丸清理的废弃物。
$ P5 J) e8 e. q5 q外壳部分用铸铁制成的部件有三项：
  N! V% }3 [2 _3 P$ T7 ~1．安装低音喇叭用的铸铁环。
在喇叭与前板之间装高碳片状石墨铸铁环，既提高刚性又可减振。
+ ~. c# Z, x6 v. J9 e! `2．铸铁制竖振子和铸铁制减振杆，在项板
3 y  V/ r% T- l8 T9 T/ F上装共晶石墨铸铁棒形振子，并用减振杆固定前板、侧板和里板。
3．铸铁粉夹层板。
6 m5 G" W6 V& e; e/ H5 {* S  M将铸铁粉制成片状夹在两配线板之间。 由于在以上三种构造上下了功夫，抑制了外壳的有害共振，低音喇叭振动板忠实按输入信号动作，从而使低音分辨能力达到前所未有的水平。
! h, S2 g" o. ]' T二．大型矩形球铁隧道结构段
1 r" y, u- k1 Y' n3 M  b; g采用矩形断面的框架，与圆形断面框架相比，隧道内空间可以有效利用，掘土量也可以减少。但比圆形结构段的弯矩大，因而要求有高的强度，也会有由于形状复杂而致费用高的问题。为了解决这个问题，日本京都地铁东西线上首先采用了大型矩形断面框架结构段。隧道由无中柱的连接部分（57米）和有中柱的一般部分（703米）构成。一般部分采用球铁铸造的结构段。有中柱的矩形断面结构段，中柱与框架外围接连部有很大的弯矩。据此断面力来决定整体的断面是不经济的。
6 v& f1 T  D" b因此仅在中柱的结合部用抗弯曲强度高的波形断面，其他部位用经济的四柱梁断面。经过实物的环形载荷试验，弯矩、轴向力及变形分布等实测值与分析值基本相近，证明构造是安全的。

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-三．耐磨的高合金麻口细晶粒铸铁轧辊
5 n) W- Y! p$ d8 s# Z7 \----带材热轧机用的工作辊，前段到中段台架都可用耐磨性好的低合金钢轧辊。但后段台架用低合金钢轧辊就有可能发生事故的问题。现在也使用耐事故性好的高合金麻口细晶粒铸铁轧辊。为保持其耐事故性同时进一步提高其耐磨性和保持表面质量的能力，开发了新型的高合金麻口细晶粒铸铁轧辊。新型轧辊的金相组织（面积比）是：30-40%的渗碳体，2-5%的石墨，其余为硬度HV480-520的基体。
----新型轧辊中加入了原先高合金麻口细晶粒轧辊中没有、而低合金钢轧辊中含有的合金，并调整了化学成分。
----低合金钢中的合金，能和碳结合结晶出高硬度的MC型碳化物。另一部分固溶于基体中，强化基体。基体的硬度由原来的HV512提高到新开发的HV568，提高了11%。
----为提高耐磨性而添加的低合金钢中含有的合金，是白口形成元素，因而会阻碍石墨结晶析出，而石墨又是保持其耐事故所必需的，因此对成分进行了调整。
----新开发的轧辊（轧钢2000吨）与过去的轧辊（轧钢1250吨）轧钢后，对表面进行了检查，确认新开发轧辊的磨损比过去的轧辊要少。而且过去的轧辊表面粗造度为11.9μm，新产品为Rmax6.9μm,表面质量也有了改善。耐磨性用每磨损1mm的轧辊量来评价，新轧辊是过去轧辊的130‰。
: @# r0 I0 C! |( }2 X  g----四．可焊接、可热处理的薄壁压铸摩托车架
" l$ k+ m; r" v# q" j----摩托车的车架此前多是用板材、挤压的型材或者锻材制成的部件和重力铸造的铸件焊接组装构成的。但是，用板材和型材作出自由曲面受到一定的制约，重力铸造在大型化和薄壁化方面也受到限制。从车架设计方面说来，最好能作出理想的自由曲面，在强度上必要的部分厚一些，不必要的部分尽可能薄些，达到轻量、高刚性构造。因此，研究开发了薄壁大件也可成形，通过热处理可获得充分的强度和伸长率，而且可焊接组合的压铸件生产技术，并应用于摩托车车架。
----压铸是通过柱塞和缸体将铝液高速注入压型，能复制精度好的薄壁铸件而且成形效率高的铸造技术。不像板材、型材那样铸造后需要压伸、挤压等二次加工，压铸可以直接成形，从而可降低成本，能耗，对环境影响小。但是，一般压铸时，烙液中易于卷入空气和氧化物，制品中含气量高、缺陷多，进行T6热处理和焊接有困难。而且，薄壁部分凝固快，大型薄壁化时在填充性上也受到制约。针对上述问题采用了以下措施。
----1．压型密封和真空排气，压型内达到5Kpa程度的高真空时进行铸造，以抑制高速浇铸时卷入空气。
2 {- f5 W% o  N----2．控制压型温度，薄壁时提高铝液流动性，可成形大件。
----3．根据铸件的形状和壁厚，精确控制浇注速度，减少紊流。
----4．铝溶液净化处理，减少活塞一缸体间的润滑剂，以极力控制产品中混入不纯物质。
! I, \  p6 f: z/ m9 H" l----5．用计算机对流动、凝固进行模拟分析以取得最佳的压型设计方案。
' T# {3 O8 W( g  H2 w/ G* F+ {----采用以上措施后，压铸件的含气量在3ml/100g以下，与重力铸造的铸件相当，可进行T6热处理和焊接。一般铸件壁厚以2.5mm左右为界限，现在壁厚1.5mm的也可成形，最大尺寸可到1.5m。 （待续）