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国家标准《蠕墨铸铁件》解读
发布时间:
2013-05-28 00:00
来源:
(山东省淄博蠕墨铸铁股份有限公司,山东淄博256401)
1 标准的概况
我国是世界上生产应用蠕墨铸铁最早的国家之一,是生产应用蠕墨铸铁的大国。早在20世纪80 年代制定了JB/T 4403-1987《蠕墨铸铁件》行业标准,并于1999 年进行了修订。此外,铁道部于20 世纪90 年代制定了TB/T 2444-1993《铁道机车车辆用蠕墨铸铁件通用技术条件》行业标准。截止GB/T 26655-2011《蠕墨铸铁件》以前,一直没有国家标准。随着蠕墨铸铁生产技术的不断进步,国外工业发达国家都制定了蠕墨铸铁国家标准,并陆续将蠕墨铸铁作为一种材质在汽车内燃机等重要零件上得到了广泛的应用。除了美国SAE J1887 - 2002 标准中两个牌号(C300HN、C500HN)蠕化率为50%~80%外,美国ASTM A842 - 2004、德国W50 - 2002、国际标准ISO 16112: 2006 以及欧洲等国外标准要求的蠕化率均为≥80%。
国外标准大多以蠕墨铸铁在汽车及内燃机上的应用为基础,而标准的实施又极大地促进了蠕墨铸铁在汽车及内燃机上的应用。同时,也极大地促进了蠕墨铸铁生产技术的进步。2005 年以前,宝马汽车公司(BMW)、戴姆勒一克莱斯勒汽车公司(Daimler Chrysler)、达夫公司(DAF)就分别用蠕墨铸铁批量生产了V8 柴油发动机缸体、12 升排量的8 缸发动机缸体、功率为390KW 的6 缸发动机缸体。弗里茨一维特公司( Fritz Winter)年产3 万吨发动机薄壁蠕墨铸铁缸体,德国阿乌哥斯特·坎泼公司(August Kuepper GmbH)年产3 万吨蠕墨铸铁排气管与增压器壳体。美国福特公司( Ford)与辛特( Sinter Cast)合作,1999 年在巴西已生产出10 万个蠕墨铸铁V6 缸体。瑞典达劳斯(Daros)活塞环厂选用蠕墨铸铁生产活塞环。在这方面,我国落在了后面。因此,制定《蠕墨铸铁件》国家标准,是提升我国蠕墨铸铁技术水平及扩大应用领域的迫切需要,也是与国际标准接轨的需要。
2 标准的主要内容
本标准修改采用ISO 16112: 2006《蠕墨铸铁分类》,参考了美国ASTM A842 - 2004、美国汽车工程师学会SAE J1887 - 2002 及欧洲相关标准的有关内容。同时,在标准的编制过程中,结合我国国情,参考国外其他先进标准,增加了与铸件生产和贸易的相关内容,以适应市场的需要。
2.1 牌号
根据单铸或附铸试块的最小抗拉强度、屈服强度、伸长率等技术指标,规定了5 个牌号。
2.2 与ISO 16112:2006 的技术性差异
(1)在表l、表2 每个牌号前增加了基体组织的内容;
(2)增加了7.6~7.10 条;
(3)增加了第11~13 章的内容,提高了标准的实用性;
(4)删除了资料性附录B“蠕墨铸铁球化率的测定”;
(5)删除了资料性附录E“蠕墨铸铁ISO 16112 中的牌号与其他标准相似的牌号的对照”;
(6)删除了ISO 16112:2006 中重复性的表述。
2.3 力学性能
单铸试样与附铸试样的力学性能见表l、表2。
标准充分考虑了铸件的壁厚对附铸试块力学性能的影响,更符合生产实际。
当蠕化率≥90%时,RuT450 与RuT500 铸态不添加促进珠光体合金元素条件下达到所规定的力学性能有一定的困难。建议添加促进珠光体合金元素或正火、回火热处理。特别是RuT500 既添加合金元素,同时又进行正火、回火及热处理。
2.4 附录
ISO 16112: 2006 资料性附录A“蠕墨铸铁力学和物理性能”详细列举了蠕墨铸铁的物理性能和力学性能。同时,列出了温度对这些性能的影响,给设计人员提供了参考依据。
布氏硬度(指导值)仅供参考。
采用附铸试块时,牌号后加字母“A”。
从附铸试样测得的力学性能并不能准确地反映铸件本体的力学性能,但与单铸试棒上测得的值相比更接近于铸件的实际性能值。
力学性能随铸件结构(形状)和冷却条件而变化,随铸件断面厚度增加而相应降低。布氏硬度值仅供参考。
随着工业的发展,对蠕墨铸铁机加工性能的要求越来越严格。主要包括:切削速度、刀具寿命、机加工的尺寸及形位公差精度。因此,增加ISO 16112:2006 资料性附录B“工艺因素对蠕墨铸铁机加工性能的影响”,以引起铸造工程技术人员的注意。增补了ISO 16112:2006 资料性附录C“蠕墨铸铁的性能特点和典型应用”。
3 标准的特点
3.1 牌号设置的区别
考虑到单铸试块与附铸试块的结晶及冷却条件对力学性能的影响,GB/T 26655-2011 将蠕墨铸铁的牌号分为单铸试块力学性能与附铸试块力学性能。对附铸试块尺寸与铸件壁厚的关系以及铸件壁厚与力学性能的关系作了界定。这样的变化更符合实际铸件的情况,更合理。牌号的力学性能数值与ISO 16112:2006 相统一,便于国际交流。
3.2 蠕化率的设置
包括ISO 16112: 2006 在内的欧美国家标准中大多将蠕墨铸铁的蠕化率定为≥80%。本标准也将蠕墨铸铁的蠕化率定在≥80%,而且明确规定其余20%为球状石墨或团状石墨,不允许有片状石墨。在标准的调研过程中,大多数汽车零部件生产厂及科研单位都认为出现片状石墨,其铸件的力学性能明显下降。试验验证的结果也证明这一点。80%蠕化率是争议最大的指标。定80%的蠕化率是与国际接轨的要求,也是蠕墨铸铁在内燃机零部件上推广应用的需要。实践证明,随着近几年蠕墨铸铁生产技术的引进、开发,
蠕化率达到80%是完全可以实现的。但是,考虑到国际标准中所说的蠕化率指的是蠕墨铸铁的蠕化率,而GB/T 26655-2011 所说的蠕化率指的是蠕墨铸铁件。具体到铸件随着壁厚的差别及用途的不同,其蠕化率也是不同的。因此,本标准规定“由于铸件的复杂性,蠕墨铸铁件应根据工况、服役条件,由供需双方商定蠕化率(≥50%)”。
3.3 力学性能的提高
与JB/T 4403-1999 相比,GB/T 26655-2011 普遍将每个牌号的力学性能提高了40~80MPa,是否符合中国国情?为此,起草小组进行了充分的试验验证和广泛的调研。试验结果为:在极端蠕化率(≥95%)条件下,合理设计化学成分与原材料质量,是完全可以达到力学性能的,而且重现性很好。
4 标准的应用
随着国际标准及欧美各国标准的发布,截止2005 年,欧美发达国家已逐步将蠕墨铸铁广泛应用到汽车发动机缸体、缸盖、排气管、活塞、活塞环等领域,而且形成了大批量的生产能力。由于汽车发动机的需要,蠕墨铸铁件稳定而可靠的蠕化率生产技术、高蠕化率(≥80%)薄壁蠕墨铸铁件(2~5mm)生产技术,在欧美国家早已成熟稳定。而我国近几年刚刚起步,蠕墨铸铁生产技术已经落在了后面。
本标准既与ISO 16112:2006 接轨,又充分考虑了中国国情,实用性强。它的发布实施,必将推动我国蠕墨铸铁的开发应用和技术水平的提高,也为蠕墨铸铁生产技术的国际交流奠定了基础。本标准推荐了蠕墨铸铁的性能特点和典型应用,见表3。
4.1 焦炉护炉铁件(炉门、炉框、保护板)上的应用
由于蠕墨铸铁导热性优于球墨铸铁,在冷热交变应力条件下体积稳定性优于球墨铸铁,抗热疲劳强度大大优于灰铸铁(见图1)。用蠕墨铸铁制作焦炉护炉铁件是最佳选择。
实践证明,用蠕墨铸铁制造焦炉护炉铁件,其寿命比耐热灰铸铁提高1~2 倍,比球墨铸铁提高50%。
4.2 钢锭模上的应用
随着钢铁行业连铸连轧短流程的普及,钢锭模的需求量急剧减少。目前,只有特钢及锻造厂需要钢锭,钢锭模的用量可想而知。根据冷却方式(水冷、风冷)的不同,国外及国内大多数大型钢铁企业选用球墨铸铁材质的钢锭模,以及用高炉铁液直接浇注的灰铸铁钢锭模,也有部分企业采用蠕墨铸铁钢锭模。
4.3 铝锭模、玻璃模具上的应用
由于铝锭模、玻璃模具这两种模具要求导热性以及抗热疲劳性能要好。因此,部分企业开始采用蠕墨铸铁材质,其模具寿命较灰铸铁可提高近1 倍左右。但其化学成分要适当调整,严格控制组织偏析。
4.4 铁路机车、风电、汽车等制动系统上的应用
制动系统对铸铁材质的要求是:导热性好、具备一定的力学性能,特别是抗热疲劳性能与耐磨性能要好。由于蠕墨铸铁在这些方面性能优良(如表4、图2、图3 所示),在制动系统上的推广应用正在迅速增加。
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