轿车的蠕墨铸铁发动机汽缸的最小壁厚是3.5 mm(一0.5,+1.O)。这是与普通灰口铁一样的,这也证明了,液态蠕墨铸铁具有足够好的流动性去浇注形状复杂的铸件。假设,蠕墨铸铁铸件的最小壁厚与普通灰口铁铸件一样(指砂型),蠕墨铸铁件重量的减轻不是在最小壁厚处。
工业电炉的应用:蠕墨铸铁设计方面的考虑。
(1)轿车的蠕墨铸铁发动机汽缸的最小壁厚是3.5 mm(一0.5,+1.O)。这是与普通灰口铁一样的,这也证明了,液态蠕墨铸铁具有足够好的流动性去浇注形状复杂的铸件。假设,蠕墨铸铁铸件的最小壁厚与普通灰口铁铸件一样(指砂型),蠕墨铸铁件重量的减轻不是在最小壁厚处。对蠕墨铸铁缸体而言是要重新设计重负荷处的壁厚。例如,降低重负荷处的壁厚由20 mm到15 mm,重量将会大幅的降低,同时又不影响铸造工艺。相反,降低冷却水壁厚从3.5 mm到3.0 mm,可能就超出了工艺能力并也只能少许降低重量。所以蠕墨铸铁的高强度提供给设计者们去降低发动机重量的着重点应在降低重负荷处的厚壁,同时又不超出铸造工艺可造型的极限。虽然每公斤重量的降低都是重要的,壁厚处和壁薄处都应考虑,但是由蠕墨铸铁强度的提高所提供的有效重量降低的潜力应是在壁厚处厚度的降低。
(2)在选用灰口铁或球墨铸铁时,设计工程师们知道,均匀一致的石墨形状对维持力学强度是至关重要的。对灰口铁而言,恶化的石墨形状,例如D-型石墨的存在,可降低灰口铁的力学性能达20%~25%。在球墨铸铁中,蟹脚状石墨或爆破状石墨的存在也降低它的强度和刚度。由于以上的经验,设计者们也会倾向于设定蠕墨铸铁应有均匀一致的石墨结构。但是,当0%-20%球化率被要求在关键部位以优化可铸性、导热性和可加工性时,在非关键部位有较高的球化率将会是有利的。蠕墨铸铁在快速冷却的部位倾向于有较高的球化率,在非关键部位的薄壁处(约小于5 mm)的球化率可高达50%。这些非关键的薄壁部位没有热负荷,不需过多的加工,较高的球化率只增加了铸件的强度、刚度和塑性。因而蠕墨铸铁铸件的微观结构要求,应着重在铸件工作的关键部位,例如气缸内径壁和热负荷部位,并尽可能地利用薄壁部位处高球化率带来的有利因素。
(3)为克服普通灰口铁由于热疲劳而导致的损坏,通常都采用增加材料以提高它的强度和刚性。与灰口铁比较,蠕墨铸铁有较低的导热系数,如套用现成的灰口铁发动机设计,那么在相同的部位,蠕墨铸铁部件会有较高的热应力负荷。假如蠕墨铸铁部件由于热负荷过高而损坏,特别是在套用现有的灰口铁部件设计的情况,解决此类问题的方法不是增加、而是降低壁厚以提高热传导性能。另外,优化冷却水通道并使其尽可能地靠近热源以达到最佳的冷却效果也是重要的。总的效果是,蠕墨铸铁强度的增加大于其带来的热负荷增加,即强度增加的正面效果不仅抵消了热负荷增加的负面效果,还能进一步降低重量和延长发动机寿命。在有些情况下,正如上面所提到的,需优化和改进冷却水通道的设计,包括降低壁厚和靠近热源。
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