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汽车轻量化——铸铁

 野萌君

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随着高强度钢、轻质合金以及合成材料使用的增加,铸铁在汽车中的使用在下降。由于铸铁的密度较高(与钢一样高),因而不能为汽车轻量化提供优势。另外铸铁也是一种塑性较差的材料。人们之所以长时间使用铸铁,是因为铸铁的成本低、耐磨性好、减振以及优异的机械加工性能。

用于许多汽车结构件的铸铁都是球墨铸铁,它具有较高的屈服强度(275~625MPa)以及相对较高的塑性(伸长率2%~18%)。球墨铸铁的拉伸弹性模量是160~170GPa,比铝高。球墨铸铁可用于转向节、制动钳、凸轮轴和动力传动系统的其他许多部件。等温淬火球磨铸铁(ADI)是经过等温淬火热处理工艺产生的,与普通球墨铸铁相比,它具有较高的屈服强度(400~1200MPa)和较高的断裂韧度。等温淬火球墨铸铁的屈服强度-密度比高与铸造铝和锻造铝,这就是许多底盘和悬架部件选用等温淬火球墨铸铁的原因。

铸铁也常用于发动机上,最典型的是发动机缸体。铝合金缸体在汽车发动机上用的越来越多,但是灰铸铁仍是柴油机缸体的主要材料。但是随着发动机小型化以及气缸压力增高的趋势,精密石墨铸铁(CGI)的使用也越来越多,逐渐代替灰铸铁。紧密石墨铸铁中的石墨颗粒像蠕虫形状,而灰铸铁中的石墨是片状的,球磨铸铁中的石墨是球形的,因此紧密石墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,紧密石墨铸铁的抗拉强度比灰铸铁高1.5~2.0倍,紧密石墨铸铁的拉伸弹性模量为150GPa,灰铸铁的拉伸弹性模量是105GPa。紧密石墨铸铁的导热系数为38W/m·K,灰铸铁的导热系数为48W/m·K。由于具有更高的强度、更大的拉伸弹性模量和更低的导热系数,紧密石墨铸铁气缸体就可以设计的比灰铸铁气缸体壁厚更薄。

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