[00724700]铸铁绿色制造关键技术体系构建与控性控形高爆压内燃机曲轴产业化

我国是世界第一铸造大国，但不是铸造强国。2017年我国铸铁件总产量3600万吨，消耗生铁原料约2800万吨。生铁冶炼资源消耗大、排放污染重，是社会强烈关注的突出问题：我国现有铸铁性能低，难以满足现代装备重载荷、轻量化技术要求，铸件成形精度与发达国家差距大，构成了我国铸造业可持续发展的瓶颈性难题。 该项目以体现铸铁综合性能水平的内燃机曲轴为突破口，开发了废杂钢熔制铸铁控制技术，实现了原料绿色化；开发了合金化动态控制技术，发明了TR905高性能球铁，大幅提高了机械性能；开发了精准控形技术，提升了铸件精度、减少了物料消耗。构建了铸铁绿色制造关键技术体系，同时实现了控性控形高爆压内燃机曲轴产业化，推动了我国铸造行业技术进步。其主要科技创新如下： 1、创新开发了废杂钢熔制低硫磷铸铁控制技术首次揭示了结晶温度与碳变量关系的规律，发明了初晶与共晶温差调控方法；开发了碳化硅基复合预处理变质剂，解决了废杂钢中强碳化物形成元素多且杂，熔制铸铁极易产生碳化物且致密性差的难题。从而构建了废杂钢完全代替生铁熔制高品质铸铁绿色生产体系，为完成国家中长期科技发展规划中“废弃物再资源化的可循环钢铁流程”任务起到了引领示范作用。 2、发明了TR905高性能球铁。创新开发了原铁水合金化控制技术，实现了铜由定量添加到动态调控的突破，解决了废杂钢中合金元素含量差异大，合金化难以控制的难题；开发的锰镁系无稀土球化剂，减少了石墨畸变与夹杂。TR905球铁比传统最高牌号珠光体球铁塑性指标高150%、韧性高60%；疲劳极限比45钢及SAE1548钢分别高50%和17%，实现了以低消耗、低密度的球铁代替锻钢制造高爆压内燃机曲轴。首次提出并制定曲轴扭转疲劳试验方法与标准，为材料应用提供了可靠判据。 3、创新开发了工件精准控形技术。针对近净成形技术水平与发达国家差距大的现状，发明了镶嵌式分型与锥度辐射拔模集成铸造技术，使铸件加工余量减小51%，飞边减小57%，打磨量减少74%；针对轴类零件因变形超差导致大量报废的难题，开发了完全压应力矫正技术，使变形可控于0.1mm/m以下，且疲劳强度提髙7%以上。实现了工件精准控形，大幅减少了物料消耗。 该项目已获授权发明专利11项，制修订国家标准2项、行业标准2项、企业标准15项。该项目制定的企业标准被国际巨头康明斯、卡特彼勒等效采用，提高了我国该领域的国际影响力。项目鉴定认为技术达到国际领先水平。 该项目开发的TR905球铁曲轴已在国内外十余家企业应用，其中潍柴、锡柴、康明斯等著名发动机厂为独家配套；开发的承载结构件批量应用于卡特彼勒、博世、戴姆勒、格林策巴赫等国际一流企业的高端装备；相关技术已推广至烟台冰轮等4家企业。近三年完成单位新增销售收入21.38亿元，利润2.9亿元；其他应用单位新增销售收入15.83亿元，利润1.63亿元。完全取消生铁，年减少原煤消耗约3.9万吨、废气约10万吨、废渣约2.8万吨。项目技术获山东省科技进步一等奖、中国机械工业科学技术一等奖、中国机械工程学会第七届绿色制造科学技术进步一等奖。