缸體、缸蓋是汽車中尺寸大、形狀復(fù)雜、技術(shù)要求高的零件,缸體、缸蓋鑄件的質(zhì)量綜合反映了鑄造廠的工藝技術(shù)水平、管理水平和人員素質(zhì)?，F(xiàn)在汽車設(shè)計(jì)上力求降低單位功率重量,降低燃油消耗,提高使用的經(jīng)濟(jì)性,因此,缸體、缸蓋等鑄件在保證強(qiáng)度、剛度的前提下,力求減小壁厚,降低重量。與此同時(shí),對(duì)這類鑄件在尺寸精度、表面粗糙度、內(nèi)腔清潔度、材料性能、內(nèi)在質(zhì)量、材料均勻性與尺寸穩(wěn)定性等方面提出一系列的要求[1]。如要求材料:有足夠強(qiáng)度、剛度和致密性;要求材料輕量化,有盡量高的功率比;形狀準(zhǔn)確,尺寸精度高;鑄件內(nèi)外表面光潔;有良好的加工性能等。

1原材料質(zhì)量控制

原材料質(zhì)量取決于原材料中的微量元素含量。鑄鐵中的微量元素主要來(lái)自生鐵和廢鋼,生鐵一定要用高品質(zhì)的生鐵,廢鋼一定要用碳素鋼,嚴(yán)禁混入合金鋼。由于生鐵的加入量較大,生鐵質(zhì)量的好壞對(duì)鑄件質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。我國(guó)好的生鐵產(chǎn)自本溪礦脈。但由于資源有限,現(xiàn)在生產(chǎn)的生鐵中加入了一部分其他礦石,某些微量元素的含量比以前高了許多。由于微量元素累積到一定程度會(huì)使鑄鐵產(chǎn)生不良的石墨組織并影響基體組織,有時(shí)候產(chǎn)生的影響是致命的,因此有必要了解各種微量元素的特點(diǎn)。微量元素的影響可分為三大方面,一是對(duì)石墨的影響,如鉛會(huì)嚴(yán)重惡化石墨形態(tài);二是對(duì)基體組織的影響,如釩會(huì)促進(jìn)產(chǎn)生大量的索氏體,惡化切削性能;三是對(duì)夾雜物的影響,如鈦可形成鈦化物顆粒,對(duì)切削性能產(chǎn)生影響。

2高強(qiáng)度灰鑄鐵的熔煉

2.1熔煉方式的選擇

因鐵水中碳的獲得方式不同,會(huì)對(duì)石墨的形態(tài)和分布產(chǎn)生根本影響。獲得高品質(zhì)的石墨是生產(chǎn)高品質(zhì)灰鑄鐵關(guān)鍵的技術(shù)。一切工藝措施都應(yīng)該圍繞這個(gè)目標(biāo)。國(guó)產(chǎn)化的灰鑄鐵材質(zhì)與國(guó)外的主要差距表現(xiàn)為石墨形態(tài),產(chǎn)生這種差距有許多深層次的原因,根本的原因是鐵水中碳的獲得方式不同。碳的獲得方式有兩種,一種是通過(guò)多加生鐵獲得;另一種是通過(guò)鐵水滲碳獲得。這兩種方式對(duì)灰鑄鐵的性能都產(chǎn)生巨大的影響,即同樣的鐵水化學(xué)成分,性能會(huì)相差1～2個(gè)牌號(hào)。鐵水中的碳如果是通過(guò)滲碳獲得,則石墨的形態(tài)好,分布均勻,大小適中;鐵水中的碳如果是通過(guò)多加生鐵獲得,則石墨的形態(tài)差,常會(huì)產(chǎn)生一些粗大的石墨,也就是所說(shuō)的生鐵遺傳性。

2.2熔煉溫度控制

在相同條件下鐵液溫度對(duì)質(zhì)量有很大的影響。鐵液溫度的提高,主要受益的是鐵液純凈度改變,同時(shí)也改變了組織結(jié)構(gòu)。但并非溫度越高越好,溫度過(guò)高,燒損也嚴(yán)重,C及Si的高濃度微區(qū)也會(huì)減少,容易形成枝晶骨架和異型石墨,所以鐵液應(yīng)保留部分過(guò)飽和的氧,有利孕育效果的加強(qiáng),一般控制在1500～1550℃出爐為宜。

3鐵水澆注溫度和冷卻速度

控制澆注溫度,一方面是保留有好的充型性,更重要是使鐵液在型內(nèi)的均勻性提高,以降低冷卻速度、減少過(guò)冷度、盡量使型內(nèi)鐵液冷卻一致,從而達(dá)到組織均勻和硬度均勻的要求,也是提高鑄鐵品質(zhì)系數(shù)(即相對(duì)強(qiáng)度與相對(duì)硬度之比)的重要措施。缸體、缸蓋零件的澆注溫度規(guī)定為1380～1440℃(快速熱電偶測(cè)溫),澆注溫度過(guò)高收縮增加,容易產(chǎn)生縮孔與縮松,溫度過(guò)低,則容易產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺陷,使鑄件內(nèi)部組織的不均勻性增加。

4高強(qiáng)度灰鑄鐵的合金化

合金化的主要作用是提高鑄件材質(zhì)的強(qiáng)度和硬度。但合金化對(duì)石墨形態(tài)也是有影響的,許多人忽視了這方面的影響。銅是生產(chǎn)灰鑄鐵常加入的合金元素,主要原因是由于銅熔點(diǎn)低,易熔解,合金化效果好,不增加鐵水的白口傾向。因此,許多人認(rèn)為多加銅不會(huì)產(chǎn)生危害性。但這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。銅的適宜加入量為0.2%～0.4%。大量地加銅,同時(shí)又加入錫和鉻的做法對(duì)切削性能是有害的,它會(huì)促使基體組織中產(chǎn)生大量的索氏體組織。鈦在鐵水中與氮、碳的親合力強(qiáng),容易形成氮化鈦或碳化鈦顆粒,一定數(shù)量的氮化鈦或碳化鈦顆粒分散分布在基體中,可提高缸體的耐磨性,但鈦化物數(shù)量過(guò)多,對(duì)加工性能不利,尤其是對(duì)精鏜、珩磨危害性大,因此必須加以限制?？刂柒伒暮?/span>,一般是將鈦含量控制在工藝要求的下限,即0.03%～0.05%。鈦含量過(guò)多,會(huì)使石墨過(guò)冷,容易產(chǎn)生大量E型過(guò)冷石墨,所以鈦含量一定要控制在下限,并采取有效的孕育措施,消除過(guò)冷石墨的影響。鈦的燒損嚴(yán)重,往鐵水中直接加入鈦鐵時(shí),鈦的吸收率不穩(wěn)定,成分難以控制,所以應(yīng)將其做成中間合金加入到鐵水中。

5高強(qiáng)度灰鑄鐵的孕育技術(shù)

近幾年,我們國(guó)家開發(fā)了多種以75SiFe為基礎(chǔ)的孕育劑,滿足了不同類型鑄件特別是薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件的要求:

(1) 含鋇孕育劑。鋇在改善鑄件壁厚敏感性和提高抗衰退能力方面有顯著效果,即具有長(zhǎng)效性。

(2) 含稀土孕育劑。少量稀土能提高孕育效果,有顯著減小白口傾向的作用,減慢衰退速度。但加入量不宜過(guò)大,否則會(huì)使白口傾向增大。如與鈣、鋇復(fù)合使用,則其白口傾向減小,過(guò)冷石墨減少,具有長(zhǎng)效功能,是生產(chǎn)薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵較好的孕育劑。

(3) 含鍶孕育劑。能使厚斷面出現(xiàn)的縮孔、縮松減少,薄斷面能顯著消除白口,衰退慢。

(4) 含鋯孕育劑。加鋯可提高抗衰退能力,有利于消除鑄件中的氣孔,減小白口傾向。

不同的孕育劑有其不同的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于壁厚不均勻高強(qiáng)度灰鑄鐵件,諸如缸體和缸蓋,傳統(tǒng)的孕育劑已不能滿足要求。這些復(fù)合孕育劑在克服斷面敏感性、改善石墨類型、提高強(qiáng)度等方面均有相當(dāng)?shù)男Ч?/span>

6結(jié)論

鑄造是制造業(yè)的重要基礎(chǔ),灰鑄鐵件在機(jī)械產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的比重,展望21世紀(jì),鑄造業(yè)必將經(jīng)歷迅速的發(fā)展。開展多學(xué)科的綜合研究,積極推進(jìn)鑄鐵高強(qiáng)化、薄壁化技術(shù),是實(shí)現(xiàn)綠色集約化鑄造的重要組成部分。在對(duì)鑄鐵材質(zhì)質(zhì)量產(chǎn)生重大影響的五大方面的因素中,鑄鐵熔煉技術(shù)、原材料質(zhì)量、鑄型冷卻速度對(duì)鑄鐵材質(zhì)產(chǎn)生的影響是根本的。如果材質(zhì)方面產(chǎn)生的差距是由這幾方面的因素造成的,要想通過(guò)合金化工藝和孕育技術(shù)來(lái)彌補(bǔ),有時(shí)是不可能的。所以,在缸體、缸蓋等零件的鑄造生產(chǎn)中,必須提高和完善熔煉技術(shù)、原材料質(zhì)量等方面的控制,同時(shí)也必須注重新的合金元素、新型孕育劑及孕育工藝的研究和開發(fā)。