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2016-7-25 閱讀(4254)
中小型乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)灰鑄鐵汽缸體（汽缸蓋）常見(jiàn)缺陷與對(duì)策淺析概 述
改革開(kāi)放后近十年來(lái)，我國(guó)的汽車(chē)制造工業(yè)得到了飛速發(fā)展，許多汽車(chē)品牌，幾乎與發(fā)達(dá)國(guó)家同步推出面世，與之相適應(yīng)的汽車(chē)發(fā)運(yùn)機(jī)制造業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，其中發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造的水平也得到了極大的提高，無(wú)論鑄造產(chǎn)量還是鑄件技術(shù)要求及鑄件質(zhì)量，都有基本上滿(mǎn)足了現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)日益提高的要求。
以中小型 乘用發(fā)動(dòng)機(jī)主要鑄件汽缸體（汽缸蓋）生產(chǎn)為例，眾多汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造企業(yè)都有采用了粘土砂高壓造型（少數(shù)為自硬樹(shù)脂砂造型），制芯則普遍采用覆膜砂熱芯或冷芯工藝，而在熔煉方面大都采用雙聯(lián)熔煉或電爐熔煉，所生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)均為高強(qiáng)度薄壁鐵件。許多廠家為滿(mǎn)足高強(qiáng)度薄壁鑄鐵件的工藝要求，紛紛引進(jìn)*的工藝技術(shù)裝備，如混砂機(jī)，高壓造型線，高度自動(dòng)化的制芯中心，強(qiáng)力拋丸設(shè)備，大多采用整體浸涂，烘干，并且自動(dòng)下芯。在過(guò)程質(zhì)量控制方面，許多企業(yè)實(shí)現(xiàn)了在線檢測(cè)與控制，如配備了型砂性能在線檢測(cè)，熱分析法鐵水質(zhì)量檢測(cè)與判斷裝置，真空直讀光譜議快速檢測(cè)。清潔度檢查的工業(yè)內(nèi)窺鏡等。相當(dāng)一部分企業(yè)還在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面應(yīng)用了計(jì)算機(jī)模式擬技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，就硬件配件而言，我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造水平絲毫不亞于當(dāng)今世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，一句話，具備了現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)條件。（為敘述方便，以下稱(chēng)上述框架內(nèi)容的生產(chǎn)條件為現(xiàn)代生產(chǎn)條件。）
然而應(yīng)該承認(rèn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與產(chǎn)品質(zhì)量以及鑄件所能達(dá)到的技術(shù)要求方面，我們與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大的差距。提高生產(chǎn)質(zhì)量，減少?gòu)U品損失，是縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家差距，發(fā)揮引進(jìn)設(shè)備效能，提高企業(yè)效益的重要途徑。本文試圖就我國(guó)鑄造企業(yè)在現(xiàn)代鑄造條件下，中小型乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)灰鑄鐵汽缸體（汽缸蓋）鑄件生產(chǎn)中常見(jiàn)的鑄造缺陷與對(duì)策，與廣大業(yè)界同仁作一交流。
1氣孔
氣孔通常是汽缸體鑄件zui常見(jiàn)缺陷，往往占鑄件廢品的*。如何防止氣孔，是鑄造工作者一個(gè)*的課題。
汽缸體的氣孔多見(jiàn)于上型 面的水套區(qū)域?qū)?yīng)的外表面（含缸蓋面周邊），例如出氣針底部（這時(shí)冒起的氣針較短）或凸起的筋條部。以及缸筒加工后的內(nèi)表面。嚴(yán)重時(shí)由于型 芯的發(fā)氣量大而又未能充分排氣，使上型面產(chǎn)生嗆火現(xiàn)象，導(dǎo)致大面積孔洞與無(wú)規(guī)律的砂眼。
在現(xiàn)代生產(chǎn)條件下，反應(yīng)性氣孔與析出性氣孔較為少見(jiàn)，較為多見(jiàn)的是侵入性氣孔?，F(xiàn)對(duì)侵入性氣孔分析出如下：
1.1原因
1.1.1 型腔排氣不充分,排氣系統(tǒng)總載面積偏小。
1.1.2澆注溫度較低。
1.1.3澆注速度太慢;,鐵液充型不平穩(wěn),有氣體卷入。
1.1.4砂型水份偏高;砂型內(nèi)灰分含量高,砂型透氣性差 。
1.1.5對(duì)于干式氣缸套結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī),水套砂芯工藝不當(dāng)(如未設(shè)置排氣系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)不完善；或因密封不嚴(yán)，使?jié)沧r(shí)鐵水鉆入排氣通道而堵死排氣道；砂芯砂粒偏細(xì)，透氣不良；上涂料后未充分干燥；砂芯砂與涂料發(fā)氣量太大，或發(fā)氣速度不當(dāng)，涂料的屏蔽性差……).經(jīng)驗(yàn)證明,干式缸套的缸體的氣孔缺陷,很大程度上與水套工藝因素相關(guān)連。
1.1.6孕育劑未經(jīng)干燥且粒度不當(dāng);鐵液未充分除渣,澆注時(shí)未擋渣,由此引起渣氣孔。
1.1.7澆注時(shí)未及時(shí)引火
1.2對(duì)策
1.2.1模型上較高部位設(shè)置數(shù)量足夠,截面恰當(dāng)?shù)某鰵忉樆蚺艢馄?而芯頭部位設(shè)置排氣空腔.上述排氣系統(tǒng)均應(yīng)將氣體引至型外。通常排氣截面為應(yīng)內(nèi)澆道總截面積1.5~1.8倍左右。
1.2.2澆注系統(tǒng)按半開(kāi)放半封閉原則設(shè)置為宜,且須具有一定的攔渣功能,這樣鐵液充型時(shí)比較平穩(wěn),不會(huì)充擊鑄型或產(chǎn)生飛測(cè)或卷入氣體.而澆注系統(tǒng)的截面大小以8~10kg/S的澆注速度來(lái)計(jì)算較為適宜。
1.2.3鐵液的熔煉溫度應(yīng)不低于1500°C,而手工澆注時(shí)末箱的澆注溫度應(yīng)控制在1400°C左右(視鑄件大小與壁厚可適當(dāng)調(diào)整).能采用自動(dòng)工澆注,澆注溫度誤差應(yīng)在20°C以?xún)?nèi)。
1.2.4一個(gè)好的適于高壓造型的砂處理系統(tǒng),型砂水分應(yīng)在控制在2.8-3.2%,其實(shí)的緊實(shí)率應(yīng)在36～42之間，而濕壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)180～220kpa(均指在造型機(jī)處取樣檢測(cè)).為達(dá)這些指標(biāo),需監(jiān)控型砂的灰份,輔助材料的添加量,合適的原砂粒度,循環(huán)砂的溫度及混砂效率。
1.2.5注意做好鐵液去渣,澆注時(shí)擋渣引火以及孕育劑的干燥等工作。
1.2.6對(duì)于干式氣缸套結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體,至關(guān)重要的是要有非常完善到位的水套砂芯工藝：
a 、水套坭芯用砂的平均細(xì)度較之其他砂芯要粗一些，以求有良好的透氣性。
b、設(shè)置充分的互相連通的排氣孔網(wǎng)并使之能排出型外，這些孔網(wǎng)盡可能在制芯時(shí)生成，亦可在成型后鉆加工形成 。對(duì)于前者要定期監(jiān)控檢查孔網(wǎng)是否暢通（當(dāng)心部芯砂固化不良時(shí)易將孔網(wǎng)堵塞）。
c、對(duì)砂芯砂性能要綜合考慮，不能片面追求強(qiáng)度。當(dāng)強(qiáng)度太高時(shí)，勢(shì)必要增大樹(shù)脂用量，從面使芯砂發(fā)氣量太高；而當(dāng)水套芯的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜纖薄砂厚不均勻，且以能開(kāi)出排氣孔網(wǎng)時(shí)，就要求砂芯有較高的強(qiáng)度，即使發(fā)氣量大些也無(wú)防。
d、當(dāng)水套芯有排氣孔網(wǎng)時(shí)，涂料要有較好的屏蔽性；當(dāng)水套芯截面不便設(shè)置排氣孔網(wǎng)時(shí)，涂料要有較好的透氣性，這時(shí)砂的粒度也應(yīng)更粗些。
e、當(dāng)水套芯布有排氣孔網(wǎng)時(shí)，且使用屏蔽性涂料時(shí)，在浸涂時(shí)要防止涂料液進(jìn)入排氣孔網(wǎng)，更要注意封火措施（可使用封火墊片材料），以免澆注時(shí)鐵水進(jìn)入排氣孔網(wǎng)，把排氣道堵死；
f、涂料的發(fā)氣量要低，且施涂后一定要充分干燥。
一個(gè)成熟的水套芯工藝，可以將缸筒加工后內(nèi)表面的氣孔廢品率控制在0.3%，甚至更低。
2.砂眼
砂眼也是氣缸體（氣缸蓋）鑄件的常見(jiàn)缺陷，多見(jiàn)于鑄件的上型 面，也有在缸筒的內(nèi)表面經(jīng)加工后暴露出來(lái)的。
2.1 原因
2.1.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。
2.1.2型砂系列化統(tǒng)管理不善，型砂性能欠佳。
2.1.3型腔不潔凈。
2.1.4砂芯表面狀況不良或是施涂與干燥不當(dāng)。
2.2 對(duì)策
2.2.1就澆注系統(tǒng)設(shè)置方面來(lái)說(shuō)，為避免或減少砂眼缺陷，應(yīng)注意以下事項(xiàng)；
a、要有合理的澆注速度。截面太小，則澆注速度太慢，鐵液上升速度太慢，上型受鐵液高溫烘烤時(shí)間長(zhǎng)，容易使型砂爆裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成片狀脫落。澆注系統(tǒng)的比例，應(yīng)使鐵液能平穩(wěn)注入，不得形成紊流或噴射。
b、盡量使鐵液流經(jīng)的整個(gè)通道在砂芯內(nèi)生成，通常坭芯砂（熱法覆膜砂或冷芯砂）較之外模粘土砂更耐高溫鐵液沖刷。而直澆道難以避免設(shè)置在外模的粘土砂砂型中通過(guò)，這時(shí)可在直澆口與橫澆口搭接處設(shè)置過(guò)濾器（是泡沫陶瓷質(zhì)），可以將鐵液在直澆道內(nèi)可能沖刷下來(lái)散砂和鐵液夾渣加以過(guò)濾，從而可減少砂眼和渣眼。
c、澆道是變截面的，因此變截面處應(yīng)盡可能圓滑光潔，避免形成易被鐵液沖垮的尖角砂。
d、澆道的截面比例宜采用半封閉半開(kāi)放型式，以降低鐵液進(jìn)入型腔時(shí)的流速與沖擊，而內(nèi)澆道位置應(yīng)盡可能避免直接沖擊型壁和型芯，且呈擴(kuò)張形為好。
2.2.2為防止鑄件的砂眼缺陷，型砂方面的主要措施是
a、是控制型砂中的微粉含量，型砂在反復(fù)使用中，微粉含量會(huì)越來(lái)越高，這會(huì)降低型砂的濕壓強(qiáng)度，水份及緊實(shí)率則會(huì)提高，使型砂發(fā)脆。
b、澆注時(shí)砂芯潰散后混入舊砂，未燃盡的殘留樹(shù)脂膜，會(huì)使型砂的韌性變差，產(chǎn)生砂眼的可能性也增大。為此需要改善型砂的表面穩(wěn)定性，降低脆性，提高韌性，方法是應(yīng)在型砂中增加適當(dāng)?shù)腶-淀粉，均可取得良好的效果，也可以在型腔表面施表面安定劑（噴灑）。
2.2.3 在造型、翻箱，特別是下芯、合箱等各環(huán)節(jié)容易將砂粒掉入型腔，而又未能清理干凈，極易造成鑄件砂眼缺陷。為此，一是要選取恰當(dāng)?shù)男绢^間隙和斜度并保證下芯和合箱的工裝精度，以免破壞砂型或損壞型芯而將砂粒散落在型腔內(nèi)；二是合箱前清理干凈型內(nèi)可能掉入的砂粒（抽吸法好于吹出法）。
2.2.4 不能忽視的是，砂芯的飛邊毛刺要清理干凈，上涂烘干后待用的砂芯表面的砂?；覊m也要吹凈，否則容易被鐵水沖刷并富集在鑄件某處形成砂眼。同時(shí)，需要強(qiáng)調(diào)的是，砂芯上涂不能太厚，優(yōu)其是當(dāng)工藝要求個(gè)別砂芯的個(gè)別部位或全部?jī)纱谓B涂料時(shí)，涂料不能太厚，且須等*次上涂料干燥到一定程度后才能上涂第二次，否則澆注時(shí)過(guò)厚的涂料會(huì)爆裂而形成夾砂（渣）。
3 脈紋（飛翔）
通常在鑄件的內(nèi)表面或熱節(jié)部位，如缸體缸蓋的水套腔內(nèi)，或是進(jìn)排氣道內(nèi)，由于澆注時(shí)高溫鐵液的作用，使砂芯硅砂發(fā)生相變膨脹引起砂芯表面產(chǎn)生裂縫，液體金屬滲入其中，從而導(dǎo)致鑄件形成飛翔狀凸起的缺陷，即"脈紋"。脈紋一旦出現(xiàn)，難以清理，當(dāng)水套腔內(nèi)有脈紋時(shí)，輕者會(huì)影響內(nèi)腔的清潔度，重者會(huì)影響冷卻水的流量，從而降低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效果，甚會(huì)引起"燒缸"，"拉缸"嚴(yán)重后果；當(dāng)氣道內(nèi)出現(xiàn)脈紋時(shí)，會(huì)影響氣道渦流特性，zui終影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)工作性能。 生產(chǎn)實(shí)殘證明，冷芯工藝產(chǎn)生脈紋的傾向要稍大于殼芯產(chǎn)生脈紋的傾向。
3.1 原因
3.1.1 如上所述，產(chǎn)生脈紋的根本原因是高溫鐵液作用于砂芯引起硅砂的膨脹裂紋。
3.1.2 砂芯材料不具備低膨脹的性能，或者其自身不能吸收這種受熱產(chǎn)生的膨脹。
3.1.3 砂芯的韌性或高溫強(qiáng)度不足以克服膨脹應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋.
3.1.4 所用材料不能低御砂芯在高溫下產(chǎn)生膨脹裂紋。
3.1.5 鐵液未能在砂芯產(chǎn)生裂紋前凝固結(jié)殼，從而預(yù)防脈紋產(chǎn)生。
3.2 對(duì)策
針對(duì)3.1所列產(chǎn)生脈紋的原因（或者說(shuō)脈紋形成的機(jī)理）。顯然應(yīng)采取以下措施；
3.2.1 在保證能得到健全鑄件而不產(chǎn)生氣孔等缺陷的鐵液充型溫度下，盡可能采取較低的澆注溫度以減輕砂芯受熱膨脹的程度；同時(shí)采用較快的澆注速度，以避免砂芯長(zhǎng)時(shí)間受到高溫烘烤可能產(chǎn)生的膨脹裂紋。
3.2.2 用于易產(chǎn)生脈紋砂芯(如水套芯，進(jìn)排氣道芯)的芯砂原砂預(yù)*行消除相變膨脹處理，或者在砂芯材料中添加一些輔助材料，降低砂芯材料的熱膨脹率；再就是原砂的顆粒組成以三篩或四篩級(jí)配,以求砂芯材料能自身吸收膨脹變型。
3.2.3 必要時(shí)，在砂芯材料中使用一定比例的非石英系列砂(如橄檻石砂，鋯英砂等)，*它們的膨脹率極小，第二其導(dǎo)熱性能好，使鐵液結(jié)殼時(shí)間早于砂芯相變膨脹開(kāi)裂時(shí)間。
3.2.4 提高砂芯材料的韌性和高溫強(qiáng)度。
3.2.5 使用強(qiáng)度、韌性?xún)?yōu)良，且導(dǎo)熱性能*的燒結(jié)型涂料，以增強(qiáng)砂芯表面抗膨脹裂紋的能力。
以上這些措施使用于冷芯砂，也使用于熱法覆模砂(殼型砂)。由此看出，預(yù)防或減少脈紋缺陷的主要措施是改善砂芯膨脹性能。
4 清潔度
現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)清潔度的要求非?？量?，對(duì)氣缸體(氣缸蓋)鑄件而言，水腔、油腔、挺桿室等到部位允許殘留的砂粒和異物，為數(shù)克(g)以?xún)?nèi)，許多企業(yè)盡管采取了二次拋丸、強(qiáng)力拋丸，甚至引進(jìn)了*的拋丸設(shè)備，如鼠籠或機(jī)械手拋丸，要*達(dá)到內(nèi)腔清潔度要求，仍然較為困難，無(wú)論是殼芯或是冷芯，情形均一樣。
4.1 原因
清潔度達(dá)不到要求，從根本上來(lái)說(shuō)是由于鑄件結(jié)構(gòu)方面的原因，上述各腔在拋丸時(shí)，因?yàn)槌錾翱籽凵俣?，鐵丸所能投射進(jìn)去的量有限，所以?xún)?nèi)腔的光潔度與清潔程度均不及鑄件的外表面，也不及曲軸箱和缸筒面等部位。在不能改變鑄件結(jié)構(gòu)的情況下，只能查找影響清潔度其他方面的原因。
4.1.1 砂芯表面狀況不良，如充填不緊實(shí)；砂芯表面粗糙；粘膜等。
4.1.2 施涂不當(dāng)，如涂料性能差，玻美度不合適，涂層厚度不夠等。
4.1.3 現(xiàn)有強(qiáng)力拋丸裝置對(duì)鑄件大部分內(nèi)外表層都能清理得很干凈，但對(duì)狹窄復(fù)雜的水腔、油腔仍顯不足。
4.2 對(duì)策
4.2.1 改善和提高砂芯表面的質(zhì)量狀況，如選用流動(dòng)性好的制芯材料(安息角<29°)；合理設(shè)置排氣塞并加以維護(hù)使其暢通；施用品質(zhì)好的脫模劑防止粘膜等，這些措施的目的是得到表面緊實(shí)致密的砂芯。
4.2.2 通常都要對(duì)坭芯施以涂料層。涂料玻美度要合適；涂料要有較強(qiáng)的滲透性；涂料要有一定的厚度(一般要達(dá)0.2mm)，涂層干燥后不能顯見(jiàn)砂粒為宜；選用的涂料防粘砂性能優(yōu)良，在澆注溫度下能在鑄件表面形成一低熔點(diǎn)的燒結(jié)層，而且在鑄件冷卻過(guò)程中因收縮率的不同能自動(dòng)剝離下來(lái)。
4.2.3 如3.0所述，要努力避免防止脈紋缺陷的產(chǎn)生。一旦出現(xiàn)脈紋，鑄件的內(nèi)腔清潔度情況就更加惡化。有關(guān)措施參見(jiàn)3.2。
4.2.4 對(duì)鑄件內(nèi)腔清理，國(guó)內(nèi)外的主流工藝方法是采用強(qiáng)力機(jī)械拋丸的方式，其形式有鼠籠拋丸，機(jī)械手夾持拋丸等。對(duì)這類(lèi)拋丸設(shè)備，要維護(hù)達(dá)到額外電流值，要調(diào)整*拋射角度，對(duì)后一種拋丸方式，還可對(duì)難以清理的內(nèi)腔將程序設(shè)置在*入射角度時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)拋射時(shí)間。
此外還有以下幾種改善和提高內(nèi)腔清潔度的手段：
a、電液壓清理，其原因是將待清理鑄件置于水池中，在高能量放電過(guò)程中，所產(chǎn)生的高壓沖擊波將粘附在鑄件上的砂粒振擊脫落，理論上說(shuō)水能浸入的孔腔內(nèi)，其粘砂均能清理干凈，但這種方法占地面積大，耗能高,流程長(zhǎng)(尚要倒空內(nèi)腔積水并烘干水跡)、維護(hù)量大，也有一定的安全問(wèn)題。
b、先將鑄件置于爐內(nèi)焙燒，再進(jìn)行拋丸。這種方式提高鑄件清潔度的效果還是很明顯的，但同樣是能耗較高、周期長(zhǎng)，如以煤炭作加熱爐燃料，則作業(yè)環(huán)境較差。
c、有的廠家除采用強(qiáng)力拋丸以外，還針對(duì)水道腔或油道腔進(jìn)行噴丸清理。這種方式對(duì)提高內(nèi)腔清潔度zui有效，所能達(dá)到的清潔度水平zui高，但目前僅有此類(lèi)通用單機(jī)產(chǎn)品，尚需人工握持噴丸頭伸進(jìn)密封的工作室對(duì)準(zhǔn)有關(guān)砂孔噴射，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境惡劣，期待著的自動(dòng)噴丸設(shè)備在氣缸體(氣缸蓋)清理生產(chǎn)線上應(yīng)用。
5 滲漏
滲漏是指氣缸體（汽缸蓋）在壓力試驗(yàn)（水壓/氣壓）時(shí)的滲漏現(xiàn)象，多發(fā)生在汽缸體（或汽缸蓋）的水套腔或是油道腔。
引起滲漏的原因有夾雜和疏松兩大類(lèi)（機(jī)械損傷或鑄件裂紋引起的曲軸箱滲漏的情況極少，在此不加論述）。
5.1 夾雜引起的滲漏
5.1.1 原因
(1) 砂芯在修芯時(shí)未清除飛邊、毛刺，或砂芯上有松散粘附的大小不一的砂粒、砂團(tuán)未清除干凈，致使?jié)沧r(shí)被鐵液沖刷下來(lái)并飄浮富集在水套壁或油道壁，形成夾砂(砂眼)。使腔壁貫通滲漏。
(2) 組合好的砂芯被粉塵砂粒污染或型腔內(nèi)不慎掉入散砂，沒(méi)有清理干凈，也會(huì)形成砂眼使腔壁貫通而滲漏。
(3) 鐵液不純凈，而澆道內(nèi)又無(wú)過(guò)濾措施或攔渣效果差，使鐵液中的夾渣進(jìn)入型腔，使水腔或油腔的腔壁形成貫通性的渣孔而滲漏。
5.1.2 對(duì)策
(1) 認(rèn)真清除砂芯的飛邊毛刺，并清除坭芯上附著的砂粒砂團(tuán)，避免在水腔/油腔壁上可能形成的砂眼。
(2) 吹凈砂粒與粉塵污染的組合好的砂芯組，清理掉入型腔的砂粒。
(3) 直澆道設(shè)置的過(guò)濾器，橫澆道應(yīng)有良好的攔渣功能，并做好鐵液凈化工作(造渣，除渣)，以防腔壁上產(chǎn)生渣眼。
5.2 縮松引起的滲漏
這種滲漏常發(fā)生在水腔（油腔）或噴油嘴等熱節(jié)部位。
5.2.1 原因
（1）鐵液成分不恰當(dāng)。Si/C過(guò)高，石墨片粗大，組織疏松。
（2）孕育過(guò)量，致使共晶團(tuán)數(shù)量過(guò)多，微晶間隙難以補(bǔ)縮致密。
5.2.2 對(duì)策
（1） 在規(guī)定的碳當(dāng)量保持不變的前提下，限制Si/C在0.5~0.6之間。
(2) 不得孕育過(guò)量，較有效的措施是采用SISr(含鍶)孕育劑,其石墨化能力級(jí)強(qiáng),用量?jī)HFeSi孕育劑的50%,即可充分孕育消除截面敏感性,以可避免產(chǎn)生過(guò)多數(shù)量的共晶團(tuán).
（3）在易產(chǎn)生縮松的熱節(jié)部位,局部刷除碲粉醇基涂料,增加該部位的冷卻能力,防止產(chǎn)生縮松.有報(bào)道稱(chēng),含pb量達(dá)0.0008%,即可造成縮松滲漏,須注意使用的爐料中有否鍍pb材料,或須先行除去鍍層.此外影響縮松滲漏的微量元素還有Ti，AL等,它們都會(huì)增加鐵液的收縮傾向,嚴(yán)格控制.
6材質(zhì)性能方面的缺陷
縱觀國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),都在追求減薄鑄件壁厚,從而減輕鑄件乃至整機(jī)重量,達(dá)到降低油耗的目的,目前發(fā)動(dòng)機(jī)單位功率的缸體缸蓋重量達(dá)到1.8gk/kw左右,相應(yīng)的鑄件主要壁 厚僅3.5mm左右,這就對(duì)鑄件的材質(zhì)性能提出了很高的要求.概括起來(lái)說(shuō),主要為:
a干型單鑄試棒的抗拉強(qiáng)度qb≥250Mpa，本體部位的抗拉強(qiáng)度Qb≥250Mpa；
b，鑄件部位的硬度在180HB以上；鑄件厚薄斷面的硬度差在30HB以下；
c鑄件本體的主要部位珠光體含量在90%以上，石墨型態(tài)應(yīng)在大部分為A型，充充表面有少量B，D型，石墨zui大長(zhǎng)度液壓在250um以下。
盡管我國(guó)大多數(shù)專(zhuān)業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄 件生產(chǎn)廠家，通過(guò)技術(shù)改造和技術(shù)引進(jìn)，達(dá)到了現(xiàn)代生產(chǎn)條件，但也常出現(xiàn)達(dá)不到上述材質(zhì)要求方面的缺陷。
6.1原因
6.1.1鐵液熔煉溫度偏低,過(guò)冷度小,使得后續(xù)的孕育強(qiáng)化效果差.
6.1.2爐料(金屬爐料與非金屬爐料)質(zhì)量差,微量元素及非金屬夾雜物含量高.
6.1.3合金化措施不當(dāng)或（或合金元素選擇不當(dāng),或合金加入量不當(dāng)，或合金化方法不當(dāng)).
6.1.4孕育措施不當(dāng)(孕育劑成分,孕育劑形態(tài),孕育量,孕育方法等).
6.1.5在保溫爐內(nèi)處置不當(dāng)(如頻繁且大幅度調(diào)整化學(xué)成分,使鐵液在爐內(nèi)保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),元素變化大),成份控制精度差.
6.2對(duì)策
6.2.1提高熔煉溫度提高鐵液的穩(wěn)定性，增加其過(guò)冷傾向，消除原材料的"遺傳性）；并保證出鐵溫度大于1480°C，以確初始澆注溫度達(dá)到1450°C，而終了澆注溫度達(dá)1400°C.
6.2.2加強(qiáng)沖天爐控制,使之爐況穩(wěn)定,從而保證進(jìn)入保溫電爐的鐵液成分穩(wěn)定(減少成分燒損的波動(dòng))這樣可減少電爐內(nèi)成分調(diào)整所需的時(shí)間, 以免增加鐵液的收縮傾向和白口傾向.
6.2.3保溫電爐內(nèi)不得已需要增C操作時(shí),一定要選擇吸收率高的增碳劑,二要保證有充分電磁攪拌和充分吸收的時(shí)間,否則所取鐵水樣不能反應(yīng)整個(gè)熔體真實(shí)含C量,導(dǎo)致實(shí)際碳當(dāng)量發(fā)生偏差.
6.2.4減少碳當(dāng)量的波動(dòng),提高成分控制精度,要求△CE≤0.05%,△Si≤0.1%。
6.2.5對(duì)于形狀復(fù)雜,薄壁高強(qiáng)度的缸體，缸蓋類(lèi)鑄件的鐵液，即要有高強(qiáng)度，也要有良好的鑄造性能，為此通常其成分設(shè)計(jì)為高強(qiáng)當(dāng)量（3.9-4.1%）.使其具有良好的鑄造性能,而為了達(dá)到較高力學(xué)性能則采用低合金化措施.
a根據(jù)我國(guó)資源情況以及多數(shù)企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與習(xí)慣,多采用Cr,Cu等合金元素.有利于增加并細(xì)化和穩(wěn)定珠光體,改善石墨狀態(tài),從而得到較高的力學(xué)性能.
b合金的加入量必須加以控制.Cr是一種促進(jìn)形成并穩(wěn)定珠光體的元素,且能細(xì)化珠光體,因而能顯著提高灰鑄鐵的強(qiáng)度,然而Cr與C又有較強(qiáng)的親和力,是一種強(qiáng)碳化物元素,這就會(huì)增加鐵液的白口傾向;同時(shí)Cr元素還會(huì)降低鑄鐵的共晶凝固溫度，使鐵液的凝固溫度范圍擴(kuò)大,因此加大了灰鑄鐵的縮松,縮孔傾向,降低鑄件的致密性,這就可能影響Cr對(duì)灰鐵的強(qiáng)化作用.當(dāng)Cr是在0.2-0.3%范圍時(shí),則能避害趣利.
同樣,CU也是促進(jìn)穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的元素,Cu又是促進(jìn)石墨化的元素，這就可以抵消Cr增大白口傾向的不利影響.CU的適宜加入量為0.4-0.5%.
由此,推薦Cr與Cu組合使用,會(huì)取得更好的效果,即保證了良好的鑄造性能,又提高了鑄件的力學(xué)性能.
這里需要指出的是由于Cr,CU元素的作用,增加珠光體并穩(wěn)定和細(xì)化珠光體成片間距很小的層片狀組織,改善石墨狀態(tài)(呈A型),分布于大小,因此缸體,缸蓋在熱交變應(yīng)力作用下抵抗熱疲勞產(chǎn)生裂 紋的能力也得到提出高(即具有好的熱穩(wěn)定性)[3]
6.2.6采用恰當(dāng)?shù)脑杏幚?可以提高缸體,缸蓋鑄件的材質(zhì)強(qiáng)度,特別是提出高其硬度和顯微組織的均勻性,改善厚薄截面的敏感性,使得硬度差在30HB以?xún)?nèi),并具有良好的切削加工性,這里恰當(dāng)?shù)脑杏幚戆?
a選用合適的孕育劑,在眾多孕育劑中,含Ba.Ca.Sr(鍶)等元素的孕育劑 ,不僅有很好的抗孕育衰退作用,且具有強(qiáng)烈的石墨化作用,可顯著改善鑄件截面敏感性，避免鑄件在zui小壁厚處的白口傾向，且顯微組織也更加均勻。
b合適的孕育 方法。在包內(nèi)孕育，喂絲孕育，型 內(nèi)孕育，隨流孕育等方法中，以隨流孕育為簡(jiǎn)便，zui適宜于大批量流水生產(chǎn)，效果也。推薦粒度為0.5-1.0mm,加入量為0.1-0.2%.
c,需要指出的是,BaSi孕育劑會(huì)使鑄 件硬度偏低,可加入微量Sn(0.04-0.06%)或Sb(銻)(0.02%),可稱(chēng)補(bǔ)硬度偏低的不足.
6.2.7嚴(yán)格控制爐料,標(biāo)準(zhǔn)是(1)微量元素低;(2)潔凈;(3)嚴(yán)禁混入合金元素.
7收縮
汽缸體(汽缸蓋)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁厚差別較大.園弧曲面凸起的厚大部位,大批量水生產(chǎn)時(shí),工藝上又不便采取冒口補(bǔ)縮之類(lèi)的措施,當(dāng)其它工藝處置不當(dāng)時(shí),這些厚大熱節(jié)處往往會(huì)產(chǎn)生集中收縮,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生較深的縮裂缺陷.
7.1原因
7.1.1上述部位的根部,時(shí)有造型 充填不緊實(shí),該部位鑄型 硬度/鋼度不足的情形.當(dāng)鐵液凝固石墨化膨脹時(shí),發(fā)生型 壁位移.
7.1.2澆注溫度偏高
7.1.3鑄液收縮傾向較大
7.2對(duì)策
7.2.1提高型砂的流動(dòng)性,控制合適的型砂緊實(shí)率,對(duì)氣沖造型 或氣流預(yù)緊實(shí)的造型方法,模型相應(yīng)部位增加排氣塞,采取這些措施后,可提高缺陷發(fā)生部位的鑄型硬度∕剛度,使高碳當(dāng)量鐵液凝固時(shí)不會(huì)因?yàn)槭蛎洰a(chǎn)生型 壁位移,從而能實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口自補(bǔ)縮.
7.2.2在滿(mǎn)足充型要求,不得產(chǎn)生氣孔等缺陷的情況下,切勿盲目提高澆注溫度,(澆注溫度太高,還會(huì)引起跑火漏箱和粒砂 等到缺陷).
7.2.3保證鐵液有良好的鑄造成性能，尤其要防止鐵液的白口傾向收縮傾向.
a)要控制碳當(dāng)量（3.9-4.1%）,低于下*,則鐵液的收縮傾向加大,在前述部位出現(xiàn)縮孔缺陷的可能性就越大.
b)對(duì)高碳當(dāng)量鐵液低合金化處理時(shí),要控制可能由此引起收縮增大的傾向,一些增大灰鐵白口傾向,收縮傾向的合金元素,要嚴(yán)格用量.如前述Cr,會(huì)降低共晶溫度擴(kuò)大凝固溫度區(qū)間,其用量不得超過(guò)0.035%等.
c)電爐內(nèi)采用增碳劑調(diào)整碳當(dāng)量(碳量)時(shí),一定要有充分吸收增c的時(shí)間,否則會(huì)出現(xiàn)增碳假象.這樣的鐵水澆注的產(chǎn)品.往往會(huì)出現(xiàn)收縮.
d)要控制原鐵水中非合金化帶來(lái)的一些有害元素的含量,如P,Ti,V等到也會(huì)增加鐵液的收縮傾向.
8加工性能
切削加工性能差是我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件普遍存在一個(gè)問(wèn)題,也是與國(guó)外鑄件質(zhì)量zui在的差距所在.即使國(guó)產(chǎn)鑄件與進(jìn)口KD件的化學(xué)成份,基體金相組織乃至硬度值相近,但國(guó)產(chǎn)鑄件的切削加工性能仍遠(yuǎn)不及進(jìn)口KD件,有時(shí)刀具消耗相差一倍以上.
8.1原因
8.1.1來(lái)自原材料的微量元素的影響
a,鐵中微量元素超標(biāo),如Ti,V,pb,Be,B等,這些微元素含量較高時(shí),有的呈游離碳化物,氮化物等硬質(zhì)點(diǎn)形式存在(碳化鈦,氮化鈦等),有的使硬質(zhì)相索氏體數(shù)量明顯增加(如V等).
b,廢鐵中混入合金鋼(如Ti，V等),或使用了帶有鍍層的廢鐵。如鍍Pb廢鋼板。
C，有的元素（如pb，Be）增加鑄件的白口傾向。
8.1.2熔煉工藝不當(dāng),如在電爐中熔煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng),鐵液白口化傾向加大.
8.1.3孕育等工藝不當(dāng),即所選用的孕育劑或孕育工藝未能消除鑄件斷面的敏感性,尤其未能消除5mm薄壁處的顯微組織硬質(zhì)相.
8.2對(duì)策
8.2.1選用恰當(dāng)?shù)纳F,控制生鐵中微量元素的含量,Ti<.05%,V≤0.01%,采用低碳鋼廢鋼,嚴(yán)禁廢鋼中混入合金鋼.
8.2.2避免合金化過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多的且分布不均勻的硬質(zhì)相顯微組織.通常為保證良好的鑄造性能和達(dá)成 到較高的力學(xué)性能,一般都采用高碳當(dāng)量輔以合金化措施.合金化的目的是增加珠光體量,并細(xì)化和穩(wěn)定珠光體,但要避免產(chǎn)生白口化傾向,避免產(chǎn)生偏析,避免硬質(zhì)相顯微組織出現(xiàn),這就合理選擇并組合合金化元素.并采用孕育方式加入.
8.2.3改善切削加工性能十分重要的一環(huán)是;采取有效的孕育工藝.一般選用含Ca,Ba的孕育劑要優(yōu)于傳統(tǒng)的75SiFe孕育劑,二是采用隨流孕育處理,這樣的孕育工藝可獲得均勻的組織以及均勻的顯微硬度,尤其是對(duì)壁厚差較大的汽缸體(汽缸蓋)鑄件,其zui小壁厚5mm處的顯微組織與性能更趨均勻.
以上是根據(jù)我國(guó)鑄造企業(yè)近年來(lái)取得較大技術(shù)進(jìn)步,鑄造材料供應(yīng)也有較大改觀,總體水平有了較大提出升的情況,對(duì)中小型乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)灰鑄鐵汽缸體(汽缸蓋)鑄件生產(chǎn)中常見(jiàn)的,較為普遍遇到的鑄造缺陷及其對(duì)策所作的一個(gè)膚淺的分析,由于技術(shù)進(jìn)步,一些不常見(jiàn)到,不常發(fā)生或是所占比例很小的鑄造缺陷,如機(jī)械損傷,尺寸偏差,粒砂等,這里不再涉及.
