材质性能方面的缺陷

纵观国内外发动机技术发展趋势；都在追求减薄铸件壁厚，从而减轻铸件乃至整机重量，达到降低油耗的目的。目前发动机单位功率的缸体缸盖重量达到1.8kg／kw左右，相应的铸件主要壁厚仅3.5mm左右，这就对铸件的材质性能提出了很高要求。概括起来说，主要为：

 

a、干型单铸试棒的抗拉强度σb≥250MPa，指定本体部位的抗拉强度σb≥200MPa；

 

b、铸件指定部位的硬度在180HB以上，铸件厚薄断面的硬度差在30HB以下；

 

c、铸件本体的主要部位珠光体含量在90％以上，石墨形态应大部分为A型，允许表面有少量B、D型，石墨最大长度应在2501xm以下。尽管我国大多数专业发动机铸件生产厂家，通过技术改造和技术引进，达到了现代生产条件，但也经常出现达不到上述材质要求方面的缺陷。

 

1.原因

 

（1）铁液熔炼温度偏低，过冷度小，使得后续的孕育强化效果差。

 

（2）炉料（金属炉料与非金属炉料）质量差，微量元素及非金属夹杂物含量高。

 

（3）合金化措施不当（或合金元素选择不当，或合金加入量不当，或合金化方法不当）。

 

（4）孕育措施不当（孕育剂成分、孕育剂形态、孕育量、孕育方法等）。

 

（5）在保温炉内处置不当（如频繁且大幅度调整化学成分，使铁液在炉内保温时间过长，元素变化大），成分控制精度差。

 

2.对策

 

（1）提高熔炼温度以提高铁液的稳定性，增加其过冷倾向，消除原材料的“遗传性”；并保证出铁温度大于1480℃，以确保初始浇注温度达到1450℃，而终了浇注温度达1400℃。

 

（2）加强冲天炉控制，使之炉况稳定，从而保证进入保温电炉的铁液成分稳定（减少成份烧损的波动)。这样可减少电炉内成分调整所需的时间，以免增加铁液的收缩倾向和白口倾向。

 

（3）保温电炉内不得已需要增C操作时，一要选择吸收率高的增碳剂，二要保证有充分电磁搅拌和充分吸收的时间，否则所取铁水样不能反应整个熔体真实含C量，导致实际碳当量发生偏差。

 

（4）减少碳当量的波动，提高成份控制精度，要求求△GE≤0.05％，△ASi≤0.1％。

 

（5）对于形状复杂、薄壁高强度的缸体、缸盖类铸件的铁液，既要有高强度，也要有良好的铸造性能。为此通常其成份设计为高碳当量（3.9%～4.1％），使其具有良好的铸造性能，而为了达到较高的力学性能，则采用低合金化措施。

 

a.根据我国资源情况以及多数企业的经验与习惯，多采用Cr、Cu等合金元素，有利于增加并细化和稳定珠光体，改善石墨形态，从而得到较高的力学性能。

 

b.合金的加入量必须加以控制。Cr是一种促进形成并稳定珠光体的元素，且能细化珠光体，因而能显著提高灰铸铁的强度；然而Cr与C又有较强的亲和力，是一种强碳化物元素，这就会增加铁液的白口化倾向；同时Cr元素还会降低铸铁的共晶凝固温度，使铁液的凝固温度范围扩大，因此加大了灰铸铁的缩松、缩孔倾向，降低铸件的致密性，这就可能影响Cr对灰铁的强化作用。当Cr是在0.2%~0.3％范围时，则能避害趋利。

 

同样，Cu也是促进并稳定和细化珠光体的元素，Cu又是促进石墨化的元素，这就可以抵消Cr增大白口倾向的不利影响。Cu的适宜加入量为0.4％～0.5％。

 

由此，推荐Cr与Cu组合使用，会取得更好的效果，既保证了良好的铸造性能，又提高了铸铁的力学性能。

 

这里需要指出的是，由于Cr、Cu元素的作用，增加珠光体并稳定和细化珠光体成片间距很小的层片状组织，改善石墨形态（呈A型）、分布与大小，因此缸体、缸盖在热交变应力作用下抵抗热疲劳产生裂纹的能力也得到提高（即具有好的热稳定性）。

 

（6）采取恰当的孕育处理，可以提高缸体、缸盖铸件的材质强度，特别是提高其硬度和显微组织的均匀性，改善厚薄截面的敏感性，使得硬度差在30HB以内，并具有良好的切削加工性。这里恰当的孕育处理包括：

 

a.选用合适的孕育剂。在众多孕育剂中，含Ba、Ca、Sr（锶）等元素的孕育剂，不仅有很好的抗孕育衰退作用，且具有强烈的石墨化作用，可显著改善铸件截面敏感性，避免铸件在最小壁厚处的白口倾向，且显微组织也更加均匀。

 

b.合适的孕育方法，在包内孕育、喂丝孕育、型内孕育、随流孕育等方法中，以随流孕育最简便，最适宜于大批量流水生产，效果也最好。推荐粒度为0.5～1.0mm，加入量为0.1％～0.2％。

 

c.需要指出的是，BaSi孕育剂会使铸件硬度偏低，可加入微量Sn(0.04％～0.06％)或Sb（锑）（0.02％），可弥补硬度偏低的不足。