PDF《原材料对冷激铸铁 凸轮轴组织和性能的影响》

原材料对冷激铸铁凸轮轴组织和性能的影响 I n f lu e n c e o f Ra w M a t e r i a l o n S t r u t u r e a n d Pr o p e r t y o f Ch i l l e d I r o n Ca ms h a f t 李平,魏伯康 ,蔡启舟 .

段 汉桥 ( 华 中科技 大学材料 学院 , 武 汉市

4 3

0 0

7 4 ) 摘要:详细地研究了主要 原材料(生铁 、 废钢、增碳剂)对冷 激 灰铸 铁神龙凸轮 轴组织和 性能的影 响 .试 验表明:炉料质量的好 坏是生产优 质 凸轮 轴铸件的基础,生铁等炉料的 遗传性 是铸铁冶金学中需要 注意的课 题,试验确 定的神龙 凸轮 轴 生产用主要 炉料有 Q1 0生铁 、 汽 车用碳素废 钢、增碳 剂等 ;

要求生铁 和废钢 T i 等微 量元素含量低 , 增碳 剂 固定碳含量 高等 ;

同时要 求生铁 、 废钢 必须经过抛 丸处理 , 清除表 面粘砂 、 锈蚀 和油 污.炉料 配比对神龙 凸轮轴 的材质性 能影 响很显著 , 废钢 的加 入会 改善 凸轮 轴的性 能,但加 入量 大时 , 铁水的白

1 :

7 倾 向增 大, 需加入 大量增碳 剂;

增碳剂会 显著降低铁液 的白1 :

7 化倾 向,改善 凸轮 轴轴 颈断

1 :

7 形貌和组织性 能,对凸轮桃 尖硬度影 响很 大,因此需控制好废 钢和增碳剂 的最佳配 比,否则会 引起 较 高的材质废 品.生产中炉 料配比应 稳定,试验确定的适宜炉料 配比为:生铁:废钢:回炉料:2O%:

2 .

5 %:

7 7 .

5 % , 各种炉料 必 须按 工 艺要 求进 行仔细称 量.关键 词:原材料(生铁 、 废钢、增碳剂);

冷激铸铁;

神龙凸轮 轴;

组织和性能;

影响.中图分类号 : TG1

4 3 .

6 ;

文献标识码 : A;

文章编号 :

1 0

0 6 ―

9 6

5 8 (

2 O

0 4 )

0 5 ―

0 0

0 7 ―

0 5 A b s t r a c t : I n f l u e n c e o f ma i n r a w ma t e r i a ( p i g i r o n , s c r a p, c a r b u r e t a n ) o n mi c r o s t r u c t u r e a n d p e r f o r ma n c e o f S h e n l o n g c a ms h a f t o f c h i l l e d c a s t i r o n h a s b e e n i n v e s t i g a t e d i n d e t a i l s . E x p e r ime n t s h a v e s h o w n t h a t p r o d u c t i o n o f h i g h q u a l i t y c a ms h a ft c a s t i n g s s h o u l d b a s e d u p o n e x c e l l e n t c h a r g e s o f wh i c h p i g i r o n s h o u l d b e c o n s i d e r e d b e c a u s e

0 f i t s h e r e d i t y i n c a s t i r o n me t a ll u r g y . T h e c h a r g e s s h o u l d b e p i g i r o n. c a r b o n s t e e l s c r a p f o r a u t o mo b i l e a n d C a r- b u r e t a n t , me e t i n g r e q u i r e me n t s a s f o l l o ws : l o w c o n t e n t o f t r a c e e l e me n t s s u c h a s T i e t c i n p i g i r o n a n d s t e e l , h i s h c a rb o n c o n t e n t i n c a rb u r e t a n t wh i l e s u r fa c e i n c l u s i o n, r u s t a n d p a i n t h a v e b e e n r e mo v e d b y s h o t b l a s t c l e a n i n g . Ch a rg i n g r at i o s h o we d d r a ma t i c i n f l u e n c e o n p e r fo r m a n c e o f ma t e r ia l : s c r a p i mp r o v e d c a ms h a ft p e r fo r m a n c e, h o we v ― e r . o v e r a d d i t i o n w o u l d i n c r e a s e wh i t e i r o n h e n c e mo r e c a r b u r e t a n t n e e d e d;

a n o p t i ma l r a t i o o f s c r a p a n d c a rb u r et a n t s h o u l d b e c o n t r o l l e d p r o p e r l y o r mo r e wa st re l p r o d u c e d t h o u g h c a rb u r et a n t h a d l o t o f a d v a n t a g e o n i mp r o v i n g a p ― p e a ra n c e a n d s t r uc t u r e a n d h a r d n e s s o f c a m.B u r d e n r a t i o i n p r o d u c t i o n s h o u l d b e s t a b l e a s f o l l o w s : p i g i r u (

2 0 %) : s c r a p(

2 .

5 % ) : r e t u r n s(

7 7 .

5 % ) a nd e a c h s h o u l d b e w e i g h e d c a re f u l l y a c c o r d i n g t o t e c h n o l o g y r e q u i r e me n t s . Ke y wo r d : R a w ma t e r i a l ;

( p i g i r o n ;

s c r a p ;

c a rb u r e t a n t ) ;

C h i l l e d c a s t i r o n ;

S h e n l o n g c a ms h a ft 铸铁的组织 在一定 程度 上受 到炉料 的影 响,当由一种炉料换成另一种炉料时,虽然铁液的化学成分(碳,硅,锰,磷,硫等 ) 并未改变 , 但铸铁的组织 , 包括石 墨化程度 , 白 口倾 向以及石 墨形态 和基 体组 织等都发 生 了某种 变化 , 铸铁 冶金 学上称这 种现 象 为炉料 的 遗 传性 『 l

1 . 从7O年代 至今[

2 1 , 铸铁件 产量 一直 占铸 件 总产 量的

7 0 %左右 , 在现代工业 中 占有重要地位 , 据近5年统计『

3 1 , 我 国铸铁件 占铸件 总产量

7 9 %~

8 0 %, 而采 用冷激 铸造生产 凸轮 轴 的方法 占凸轮 轴 生产 量的60%-

7 0 %.8 0年代 以来 , 铸铁材质性能和生产 技术 又有了相 当大 的发 展,对铸造 用材料 也提 出 了更 高收稿日期 :

2 0

0 3 ―

1 2 ―

3 0 文 章编号 :

2 0

0 3 ~

2 2

3 的要求 , 凸轮轴生产使 用 的炉料有 生铁 , 废钢 , 孕育 剂,增碳剂 , 锰铁,磷铁,硫化铁 , 铬铁 , 铜等 , 本文研 究 了主要 炉料 ( 生铁 , 废钢,增碳剂)对凸轮轴 质量 的影 响.1产品技术要求采用法国PSA集团B5llllO标 准中GLAl 冷 硬铸 铁材质标 准,化学成 分():C3.2-3.7, S i l .

7 ~

2 .

2 , Mn O .

6 -

1 .

1 , P≤O .

1 5 , S ≤O .

1 8 ;

凸轮桃 尖2x20.范围内硬度 >

~4

8 HR C, 其余部位硬度 >

I4

2 HRC;

轴颈金 相组 织:石墨为 A+ 少量D、 E( D、 E≤4

0 % ) , 基体 为P+F、渗碳体 ≤5 %;

轴颈硬度 为170~255HB .

2 试验条件及方法7维普资讯 http://www.cqvip.com

2 .

1 试验条件 熔炼 设 备为

1 t 和O.5t中频感 应炉 , 试 验所 用的原材料 有不同厂家 生铁,汽车切 削 碳素 废钢 , 增碳剂,回炉料 ( 神龙凸轮轴 及冷铁 回炉料 . 厂 内其 它藏铁回炉 料) ,

7 5 S i F e , 锰铁 ( F e Nn

6 5 C

7 ) , 磷铁(FeP18),硫铁 , 铬铁,电解铜 , 稻 草灰 等;

熔化 前先 加 入生铁 , 废钢 和 回炉料 . 然后加 入75SiFe..锰铁 , 磷铁,增碳 剂.当铁 液完 全熔 化后 . 在1450℃左 右 取样 分析化学成分.根 据化验结果决 定是否调整化学成分.若成分及 白 口深 度合格 , 升温 至1500_+10oC出炉 浇注,浇注前 用稻草 灰集渣 . 扒渣 后加保温 包盖浇注

2 .

2 组织性能的检测通过激冷 试样 , 检测 炉 内铁液 的白口深 度和 包 内铁液 的 白口深 度 对浇 注 的铸件 , 截取 凸 轮和轴 颈.在洛氏硬度 计 上观 测凸轮硬度 , 在布氏硬 度计 上观测轴 颈 硬度 , 在 光学显 徽 镜下 观测 石墨 形态 和基体组 织.3生铁对 凸轮轴组 织和性能 的影 响 国外铸 造 生铁 成分稳定,且纯度较高.生铁材料除碳 、 硅、锰、硫、磷符合标 准外 , 对微 量元 素 总量 也提 出严格 要求 . 甚至于某种 微量 元素的含 量 也加 以明确 限制 如德 国球铁 用 生铁 微量元素 总和 ∑r <

0 .

0 7

4 5 % ,

1 3本球铁用生铁微量元素总和ET <

0 .

0 8

9 %, 另 外国外生 铁含量占微量 元素 总量一般 不大 于50%r ~ .理论研 究指 出所谓生 铁的 遗传性 , 其实 与微量元 素 的影响有 密切关 系. 化学成 分 相同 的灰 口生 铁 和白 口生 铁,灰口铁 则难 于过冷 , 石 墨核心 也多} 卅.5

0 0 k g中频炉 全部 采用信阳 QI O生铁熔化 , 在1470~C测定 其梯 型试 样断口几乎 全为灰 口,全部 采用神 龙 凸轮轴 回炉料 ( 凸轮部位为白口)在】470℃测定其白口深度为16~20r am . 试验使 用 的生铁有 云钢 ZI 4生铁 , 林县Q1 o生铁,本溪qlo生铁 , 信阳Qm 生铁 . 各类生铁 的化学 成分如 下表

1 所示 . 表I生铁的化学 成分% 产地 s i Mn P S C T i 云翥 |z I

4 1 ,

4 7

0 ;

1 8 嘣吼O I

7 0 扣0.07~n0

1 6 - -

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4 3

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3 ― #县ql o l _

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09 0

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2 一4.05―O.O4-信阳Ql o O

9 8

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5 O .

3 4 ,

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00 3 一422―00】

6 ~ 本攫Ql

0 0 .

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0 . O

7 O .

0 5

4 4 .

2 5

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2 8

3 .

1 各类生铁的试验情况3.1.1试验工艺(I)炉料配比生铁:废钢:同炉 料--60%:

1 0 %:

3 0 % f

2 ) 炉前化学成 分控 制见表

2 . 表2试验用炉 前化学 成丹错CSiIMn P S Cr

3 .

5 5 ~

3 .

6 5 l l _

8 - - 蚰In8._伽0.10--0.13≤nI50.t0加2

0 (

3 ) 孕育及自口控 制孕育剂 为FeSi75,粒度】ilim一

4 r am.加人量

0 . O

5 %一0.20%, 原白口适宜 深度为lOnun一1

5 mm.包 内孕 育后 白 口深 度为 l O ~ l mm, 不 允许 在浇注 包内二次补加 孕育剂 . ( 4) 出炉温度1480~1O~C.3.1.2试验 方案设计 ① 采用本 溪Qlo生铁 , 炉 前不增 s ( 试验 三包铁 液).②采 用云钢生铁 , 炉 前增 S至0.1%一

0 .

1 5 %( 试 验两 包铁液 ) .⑧ 采用云钢 生铁 , 炉前增 S至0.1%~

0 .

1 5 %, 加Sn至

0 . o

4 %~ O .

0 6 %( 试验两包 铁液)④ 采用奉溪 Q

1 0 ........