PDF《铸件质量与铸造车间技术改造》

《 现代铸铁》 !""!#$ 孔区域 !区 "区 #区 !区 "区 "区 圆角区域 $区!!!区 !区"#$"#$ "#$ "#$ 文章编号% 铸件质量与铸造车间技术改造 应忠堂 +一汽无锡柴油机厂, 江苏 无锡 ,&"',.

- 摘要: 论述提高球墨铸铁曲轴质量、 缸盖的材质和缸盖尺寸精度应重点注意的几个问题, 同时介绍了 为适应新一代柴油机生产所进行的铸造车间的技术改造. 关键词: 铸件质量;

强化工艺;

技术改造 中图分类号: /0," 文献标识码:

1 收稿日期: 作者简介: 应忠堂+&2(*3*)-, 男, &2., 年毕业于北京钢铁学院, 研究员级高工, 有突出贡献的国家级专家. " 前言 我国国民经济高速发展, 高等级公路迅猛发 展, 给汽车行业的发展带来了契机.由于柴油机 与汽油机相比有诸多的优越性, 因此汽车发动机 的柴油化已经成为国内外的发展趋势. 本文论述 球墨铸铁曲轴、 缸盖等铸件的生产经验, 并介绍 作者所在工厂为适应新一代柴油机生产对铸造 车间所进行的技术改造情况. % 球墨铸铁曲轴质量及其强化措施 球墨铸铁具有良好的减振性和耐磨性, 缺口 敏感性小, 可获得较合理的结构形态, 切削加工 性好, 生产成本低, 是用作发动机曲轴的理想材 料, 因此国内外球铁曲轴的应用十分广泛. %&% 球铁曲轴的质量 由于柴油机强化度提高, 球铁曲轴断轴率增 加, 为了提高可靠性, 有许多工厂在铸造上片面 追求高的球化率, 认为球墨愈圆, 力学性能尤其 是动态力学性能愈高. 许多论文作者把球化率高 作为球铁质量好的重要标志. 球铁曲轴国家标准 规定球化率要求为 ( 级, 有个别工厂把球化率提 高到 & 级.为了提高球化率, 很多工厂不顾铁液 条件, 不恰当地过分降低球化剂中稀土量, 提高 镁量, 尤其是大孕育量、 多次孕育, 以及各式各样 瞬时孕育方法,作为提高球化率普遍采用的方 法. 笔者的观点是, 在不增加球铁曲轴内部缺陷 的前提下, 不反对高的球化率, 也不反对采用瞬 时孕育方法. 笔者认为影响球铁曲轴可靠性的主 要原因, 在球化的情况下, 不是球化率级别的高 低, 而是内部缺陷.因此我厂 .&&' 柴油机+&'(4 &(, 56-球铁曲轴球化率级别要求一直是 " 级以 上合格.而且虽然进口有带随流孕育装置的768)9:;

&> 等, 正式在生产上应用 该强化工艺,使用可靠, 取得明显的效果.我厂也进行了增压柴油 机采用球铁圆角滚压可行性试验,圆角滚压、 轴 颈淬火和单拐疲劳试验均委托二汽工艺材料研 究所进行.试验结果表明, 球铁曲轴经圆角滚压 强化后,其疲劳强度比未经任何强化的提高$$)*, 比氮化的提高约 "#*.经计算, 应用于增 压柴油机曲轴的安全系数可达 $/61, 并装机通过 $ ### ? 耐久试验.表明在正常情况下, 球铁曲 轴经圆角滚压强化后, 能满足增压柴油机的使用 要求. 另据资料报导, 由美国铸造协会发表, 根据 德国 赫根赛特,@ABACDE?AFGH-公司参加的美国联合收割机公司的一项试验研究报告,对铸态球 铁、铸态球铁圆角滚压、等温淬火球铁、等温淬火+圆角滚压和 $#)2 钢调质等材料的曲轴进行 弯曲疲劳性能试验对比, 结果如表 $. 由表 $ 可见, 滚压强化对提高球铁曲轴疲劳 强度效果显著,尤其是等温淬火+滚压强化效果 更为明显, 可使 !#! 球铁曲轴的疲劳极限高于同 型号锻钢调质曲轴 $I#*以上,可与锻钢圆角淬 火曲轴相媲美. 等淬球铁具有很好的强韧组合的 综合性能, 组织中的残余奥氏体高达 )#*, 这种 组织经圆角滚压相当于冷作硬化处理, 就会获得 局部区域的显著强化效果.应该指出, 等淬热处 生产经验!" 《 现代铸铁》 !""!#$ 理温度范围狭窄, 控制很严, 机加工也有难度, 加 上滚压后的变形校直也很困难等, 大批量生产应 用的可行性尚待商榷.铸态或正火!圆角滚压强 化工艺应该是比较成熟的. ! 柴油机缸盖 !%& 柴油机缸盖的材质 常用的缸盖材料为低合金铸铁 "#$%&'(, 在 常规的灰铸铁成分中, 加入适量的合金元素.常 用的合金元素有铜、 铬、 钼、 锡, 要求高的也有加 镍的.加入合金元素后可提高灰铸铁的强度、 抗 热疲劳性能, 改善厚薄断面的金相组织, 减少断 面敏感性能等.但合金元素的量必须严格控制, 一般以不超过 为宜, 过高易使壁薄处 出现渗碳体, 铸件硬度太高, 给机加工带来困难, 而且也易使厚壁处产生缩松、 渗漏等问题.特别 要指出的是燃烧室的三角区部位是壁很薄而服 役条件最差的部位, 该部位在共晶转变时冷却速 度快,过冷度大,自发核心数量多,而共析转变时, 砂芯热量足, 冷却条件差, 冷却速度慢, 易产 生铁素体. 从而使强度降低而产生裂纹. 我厂 %' 世纪 .' 年代初试制 /00' 车用柴油机时, 缸盖采 用铜铬钼合金铸铁, 两轮耐久试验均发现缸盖开 裂, 解剖分析开裂处珠光体量仅 &'+,/'+. 如何 提高该处珠光体量, 是低合金铸铁缸盖使用可靠 的关键所在. 笔者认为提高铁液过热温度和采用 瞬时孕育工艺, 可能是提高该处珠光体量的有效 方法之一. 蠕墨铸铁具有较高的强度和刚度, 还具有良 好的导热能力,当急冷急热时断面上温差较小, 所产生的热应力也较小. 同时在一定的温度范围 内仍能保持较好的力学性能,耐热疲劳性能好, 因而表面不易产生裂纹. 其次, 与合金铸铁相比, 铸造性能好, 缩松倾向小, 渗漏率低, 所以用于柴 油机缸盖具有突出的优点. !%! 提高缸盖铸件的尺寸精度 缸盖铸件尺寸、 形状精确, 特别是燃烧室和 进气道部分, 对柴油机性能、 油耗、 排放等至关重 要, 而这些性能都是柴油机改进和新一代柴油机 开发所追求的目标.不但要求每个气道光洁、 尺 寸精确, 而且要求六个气道每个气道内的涡流转 速和流量阻力都要在目标值偏差 &+以内.这就 要求铸件气道主要位置尺寸偏差要小, 否则是绝 对不能保证的.我厂 /00' 柴油机气道位置尺寸 偏差为 ')&,')1& 22.此外缸盖水套内腔形状精 确, 不粘砂、 无毛刺飞边, 保证水流畅通和有效冷 却, 温度分布合理, 不产生局部过热, 这对防止裂 纹和变形也十分关键. 为了保证缸盖铸件的尺寸精度, 根据我们的 工作体会, 必须做好下面几个方面的工作. !%!%& 铸件收缩率 影响铸件收缩率的因素很多,例如铸件结 构、 材质、 铸造工艺、 铸型、 砂芯、 浇注温度等.而 且同一个铸件不同部位的收缩率是不一样的. 但 在生产条件比较固定的情况下, 其收缩率是有规 律的, 往往在一个范围内波动, 关键是必须进行 艰苦细致的各个部位实际测量, 对测量数据进行 科学的分类、 统计和分析. !%!%! 铸件翘曲变形 我厂 /00' 缸盖铸件底部壁厚 %' 22,顶面 壁厚 & 22. 由于上下平面冷却不同时性, 造成铸 件翘曲, 这也是造成涡流转速和阻力达不到设计 要求的原因之一.为减少翘曲变形量, 顶面周边 的凸出部分有意加高, 增加铸件刚性. 其次, 要找 出铸件翘曲变形的规律, 在模样上预先做成有相 反方向的翘度, 使铸出的缸盖是平直的, 经加工 后, 能达到设计要求. !%!%$ 气道砂芯 单个气道砂芯, 设备、 模样和生产工艺均十 分简单, 很难保证气道和气道间的位置尺寸.经 分析我厂现采用二个三连体气道芯, 这比单个气 道芯位置尺寸精度大大提高3与水套芯配合尺寸 又比六连体砂芯容易调整.根据经验, 热芯气道 芯要保证尺寸精度, 必须考虑热芯盒加热的尺寸 变化和热芯在高温时的翘曲. 在制订工艺时受热 生产经验曲轴型号 %'% *'* 材料与工艺 铸态球铁 铸态球铁4圆角滚压 等淬球铁 等淬球铁4圆角滚压 0'-/ 钢调质 铸态球铁4圆角滚压 疲劳极限

5 678 %'1 //9 -0- 9./ **0 &1% 表!各种材料与强化工艺曲轴弯曲疲劳性能 "#$% ! &'()* (+ - #. * +/' 0.

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