PDF《高强度灰铸铁件典型质量问题探讨》

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f o u n d r y . c om. c n 铸造论高强度灰铸铁件典型质量问题探讨 辜祖勋 摘要 : 铸造生产的困扰是因任何铸件的具体质量问题与缺陷表征及其原因是多种多样又彼此关联 甚至相互对立.当生产高强度 ( H T

3 0 0和HT350级 )灰铸铁件时更为突出,较难处理的两对主要矛盾 是:提高金属强度将引起石墨形态恶化;

而材质性能的升高将加大铸件产生缩松I ~ t l i l '

a J 并降低铁水流 动性.本文拟就此进行分析并相应地探讨一些调解措施,寄期能有助于拟订调试工艺方案和分析问题 时参考 . 关键词:冶金因素 凝固与结晶 形核能力 过冷和过冷组织 缩松

7 .问题的由来 考察机械制造的动态可知,机械――尤其是 行走机械 , 其研发重点内容之一是提高金属强度 以减轻 自重和提高使用 寿命 .灰铸铁件生产较 易、价格低廉且耐磨、抗压性好,故迄今仍 占各 类铸件重量的首位 ( 约占

5 0 . - -

5 5 %) .至于在汽车 制造业 ,灰铸铁也是重量居第一位 的铸造合金 . 灰铸铁之所 以仍具有竞争力,在于克服其固 有的最大弱 点――强度相对较低 导致 工件较重 这方面不断地取得进展的缘故. 例如, 有的高强度 灰铸铁轿车缸体 自重己降至

4 O公斤 以下,最薄 断面壁厚不及 3毫米. 如果孤立地仅就金属强度而言 ,要提高灰铸 铁强度并非难事,因为只要 降低灰铸铁 的碳硅 量,即可减少所形成的片状石墨 ( 相对于金属而 言 ,石墨的硬度和强度可以视为零 ) ,同时加入 合金元素强化基体 ,就能达到这一 目的. 但是,碳量 ( 碳当量)的降低将加剧两大质 量 问题 ,一是石墨形态的恶化 ,二是铸件易于产 生缩松缺陷.可见 ,为生产高强度灰铸铁件需要 解决好这些突出矛盾 ,而这将涉及一系列理论和 实践方面的问题 . 2.影响灰铁性能的因素 先前的一致认识是:灰铁材质性能取决于它 的化学成份及冷却速率 .对于给定形状、重量和 壁厚的铸件,如果铸型介质和浇注温度不变,冷 却速率也是不变的,因而影响到金属性能的将主 要是化学成份,对于灰铸铁来说,基本成份中的 锰 、磷、硫三元素对性能的影响较小且可供调控 和实际变化 的范围又很窄,显然,决定灰铁材质 性能的最重要因素是碳和硅的含量 ( 合金元素影 响作为另类问题对待) ,如果找出该两元素含量 ( 还可 以将两元素合二为一地用碳当量代表 )与 表征灰铁材质性能的强度和硬度之 间的数学关 系,这不仅给试验研究带来便捷同时也将对生产 者具有实用价值 .此外,还有一个 问题一直引起 人们的关注―― 内燃发动机,它的大部分工件是 灰铁件 ,其主要部件如缸体不仅加工量大 、工序 繁多,且多用专用设备和刀具,而专用刀具都是 单件制作 ,因此,即使在欧美国家 ,在发动机厂 生产费用中,刀具损耗的费用占居第一.按传统 观点,灰铁的硬度与强度呈直线正比关系,可否 在一定范围 内生产 出强度提高而硬度不变或稍 许上升的灰铁 ?! 循着这一思路 ,铸铁学者派特生进行系统性 充分试验,并对大量数据加以处理l ,得 出灰铁 硬度和强度与共晶度 ( 或称碳饱和度 ,为便于运 算与建立简明的数学公式,将铸铁共 晶点的碳当 量4.26换称共 晶度为

1 )之间的数值关系.这一 成果得到各国业界的广泛认同, 其硬度与强度 间 关系 的计算原则,已纳入国标GB