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目前，气缸套毛坯的生产主要采用离心铸造的形式。离心铸造时由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷较少；但离心铸造也带来了料硬、内外砂和云斑等铸造缺陷。本文着重阐述了料硬产生的原因及预防。 1.概述 （1）料硬特征 气缸套料硬分为三个阶段，硬度偏高、麻口和白口。料硬的程度与铁液冷却时的过冷度有直接关系，见表1，三种基体组织如图1～图3所示。
（2）料硬的影响 增加加工难度，降低生产效率；缩短刀具的使用寿命；无法加工，形成废品（见表2）。 2.料硬产生原因及预防措施 气缸套的料硬分为局部料硬和整体料硬，不同的料硬产生原因是不一样的。局部料硬指缸套料硬主要局限在大端面、小端面、台阶处，少量在外壁空档处，产生原因多为石棉垫保温效果差、台阶处涂料薄、重金属偏析等原因；整体料硬指缸套全部硬部局限于某一部位，产生的原因涉及化学成分、浇注温度、模温、涂料及冷却水等诸多因素。 气缸套的材质多为灰铸铁，各元素对气缸套的影响如下。 （1）碳、硅及碳当量 碳、硅是铸铁的主要组成元素，又都是强烈促进石墨化的元素，一般情况下碳和硅含量越高，越有利于石墨化。为了简化和避免使用多元合金相图，可以将碳、硅等元素，按照其对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成对碳量的增减，以碳当量CE表示。为简化计算一般只考虑硅、磷的影响，因此简化公式：CE%=C%+1/3(Si+P)%。因此碳当量的变化对硬度有最直接影响，碳当量提高，促使石墨片变粗，数量增多，硬度下降；碳当量降低，石墨数量减少，石墨片细化，初析奥氏体枝晶量增加，硬度上升。 （2）锰 溶入奥氏体的锰能扩大奥氏体相区，降低A3温度和共析组织的碳含量，并且提高奥氏体的稳定性，使缸套避免珠光体转变的临界冷速降低，同时也使奥氏体分解温度降低，在较低温度下分解的产物组织较细密，强度和硬度较高。 （3）磷 当共晶转变完成后残留少量高磷低熔点铁液，最终凝固成磷共晶，磷共晶硬而脆。 （4）硫 能降低灰铸铁共晶转变温度，是强烈阻碍石墨化元素，促使灰铸铁出现白口。 五大元素中碳、硅对缸套的影响最大。我公司曾经发生过这样一起质量事故，在浇注某品种缸套时，工艺要求wC＝3.15%～3.25%，炉前光谱分析wC为3.18%，符合工艺要求，此炉铁液浇注成毛坯缸套在机加工加工时发现全部麻口，出现了批量性的报废事故，后将废品缸套用碳硫仪分析，wC仅为3.09%，经分析判断这是一起由于光谱分析偏差致碳含量虚高造成的质量事故。 因此，在保证气缸套材质要求的情况下，碳、硅宜上限控制，锰、磷、硫宜下限控制，有利于改善料硬的问题。 3．涂料 气缸套离心铸造使用的涂料是水基涂料，主要起耐火、隔热、保温和易于脱模的作用。涂料对气缸套硬度的影响主要有两方面：一是其材料的组成；二是涂料的厚度。 （1）涂料的组成 目前，涂料的组成主要有硅石粉、膨润土、滑石粉。其中起耐火保温作用的是硅石粉，因此硅石粉的含量对毛坯缸套的保温起着至关重要的作用，含量低了，毛坯保温效果不好，过冷度大，会造成缸套料硬；含量高了影响了其他成分的配比，同样也降低保温效果。因此涂料中各种材料的配比对涂料的保温效果有着直接影响，下面建议3组材料含量的配比见表3。 （2）涂料的厚度 涂料的厚度对毛坯缸套在浇注过程中的保温也起着重要的重要，薄了影响保温效果，造成料硬；厚了不容易干，在浇注时铁液倒入后会出现哧料现象，形成外砂。因此涂料的厚度控制在一个合适的范围很重要。笔者结合多年的工作实际，认为控制在0.6～1.2mm比较恰当，既能起到良好的保温作用又保证涂料上模后能迅速干燥。 另外，在模具上涂料时要保证涂料厚度的均匀性，避免出现局部料硬的出现。 4. 铁液浇注温度 浇注的铁液温度一般在1300℃以上，而模具的温度一般只有300℃左右，两者之间存在很大的温差。表4是一组我们在试验新品时做的不同浇注温度浇注的毛坯缸套硬度情况统计。 从表4中我们不难看出，铁液的浇注温度和毛坯缸套的硬度呈正比关系，浇注温度越高，毛坯缸套的硬度也越高。这是因为高的铁液温度进入低温的模具，快冷时过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行,不利于石墨化，造成硬度高。因此，要控制毛坯缸套的硬度必须控制浇注温度。但是，浇注温度也不是越低，毛坯缸套的硬度就越低，当铁液温度低于1280℃，未浇注前已进行共晶转变，当进入模具激冷后，铁液温度迅速降低，结晶将按Fe-Fe3C相图进行,不但会造成硬度大的缺陷，还会造成夹渣。 铁液的浇注温度在什么范围合适呢，一般上限1400℃，下限1280℃，最好控制在1300～1350℃的范围。 5.模具温度 气缸套离心浇注使用的模具一般为铸铁或铸钢，可以多次反复使用。金属型在浇注前都要进行预热，其目的：一方面避免金属型过冷，浇入铸型的铁液在急冷条件下合金过冷度大，内部形核结晶能力强，石墨析出能力差，结晶时渗碳体含量多，凝固过程中石墨析出不充分甚至造成非扩散性马氏体相变；造成铸件基体白口倾向大，出现产品硬度大，甚至外壁形成白口；另一方面可以利用金属型将涂料烤干。要想获得理想的硬度，金属型的温度必须控制在一个范围内，过低涂料不宜干，而且浇注时铁液过冷度大；过高会将涂料烧掉，涂料上不去。金属型的温度一般上限400℃、下限300℃，最好控制在300～350℃的范围。 另外，如石棉垫耐火隔热保温性差，也会造成毛坯缸套端面料硬；水冷时间的长短和水冷开始的早晚会对毛坯缸套的整体硬度存在影响；孕育剂的品种、加入方式、孕育次数和孕育剂剂量等不但影响孕育效果，也造成毛坯缸套的料硬。 6.结语 气缸套的料硬缺陷，在离心铸造中比较常见，主要应从一下4个方面对料硬问题进行控制： （1）化学成分采取碳、硅上限控制，锰、磷、硫下限控制。 （2）控制涂料的配比和厚度。 （3）铁液的浇注温度最好控制在1300～1350℃。 （4）金属型的温度最好控制在300～350℃。 通过以上措施，能起到降低料硬和合理控制硬度的作用。 |
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