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缸汽油機球墨鑄鐵曲軸鑄造工藝介紹
添加日期:2013-8-7        該文章已被 3873 人瀏覽過

1 工藝選擇
    通常對單拐小曲軸,多采用煤粉砂造型,邊暗冒口補縮,平澆平冷的工藝(圖1),以適應大批量生產。采用了冷硬樹脂砂造型,無冒口鑄造,平做立澆立冷工藝(圖2)。
    2 材質控制
    曲軸材質按要求屬高強度、較高韌性球墨鑄鐵,且應在鑄態下獲得。通常有兩種方法可以達到:一是非合金化法,主要是通過控制鐵水化學成份,合適的鑄型,掌握好打箱時間來達到,二是合金化法,即在配料中加入少量合金化元素。我們采用在配料中加入少量紫銅,控制好鐵水化學成份和打箱時間的方法。為保證冶金質量,采用中頻電爐熔煉。鑄件澆注后,夏季在砂型內約冷卻6~9分鐘,冬季約冷卻11~15分鐘,打箱出件。 
    從試制的幾爐曲軸來看,無鑄造缺陷,外觀質量達到該公司的要求,其材質化學成份、機械性能和金相組織,如表1、表2。

表1 曲軸化學成分(%)

編號

C

Si

Mn

S

P

Re

Mg

Cu

1

3.20

2.30

0.34

0.017

0.040

0.025

0.046

0.8

2

3.23

2.49

0.30

0.024

0.046

0.028

0.039

0.81

3

3.33

2.42

0.31

0.024

0.044

0.029

0.039

0.83

4

3.50

2.33

0.35

0.018

0.040

0.026

0.045

0.86

5

3.45

2.35

0.38

0.028

0.041

0.023

0.036

0.85

    從表2可見,曲軸的材質也達到了要求。
    3 分析討論
    (1) 曲軸采用140/70目冷硬樹脂砂造型,待建立一定強度后起模,鑄型自然固化2~4小時,入爐低溫烘烤,不但較快地達到終強度,提高生產率,而且大大降低了澆注時的發氣量。由于樹脂砂型剛性較高,有利于球鐵曲軸的自補縮,并獲得良好外觀質量的鑄件。
    (2) 從圖1、圖2可見,立澆立冷工藝的工藝出品率遠遠高于平澆平冷工藝,前者采用均衡凝固原則設計,后者采用傳統的順序凝固原則設計。對于球鐵小曲軸,本設計可以獲得無縮孔缺陷的致密鑄件。

表2 曲軸機械性能及金相組織

編號

抗拉強度
Δ′/mm

延伸率
%

硬度
HB

石 墨

基 體

等級

大小

P(%)

F(%)

1

740.30

4.2

265

2~3級

5~6級

>90

<10

2

767.83

4.4

252

3級

5~6級

85

15

3

730.80

4.2

260

2~3級

5~6級

90

10

4

788.62

5

246

2~3級

6級

85

15

5

763.28

4.4

250

2~3級

5~6級

85

15

    (3) 考慮到銅能增加珠光體的含量,并細化珠化體、強化珠光體中的鐵素體,從而使球鐵的強度和硬度增加,據資料介紹,銅的石墨化能力為硅的1/5,可降低球鐵的白口傾向,避免鑄件出現自由滲碳體,故在配料中加入了少量的紫銅。由表1、表2可見,用含Mn量較低的本溪生鐵生產的曲軸,均能穩定地獲得較高的抗拉強度和滿意的延伸率,且基體中無Fe3C組織。
    (4) 鑄態球鐵曲軸的機械性能主要取決于基體中珠光體含量的多少,珠光體含量增加,抗拉強度提高,延伸率下降,反之亦然。由表2可見,當基體中珠光體含量達到90%時,硬度增加,延伸率明顯下降,表中抗拉強度較低,這是由于試樣原因所致。故在生產中,將珠光體含量控制在80%~85%為宜。
    (5) 曲軸的機械性能及金相組織主要決定于鐵水化學成份的控制和球化孕育處理工藝,打箱時間只作參考。 
    4 結語

    (1) 對于內外在質量要求較高的小曲軸,采用冷硬樹脂砂型、無冒口鑄造、立澆立冷工藝,可以保證獲得優質的鑄件。
    (2) 在爐料中加入少量紫銅,嚴格控制鐵水化學成份,作好爐前球化孕育處理,完全可以在鑄態下得到高強度,較高韌性的球墨鑄鐵件。
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