灰鑄鐵缺陷分析

1、中小型乘用車發(fā)動機灰鑄鐵汽缸體常見缺陷與對策現代鑄鐵概述改革開放后近十年來，我國的汽車制造工業(yè)得到了飛速發(fā)展，許多高端汽車品牌，幾乎與發(fā)達國家同步推出面世，與之相適應的汽車發(fā)動機制造業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，其中發(fā)動機鑄造的水平也得到了極大的提高，無論鑄件產量還是鑄件技術要求及鑄件質量，都基本上滿足了現代汽車發(fā)動機日益提高的要求。以中小型乘用車發(fā)動機主要鑄件汽缸體(汽缸蓋)生產為例，眾多汽車發(fā)動機鑄造企業(yè)都采用了粘土砂高壓造型(少數為自硬樹脂砂造型)，制芯則普遍采用覆膜砂熱芯或冷芯工藝，而在熔煉方面大都采用雙聯熔煉或電爐熔煉，所生產的發(fā)動機均為高強度薄壁鑄鐵件。許多廠家為滿足高強度薄壁鑄件的工藝要求

2、，紛紛引進先進的工藝技術裝備，如高效混砂機、高壓造型線、高度自動化的制芯中心、強力拋丸設備，大多采用整體浸涂、烘干，并且自動下芯。在過程質量控制方面，許多企業(yè)實現了在線檢測與控制，如配備了型砂性能在線檢測、熱分析法鐵水質量檢測與判斷裝置、真空直讀光譜儀快速檢測。清潔度檢查的工業(yè)內窺鏡等。相當一部分企業(yè)還在產品開發(fā)方面應用了計算機模擬技術?？梢院敛豢鋸埖恼f，就硬件配置而言，我國發(fā)動機鑄造水平絲毫不亞于當今世界工業(yè)發(fā)達國家，一句話，具備了現代鑄造生產條件。(為敘述方便，以下稱上述框架內容的生產條件為現代生產條件。) 然而，應該承認，在發(fā)動機鑄造企業(yè)的經濟效益與產品質量以及鑄件所能達到的技術要求方面

3、，我們與世界發(fā)達國家還有較大的差距。提高產品質量，減少廢品損失，是縮小與發(fā)達國家差距、發(fā)揮引進設備效能、提高企業(yè)效益的重要途徑。本文試圖就我國鑄造企業(yè)在現代鑄造條件下，中小型乘用車發(fā)動機灰鑄鐵汽缸體(汽缸蓋)鑄件生產中常見的鑄造缺陷與對策，與廣大業(yè)界同仁作一交流。1 氣孔 氣孔通常是汽缸體鑄件最常見的缺陷，往往占鑄件廢品的首位。如何防止氣孔，是鑄造工作者一個永久的課題。汽缸體的氣孔多見于上型面的水套區(qū)域對應的外表面(含缸蓋面周邊)，例如出氣針底部(這時冒起的氣針較短)或凸起的筋條部，以及缸筒加工后的內表面。嚴重時由于型芯的發(fā)氣量大而又未能充分排氣，使上型面產生嗆火現象，導致大面積孔洞與無規(guī)律的

4、砂眼。在現代生產條件下，反應性氣孔與析出性氣孔較為少見，較為多見的是侵入性氣孔?，F對侵人性氣孔分析出如下：1.1 原因 型腔排氣不充分，排氣系統(tǒng)總截面積偏小。 1.1.2 澆注溫度較低。 1.1.3 澆注速度太慢；，鐵液充型不平穩(wěn)，有氣體卷入。 1.1.4 型砂水份偏高；型砂內灰份含量高，型砂透氣性差； 1.1.5 對于干式氣缸套結構的發(fā)動機，水套砂芯工藝不當(如未設置排氣系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)不完善；或因密封不嚴，使?jié)沧r鐵水鉆人排氣通道而堵死排氣道；砂芯砂粒偏細，透氣不良；上涂料后未充分干燥；砂芯砂與涂料發(fā)氣量太大，或發(fā)氣速度不當；涂料的屏蔽性差.)。經驗證明，干式缸套的缸體的氣孔缺陷，很大程度上

5、與水套工藝因素相關聯。 1.1.6 孕育劑未經干燥且粒度不當；鐵液未充分除渣，澆注時未擋渣，由此引起渣氣孔。 1.1.7 澆注時未及時引火 1.2對策 1.2.1 模型上較高部位設置數量足夠、截面恰當的出氣針或排氣片；而芯頭部位設置排氣空腔。上述排氣系統(tǒng)均應將氣體引至型外。通常排氣截面應為內澆道總截面積1.51.8倍左右。1.2.2 澆注系統(tǒng)按半開放半封閉原則設置為宜，且須具有一定的攔渣功能，這樣鐵液充型時比較平穩(wěn)，不會沖擊鑄型或產生飛濺或卷人氣體。而澆注系統(tǒng)的截面大小以8-lOkgs的澆注速度來計算較為適宜。1.2.3 鐵液的熔煉溫度應不低于1500，而手工澆注時末箱的澆注溫度應控制在140

6、0C左右(視鑄件大小與壁厚可適當調整）。最好能采用自動澆注，澆注溫度誤差應在20以內。1.2.4 一個好的適于高壓造型的砂處理系統(tǒng)，型砂水分應控制在2.8-3.2，其時的緊實率應在36-42之間，而溫壓強度應達180-220kpa(均指在造型機處取樣檢測)。為達這些指標，需監(jiān)控型砂的灰份，輔助材料的添加量，合適的原砂粒度、循環(huán)砂的溫度及混砂效率。1.2.5 注意做好鐵液去渣，澆注時擋渣引火以及孕育劑的干燥等工作。1.2.6 對于干式汽缸套結構的發(fā)動機缸體，至關重要的是要有非常完善到位的水套砂芯工藝：a、水套坭芯用砂的平均細度較之其他砂芯要粗一些，以求有良好的透氣性。 b、設置充分的互相連通的排

7、氣孔網并使之能排出型外，這些孔網盡可能在制芯時生成，亦可在成型后鉆加工形成。對于前者要定期監(jiān)控檢查孔網是否暢通(當心部芯砂固化不良時易將孔網堵塞)。 c、對砂芯砂性能要綜合考慮，不能片面追求強度。當強度太高時，勢必要增大樹脂用量，從而使芯砂發(fā)氣量太高；而當水套芯的結構比較復雜纖薄砂厚不均勻，且又能開出排氣孔網時，就要求砂芯有較高的強度，即使發(fā)氣量大些也無妨。 d、當水套芯有排氣孔網時，涂料要有較好的屏蔽性；當水套芯截面不便設置排氣孔網時，涂料要有較好的透氣性，這時砂的粒度也應更粗些。 e、當水套芯布有排氣孔網，且使用屏蔽性涂料時，在浸涂時要防止涂料液進入排氣孔網，更要注意封火措施(可使用封火墊

8、片材料)，以免澆注時鐵水進人排氣孔網，把排氣道堵死； f、涂料的發(fā)氣量要低，且施涂后一定要充分干燥。 一個成熟的水套芯工藝，可以將缸筒加工后內表面的氣孔廢品率控制在3o，甚至更低。與缸體水套芯相類似，對缸體的油道芯、挺桿腔砂芯以及缸蓋的水套芯，其工藝方法、工藝措施也可仿照缸體水套芯的工藝思路來考慮。2 砂眼砂眼也是汽缸體(汽缸蓋)鑄件的常見缺陷，多見于鑄件的上型面，也有在缸筒內表面經加工后暴露出來的。2.1原因2.1.1 澆注系統(tǒng)設計不合理。 2.1.2 型砂系統(tǒng)管理不善，型砂性能欠佳。 2.1.3 型腔不潔凈。 2.1.4 砂芯表面狀況不良或是施涂與干燥不當。2.2 對策 2.2.1 就澆注

9、系統(tǒng)設置方面來說，為避免或減少砂眼缺陷，應注意以下事項：a、要有合理的澆注速度。截面太小，則澆注速度太慢，鐵液上升速度太慢，上型受鐵液高溫烘烤時間長，容易使型砂爆裂，嚴重時會成片狀脫落。澆注系統(tǒng)的比例，應使鐵液能平穩(wěn)注人，不得形成紊流或噴射。 b、盡量使鐵液流經的整個通道在砂芯內生成，通常坭芯砂(熱法覆膜砂或冷芯砂)較之外模粘土砂更耐高溫鐵液沖刷。而直澆道難以避免設置在外模的粘土砂砂型中通過，這時可在直澆口與橫澆口搭接處設置過濾器(最好是泡沫陶瓷質)，可以將鐵液在直澆道內可能沖刷下來的散砂和鐵液夾渣加以過濾，從而可減少砂眼和渣眼。 c、澆道是變截面的，因此變截面處應盡可能圓滑光潔，避免形成易被

10、鐵液沖垮的尖角砂。 d、澆道的截面比例宜采用半封閉半開放型式，以降低鐵液進入型腔時的流速與沖擊，而內澆道位置應盡可能避免直接沖擊型壁和型芯，且呈擴張形為好。2.2.2 為防止鑄件的砂眼缺陷，型砂方面的主要措施是：a、是控制型砂中的微粉含量。型砂在反復使用中，微粉含量會越來越高，這會降低型砂的濕壓強度，水分及緊實率則會提高，使型砂發(fā)脆。 b、澆注時砂芯潰散后混入舊砂，未燃盡的殘留樹脂膜，會使型砂的韌性變差，產生砂眼的可能性也增大。為此需要改善型砂的表面穩(wěn)定性，降低脆性、提高韌性，方法是在型砂中添加適當的曠淀粉，也有的改用FS粉，均可取得良好的效果，也可以在型腔表面施表面安定劑(噴灑)。2.2.3

11、 在造型、翻箱，特別是下芯、合箱等各環(huán)節(jié)容易將砂粒掉人型腔，而又未能清理干凈，極易造成鑄件砂眼缺陷。為此，一是要選取恰當的芯頭間隙和斜度并保證下芯和合箱的工裝精度，以免碰壞砂型或損壞型芯而將砂粒散落在型腔內；二是合箱前清理干凈型內可能掉人的砂粒(抽吸法好于吹出法)。 2.2.4 不能忽視的是，砂芯的飛邊毛刺要清理干凈，上涂烘干后待用的砂芯表面的砂?；覊m也要吹凈，否則容易被鐵水沖刷并富集在鑄件某處形成砂眼。同時，需要強調的是，砂芯上涂不能太厚，尤其是當工藝要求個別砂芯的個別部位或全部兩次浸滲涂料時，涂料不能太厚，且須等第一次上涂干燥到一定程度后才能上涂第二層，否則澆注時過厚的涂料會爆裂而形成夾砂

12、(渣)。3脈紋(飛翅) 通常在鑄件的內表面或熱節(jié)部位，如缸體缸蓋的水套腔內，或是進排氣道內，由于澆注時高溫鐵液的作用，使砂芯硅砂發(fā)生相變膨脹引起砂芯表面產生裂縫，液體金屬滲入其中，從而導致鑄件形成飛翅狀凸起的缺陷，即“脈紋”。脈紋一旦出現，難以清理。當水套腔內有脈紋時，輕者會影響內腔的清潔度，重者會影響冷卻水的流量，從而降低對發(fā)動機的冷卻效果，甚至會引起“燒缸”、“拉缸”嚴重后果；當氣道內出現脈紋時，會影響氣道渦流特性，最終影響發(fā)動機的整機工作性能。生產實踐表明，冷芯工藝產生脈紋的傾向要稍大于殼芯產生脈紋的傾向。3.1原因 3.1.1如上所述，產生脈紋的根本原因是高溫鐵液作用于砂芯引起硅砂的膨

13、脹裂紋。 3.1.2砂芯材料不具備低膨脹的性能，或者其自身不能吸收這種受熱產生的膨脹。 3.1.3砂芯的韌性或高溫強度不足以克服膨脹應力導致產生裂紋。 3.1.4所用涂料不能抵御砂芯在高溫下產生膨脹裂紋。 3.1.5鐵液未能在砂芯產生裂紋前凝固結殼，從而預防脈紋產生。3.2 對策 針對3.1所列產生脈紋的原因(或者說脈紋形成的機理)，顯然應采取如下措施：3.2.1 在保證能得到健全鑄件而又不產生氣孔等缺陷的鐵液充型溫度下，盡可能采取較低的澆注溫度以減輕砂芯受熱膨脹的程度；同時采用較快的澆注速度，以避免砂芯長時間受到高溫烘烤可能產生的膨脹裂紋。3.2.2 用于易產生脈紋砂芯(如水套芯、進排氣道芯

14、)的芯砂原砂預先進行消除相變膨脹處理，或者在砂芯材料中添加一些輔助材料，降低砂芯材料的熱膨脹率；再就是原砂的顆粒組成以三篩或四篩級配，以求砂芯材料能自身吸收膨脹變形。3.2.3 必要時，在砂芯材料中使用一定比例的非石英系列砂(如橄欖石砂、鋯英砂等)，第一它們的膨脹率極小，第二其導熱性好，使鐵液結殼時間早于砂芯相變膨脹開裂時間。3.2.4 提高砂芯材料的韌性和高溫強度。3.2.5 使用強度、韌性優(yōu)良，且導熱性能好的燒結型涂料，以增強砂芯表面抗膨脹裂紋的能力。以上這些措施既適用于冷芯砂，也適用于熱法覆膜砂(殼型砂)。由此看出，預防或減少脈紋缺陷的主要措施是改善砂芯膨脹性能。 4 清潔度現代發(fā)動機對

15、清潔度的要求十分苛刻。對汽缸體(汽缸蓋)鑄件而言，水腔、油腔、挺桿室等部位允許殘留的砂粒和異物，僅限為數克(g)以內。許多企業(yè)盡管采取了二次拋丸、強力拋丸，甚至引進了先進的拋丸設備，如鼠籠或機械手拋丸，要完全達到內腔清潔度要求，仍然較為困難，無論是殼芯或冷芯，情形均一樣。4.1 原因 清潔度達不到要求，從根本上來說是由于鑄件結構方面的原因，上述各腔在拋丸時，因為出砂孔眼少而??；鐵丸所能投射進去的量有限，所以內腔的光潔度與清潔程度均不及鑄件的外表面，也不及曲軸箱和缸筒面等部位。在不能改變鑄件結構的情況下，只能查找影響清潔度其他方面的原因。4.1.1 砂芯表面狀況不良，如充填不緊實；砂芯表面粗糙；

16、粘模等。 4.1.2 施涂不當，如涂料性能差，玻美度不合適，涂層厚度不夠等。 4.1.3 現有強力拋丸裝置對鑄件大部分內外表面都能清理得很干凈，但對狹窄復雜的水腔、油腔仍顯不足。4.2 對策 4.2.1 改善和提高砂芯表面質量狀況，如選用流動性好的制芯材料(安息角d9e)；合理設置排氣塞并加以維護使其暢通；施用品質好的脫模劑防止粘模等，這些措施的目的是得到表面緊實致密的砂芯。4.2.2 通常都要對坭芯施以涂料層。涂料玻美度要合適；涂料要有較強的滲透性；涂料層要有一定厚度(一般要達0.2mm)，涂層干燥后不能顯見砂粒為宜；選用的涂料防粘砂性能優(yōu)良，在澆注溫度下能在鑄件表面形成一低熔點的燒結層，而

17、且在鑄件冷卻過程中因收縮率的不同能自動剝離下來。4.2.3 如3.0所述，要努力避免防止脈紋缺陷的產生。一旦出現脈紋，鑄件的內腔清潔度情況，就更加惡化。有關措施參見3.2。4.2.4 對鑄件內腔清理，國內外的主流工藝方法是采用強力機械拋丸的方式，其型式有鼠籠拋丸，機械手夾持拋丸等。對這類拋丸設備，要維護達到額定拋丸電流值，要調整最佳拋射角度，對后一種拋丸型式，還可對難以清理的內腔將程序設置在最佳人射角度時適當延長拋射時間。此外，還有以下幾種改善和提高內腔清潔度的手段：a、電液壓清理，其原理是將待清理鑄件置于水池中，在高能量放電過程中，所產生的高壓沖擊波將粘附在鑄件上的砂粒振擊脫落。理論上說水能

18、浸入的孔腔內，其粘砂均能清理干凈，但這種方法占地面積大、耗能高、流程長(尚要倒空內腔積水并烘干水跡)、維護量大，也有一定的安全問題。 b、先將鑄件置于爐內焙燒，再進行拋丸。這種方法提高鑄件清潔度的效果還是很明顯的，但同樣是能耗較高、周期長，如以煤炭作加熱爐燃料，則作業(yè)環(huán)境較差。 c、有的廠家除采用強力拋丸以外，還針對水道腔或油道腔進行噴丸清理。這種方法對提高內腔清潔度最有效，所能達到的清潔度水平最高，但目前僅有此類通用單機產品，尚需人工握持噴丸頭伸進密封的工作室對準有關出砂孔噴射，勞動強度大、環(huán)境惡劣。期待著專用的自動噴丸設備在汽缸體(汽缸蓋)清理生產線上應用。5 滲漏 滲漏是指汽缸體(汽缸蓋

19、)在壓力試驗(水壓氣壓)時的泄漏現象，多發(fā)生在汽缸體(或汽缸蓋)的水套腔或是油道腔。引起滲漏的原因有夾雜和疏松兩大類(機械損傷或鑄造裂紋引起的曲軸箱滲漏的情況極少，在此不加論述)。5.1 夾雜引起的滲漏 5.1.1 原因(1)砂芯在修芯時未清除飛邊、毛刺，或砂芯上有松散粘附的大小不一的砂粒、砂團未清除干凈，致使?jié)沧r被鐵液沖刷下來并飄浮富集在水套壁或油道壁，形成夾砂(砂眼)，使腔壁貫通滲漏。 (2)組合好的砂芯被粉塵砂粒污染或型腔內不慎掉人散砂，沒有清理干凈，也會形成砂眼使腔壁貫通而滲漏。 (3)鐵液不純凈，而澆道內又無過濾措施或攔渣效果差，使鐵液中的夾渣進入型腔，使水腔或油腔的腔壁形成貫通性

20、的渣孔而滲漏。5.1.2 對策(1)認真清除砂芯的飛邊毛刺，并清除坭芯上附著的砂粒砂團，避免在水腔油腔壁上可能形成的砂眼。 (2)吹凈砂粒與粉塵污染的組合好的砂芯組，清理掉入型腔的砂粒。 (3)直澆道設置高效的過濾器，橫澆道應有良好的攔渣功能，并做好鐵液凈化工作(造渣、除渣)，以防腔壁上產生渣眼。5.2 縮松引起的滲漏這種滲漏常發(fā)生在水腔(油腔)或噴油嘴等熱節(jié)部位。5.2.1 原因 (1)鐵液成分不恰當，SiC過高，石墨片粗大，組織疏松。 (2)孕育過量，致使共晶團數量過多，微晶間隙難以補縮致密。5.2.2 對策 (1)在規(guī)定的碳當量保持不變的前提下，限制SiC在0.50.6之間。 (2)不得

21、孕育過量，較有效的措施是采用SiSr(含鍶)孕育劑，其石墨化能力極強，用量僅FeSi孕育劑的50，既可充分孕育消除截面敏感性，又可避免產生過多數量的共晶團。 (3)在易產生縮松的熱節(jié)部位，局部刷碲粉醇基涂料，增加該部位的冷卻能力，防止產生縮松。有報道稱，含Pb量達0.0008，即可造成縮松滲漏，須注意使用的爐料中有否鍍Pb材料，或須先行除去鍍層。此外影響縮松滲漏的微量元素還有Ti、A1等，它們都會增加鐵液的收縮傾向，要嚴格控制。6 材質性能方面的缺陷 縱觀國內外發(fā)動機技術發(fā)展趨勢；都在追求減薄鑄件壁厚，從而減輕鑄件乃至整機重量，達到降低油耗的目的。目前發(fā)動機單位功率的缸體缸蓋重量達到1.8kg

22、kw左右，相應的鑄件主要壁厚僅3.5mm左右，這就對鑄件的材質性能提出了很高要求。概括起來說，主要為：a、干型單鑄試棒的抗拉強度b250MPa，指定本體部位的抗拉強度b200MPa； b、鑄件指定部位的硬度在180HB以上，鑄件厚薄斷面的硬度差在30HB以下； c、鑄件本體的主要部位珠光體含量在90以上，石墨形態(tài)應大部分為A型，允許表面有少量B、D型，石墨最大長度應在2501xm以下。盡管我國大多數專業(yè)發(fā)動機鑄件生產廠家，通過技術改造和技術引進，達到了現代生產條件，但也經常出現達不到上述材質要求方面的缺陷。6.1原因 6.1.1 鐵液熔煉溫度偏低，過冷度小，使得后續(xù)的孕育強化效果差。 6.1.

23、2 爐料(金屬爐料與非金屬爐料)質量差，微量元素及非金屬夾雜物含量高。 6.1.3 合金化措施不當(或合金元素選擇不當，或合金加入量不當，或合金化方法不當)。 6.1.4 孕育措施不當(孕育劑成分、孕育劑形態(tài)、孕育量、孕育方法等)。 6.1.5 在保溫爐內處置不當(如頻繁且大幅度調整化學成分，使鐵液在爐內保溫時間過長，元素變化大)，成分控制精度差。6.2 對策 6.2.1 提高熔煉溫度以提高鐵液的穩(wěn)定性，增加其過冷傾向，消除原材料的“遺傳性”；并保證出鐵溫度大于1480，以確保初始澆注溫度達到1450，而終了澆注溫度達1400。6.2.2 加強沖天爐控制，使之爐況穩(wěn)定，從而保證進入保溫電爐的鐵

24、液成分穩(wěn)定(減少成份燒損的波動)。這樣可減少電爐內成分調整所需的時間，以免增加鐵液的收縮傾向和白口傾向。6.2.3 保溫電爐內不得已需要增C操作時，一要選擇吸收率高的增碳劑，二要保證有充分電磁攪拌和充分吸收的時間，否則所取鐵水樣不能反應整個熔體真實含C量，導致實際碳當量發(fā)生偏差。6.2.4 減少碳當量的波動，提高成份控制精度，要求求GE0.05，ASi0.1。6.2.5 對于形狀復雜、薄壁高強度的缸體、缸蓋類鑄件的鐵液，既要有高強度，也要有良好的鑄造性能。為此通常其成份設計為高碳當量(3.9-4，1)，使其具有良好的鑄造性能，而為了達到較高的力學性能，則采用低合金化措施。 a、根據我國資源情況

25、以及多數企業(yè)的經驗與習慣，多采用Cr、Cu等合金元素，有利于增加并細化和穩(wěn)定珠光體，改善石墨形態(tài)，從而得到較高的力學性能。 b、合金的加入量必須加以控制。Cr是一種促進形成并穩(wěn)定珠光體的元素，且能細化珠光體，因而能顯著提高灰鑄鐵的強度；然而Cr與C又有較強的親和力，是一種強碳化物元素，這就會增加鐵液的白口化傾向；同時Cr元素還會降低鑄鐵的共晶凝固溫度，使鐵液的凝固溫度范圍擴大，因此加大了灰鑄鐵的縮松、縮孔傾向，降低鑄件的致密性，這就可能影響Cr對灰鐵的強化作用。當Cr是在0.2-0.3范圍時，則能避害趨利。同樣，Cu也是促進并穩(wěn)定和細化珠光體的元素，Cu又是促進石墨化的元素，這就可以抵消Cr增

26、大白口傾向的不利影響。Cu的適宜加入量為0.40.5。由此，推薦Cr與Cu組合使用，會取得更好的效果，既保證了良好的鑄造性能，又提高了鑄鐵的力學性能。這里需要指出的是，由于Cr、Cu元素的作用，增加珠光體并穩(wěn)定和細化珠光體成片間距很小的層片狀組織，改善石墨形態(tài)(呈A型)、分布與大小，因此缸體、缸蓋在熱交變應力作用下抵抗熱疲勞產生裂紋的能力也得到提高(即具有好的熱穩(wěn)定性)。6.2.6 采取恰當的孕育處理，可以提高缸體、缸蓋鑄件的材質強度，特別是提高其硬度和顯微組織的均勻性，改善厚薄截面的敏感性，使得硬度差在30HB以內，并具有良好的切削加工性。這里恰當的孕育處理包括：a、選用合適的孕育劑。在眾多

27、孕育劑中，含Ba、Ca、Sr(鍶)等元素的孕育劑，不僅有很好的抗孕育衰退作用，且具有強烈的石墨化作用，可顯著改善鑄件截面敏感性，避免鑄件在最小壁厚處的白口傾向，且顯微組織也更加均勻。 b、合適的孕育方法，在包內孕育、喂絲孕育、型內孕育、隨流孕育等方法中，以隨流孕育最簡便，最適宜于大批量流水生產，效果也最好。推薦粒度為0.5-1.0mm，加入量為0.10.2。 c、需要指出的是，BaSi孕育劑會使鑄件硬度偏低，可加人微量Sn(0。040.06)或Sb(銻)(0.02)，可彌補硬度偏低的不足。6.2.7 嚴格控制爐料，標準是(1)微量元素低；(2)潔凈；(3)嚴禁混人合金元素。7 收縮 汽缸體(汽

28、缸蓋)鑄件結構復雜，壁厚差別較大。園弧曲面凸起的厚大部位，大批量流水生產時，工藝上又不便采取冒口補縮之類的措施。當其他工藝處置不當時，這些厚大熱節(jié)處往往會產生集中收縮，嚴重時會產生較深的縮裂缺陷。7.1 原因 7.1.1 上述部位的根部，時有造型充填不緊實，該部位鑄型硬度剛度不足的情形。當鐵液凝固石墨化膨脹時，發(fā)生型壁位移。 7.1.2 澆注溫度偏高 7.1.3 鑄液收縮傾向較大7.2 對策7.2.1提高型砂的流動性，控制合適的型砂緊實率，對氣沖造型或氣流預緊實的造型方法，模型相應部位增加排氣塞，采取這些措施后，可提高缺陷發(fā)生部位的鑄型硬度剛度，使高碳當量鐵液凝固時不會因為石墨化膨脹產生型壁位

29、移，從而能實現無冒口自補縮。 7.2.2在滿足充型要求，不得產生氣孔等缺陷的情況下，切勿盲目提高澆注溫度。(澆注溫度太高，還會引起跑火漏箱和粘砂等缺陷) 7.2.3保證鐵液有良好的鑄造性能，尤其要防止鐵液的白口傾向和收縮傾向。a)要精確控制碳當量(3.94.1)，低于下限時，則鐵液的收縮傾向加大，在前述部位出現縮孔缺陷的可能性就增大。 b)對高碳當量鐵液低合金化處理時，要控制可能由此引起收縮增大的傾向。一些增大灰鐵白口傾向、收縮傾向的合金元素，要嚴格用量。如前述Cr，會降低共晶溫度擴大凝固溫度區(qū)間，其用量不得超過0.035等。 c)電爐內采用增碳劑調整碳當量(碳量)時，一定要有充分吸收增C的時

30、間，否則會出現增碳假象。這樣的鐵水澆注的產品，往往會出現收縮。 d)要控制原鐵水中非合金化帶來的一些有害元素的含量，如P、Ti、V等也會增加鐵液的收縮傾向。8 加工性能 切削加工性能差是我國發(fā)動機鑄件普遍存在一個問題，也是與國外鑄件質量最大差距所在。即使國產鑄件與進口KD件的化學成分，基體金相組織乃至硬度值相近，但國產鑄件的切削加工性能仍遠不及進口KD件，有時刀具消耗相差一倍以上。8.1 原因8.1.1 來自原材料的微量元素的影響a、鐵中微量元素超標，如Ti、V、Pb、Be、B等，這些微量元素含量較高時，有的呈游離碳化物，氮化物等硬質點形式存在(碳化鈦、氮化鈦等)；有的使硬質相索氏體數量明顯增

31、加(如V等)。 b、廢鋼中混入合金鋼(如Ti、V等)，或使用了帶有鍍層的廢鋼，如鍍Pb的廢鋼板。 c、有的元素(如Pb、Be)增加鑄件的白口傾向。8.1.2 熔煉工藝不當，如在電爐中熔煉時間過長，鐵液白口化傾向加大。 8.1.3 孕育等工藝不當，即所選用的孕育劑或孕育工藝未能消除鑄件斷面的敏感性，尤其未能消除5mm薄壁處的顯微組織硬質相。8.2 對策 8.2.1 選擇恰當的生鐵，控制生鐵中微量元素的含量，Ti0.05，V0.01，采用低碳鋼廢鋼，嚴禁廢鋼中混入合金鋼。 8.2.2 避免合金化過程中產生過多的且分布不均勻的硬質相顯微組織。通常為保證良好的鑄造性能和達到較高的力學性能，一般都采用高

32、碳當量輔以合金化措施。合金化的目的是增加珠光體量，并細化和穩(wěn)定珠光體，但要避免產生白口化傾向，避免產生偏析，避免硬質相顯微組織出現。這就要合理選擇并組合合金化元素，并最好采用孕育方式加入。8.2.3 改善切削加工性能十分重要的一環(huán)是：采取有效的孕育工藝。一是選用含Ca、Ba的孕育劑要優(yōu)于傳統(tǒng)的75SiFe孕育劑，二是采取隨流孕育處理。這樣的孕育工藝可獲得均勻的組織以及均勻的顯微硬度。尤其是對壁厚差較大的汽缸體(汽缸蓋)鑄件，其最小壁厚5mm處的顯微組織與性能更趨均勻。以上是根據我國發(fā)動機鑄造企業(yè)近年來取得較大技術進步、鑄造材料供應也有較大改觀、總體水平有了較大提升的情況，對中小型乘用車發(fā)動機灰

33、鑄鐵汽缸體(汽缸蓋)鑄件生產中常見的、較為普遍遇到的鑄造缺陷及其對策所作的一個膚淺的分析。由于技術進步，一些不常見到、不常發(fā)生或是所占比例很小的鑄造缺陷，如機械損傷、尺寸偏差、粘砂等，這里不再涉及。 內容摘要:鑄鐵不是純鐵，它是一種以Fe、C、Si為主要成分且在結晶過程中具有共晶轉變的多元鐵基合金。為了提高鑄鐵的機械性能 ，通常在鑄鐵成分中添加少量Cr、Ni、C。、Mi、等合金元素制成合金鑄鐵。1 鑄鐵的特點和分類一、鑄鐵的特點1.成分與組織特點鑄鐵與碳鋼相比較，其化學成分中除了有較高的C、Si含量外(C2.5%4，0%、Si1.0%一3.0%)，還含有較高的雜質元素Mn、P，S，在特殊性能的

34、合金鑄鐵中，還含有某些合金元素。鑄鐵不是純鐵，它是一種以Fe、C、Si為主要成分且在結晶過程中具有共晶轉變的多元鐵基合金?；瘜W成分一般為：C2.5%-4.0%、Si1.0%一3，0%、P0.4%1.5%、S0.02%-02%。為了提高鑄鐵的機械性能 ，通常在鑄鐵成分中添加少量Cr、Ni、C。、Mi、等合金元素制成合金鑄鐵。 1 鑄鐵的特點和分類一、鑄鐵的特點1.成分與組織特點鑄鐵與碳鋼相比較，其化學成分中除了有較高的C、Si含量外(C2.5%4，0%、Si1.0%一3.0%)，還含有較高的雜質元素Mn、P，S，在特殊性能的合金鑄鐵中，還含有某些合金元素。所有這些元素的存在及其含量，都將直接影響

35、鑄鐵的組織和性能。由于鑄鐵中的碳主要是以石墨(G)形式存在的，所以鑄鐵的組織是由金屬基體和石墨所組成的。鑄鐵的金屬基體有珠光體、鐵素體和珠光 體加鐵素體三類，它們相當于鋼的組織。因此，鑄鐵的組織特點，可以看成是在鋼的基體上分布著不同形狀的石墨。2.鑄鐵的性能特點鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性要比碳鋼低。雖然鑄鐵的機械性能不如鋼，但由于石墨的存在，卻賦予鑄鐵許多為鋼所不及的性能。如良好的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性能。此外 ，鑄鐵的碳含量高，其成分接近于共晶成分，因此鑄鐵的熔點低，約為1200左右，鐵水流動性好，由于石墨結晶時體積膨脹，所以傳送收縮率小，其鑄造性能優(yōu)于鋼，因而通

36、常采用鑄造方法制成鑄件使用，故稱之為鑄鐵。二、鑄鐵的分類鑄鐵的分類方法很多。根據碳存在的形式可分為三種：1.白口鑄鐵(簡稱白口鐵) 白口鑄鐵中的碳主要以滲碳體(Cm)形式存在，斷口呈白亮色。其性能硬而脆，切削加工困難。除少數用來制造硬度高、耐磨、不需要加工的零件或表面要求硬度高、耐磨的冷硬鑄件外(如破碎機的壓板、軋輥、火車輪等 )，還可作為煉鋼原料和可鍛鑄鐵的毛坯。2.灰口鑄鐵(簡稱灰口鐵) 灰口鑄鐵中的碳主要以片狀石墨的形式存在，斷口呈灰色?；铱阼T鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，且價格低廉，制造方便，因而應用比較廣泛。3.麻口鑄鐵(簡稱麻口鐵) 麻口鑄鐵中的碳既以滲碳體形式存在，又以石墨

37、狀態(tài)存在。斷口來雜著白亮的游離滲碳體和暗灰色的石墨，故稱為麻口鐵。生產中很少用麻口鐵。根據石墨形狀的不同，將鑄鐵分為以下四種：(1)灰口鑄鐵，鑄鐵中的石墨形狀呈片狀。 (2)蠕墨鑄鐘持鐵中的石墨大部分為短小蠕蟲狀 (3)球墨鑄鐵(又稱瑪鐵、瑪鋼)，鑄鐵中的石墨是不規(guī)則團絮狀。 (4)球墨鑄鐵：鑄鐵中的石墨呈球狀。此外，為了獲得某些特殊性能，應使鑄鐵中的常規(guī)元素高干規(guī)定的含量，并且加入一定的合金元素，此稱之為 特殊性能鑄鐵。例如、耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵等。2 鑄鐵的結晶通過金屬學的學習我們已經知道，鑄鐵的結晶過程和組織轉變依化學成分和鑄造工藝條件不同，可以按Fe-Fe3C系進行或者按Fe-

38、G系進行。研究鑄鐵時為了方便起見 ，通常將這兩種狀態(tài)圖疊加在一起稱為Fe-C合金雙重狀態(tài)圖，如圖所示。 由圖可見，亞共晶成分的發(fā)口鑄鐵(簡稱灰鑄鐵)結晶時，首先拆出的是初生奧氏體A，以后殘留下的液相再經過共晶轉變 ，變?yōu)楣虘B(tài)。共晶轉變完畢后繼續(xù)冷卻時，還要發(fā)生碳自A中脫港析出那以后的共折轉變，完成結晶過程，形成亞共晶鑄鐵的最終紛紛通常把初生A的析出和以后共晶轉變稱為鑄鐵的一次結晶；而把凝固后進行的碳自A中的 脫溶、共析轉變稱為二次結晶。 一次結晶決定了鑄鐵的晶粒大小、石墨形狀和分布，二次結晶決定了鑄鐵的基體組織。因此。要控制鑄鐵的組織，就必須控制這兩個結晶過程。3 鑄鐵的石墨化一，鑄鐵的石墨化

39、過程鑄鐵中石墨的形成過程稱為石墨化過程。鑄鐵組織形應的基本過程就是鑄鐵中石墨的形成過程。因此，了解石墨化過程的條件與影響因素對掌握鑄鐵材料的組織與性能是十分重要的。根據FeC合金雙重狀態(tài)圖，鑄鐵的石墨化過程可分為三個階段：第一階段，即液相亞共晶結晶階段。包括，從過共晶成分的液相中直接結晶出一次石墨和共晶成分的液相結晶出奧氏體加石墨由一次滲碳體和共晶滲碳體在高溫退火時分解形成的石墨。 中間階段，即共晶轉變亞共析轉變之間階段。包括從奧氏體中直接析出二次石墨和二次滲碳體在此溫度區(qū)間分解形成的石墨。 第三階段，即共折轉變階段。包括共折轉變時，形成的共析石墨和共析滲碳體退火時分解形成的石墨。鑄鐵石墨化過

40、程進行的程度與鑄鐵組織的關系概括于表中 二、影響鑄鐵石墨化的因素 鑄鐵的組織取決于石墨化進行的程度，為了獲得所需要的組織，關鍵在于控制石墨化進行的程度。實踐證明，鑄鐵化學成分、鑄鐵結晶的的冷卻速度及鐵水的過熱和靜置等諸多因素都影響石墨化和鑄鐵的顯微組織。1.化學成分的影響各元素對待鐵石墨化的影響可定性地列于表中。 各元素對石墨形狀、分布的影響定性地列于表中。由表可見，恃鐵中常見的C，Si、Mn、P、S中，C，Si是強烈促進石墨化的元素，S是強烈阻礙石墨化的元素。實際上各元素對鑄鐵的石墨化能力的影響極為復雜。其影響與各元素本身的含量以及是否與其它元素發(fā)生作用有關 ，如Ti、Zr、B、Ce、Mg等

41、都阻礙石墨化，但若其含量極低(如B、Ce<0.01%，T<0.08%)時，它們又表現出有促進石墨化的作用。2.冷卻速度的影響一般來說，鑄件冷卻速度趨緩慢，就越有利于按照Fe-G穩(wěn)定系狀態(tài)圖進行結晶與轉變，充分進行石墨化；反之則有利于按照 Fe-Fe3C亞穩(wěn)定系狀態(tài)圖進行結晶與轉變，最終獲得白口鐵。尤其是在共析階段的石墨化，由于溫度較低，冷卻速度增大，原子擴散困難，所以通常情況下，共析階段的石墨化難以充分進行。鑄鐵的冷卻速度是一個綜合的因素，它與澆注溫度、造型材料的導熱能力以及鑄件的壁厚等因素有關。而且通常這些因素對兩個階段的影響基本相同。提高澆注溫度能夠延緩鑄件的冷卻速度，這樣既促

42、進了第一階段的石墨化，也促進了第二階段的石墨化。因此，提高澆注溫度在一定程度上能使石墨粉化 ，也可增加共析轉變。 3.鑄鐵的過熱和高溫靜置的影響在一定溫度范圍內，提高鐵水的過熱溫度，延長高溫靜置的時間，都會導致鑄鐵中的石墨基作組織的細化，使鑄鐵強度提高。進一步提高過熱度，鑄鐵的成核能力下降，因而使石墨形態(tài)變差，甚至出現自由滲碳體，使強度反而下降，因而存在一個臨界溫度。臨界溫度的高低，主要取決于鐵水的化學成分及鑄件的冷卻速度一般認為普通灰鑄鐵的臨界溫度約在1500-1550左右，所以總希望出鐵溫度高些。4 灰鑄鐵灰鑄鐵是一種斷面是灰色，碳主要以片狀石墨形式出現，是應用最為廣泛的一種鑄鐵?；诣T鐵的

43、鑄造性能、切削性、耐磨性和吸震性都優(yōu)于其它各類鑄鐵，而且生產方便、品率高、成本低。因此，在工農業(yè)生產中友鑄鐵獲得廣泛應用，在各類鑄鐵的總產量中點80%以上。一，灰鑄鐵的牌號、化學成分反顯微組織根據發(fā)鑄鐵分類國家標準 GB 9439一88，我國灰鑄鐵的牌號分為六級?！癏T”表示灰鐵二字漢語拼音的第一個大寫字母，其后數字表示抗拉強度。發(fā)鑄鐵的化學成分見表。 灰鑄鐵的顯微組織是由片狀石墨和金屬基體所組成的。金屬基體按共析階段石墨化進行的程度不同可分為鐵素體、鐵素體-珠光體作和珠光體三種。相應有三種不同基體組織的灰鑄鐵 ，它們的顯微組織分別如圖所示。 普通灰鑄鐵的金屬基體以珠光作為主，并合有少量鐵素體

44、；高強度鑄鐵主要是珠光作基體，屬于鐵素體基體的主要是高硅鑄鐵。二、灰鑄鐵的性能和用途灰鑄鐵的性能與其他學成分和組織有密切的聯系。1.優(yōu)良的鑄造性能由于灰鑄鐵的化學成分接近共晶點，所以鐵水流動性好，可以鑄造非常復雜的零件。另外，由于石墨比容較大，使鑄件凝固時的收縮量減少，可簡化工藝，減輕鑄件的應力并可得到致密的組織。2，優(yōu)良的耐磨性和消震性石墨本身具有潤滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性。此外，由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力進一步提高，這對于制備活塞環(huán)、氣缸套等受摩擦零件具有重要意義。石墨可以阻止后動的傳播，灰鑄鐵的消振能力是鋼的10倍，常用來制作承

45、受振動的機床底座。3.較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能 灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當于存在很多小的缺口時表面的缺陷、缺口等幾乎沒有敏感性，因此，表面的缺陷對鑄鐵的疲勞強度影響較小 ，但其疲勞強度比鋼要低。由于灰鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用和對刀具的潤滑起減障作用，所以其可切削加工性是優(yōu)良的。4.灰鑄鐵的機械性能 灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素銹鋼，如表所示?；诣T鐵的抗壓強度和硬度主要取決于基體組織?；诣T鐵的抗壓強度一般比抗拉強度高出三四倍 ，這是灰鑄鐵的一種特性。因此，與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合。這就是廣泛用作機床床身和支柱受耐壓零件的原因。 5 提高鑄

46、鐵性能的途徑一、鑄鐵石墨細倫強化-孕育處理為了細化灰鑄鐵的組織，提高鑄鐵的機械性能，并使其均勻一致。通常在澆注前往鐵水中加和少量強烈促進石墨化的物質 ，即孕育劑)進行處理，這一處理過程稱為孕育處理。經過孕育處理的灰鑄鐵稱孕育鑄鐵。常用的孕育劑有硅鐵、硅鈣、稀土合金等，其中最常用的是含有75%Si的鐵合金。孕育劑的加入量大致在0.2%0.5%，應視鑄件厚薄而定。孕育劑的作用是促使石墨自發(fā)形核 ，因而孕育鑄鐵的金相組織是在細密的珠光體基體上，均勻分布細小的石墨，其抗拉強度可達300-400 MPa，硬度可達HB170-270，k可達38 Jcm2、延伸率達0.5%左右 ，都比普通灰鑄鐵高。二、鑄鐵

47、的石墨球化強化-球化處理1.球墨鑄鐵的生產石墨呈球狀的鑄鐵稱為球墨鑄鐵，簡稱球鐵。球鐵是用灰口成分的鐵水經球化處理和孕育處理兩制得的。2、球鐵的組織和性能特點球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，它對基體的破壞作用小，基體強度利用率可達70%90%。另外。球鐵可通過熱處理充分發(fā)揮基體的性能潛力，所以球鐵具有較好的機械性能?？估瓘姸茸罡呖蛇_150x107N/m2，延伸率可達25%。另外，它的屈強比 很高，k可達8-15Jcm2。3.球墨鑄鐵的牌號，化學成分和用途根據國家標準 GB34888規(guī)定，球鐵分為八個牌號，牌號中“QT”是球鐵二字漢語拼音的字頭，其后二級數字分別表示最低抗拉強度和最低延伸率。表 中列出了

48、球鐵的化學成分和力學性能。 球鐵具有上述優(yōu)異的機械性能、有時可用它代替碳素鋼，應用于負荷較大受為復雜的零件如珠光體基的球鐵常用于制造汽車、拖拉機中的曲軸、連桿、凸輪等。還可做大型水壓機的工作缸、缸套及活塞。而鐵素作基的球鐵多用于制造受壓閥門、汽車后橋殼等。 6 可鍛鑄鐵它是由白口鑄件經熱處理而得的一種高強度鑄化與灰鑄鐵相比，它具有較高的強度、塑性、韌性，而耐磨性和城探性優(yōu)于普通碳素鋼，所以可部分代替碳鋼、合金鋼和有色金屬。7 特殊性能鑄鐵在普通鑄鐘基礎上加入某些合金元素可使鑄鐵具有某種特殊性能，如耐磨性、耐熱性或腐蝕性等，從而形成一類具有特殊性能的合金鑄鐵。合金鑄鐵可用來制造在高溫、高 磨擦或

49、耐蝕條件下工作的機器零件。一、耐磨鑄鐵根據工作條件的不同，耐磨鑄鐵可以分為減摩鑄鐵和抗磨鑄鐵兩類。減磨鑄鐵用于制造在潤滑條件工作的零件，如機床床身、導軌和汽缸套等。這些零件要求較小的摩擦系數?？鼓?鑄鐵用來制造在于摩擦條件下工作的零件，如軋輥、球磨機磨球等。二、耐熱鑄鐵鑄鐵在高溫條件下工作、通常會產生氧化和生長等現象。氧凡是指鑄鐵在高溫下受氧化性氣氛的侵蝕，在鑄件表面發(fā)生的化學腐蝕的現象。由于表面形成氧化皮，減少了鑄件的有效斷面，因而降低了鑄件的承載能力。生長是指鑄鐵在高溫下反復加熱冷卻時發(fā)生的不可塑的體積長大，造成零件尺寸增大，并使機械性能降低。鑄件在高溫和負荷作用了，由于氧化和生長最終導致零件變形、翹曲、產生裂紋，甚至破裂。所以鑄鐵在高溫下抵抗破壞的能力通常指鑄鐵的抗氧化性和抗生長能力。耐熱鑄鐵是指在高溫條件下具有一定的抗氧化和抗生長性能，并能承受一定載荷的待錢。三，耐蝕鑄鐵普通鑄鐵的耐蝕性是很差的，這是因為鑄鐵本身是一種多相合金，在電解質中各相具有不同的電極電位，其中以石墨的電極電位最