發(fā)動機箱體鑄造工藝設(shè)計

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1、 封面 1 摘要 本文綜合分?析了采用鑄?造工藝生產(chǎn)?汽車發(fā)動機?箱體的方法?，從鑄造設(shè)備?、鑄造模具設(shè)?計、生產(chǎn)工藝、鑄造生產(chǎn)中?常見的問題?及對策等多?個角度，對鑄造工藝?的技術(shù)動向?以及今后的?研究課題提?出了自己的?見解。 對國內(nèi)外發(fā)?動機箱體鑄?造生產(chǎn)進行?了總結(jié),其材質(zhì)主要?以C(質(zhì)量分數(shù),下同):3.15%~3.3%,CE:3.95%~4.05%,Si/C:0.6%~0.7%的灰鑄鐵為?主。一般選擇沖?天爐-有芯工頻電?爐進行熔煉?,孕育劑仍普?遍采用75?SiFe,立澆底注式?澆注系統(tǒng)和?保溫冒口有?利于獲得優(yōu)?質(zhì)箱體,冷芯制芯工?藝已逐漸取?代熱芯工藝?。通過提

2、高澆?注溫度、型砂緊實率?等措施可減?少箱體常見?缺陷滲漏的?出現(xiàn)。 鑄造過程中?合金配比工?藝研究當箱?體中含Cr?量從0．308％上升到0．343％并不能明顯?增加珠光體?數(shù)量和片間?距的等級，但是可使鑄?件各部位的?硬度總體呈?上升趨勢。鑄件抗拉強?度值上升幅?度很大。一般可上升?20～30MPa?．在箱體中加?入 Sn可以明?顯提高鑄件?的布氏硬度?和組織中的?珠光體含量?，但對于提高?珠光體的 片間距等級?和減少滲碳?體量則效果?不明顯。 關(guān)鍵詞：鑄造工藝；灰鑄鐵；模具設(shè)計 3 ABSTR?ACT This paper? analy?zes the use of t

3、he casti?ng proce?ss to produ?ce autom?obile? engin?e box appro?ach from many angle?s commo?n found?ry equip?ment, casti?ng mold desig?n, manuf?actur?ing proce?ss, casti?ng produ?ction? probl?ems and count?ermea?sures? on the casti?ng proce?ss techn?ology? trend?s and futur?e resea?rch put forwa?rd

4、their? own views?. For domes?tic and engin?e block?, cylin?der head casti?ng a summa?ry, the mater?ial mainl?y C (mass fract?ion): 3.15% ~ 3.3%, CE: 3.95% ~ 4.05%, Si / C: 0.6% ~ 0.7 % of gray cast iron main. Gener?ally choos?e cupol?a - a core-frequ?ency elect?ric furna?ce smelt?ing, inocu?lant is

5、 still? widel?y used 75SiF?e, Li pouri?ng botto?m gatin?g and riser? syste?m is condu?cive to quali?ty block?, cylin?der heads?, cold-core makin?g proce?ss has been gradu?ally repla?ced by heat core proce?sses. By incre?asing? the pouri?ng tempe?ratur?e, sand compa?ction? rate and other? measu?res t

6、o reduc?e the block?, cylin?der heads? commo?n defec?t leaka?ge occur?s. Alloy? Casti?ng proce?ss, when the ratio? of the cylin?der Cr conte?nt incre?ased from 0.308% to 0.343% did not signi?fican?tly incre?ase the numbe?r and spaci?ng of pearl?ite grade?, but can cast vario?us parts? of hardn?ess

7、overa?ll upwar?d trend?. Casti?ng a great? tensi?le stren?gth value?s rise. Gener?ally rise 20 ~ 30MPa?. Addin?g Sn in the cylin?der can signi?fican?tly impro?ve the casti?ng Brine?ll hardn?ess of pearl?ite conte?nt and organ?izati?on, but for impro?ving the pearl?ite spaci?ng level?s and reduc?e th

8、e amoun?t of cemen?tite is ineff?ectiv?e. Keywo?rds: casti?ng; gray iron; mold desig?n 摘要 2 ABSTR?ACT 3 1 前言 6 1．1課題背景? 6 1．2箱體鑄件?國內(nèi)外研究?現(xiàn)狀和發(fā)展?趨勢 6 1．2．1國外發(fā)動?機箱體鑄造?技術(shù)生產(chǎn)狀?況 7 1．2．2我國發(fā)動?機箱體鑄件?的生產(chǎn)狀況? 7 1．3灰鑄鐵箱?體材料的發(fā)?展 8 1．3．1箱體材料?要求 8 1．3．2灰鑄鐵箱?體材料 8 1．3．3灰鑄鐵的?組織和幾種?合金元素的?影響 9 1．3．4國內(nèi)外箱?體生

9、產(chǎn)中灰?鑄鐵材質(zhì)的?選擇 13 1．4本課題研?究的內(nèi)容 18 2 低合金灰鑄?鐵箱體工藝?簡介 19 2．1生產(chǎn)設(shè)備?及原材料 19 2．1．1生產(chǎn)設(shè)備? 19 2．2結(jié)構(gòu)簡介? 19 2．3材質(zhì)要求? 20 2．4造型及澆?注系統(tǒng)設(shè)計? 21 2．4．1造型工藝? 21 2．4．2澆注系統(tǒng)? 22 2．5制芯及組?芯工藝方案?設(shè)計 23 2．5．1制芯 23 2．5．2組芯 23 2．6孕育劑的?加八方法 25 2．6．1孕育機理?及目的 25 2．6．2生產(chǎn)孕育?鑄鐵鑄件的?條件 25 2．7．1原材料 26 3 合金元素對?發(fā)動機箱體?性能的影響?

10、27 3．1引言 27 3．2試驗裝置?及試驗方法? 28 3．2．1試驗裝置? 28 3．2．2原材料 28 3．2．3制樣 28 3．3鉻對箱體?力學性能和?金相組織的?影響 29 3．3．1試驗?zāi)康?及內(nèi)容 29 3．3．2試驗結(jié)果? 29 3．4錫對箱體?力學性能和?金相組織的?影響 22 3．4．1試驗?zāi)康?及內(nèi)容 33 3．4．2實驗結(jié)果? 33 4 結(jié)論 42 致 謝 43 參考文獻 44 5 1 前言 1．1課題背景? 發(fā)動機箱體?的鑄件是發(fā)?動機生產(chǎn)中?難度最大、最重要的一?環(huán),其質(zhì)量對發(fā)?動機的功率?、油耗等性能?起著決定性

11、?的作用。通過對國內(nèi)?外發(fā)動機箱?體鑄造生產(chǎn)?中的材質(zhì),熔煉工藝,及鑄造工藝?進行討論,為提高我國?發(fā)動機箱體?的鑄造工藝?水平積累一?點有用的資?料,為有關(guān)箱體?鑄造生產(chǎn)廠?在技術(shù)改造?時提供一些?有益的參考?。 1發(fā)動機箱?體箱蓋的特?點 目前汽車發(fā)?動機在設(shè)計?上不僅要求?降低單位功?率質(zhì)量,減小噪音,還要控制燃?油消耗,減少尾氣排?放,而箱體的鑄?造工藝水平?對發(fā)動機的?這些性能有?著重要的影?響。由此可見,發(fā)動機箱體?鑄件具有以?下幾個特點?。 1)質(zhì)量輕,強度高。當前發(fā)動機?用材正由傳?統(tǒng)的鑄鐵材?料向輕型鋁?鎂合金轉(zhuǎn)變?,對箱體鑄件?結(jié)構(gòu)的要求?也不斷提高?。 2)結(jié)構(gòu)復(fù)

12、雜。在箱體上,除有特殊形?狀的配氣燃?燒室外,有進氣道、排氣道,還有冷卻水?套、潤滑油道等?,內(nèi)腔形狀復(fù)?雜多變,同時由于發(fā)?動機裝配的?需要,其外形結(jié)構(gòu)?也十分復(fù)雜?。 3)形狀準確,尺寸精度高?。發(fā)動機輸出?功率的大小?與燃燒室及?進排氣道的?形狀和大小?關(guān)系大,鑄件超出設(shè)?計狀態(tài)lm?m,動力性能將?降低10%左右[1]。 但另一方面?，鑄件的合金?種類和結(jié)構(gòu)?類型不同。生產(chǎn)工藝裝?備和組織形?式不同，其生產(chǎn)的關(guān)?鍵技術(shù)和技?術(shù)難點也是?各不相同的?，更何況箱體?箱蓋鑄件又?屬于典型的?薄壁、復(fù)雜、多芯且結(jié)構(gòu)?鑄造工藝性?很差的難制?造鑄件。而且還都必?須滿足高強?度、高精度、不滲漏

13、、易切削、抗熱疲勞等?一系列很高?的技術(shù)要求?。在鑄造生產(chǎn)?過程中極易?產(chǎn)生10多?種足以導致?鑄件報廢的?鑄造缺陷。因此，箱體鑄件也?被稱為“鑄造之花”[l]。 隨著中國的?改革開放和?加入WTO?，國外大汽車?公司紛紛在?中國投資建?廠，引進了多種?汽車及發(fā)動?機產(chǎn)品，在一定程度?上促進了中?國汽車工業(yè)?的發(fā)展。設(shè)計生產(chǎn)的?新型汽油機?箱體為中國?當前大力發(fā)?展的、具有自主知?識產(chǎn)權(quán)的汽?車產(chǎn)業(yè)邁出?重要的一步?。 1．2箱體鑄件?國內(nèi)外研究?現(xiàn)狀和發(fā)展?趨勢 發(fā)動機類鑄?件的生產(chǎn)屬?大批量、專業(yè)化流水?生產(chǎn)性質(zhì)，一般年生產(chǎn)?綱領(lǐng)，少則上萬件?，多則幾千萬?件。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)?雜，鑄造難

14、度大?，相應(yīng)生產(chǎn)工?序多、工藝裝備的?要求也高，如發(fā)動機箱?體等鑄件，既有復(fù)雜的?內(nèi)腔和外形?結(jié)構(gòu)，又要求薄壁?及高度精確?的毛坯尺寸?。產(chǎn)品的材質(zhì)?性能要求嚴?格，并且種類繁?多，如排氣管要?求良好的耐?熱性能；缸套、活塞環(huán)等又?要求嚴格的?耐磨性能和?熱穩(wěn)定性能?等等。因此，人們普遍認?為，發(fā)動機類鑄?件的生產(chǎn)水?平一定程度?上代表了這?個國家的鑄?造生產(chǎn)水平?，也反映出這?個國家這類?機械產(chǎn)品的?性能和質(zhì)量?。 1．2．1國外發(fā)動?機箱體鑄造?技術(shù)生產(chǎn)狀?況 到目前為止?，在材質(zhì)的選?擇上，車用發(fā)動機?箱體箱蓋的?材質(zhì)主要有?灰鑄鐵，鋁合金，蠕墨鑄鐵等?。隨著發(fā)動機?朝著大功率?、環(huán)

15、保方向的?發(fā)展，灰鑄鐵的牌?號越來越高?，現(xiàn)在運用普?遍的是HT?250，而HT30?0也已應(yīng)用?于箱體的生?產(chǎn)，個別產(chǎn)品性?能要求達到?HT350?。 在鑄鐵的熔?煉上，為確保鑄件?獲得良好的?金相組織、穩(wěn)定的力學?性能和滿足?壁薄(3～5mm)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄?件的澆注要?求，要求鐵液具?有穩(wěn)定的化?學成份，較高的出爐?溫度和需要?對氧化渣、氣體含量進?行嚴格的控?制。國外主要運?用熱風沖天?爐、沖天爐與感?應(yīng)電爐雙聯(lián)?熔煉，爐前配備快?速金相和熱?分析儀，同時還配備?直讀光譜儀?等設(shè)備。在孕育上普?遍采用復(fù)合?孕育，以提高鑄件?的綜合性能?。 在造型上主?要運用氣沖?造型線(如GF線、B

16、MD線)及靜壓造型?線(如KW線、HWS線)、負壓加砂加?壓實(如KW)造型線等等?。從目前來看?，發(fā)動機類鑄?件的生產(chǎn)宜?采用自動化?程度高的氣?沖線或靜壓?線的較多。 制芯方面，在歐美較多?采用以冷芯?盒為主(曲軸箱、端面芯等均?為冷芯盒)，配以殼芯；而日本更多?采用殼芯。以呋喃樹脂?為粘結(jié)劑的?熱芯盒砂芯?，因芯砂流動?性差、芯子表面疏?松等原因，已逐漸被冷?芯盒砂芯和?殼芯所取代?。 為保證鑄件?表面質(zhì)量和?內(nèi)腔清潔度?，要采用拋丸?、機械磨削及?手工清鏟等?進行清理，采用高水壓?(10～12MPa?)清潔箱體內(nèi)?腔。 1．2．2我國發(fā)動?機箱體鑄件?的生產(chǎn)狀況? 近年來，我國

17、鑄造行?業(yè)的生產(chǎn)技?術(shù)及裝備水?平有了長足?的進步，產(chǎn)品品種及?產(chǎn)量基本上?已能滿足國?民經(jīng)濟各個?行業(yè)發(fā)展的?需求，鑄件出口量?也不斷增長?。鑄件的材質(zhì)?大多為HT?250。為得到較好?的金相組織?和力學性能?、防滲漏性能?以及加工性?能，合金成分設(shè)?計上，多采用高碳?當量(CE=3．9"--'4．05％)，低合金化的?原則。 為獲得連續(xù)?穩(wěn)定的高質(zhì)?量鐵液，多采用沖天?爐與感應(yīng)電?爐雙聯(lián)熔煉?工藝，澆注溫度一?般在140?0"-1450。C。采用爐前和?隨流二次孕?育的孕育方?法對鑄件性?能的穩(wěn)定也?起到重要的?作用。 以氣沖、靜壓造型線?為代表的各?類高壓造型?的自動化造?型線已在發(fā)

18、?動機生產(chǎn)企?業(yè)里得到廣?泛的應(yīng)用，此外，垂直和水平?分型的高壓?、射壓、擠壓等先進?的造型工藝?和裝備的應(yīng)?用也大大提?高了我國內(nèi)?燃機箱體等?薄壁高強度?鑄件的尺寸?精度和表面?質(zhì)量。 在制芯方面?，冷芯盒法制?芯發(fā)展速度?加快，其優(yōu)點凸顯?，高強度、低膨脹、高潰散性覆?膜砂受到更?多的關(guān)注并?開始大量生?產(chǎn)與使用。 在清理方面?，由于箱體鑄?件內(nèi)腔復(fù)雜?，難以清理，壁厚也容易?變化，故采用機械?手程序控制?拋丸角度和?時間取得了?較好的效果?，受到了更多?的認同。 此外國內(nèi)自?行開發(fā)的無?余量精鑄技?術(shù)、新型的澆注?系統(tǒng)過濾網(wǎng)?技術(shù)等等也?均有效地提?高了鑄件的?內(nèi)、外質(zhì)量和生?產(chǎn)

19、效率。 高科技的測?試技術(shù)和計?算機輔助設(shè)?計、計算機輔助?管理以及計?算機自動控?制等技術(shù)的?推廣應(yīng)用使?鑄造行業(yè)技?術(shù)上了一個?新臺階。近幾年來，行業(yè)內(nèi)直讀?光譜儀、熱分析儀、三坐標測量?儀已得到了?普遍的應(yīng)用?，大大提高了?測試分析的?精度；計算機輔助?的鑄件設(shè)計?、澆注系統(tǒng)設(shè)?計、鑄造生產(chǎn)管?理和生產(chǎn)過?程數(shù)據(jù)自動?處理等等提?高了工作效?率和管理水?平；由PC機控?制的各類機?械手或機器?人在熱、臟、累的工序里?解放了一部?分鑄造工人?的繁重體力?勞動。 1．3灰鑄鐵箱?體材料的發(fā)?展 1．3．1箱體材料?要求 發(fā)動機是汽?車的心臟，而箱體是發(fā)?動機的骨架?和外殼。在箱體內(nèi)外

20、?安裝著發(fā)動?機主要零部?件，其尺寸較大?，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚較薄又?很不均勻(最薄處僅為?3mm'---"5ram)。箱體在工作?中承受氣壓?力的拉伸和?氣壓力與慣?性力聯(lián)合作?用下的傾覆?力矩的扭轉(zhuǎn)?和彎曲以及?螺栓預(yù)緊力?的綜合作用?。在這些大小?、方向變化的?力和力矩作?用下、使機體產(chǎn)生?橫向和縱向?的變形，變形超過許?用值時將影?響與機座相?聯(lián)零部件的?可靠性和工?作能力，尤其是活塞?、連桿等零件?的工作可靠?性和耐磨性?會受到嚴重?影響，并導致發(fā)動?機不能正常?工作。因此，要求氣箱體?材料具有良?好的綜合性?能，即應(yīng)具有良?好的強韌性?、導熱性、耐磨性、耐蝕性、加工工藝性?能和經(jīng)濟性?

21、。另外，對材料的再?循環(huán)應(yīng)用性?及減少對環(huán)?境的影響也?是需要考慮?的重要方面?[21]。 箱體常用的?材料有灰鐵?和鋁合金兩?種。鋁合金的密?度小，重量輕，但剛度差、強度低及價?格貴。所以除了某?些發(fā)動機為?了減輕重量?而采用外，一般用灰鑄?鐵作為箱體?材料。 1．3．2灰鑄鐵箱?體材料 目前，世界鑄鐵件?的生產(chǎn)狀況?和趨勢是：灰鑄鐵件的?比例明顯下?降，但仍占優(yōu)勢?；球墨鑄鐵件?的產(chǎn)量持續(xù)?增長，而蠕墨鑄鐵?和特種鑄鐵?也有了較大?的發(fā)展[3][4]。盡管在目前?汽車輕量化?發(fā)展趨勢下?，鑄鐵件受到?鋁合金鑄件?等強有力的?挑戰(zhàn)，但是，由于鑄鐵的?缺口敏感性?、減震性及耐?磨性等優(yōu)良

22、?性能是其他?材料不可取?代的，而且生產(chǎn)方?便，價格便宜，因此在工業(yè)?領(lǐng)域中依然?具有十分明?顯的優(yōu)勢，是制造復(fù)雜?形狀零件的?首選材料。 灰鑄鐵由于?具有良好的?鑄造工藝性?能和機械性?能，優(yōu)越的耐磨?性、減震性和導?熱性，而且生產(chǎn)方?便，價格便宜，在很多工業(yè)?領(lǐng)域的鐵系?零件中被選?定為復(fù)雜形?狀零件的首?選材料，特別是交通?運輸行業(yè)用?作制造發(fā)動?機的材料。鑄鐵鑄件一?般占各類鑄?件總產(chǎn)量的?75％以上；而灰鑄鐵件?產(chǎn)量又占鑄?鐵件總產(chǎn)量?的75％以上。由于市場的?激烈競爭，對鑄鐵材質(zhì)?的要求越來?越高，隨著現(xiàn)代科?學技術(shù)的進?步和對節(jié)能?要求的提高?，于是能提高?性能、減輕重量、降低

23、能耗及?降低成本的?高強度薄壁?灰鑄鐵件就?成為國內(nèi)外?研究者們進?行研究的一?項重要內(nèi)容?，并在汽車發(fā)?動機等薄壁?復(fù)雜件生產(chǎn)?中得到廣泛?的應(yīng)用[15]。 1．3．3灰鑄鐵的?組織和幾種?合金元素的?影響 過去半個世?紀中，灰鑄鐵的熔?煉和孕育處?理有了很大?的進步，對于鑄鐵的?合金化、生核和凝固?以及固態(tài)的?相變都作了?不少研究。在材料科學?日新月異的?今天，灰鑄鐵仍能?做為一種結(jié)?構(gòu)材料而具?有相當?shù)母?爭能力，是與這些研?究工作分不?開的。目前，許多重要的?機器零件，如機床床身?、內(nèi)燃機箱體?、殼體、壓縮機箱體?和液壓閥等?，都是灰鑄鐵?制成的。當然，對灰鑄鐵性?能的要求也?越來

24、越高了?。既要保證強?度高，又要有良好?的加工性能?和厚、薄截面組織?的一致性；還要求鑄鐵?的剛度高，鑄件尺寸穩(wěn)?定[6][7][1]。 1．3．3．1高牌號灰?鑄鐵的目標?金相顯微組?織 灰鑄鐵的強?度和綜合質(zhì)?量，決定于其最?終的顯微組?織，生產(chǎn)高牌號?灰鑄鐵件，控制其顯微?組織的目標?，大致有以下?幾方面[8]： (1)有較多的初?生奧氏體枝?狀晶； (2)無游離滲碳?體和晶間滲?碳體； (3)石墨細小而?且是A型； (4)珠光體細小?； (5)基體組織9?5％以上為珠光?體，游離鐵素體?不多于5％。1．3．3．2灰鑄鐵中?片狀石墨的?分類 由于凝固條?件不同(指化學成分

25、?、冷卻速度、形核能力等?)，灰鑄鐵中的?片狀石墨可?出現(xiàn)不同的?分布及尺寸?。GB721?6—87把灰鑄?鐵的石墨分?為6種，各型石墨的?分類原則及?形成條件見?表1．1。 表1-1各型石墨?的分類原則?及形成條件?[9] 1．3．3．3灰鑄鐵中?常用的合金?元素 灰鑄鐵中所?加的合金元?素一般分為?珠光體穩(wěn)定?元素，石墨化元素?，滲碳體穩(wěn)定?元素和細化?珠光體的元?素。灰鑄鐵中加?入合金元素?來提高強度?的主要機理?表現(xiàn)在：增加并細化?珠光體；細化石墨和?共晶團；提高滲碳體?的熱穩(wěn)定性?，防止珠光體?在高溫下分?解，提高鑄鐵的?熱穩(wěn)定性；生成碳化物?等硬度相。各元素的具?體作

26、用見表?1．2。 一般說來，硫是有害元?素。但對灰鑄鐵?來講，含少量硫?qū)?于石墨的生?核和共晶團?的細化都有?非常重要的?作用。所以，灰鑄鐵中的?含硫量不宜?低于0．06％，最好保持在?0．06％～0．08％之間。含硫量太高?(>0．18％)，則各種有害?作用都會顯?現(xiàn)，損害鑄件的?質(zhì)量。硫是化學活?性強的元素?，在鑄鐵中含?錳量很低時?，硫與鐵生成?化合物Fe?S(熔點193?℃)，也與鐵和碳?形成低熔點?的共晶體(含碳0．17％，硫31．7％，其余為鐵，熔點975?℃)。Fe可以完?全溶解于鐵?液中。鐵液凝固時?，硫或FeS?在奧氏體和?滲碳體的固?溶度很小，逐漸富集于?剩余的液相?中，

27、最后以硫化?物的形式析?出，鑄鐵中含硫?量為0．02％時，即可出現(xiàn)獨?立的硫化物?。在灰鑄鐵中?，硫與錳的親?和力比其與?鐵的親和力?大得多，下式表述的?反應(yīng)中，Mn+FeS=MnS+Fe，MnS的形?成是占優(yōu)勢?的。MnS的熔?點為l62?0"12，在灰鑄鐵中?，MnS是細?小而無害的?藍灰色夾雜?物，散亂的分布?在金屬基體?中，而且有助于?改善鑄鐵的?加工性能、提高工具的?壽命。硫以FeS?或三元共晶?存在時，在鑄鐵凝固?過程中，偏析于共晶?團界面的液?相中，阻礙共晶團?的成長，偏析于共晶?團邊界上的?FeS或三?元共晶，又會使鑄鐵?力學性能低?下，脆性大。這就是硫的?有害作用。如果鑄鐵中

28、?加有足夠量?的錳以抑制?FeS的產(chǎn)?生，并形成細小?而分散的硫?化物夾雜，硫就會在石?墨的生核和?成長中起積?極而有益的?作用。為使石墨片?的形態(tài)令人?滿意，灰鑄鐵中硫?的最低含量?應(yīng)是0．06％。含硫量低于?此值，鑄鐵中石墨?片的分布狀?況就不好[1l]。 表1．2各合金元?素在鑄鐵中?的具體作用? 1．3．3．4合金元素?細化珠光體?的作用 合金元素最?重要的影響?，是其對奧氏?體轉(zhuǎn)變?yōu)橹?光體、貝氏體和馬?氏體的動力?過程的影響?，從熱處理的?角度來看，就是合金元?素對可淬硬?度的影響。連續(xù)冷卻時?，可淬硬性增?強表現(xiàn)為將?奧氏體轉(zhuǎn)變?的起始點推?遲到較低的?溫度。在較低的溫

29、?度下形成的?珠光體較細?，強度和硬度?也都較高。合金元素的?具體影響見?表1-3。 表1．3灰鑄鐵中?合金元素對?金相組織的?影響作用[12] 1．3．4國內(nèi)外箱?體生產(chǎn)中灰?鑄鐵材質(zhì)的?選擇 1．3．4．1化學成分?的選擇 根據(jù)鑄鐵牌?號要求即機?械性能的高?低，應(yīng)使鑄件具?有相應(yīng)的金?相組織。金相組織取?決于石墨的?結(jié)晶過程，而共晶和共?析轉(zhuǎn)變過程?的石墨化又?和鑄鐵的化?學成分及冷?卻速度等工?藝因素有關(guān)??；诣T鐵中除?C，Si，Mn，S，P五種常規(guī)?元素外，還有隨爐料?或熔煉過程?進入的微量?元素和其它?夾雜，為了獲取“高強、薄壁"的鑄件，生產(chǎn)廠家加?入了一些合?金元素如

30、N?i，Cr，Cu，Sn，VMo等。所有這些元?素對鑄鐵的?結(jié)晶、組織及性能?都有一定的?影響和作用?。 (1)基本化學成?分的選擇 ①碳含量與C?E的選擇： 采用高的碳?當量，可減小白口?傾向及鑄件?縮松、滲漏等缺陷?，但同時會降?低鑄件的力?學性能。而對于發(fā)動?機箱體這樣?薄壁復(fù)雜的?鑄件，從鑄造性能?考慮，一般都選擇?較高的碳當?量[13]。為使箱體具?有良好的鑄?造性能與力?學性能，一般選擇C?=3．15％～3．3％，CE=3．95％～4．05％。 ②硅與Si／C值 國內(nèi)對箱體?生產(chǎn)中Si?／C的控制問?題爭論較大?。陸文華[9]認為在CE?=4．O～4．2％，Si／C值由O

31、．50增至O?．90時，碳當量對％值影響變化?不大。劉佑平[14]認為碳當量?對灰鑄鐵抗?拉強度的影?響比Si／C值大得多?，試驗證明隨?著Si／C值由O．44增至0?．79，在同一范圍?的碳當量下?，06值變化?不大。提高碳當量?，氣箱體的縮?孔廢品會明?顯減少；降低碳當量?，使用鑄造焦?與增加廢鋼?加入量，灰鐵的抗拉?強度會明顯?地提高。過高的Si?／C比會導致?石墨粗化，珠光體片間?距增大，鐵素體含量?也增加。當Si／C>0．55，氣箱體縮孔?廢品會增加?，特別在低碳?當量的情況?下，縮孔廢品增?加得更多。對于采用較?高碳當量鐵?液的箱體鑄?件，采用高Si?／C并不能提?高力學性能?，而

32、且還可能?由于高CE?和高的Si?／C雙重影響?而使石墨粗?大和珠光體?量下降，從而使抗拉?強度下降，其SI／C應(yīng)以0．6"0．7較為合適?[15]。 ⑨錳對灰鑄鐵?抗拉強度的?影響 錳是可以穩(wěn)?定灰鑄鐵中?滲碳體，促進珠光體?化的元素，但它會與硫?形成MnS?，促使鑄鐵石?墨化。對于CE為?3．95％"--4．15％的灰鑄鐵，其嘰值隨錳?量的增加而?有所提高，因為碳當量?高，鑄鐵自身的?石墨數(shù)多且?粗，珠光體數(shù)量?少，增加錳含量?，石墨形貌變?化不大，此時錳促使?灰鑄鐵珠光?體化的作用?表現(xiàn)較強，故吼有所提?高。所以，范曉明[l6]等認為當灰?鑄鐵CE>3．95％時，Mn含量應(yīng)?在0．6

33、％--一0．8％為宜。 ④磷含量的選?擇 灰鑄鐵件的?含磷量一般?小于O．20％。當P≤0．20％，隨著磷含量?的增加，在鑄鐵中可?以與Fe形?成心P，灰鑄鐵的抗?拉強度變化?不大，而硬度會明?顯提高而韌?性顯著降低??；诣T鐵中磷?含量過高，不僅鑄件切?削加工困難?，而且易產(chǎn)生?縮松與開裂?缺陷[14]。 ⑤含硫量及錳?硫比對灰鑄?鐵抗拉強度?的影響 硫在鑄鐵中?有雙重作用?，一方面它是?強烈穩(wěn)定鑄?鐵滲碳體元?素，另一方面S?與Mn形成?MnS，會促使鑄鐵?石墨化。在不同CE?的情況下，以值均隨含?硫量的增加?而明顯提高?，但當含硫量?超過某一臨?界值時強度?開始降低。對于CE為?3

34、．95％的灰鑄鐵，其臨界硫含?量為0．14％。如采用電爐?熔煉時，鐵水中的含?硫量一般較?低，高溫使大量?石墨結(jié)晶核?心燒損[17]，為確保常用?孕育劑的孕?育效果，灰鑄鐵中含?硫量一般為?0．05％--一0．06％。根據(jù)上述情?況，灰鑄鐵的硫?含量可為0?．06％'-'0．15％。由于錳與硫?在鑄鐵中有?相互制約的?作用，所以在選擇?錳含量與硫?含量時必須?考慮Mn／S值。生產(chǎn)實踐表?明，當灰鑄鐵C?E為3．96％,---,4．05％時，Mn／S=5～7，抗拉強度較?佳。 ⑥國內(nèi)部分廠?家箱體基本?化學成分的?選擇 胡家聰[15]推薦HT2?50氣箱體?化學成分為?(％)：C=3．15～

35、3．35，Si=1．8～2．2，Mn=0．6"--0．8，P≤O．15，S=0．06％～0．15％與CE=3．95～4．05。北京吉普汽?車有限公司?[18]推薦選取C?=3．15％～3．60％，Si=1．8％～2．4％，Mn=0．35～0．90％，S≤O．15％，P≤0．12％．。哈爾濱東安?發(fā)動機制造?公司[19]選擇成分：C=3．O～3．5％，Si=1．8～2．5％，Mn=0．6％～0．9％，S<0．15％，P<0．15％。 (2)合金化元素? 隨著汽油機?向高轉(zhuǎn)速大?功率方向發(fā)?展，箱體的工作?情況惡化，機械負荷加?大，因此采用低?合金灰鑄鐵?制造，以提高箱體?鑄件的機械?性能與熱

36、疲?勞性能。常用的合金?元素為促進?灰鑄鐵珠光?體化元素，這些合金元?素對灰鑄鐵?石墨化能力?、抗拉強度和?硬度的影響?見圖1．1，l一2所示?。 圖1．1合金元素?對灰鑄鐵石?墨化的影響? 圖1．2合金元素?對灰鑄鐵硬?度和％的影響 由圖1．2知，當合金元素?加入量在1?．0％以下時，提高灰鑄鐵?抗拉強度的?能力，由弱至強的?順序排列：Ni，Cu，Cr,Mo，V。釩提高灰鑄?鐵06的能?力很大，但它能阻礙?鑄鐵中C的?石墨化，白口傾向很?大，所以箱體用?灰鑄鐵中一?般不加入V?。鉬與鎳的價?格昂貴，考慮到成本?，一般很少使?用。一般用銅代?替鎳，普遍加入鉻?與銅生產(chǎn)灰?鑄鐵箱體

37、。錫、銅與鉻是強?烈穩(wěn)定珠光?體的元素，但對細化珠?光體的作用?很小。只有當銅含?量大于0．5％時灰鑄鐵的?抗拉強度才?有明顯的提?高1141?。加入0．2％"--0．3％鉻后，鑄鐵強度提?高幅度較大?，有利于增加?珠光體量和?改善石墨形?態(tài)。當含鉻量大?于0．35％時，會使鑄件滲?漏傾向明顯?增加；含鉻量大于?0．5％時，鑄件中易出?現(xiàn)初生碳化?物，影響機加工?性能，故加鉻量以?不超過0．35％為宜。實踐表明，當鉻含量大?于0．35％時，氣箱蓋螺孔?搭子處會產(chǎn)?生縮松，產(chǎn)生漏氣[l5]。兩種以上合?金元素配合?使用的效果?要比用一種?合金元素的?效果好，如Cu能中?和Cr、Mo的白口?傾向。

38、 灰鑄鐵中加?入Cr,Cu與Mo?等少量合金?元素，鑄件的強度?與熱疲勞性?能有所提高?，鑄件的壁厚?敏感性有所?減小，但鑄件的縮?孔與縮松傾?向增大，因此應(yīng)適當?提高碳含量?與碳當量。國內(nèi)發(fā)動機?箱體用灰鑄?鐵的化學成?分實例見表?1-4。 表1-4國內(nèi)發(fā)動?機箱體用灰?鑄鐵[14][17][19] (3)微量有害元?素的控制 在熔煉時，回爐料和生?鐵中的廢鋼?有時會含有?Pb，Ti等元素?，這些元素的?存在會使鑄?件中石墨惡?化及產(chǎn)生縮?松滲漏缺陷?。有資料稱[20]，含Pb量達?0．0008％，即可造成縮?松滲漏，須注意使用?的爐料中是?否鍍有Pb?材料，有須先行除?去鍍層。

39、此外，少量的Pb?可在灰鑄鐵?中出現(xiàn)魏氏?組織石墨，嚴重降低強?度。潘亮星等[l8]在4100?QB生產(chǎn)中?發(fā)現(xiàn)微量元?素WTi>0．0435時?，出現(xiàn)縮松的?箱蓋占生產(chǎn)?縮松箱蓋總?數(shù)的75％左右，由此判斷T?i對縮松有?較為直接的?影響，并推薦使用?WTi<0．08％的生鐵。此外影響縮?松滲漏的微?量元素還有?Al，v等，它們都會增?加鐵液的收?縮傾向，要嚴格控制?。 1．3．4．2孕育處理? 在高碳當量?鐵液條件下?，為提高灰鑄?鐵的性能，控制鐵液質(zhì)?量，進行合理的?孕育處理是?必要的措施?之一。有資料表明?[21]，在高碳當量?條件下，尤其是生產(chǎn)?薄壁高強灰?鑄鐵件，使用復(fù)合型?孕

40、育劑是十?分重要的。復(fù)合孕育劑?含有相應(yīng)的?石墨化元素?如Re，A1，Ca，Ti等，以改善石墨?形態(tài)、消除白口，增加并細化?奧氏體枝晶?。經(jīng)試驗表明?，在復(fù)合添加?Cr等合金?元素的同時?添加RE(稀土類元素?)，既能獲得相?當于蠕墨鑄?鐵的抗拉強?度，又能抑制激?冷的發(fā)生，且也適合批?量生產(chǎn)[2]。孕育也有副?作用[23]。細化共晶團?的結(jié)果常常?導致縮松的?增加，由于孕育劑?中含有鋁，孕育量過高?也會目鐵水?中含鋁量增?加而產(chǎn)生針?孔缺陷。孕育提高鑄?鐵的成核程?度，增加共晶團?的數(shù)目，導致凝固過?程中作用在?鑄型上的膨?脹力增大，其結(jié)果可能?使鑄件產(chǎn)生?縮孔和縮松?，因此在箱體?生產(chǎn)中特

41、別?要注意控制?孕育量。吳志忠等[24]試驗比較了?75SiF?e，SiCa和?SiCaB?a系孕育劑?對灰鑄鐵顯?微組織均勻?性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改善斷面敏?感性主要在?于解決薄斷?面(如壁厚5r?am)的石墨化問?題。含Ca，Ba的孕育?劑有良好石?墨化能力，可改善斷面?敏感性和顯?微組織的均?勻性。范曉明等[25]試驗得經(jīng)稀?土復(fù)合孕育?劑RCC處?理的鐵液(CE=4．00"-'-4．20％，Si／C≈0．75，Cr=0．4％和Mo=O．4％)，可穩(wěn)定獲得?HT250?以上牌號的?灰鑄鐵，且斷面均勻?性好，白口傾向低?。姜金文[26]以60％75SiF?e+40％ReCaB?a復(fù)合孕育?

42、、低合金化、CE=3．9--．．4．1％的試驗鑄鐵?，獲得了良好?的顯微組織?。萬仁芳認為?對于CE=4．0～4．2％的高碳當量?鐵水，Cr，Mo復(fù)合低?合金化加入?，用75Fe?Si孕育，可以獲得H?T250鑄?鐵，若用復(fù)合孕?育劑孕育，可使鐵水穩(wěn)?定獲得HT?250牌號?，且斷面均勻?性好，熱沖擊、熱疲勞性能?相應(yīng)提高；采用CE=4．1～4．2％的鐵水，以Mn代替?部分Cr，Mo合金化?，并用復(fù)合孕?育劑孕育，同樣可以獲?得HT25?0牌號鑄鐵?。在實際應(yīng)用?中，北京農(nóng)業(yè)工?程大學和北?京內(nèi)燃機總?廠采用Re?．Ba．Ca孕育處?理，第一汽車制?造廠和沈陽?鑄造所采用?cr．Sr．Si．F

43、e復(fù)合孕?育處理，均取得良好?效果。 1．3．4．3優(yōu)質(zhì)鐵液?的獲得 保證高強度?灰鑄鐵材質(zhì)?性能的前提?條件是獲得?高溫優(yōu)質(zhì)鐵?液[27]。建議使用沖?天爐和工頻?電爐雙聯(lián)熔?煉，以獲得理想?的鐵液質(zhì)量?[28]。我國沖天爐?很少有廠家?采取高溫熱?風、富氧送風等?措施，對焦炭質(zhì)量?不夠重視，灰分大，強度低，很少使用鑄?造焦炭，只注重節(jié)焦?，忽略熔煉溫?度，較好的沖天?爐鐵水出爐?溫度只有1?450℃左右，鐵水成分波?動范圍大。由于熔煉溫?度低，很難消除生?鐵中粗大石?墨的遺傳性?[29]。當熔煉溫度?在1450?"-"1500℃時，Si02+2C斗Si?+2CO個反?應(yīng)才能進行??？纱?/p>

44、使鐵水?中非金屬夾?雜物排出，鐵水得到凈?化，含氧量降低?，使孕育劑中?的活性元素?鈣、鋁等充分發(fā)?揮成核作用?。同時高溫澆?注雖然能夠?延緩鑄件凝?固，促進石墨化?，并使型腔中?的氣體和雜?質(zhì)在凝固前?上浮，但高溫促使?石墨長粗，粗大石墨加?劇對基體切?割作用而使?性能降低。此外鐵水收?縮增加，促使鑄件內(nèi)?部產(chǎn)生縮孔?與縮松。因此出爐溫?度應(yīng)在14?80℃以上。BCIRA?[23J認為?，對大多數(shù)箱?體來說，最適宜的澆?注溫度為1?390"-"1420℃。 此外爐料配?比對鐵水的?冶金特性也?具有一定的?影響。對合成鑄鐵?的研究表明?，合成鑄鐵由?于提高了廢?鋼的加入量?，鐵水的冶金?特性

45、改善，從而能更好?地發(fā)揮孕育?處理的效果?[30]。但是，文獻[3l]則認為，提高爐料中?生鐵的加入?量，可以顯著地?降低材料的?硬度和收縮?，從而避免縮?孔等缺陷，改善切削加?工性能。認為爐料配?比沒影響的?觀點也有。如有報導[32]認為，在電爐保溫?條件下，廢鋼加入量?對抗拉強度?的影響不明?顯，抗拉強度僅?取決于CE?的變化，而且爐料配?比對灰鑄鐵?的組織也沒?有什么影響?。 1．4本課題研?究的內(nèi)容 確定合理的?鑄造工藝參?數(shù)和材質(zhì)的?選擇就十分?重要。本課題研究?的主要內(nèi)容?為： (1)設(shè)計合理的?鑄造工藝。確定制芯，組芯，造型，材質(zhì)，熔煉，孕育，澆注的工藝?方案，使之與現(xiàn)有?

46、的設(shè)備相匹?配。 (2)在鐵水成分?和其它條件?向近的情況?下，分別改變鐵?水中Cr，Sn，Cu的含量?，研究三種元?素的含量對?箱體機械性?能和金相組?織的影響。 2 低合金灰鑄?鐵箱體工藝?簡介 2．1生產(chǎn)設(shè)備?及原材料 2．1．1生產(chǎn)設(shè)備? (1) DFMA—AD型KW?水平靜壓造?型線：由士造型機?，翻箱機、銑澆口機、鉆氣眼機、移箱機、臺箱機、鑄工小車、液壓站等組?成；全線采用自?動化控制；采用氣流預(yù)?緊實加高壓?多觸頭壓實?造型。生產(chǎn)率為1?05型／小時，壓實力14?85KN，砂箱尺寸為?1100x?900x3?50ram?。(2)中頻感應(yīng)保?溫電爐：生產(chǎn)效率1?0t／h

47、。(3)外水冷長爐?齡大排距沖?天爐：生產(chǎn)效率7?t／h，曲線爐膛。(4)Q384D?1雙行程吊?鏈式拋丸清?理竄。(5)瑞士SLS?自動澆注機?。212原材?料(1)生鐵，回爐料，廢鋼，鑄造焦，石灰石等。(2)75硅鐵孕?育劑，粒度5．10mm。(3)鉻鐵、錫、銅。 2．2結(jié)構(gòu)簡介? 本設(shè)計介紹?的24L汽?油機箱體為?橫置自然吸?氣，經(jīng)過近一年?的試制，目前已經(jīng)滿?足使用要求?。臺架試驗結(jié)?果顯示，功率達到了?100KW?，扭矩為19?3Nm，機體的變形?滿足使用要?求。箱體毛坯：557Kg?，單件箱體澆?冒口重：186Kg?。材質(zhì)為HT?250，屬于典型的?高強度薄壁?復(fù)雜鑄件。其剖

48、面圖及?各個方向視?圖如圖2．1，2-2所示。 圖2．1灰鑄鐵箱?體的剖面圖?(a、b) a 上視圖 b 下視圖 c 左視圖 d 右視圖 圖2.2灰鑄鐵箱?體個方向的?視圖a、b、c、d 2．3材質(zhì)要求? 采用沖天爐?一電爐雙聯(lián)?熔煉，在保溫電爐?中調(diào)整溫度?和化學成分?。采用75F?eSi孕育?，每包澆注起?始溫度為1?410～1430℃。 (1)箱體化學成?分要求(見表2．1)： 表2．1箱體化學?成分要求 表2．2箱體機械?性能和金相?組織要求(見表2．2、表2．3)： 表2．3箱體金相?組織要求 2．4造型及澆?注系統(tǒng)

49、設(shè)計? 2．4．1造型工藝? 采用德國K?W公司生產(chǎn)?的水平靜壓?造型線。砂箱的尺寸?為1lOO?mm×900mm?x350m?m。生產(chǎn)線主要?由主造型機?，翻箱機、銑澆口機、鉆氣眼機、移箱機、合箱機、鑄工小車、液壓站等組?成；全線采用自?動化控制，PLC為西?門于s7—400。主要原理是?采用氣流預(yù)?緊實加高壓?多觸頭壓實?造型。生產(chǎn)率為1?05型／d,時，壓實力14?85KN。。根據(jù)箱體的?形狀及砂箱?的尺寸，設(shè)計采用一?箱兩件生產(chǎn)?。箱體模樣在?砂箱內(nèi)放置?位置如圖2?-3所示。 圖2-3一箱兩件?方案箱體模?樣在砂箱中?的位置 2．4．2澆注系統(tǒng)? 根據(jù)鑄造工?藝理論[3

50、3][1]及鑄件的結(jié)?構(gòu)特點，對于箱體類?薄壁復(fù)雜鑄?件，必須合理的?設(shè)計澆注系?統(tǒng)，以確保鐵水?快速、平穩(wěn)的充型?，可以有效地?減少砂眼、氣孔、冷隔等鑄造?缺陷。根據(jù)相關(guān)的?資料研究‘35q8l?，在箱體澆注?系統(tǒng)的設(shè)計?方案時，可以借鑒以?下一些經(jīng)驗?。 1．澆注系統(tǒng)按?半開放半封?閉原則設(shè)計?為宜，必須具備一?定的擋渣功?能。這樣鐵液在?充型時較平?穩(wěn)，不會沖擊鑄?型、產(chǎn)生飛濺或?卷入氣體。內(nèi)澆道位置?盡量避免直?接沖擊型芯?和型壁。 2．盡量使鐵液?流經(jīng)的整個?通道在砂芯?內(nèi)生成，而直澆道難?免設(shè)置在外?模的粘土砂?中通過．這時可在直?澆道與橫澆?道相交處設(shè)?置過濾器(一般用泡沫?

51、陶瓷質(zhì))。這樣可以過?濾鐵液在直?澆道內(nèi)可能?沖刷下來的?散砂，減少砂眼和?渣眼。 3要有合理?的澆注速度?。澆注太慢，鐵液上升太?慢，上型受高溫?時間長，容易開裂。澆注太快，型腔受沖擊?力大，還易形成紊?流。一般澆注系?統(tǒng)截面8～10Kg／s為宜。 根據(jù)以上的?經(jīng)驗研究和?生產(chǎn)實際，設(shè)計的澆注?系統(tǒng)如圖2?-4所示。設(shè)計為封閉?一開放式澆?注系統(tǒng)，最小截面在?直澆道下端?，前半部為封?閉式，使金屬液在?澆杯及直澆?道、集渣倉內(nèi)起?擋渣作用。其后為開放?式，使充型平穩(wěn)?，故兼有封閉?式及開放式?兩者的優(yōu)點?。澆注機是從?瑞士SLS?進口的自動?澆注機，澆注時間控?制在14～16s。

52、圖2-4箱體澆注?系統(tǒng) 2．5制芯及組?芯工藝方案?設(shè)計 2．5．1制芯 根據(jù)汽油機?箱體一箱二?件的造型工?藝，確定鑄造一?個箱體需要?10個砂芯?，分別為4個?缸筒芯，2個水套芯?，2個邊芯，2個蓋帽芯?。采用從西班?牙進口的的?Rolam?endi冷?芯機制芯。其工藝流程?如圖2-5所示：圖2-5胺法冷芯?盒制芯工藝?流程圖 樹脂砂工藝?的硬化原理?為： 酚醛樹脂(液態(tài)組分I?)+聚乙氰酸酯?(液態(tài)組分I?I)—蘭堡墮±L}尿烷(固態(tài)粘接劑?)其固化機理?可用下式表?示[39]： 圖2.5 制芯工藝流?程圖 三乙胺法制?芯工藝過程?是：首先在定量?原砂中按工?藝配比加入

53、?組分I一酚?醛樹脂和組?分Ⅱ一聚乙氰酸?脂[4U]的雙組分粘?結(jié)劑，在混均勻后?得到冷芯砂?，然后利用射?芯機緊實到?芯盒中，再借助氣體?發(fā)生器，以干燥的壓?縮空氣或者?氮氣等為載?體將定量的?霧化或汽化?的三乙胺吹?入芯盒，將雙組分粘?結(jié)劑中的羥?基和異氰酸?催化變成尿?烷而硬化，繼而靠載體?氣體清出芯?砂中殘余的?三乙胺，得到具有一?定強度、滿足工藝要?求的砂芯[14]。冷芯的制芯?工藝參數(shù)如?表2．4所示： 表2．4冷芯的制?芯工藝參數(shù)? 2．5．2組芯 采用先進的?“Key．core”組芯工藝，在制芯工部?就將所有砂?芯組裝在一?起，整體上涂料?、烘干，再運到造型?工部用下

54、芯?夾具下芯。顯然，這種形式最?能保證鑄件?尺寸精度，減少披縫，提高生產(chǎn)率?。下芯夾具應(yīng)?設(shè)計為兩級?定位，即先由長銷?子與砂箱上?的銷套定位?，以確定下芯?夾具的定位?，然后再平穩(wěn)?下芯，這樣可防止?擦砂， 保證尺寸精?度。箱體砂芯一?般都要上涂?料，以保證內(nèi)腔?清潔度，不粘砂。涂料絕大多?數(shù)為水基，浸涂、噴涂均可，但應(yīng)注意芯?頭處及排氣?口不得上涂?料，以免堵塞排?氣通道。若有可能的?話，也可在上涂?料后再在砂?芯上鉆排氣?孔。排氣孔周圍?應(yīng)放置耐火?石棉墊圈，以防止?jié)沧?時鐵液鉆入?排氣孔中。砂芯上涂料?后要徹底烘?干，選用的烘干?爐應(yīng)能將爐?內(nèi)濕空氣及?時排出，以保證烘干?效果。制好

55、的砂芯?應(yīng)及時使用?，避免吸潮導?致砂芯變形?、強度降低并?給鑄件帶來?氣孔陷。 砂芯的組芯?順序及方案?是：先對4個缸?筒芯進行定?位，然后是2個?水套芯分別?放在缸筒芯?頭夾具上，然后裝上2?個邊芯，最后對2個?蓋帽芯定位?。各砂芯在組?芯夾具上的?位置如圖2?．6所示。然后利用組?芯夾具進行?組芯，再用螺釘將?砂芯固定。砂芯在組芯?后如圖2．7所示。 圖2-6組芯 圖2．7組芯后 2．6孕育劑的?加八方法 2．6．1孕育機理?及目的 在生產(chǎn)高強?度灰鑄鐵時?，往往要求鐵?液過熱，但是伴隨而?來的問題是?鐵液成核能?力的降低。因此，往往會在鑄?態(tài)組織中出?現(xiàn)過冷的石?墨

56、，同時形成過?多的鐵素體?，有時會出現(xiàn)?一定量的自?由滲碳體。而在鐵液澆?注前，向鐵液中加?入一定量的?孕育劑，以改變鐵液?的凝固過程?。孕育處理能?降低鐵液的?過冷傾向，促使鐵液按?穩(wěn)定系共晶?進行凝固，同時也可改?善石墨的形?態(tài)。 目的在于：促進石墨化?，降低白口傾?向；降低箱體鑄?件的斷面敏?感性，控制石墨形?態(tài)，同時消除過?冷石墨；孕育還可以?適當增高共?晶團數(shù)，促進細片狀?珠光體的形?成，從而達到改?善鑄鐵的強?度性能及其?它性能(如致密性、耐磨性及切?削性能等)。 目的在于：促進石墨化?，降低白口傾?向；降低箱體鑄?件的斷面敏?感性，控制石墨形?態(tài)，同時消除過?冷石墨；孕育還可

57、以?適當增高共?晶團數(shù)，促進細片狀?珠光體的形?成，從而達到改?善鑄鐵的強?度性能及其?它性能(如致密性、耐磨性及切?削性能等)。 2．6．2生產(chǎn)孕育?鑄鐵鑄件的?條件 (1)選擇合適的?化學成分。根據(jù)鑄件的?要求，選擇合理的?化學成分一?cE、Si／C，是否加入合?金元素等。 (2)鐵液要一定?的過熱溫度?。溫度、純凈度、化學成分是?鐵液的三項?冶金指標。然而鐵液的?溫度的高低?又影響鐵液?的成分及純?凈度。對于孕育鑄?鐵來說，過熱鐵液的?要求目的是?純化鐵液，提高過冷，以期在孕育?情況下加入?大量的人工?核心，迫使鑄鐵進?行共晶凝固?。一般鐵液的?過熱溫度在?1480"--1500℃

58、。2．6．3孕育的方?法 孕育劑采用?以75Si?Fe為主體?的，含3％稀土的復(fù)合?孕育劑。加入量一般?根據(jù)鑄鐵的?牌號以及孕?育劑的效果?而定。本設(shè)計生產(chǎn)?的箱體鑄件?中孕育劑的?加入量為0?．4％。孕育效果良?好。 孕育劑一般?隨鐵液緩慢?進入。通過鐵液的?沖刷、攪拌，力求均勻。本設(shè)采用二?次孕育方法?。一次孕育一?般在爐前，當鐵水(1420--"1500℃)從鋼包中倒?入工頻電爐?，待鐵液倒入?約20％時，開始加入孕?育劑，至80％時加完。孕育劑的這?種加入法能?使鐵液孕育?均勻。二次孕育在?澆注時，采用隨流注?入。當鐵水在工?頻電爐保溫?后，出鐵水(1450。C)。在澆注時加?入的

59、孕育劑?為前復(fù)合孕?育劑末，粒度較小。加入速度為?O．1％～0．3％／s。澆注機是從?瑞士SLS?進口的自動?澆注機，澆注時間控?制在14～16S2．7鐵水熔煉?工藝 熔煉設(shè)備選?用：中頻感應(yīng)保?溫電爐：生產(chǎn)效率1?0t／h，外水冷長爐?齡大排距沖?天爐：生產(chǎn)效率7?t／h。 2．7．1原材料 原材料一般?為回爐料，廢鋼和生鐵?。 回爐料是廠?家的常備材?料，在使用時必?須注意其本?身的干凈程?度?；貭t料的加?入量必須嚴?格按一定比?例，否則會導致?鐵水的Si?、S含量不易?控制。本設(shè)計生產(chǎn)?的箱體鑄件?回爐料使用?量一般不超?過20％左右。 在本設(shè)計的?箱體生產(chǎn)中?，廢鋼的使用?量

60、超過50?％。這是由于生?鐵本身含有?粗大石墨，而石墨熔點?較高，在2000?℃以上，在熔煉中不?能熔盡，使得結(jié)晶過?程中石墨變?得粗大。且新生鐵因?產(chǎn)地原因也?有不同的遺?傳因素影響?。且本設(shè)的廢?鋼資源豐富?(汽車邊角料?)，因此應(yīng)該盡?可能使用廢?鋼。另外，廢鋼的使用?量直接與鑄?件的強度有?關(guān)。有廠家應(yīng)用?證明，在CE值相?同時，多加40％的廢鋼，強度高出7?0MPa，硬度下降9?HBt42?J。 生鐵是鑄鐵?的主要原料?之一。加入時要考?慮生鐵中微?量元素含量?是否超標。我們選擇的?是合肥產(chǎn)的?Z18，含量一般在?30％以下。2．7．2熔煉工藝? 熔煉工藝采?用沖天爐．工頻電爐雙

61、?聯(lián)技術(shù)，選用高溫熔?煉廢鋼增碳?工藝[23][43]。配料采用廢?鋼和回爐料?為主，加上一定比?例的生鐵，采用爐內(nèi)增?碳加石墨粉?。廢鋼應(yīng)該盡?量無銹蝕。當在沖天爐?中溫度達到?1500℃時，除去熔渣，加孕育劑，合金元素，在放入工頻?電爐中保溫?至1450?4C出爐。 3 合金元素對?發(fā)動機箱體?性能的影響? 3．1引言 發(fā)動機箱體?是汽車的“心臟”，壁厚差別大?，且在工作中?受到熱沖擊?和熱疲勞的?作用，因而既要求?具有良好的?鑄造性能，又要求具有?良好的力學?性能。因此，從鑄造性能?考慮，一般選擇較?高的碳當量?。高的碳當量?可使鐵液具?有良好的流?動性能，充型完好，且可以減小?白

62、口傾向及?鑄件縮松、滲漏等缺陷?。因此，一般選擇C?含量在3．25％～3．35％，Si含量在?1．95％～2．05％。從發(fā)動機箱?體的機械性?能考慮，一般選擇低?合金鑄鐵鑄?造。 在合成鑄鐵?合金化中，一般采用的?合金元素有?Mo、Ni、V、Cu、Cr、Sn等，在實際生產(chǎn)?中，考慮到生產(chǎn)?成本，一般加入C?u、Cr、Sn。本章主要研?究試驗加入?的少量Cu?、Cr、Sn等合金?元素的配比?對高碳當量?灰鑄鐵的抗?拉強度、硬度以及金?相組織的影?響。相關(guān)研究表?明[15]，鉻的加入對?箱體力學性?能和金相組?織的影響十?分明顯。由于鉻在鑄?鐵中使奧氏?體中的溶解?度增加，因而阻礙鐵?素體生核成

63、?長[44]，是很強的珠?光體促成元?素。此外鉻還可?以細化珠光?體組織[45]，顯著提高灰?鑄鐵的強度?。但是，在鑄鐵凝固?過程中，鉻促成滲碳?體的作用很?強，使鑄鐵的白?口傾向增強?。雖然在鑄鐵?中加硅，進行孕育處?理，對減輕鉻造?成的白口傾?向有效，但對于消除?鉻所致的晶?間滲碳體則?效果欠佳。一般認為加?入O．2％～O．3％鉻以后，鑄鐵強度提?高幅度很大?，有利于增加?珠光體量和?改善石墨形?態(tài)。含鉻>0．35％時，會使鐵液的?凝固溫度范?圍擴大，從而增加鑄?鐵的收縮傾?向，容易產(chǎn)生滲?漏。含鉻>0．5％時，組織中會析?出游離碳化?物，影響鑄件的?機加工性能?。實際生產(chǎn)中?一般選用加?

64、入0．2％～0．3％Cr+Sn(或Cu)，減小由于鉻?的加入而產(chǎn)?生的白口傾?向。 而為了防止?澆注后冷卻?時間長造成?的晶粒和石?墨片粗大的?傾向，我們同時加?入了Sn，因為Sn可?以穩(wěn)定珠光?體，使鑄件強度?基本不變，硬度卻有所?提高[46]。錫是強烈穩(wěn)?定珠光體的?元素。當錫的含量?小幅度提高?時，其硬度會得?到一定的提?升。錫是十分有?效的促進珠?光體化的元?素之一。它可以富化?在石墨近旁?的奧氏體中?，對碳的擴散?起到一定的?阻礙作用，因而促進珠?光體化。然而隨著S?n含量的增?加，碳化物的數(shù)?量會上升，且超過1％，說明Sn的?加入會增加?游離碳化物?產(chǎn)生的傾向?。而碳化物的?超標

65、將會導?致硬度的上?升，影響加工性?能[47]。隨著Sn含?量的增加，對其自口寬?度也有增加?的趨勢[4]。因此我們要?嚴格控制S?n的加入量?。 相關(guān)研究表?明，銅加入到鐵?液中主要產(chǎn)?生兩方面的?作用。一方面銅也?是一種穩(wěn)定?珠光體的元?素，因此銅的加?入，可起到增加?和穩(wěn)定基體?中的珠光體?組織的作用?；另一方面，銅又是一種?促進石墨化?的元素，可抵消鉻元?素的增大白?傾向的不利?影響，有利于保證?鐵液的鑄造?工藝性能。Cu能降低?奧氏體臨界?轉(zhuǎn)變溫度和?強化鐵素體?基體，并可細化珠?光體和石墨?片。 在本章我們?這種討論C?r+Cu+Sn的合金?加入方式，以及在其它?試驗條件不?變

66、的情況下?，分別改變C?r、Cu、Sn合金元?的含量，研究對箱體?鑄件的機械?性能和金相?組織的影響?。 3．2試驗裝置?及試驗方法? 3．2．1試驗裝置? (1) GSl00?0直讀光譜?儀。 (2) HB．3000型?布氏硬度計?，JCl0型?讀數(shù)顯微鏡?。 (3) CMT51?05電子萬?能實驗機。 (4) 光學金相顯?微鏡。 (5) 拋光機。 (6) XJP．6A金相顯?微分析系統(tǒng)?。 (7) HCS．140A紅?外CS分析?儀。 3．2．2原材料 (1) 生鐵，回爐料，廢鋼，鑄造焦，石灰石等。 (2) 75硅鐵孕?育劑，粒度5．10ram?。 (3) 鉻鐵、錫、銅。 3．2．3制樣 (1)熔煉：采用沖天爐?一電爐雙聯(lián)?熔煉。將生鐵、廢鋼、回爐料、焦炭、石灰石等按?要求加入沖?天爐中開始?熔煉，鐵水出爐溫?度為150?0℃左右，后鐵水轉(zhuǎn)爐?至中頻感應(yīng)?電爐，進行化學成?分調(diào)整，澆鑄三角試?塊觀察白口?寬度，并澆注激冷?試塊鑄模，打磨激冷試?塊的下表面?，后將激冷試?塊放在GS?1000型?直讀光譜儀?上測出該爐?鐵水的化學?成分。澆注試棒，在試驗機