材質(zhì)性能方面的缺陷

縱觀國內(nèi)外發(fā)動機(jī)技術(shù)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(jī)重量，達(dá)到降低油耗的目的。目前發(fā)動機(jī)單位功率的缸體缸蓋重量達(dá)到1.8kg／kw左右，相應(yīng)的鑄件主要壁厚僅3.5mm左右，這就對鑄件的材質(zhì)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(qiáng)度σb≥250MPa，指定本體部位的抗拉強(qiáng)度σb≥200MPa；

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(yīng)大部分為A型，允許表面有少量B、D型，石墨最大長度應(yīng)在2501xm以下。盡管我國大多數(shù)專業(yè)發(fā)動機(jī)鑄件生產(chǎn)廠家，通過技術(shù)改造和技術(shù)引進(jìn)，達(dá)到了現(xiàn)代生產(chǎn)條件，但也經(jīng)常出現(xiàn)達(dá)不到上述材質(zhì)要求方面的缺陷。

1.原因

（1）鐵液熔煉溫度偏低，過冷度小，使得后續(xù)的孕育強(qiáng)化效果差。

（2）爐料（金屬爐料與非金屬爐料）質(zhì)量差，微量元素及非金屬夾雜物含量高。

（3）合金化措施不當(dāng)（或合金元素選擇不當(dāng)，或合金加入量不當(dāng)，或合金化方法不當(dāng)）。

（4）孕育措施不當(dāng)（孕育劑成分、孕育劑形態(tài)、孕育量、孕育方法等）。

（5）在保溫爐內(nèi)處置不當(dāng)（如頻繁且大幅度調(diào)整化學(xué)成分，使鐵液在爐內(nèi)保溫時間過長，元素變化大），成分控制精度差。

2.對策

（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(dá)到1450℃，而終了澆注溫度達(dá)1400℃。

（2）加強(qiáng)沖天爐控制，使之爐況穩(wěn)定，從而保證進(jìn)入保溫電爐的鐵液成分穩(wěn)定（減少成份燒損的波動)。這樣可減少電爐內(nèi)成分調(diào)整所需的時間，以免增加鐵液的收縮傾向和白口傾向。

（3）保溫電爐內(nèi)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(yīng)整個熔體真實含C量，導(dǎo)致實際碳當(dāng)量發(fā)生偏差。

（4）減少碳當(dāng)量的波動，提高成份控制精度，要求求△GE≤0.05％，△ASi≤0.1％。

（5）對于形狀復(fù)雜、薄壁高強(qiáng)度的缸體、缸蓋類鑄件的鐵液，既要有高強(qiáng)度，也要有良好的鑄造性能。為此通常其成份設(shè)計為高碳當(dāng)量（3.9%～4.1％），使其具有良好的鑄造性能，而為了達(dá)到較高的力學(xué)性能，則采用低合金化措施。

a.根據(jù)我國資源情況以及多數(shù)企業(yè)的經(jīng)驗與習(xí)慣，多采用Cr、Cu等合金元素，有利于增加并細(xì)化和穩(wěn)定珠光體，改善石墨形態(tài)，從而得到較高的力學(xué)性能。

b.合金的加入量必須加以控制。Cr是一種促進(jìn)形成并穩(wěn)定珠光體的元素，且能細(xì)化珠光體，因而能顯著提高灰鑄鐵的強(qiáng)度；然而Cr與C又有較強(qiáng)的親和力，是一種強(qiáng)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(kuò)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(qiáng)化作用。當(dāng)Cr是在0.2%~0.3％范圍時，則能避害趨利。

同樣，Cu也是促進(jìn)并穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的元素，Cu又是促進(jìn)石墨化的元素，這就可以抵消Cr增大白口傾向的不利影響。Cu的適宜加入量為0.4％～0.5％。

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(xué)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(xì)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(yīng)力作用下抵抗熱疲勞產(chǎn)生裂紋的能力也得到提高（即具有好的熱穩(wěn)定性）。

（6）采取恰當(dāng)?shù)脑杏幚?，可以提高缸體、缸蓋鑄件的材質(zhì)強(qiáng)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(nèi)，并具有良好的切削加工性。這里恰當(dāng)?shù)脑杏幚戆ǎ?/span>

a.選用合適的孕育劑。在眾多孕育劑中，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(qiáng)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(nèi)孕育、喂絲孕育、型內(nèi)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(chǎn)，效果也最好。推薦粒度為0.5～1.0mm，加入量為0.1％～0.2％。

c.需要指出的是，BaSi孕育劑會使鑄件硬度偏低，可加入微量Sn(0.04％～0.06％)或Sb（銻）（0.02％），可彌補(bǔ)硬度偏低的不足。