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6DL發(fā)動(dòng)機(jī)蠕墨鑄鐵缸體缸蓋的鑄造技術(shù)開(kāi)發(fā)

2012-05-22 12:02:20

蠕墨鑄鐵缸體缸蓋是高性能大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的首選材質(zhì)，在國(guó)際上已得到充分研究并開(kāi)始大量應(yīng)用，全球每月約有2 萬(wàn)個(gè)缸體或缸蓋產(chǎn)品采用蠕墨鑄鐵制造（以每件平均重量為50 kg 計(jì)）。在乘用車(chē)方面，主要有奧迪、福特、克萊斯勒、沃爾沃、大眾、現(xiàn)代等公司在生產(chǎn)蠕墨鑄鐵缸體產(chǎn)品，而在商用車(chē)方面,福特、現(xiàn)代、達(dá)夫、曼等汽車(chē)公司的缸體和缸蓋產(chǎn)品采用蠕墨鑄鐵材料來(lái)制造。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵主要是采用傳統(tǒng)的沖入法處理，穩(wěn)定性差，而制約蠕墨鑄鐵在汽車(chē)上大批量應(yīng)用的主要原因恰恰是鑄件的蠕化率控制較為困難，通常很難穩(wěn)定達(dá)到80%（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）以上。

采用SinterCast 小型蠕化處理系統(tǒng)，以6DL 發(fā)動(dòng)機(jī)蠕墨鑄鐵缸體缸蓋為開(kāi)發(fā)目標(biāo)，在蠕化率、抗拉強(qiáng)度、基體組織、蠕化衰退、鑄造工藝等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究與樣件開(kāi)發(fā)工作。

1 單鑄試棒蠕化率調(diào)試與力學(xué)性能試驗(yàn)

1.1 主要的試驗(yàn)流程

采用500 kg 中頻感應(yīng)電爐，全廢鋼（打包料）增碳熔煉方式，為保證蠕化處理效果，每爐熔煉鐵液500 kg 并進(jìn)行蠕化處理。預(yù)處理劑采用普通球化劑，沖入法處理。預(yù)處理劑加入量由小型系統(tǒng)根據(jù)鐵液分析的含硫量和鐵液重量給出相應(yīng)的加入量，其上覆蓋鐵屑。

預(yù)處理的鐵液經(jīng)打渣清理后，蓋包，運(yùn)送至小型系統(tǒng)并進(jìn)行取樣分析，由小型系統(tǒng)根據(jù)預(yù)處理鐵液的分析結(jié)果，設(shè)備會(huì)給出相應(yīng)的鎂絲和孕育絲加入量，據(jù)此數(shù)值，由人工方法進(jìn)行孕育絲和鎂絲的加入，完成整個(gè)蠕化處理過(guò)程。通常由預(yù)處理至蠕化處理完畢，所需時(shí)間一般在8 min左右。

1.2 單鑄試棒的蠕化試驗(yàn)效果

共進(jìn)行8 爐次的鐵液蠕化試驗(yàn)與缸體和試棒的澆注，從單鑄試棒的蠕化處理效果來(lái)看，所有8 爐次試棒的蠕化率為90%和95%，其中蠕化率為95%的試棒占總數(shù)的75%。當(dāng)然對(duì)于蠕化率來(lái)說(shuō)，也存在不同的視場(chǎng)，蠕化率會(huì)有差異，但總體來(lái)說(shuō)，基本可以穩(wěn)定在90%，即完全達(dá)到目標(biāo)的80%蠕化率水平，效果還是非常理想的，圖1 為試棒的蠕化處理效果。

石墨：蠕化率95%100× 基體：85%珠光體+鐵素體100×
圖1 單鑄試棒的金相組織

1.3 單鑄試棒的力學(xué)性能試驗(yàn)

伴隨試棒與缸體的蠕化和澆注試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了單鑄試棒的RT400-1 和RT450-1 兩個(gè)牌號(hào)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

1.3.1 不加合金（生鐵80%+廢鋼20%）的性能試驗(yàn)在全部采用原材料而不加入任何合金元素的狀態(tài)下，試驗(yàn)的化學(xué)成分和結(jié)果如表1、表2 所示，蠕化率與金相組織如圖2所示。

100524-1石墨：蠕化率95% 100× 基體：10%珠光體+鐵素體100×
圖2 試棒的蠕化率與基體組織

在不加入合金的情況下，在蠕化率達(dá)到95%的基礎(chǔ)上，基體組織基本為鐵素體基體，試棒的抗拉強(qiáng)度達(dá)到RT300-2 的水平，且伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)超牌號(hào)要求，這表示試棒的石墨形態(tài)非常良好，石墨短而粗，彎曲性好，對(duì)基體的撕裂作用明顯降低。但由于是鐵素體基體，所以盡管強(qiáng)度性能較高，但硬度值較低，這意味著該材料盡管加工性能很好，但耐磨性能和抗變形性能卻可能存在問(wèn)題，進(jìn)而影響在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋上的應(yīng)用。

1.3.2 Cu-Sn合金化的牌號(hào)性能試驗(yàn)

蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于基體組織和石墨形態(tài)，基體組織需要通過(guò)合金化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，而蠕化率的高低同樣會(huì)對(duì)蠕墨鑄鐵力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。因此蠕化率必須達(dá)到80%才會(huì)對(duì)性能的穩(wěn)定產(chǎn)生合理的影響。

試驗(yàn)采用Cu-Sn二元合金化來(lái)進(jìn)行，所有的試驗(yàn)中要求3.6%~3.7% C，1.9%~2.0% Si。表3 為不同成分和蠕化率下的試棒力學(xué)性能。

從表3可以看出，采用Cu-Sn二元合金化可以實(shí)現(xiàn)蠕墨鑄鐵各個(gè)牌號(hào)的生產(chǎn)并達(dá)到性能要求。但同時(shí)需要注意的是，當(dāng)在較高合金化狀態(tài)下，試棒以及鑄件均易出現(xiàn)碳化物組織，尤其當(dāng)鎂指數(shù)偏高的狀態(tài)下，球化傾向增加，當(dāng)Cu 達(dá)到1%和Sn 達(dá)到0.1%時(shí)，產(chǎn)生碳化物的可能性很大。

1.4 蠕化衰退試驗(yàn)

在進(jìn)行單鑄試棒澆注試驗(yàn)中，分時(shí)間階段進(jìn)行了蠕化澆注衰退的試驗(yàn)，試驗(yàn)方案與結(jié)果如表4。從測(cè)試的蠕化率來(lái)看，在蠕化后的8 min 內(nèi)澆注的試棒蠕化效果均為95%，但如果從抗拉強(qiáng)度來(lái)看，隨著時(shí)間的推移，強(qiáng)度降低，這可能的原因就是石墨在進(jìn)行衰退過(guò)程。

2 缸體的樣件澆注與分析

將6DL 發(fā)動(dòng)機(jī)59D 缸體和缸蓋樣件開(kāi)發(fā)作為本次研究的對(duì)象。

2.1 59D 缸體的澆注試驗(yàn)與分析

59D 缸體是借用一鑄廠的模具進(jìn)行造型，并使用一鑄廠的現(xiàn)有砂芯進(jìn)行組裝而成，由于時(shí)間的問(wèn)題，僅進(jìn)行了兩輪次的試驗(yàn)。試驗(yàn)將原有孔隙較小的過(guò)濾網(wǎng)改為試驗(yàn)用的Φ2.2 mmx20 mm 較大尺寸的過(guò)濾網(wǎng)，其他澆注系統(tǒng)未進(jìn)行改動(dòng)。59D 缸體第一件的澆注試驗(yàn)，出爐溫度1540℃，澆注溫度1410℃，澆注時(shí)間為52 s，缸體正體成形較好，但有一處分析為冷隔缺陷，鑒于此，又進(jìn)行1 輪澆注試驗(yàn)，試圖通過(guò)提高澆注溫度和快速澆注來(lái)改變充型狀態(tài)，，實(shí)際的出爐溫度1553℃，澆注溫度1416℃，澆注時(shí)間為49 s，但該件缸體卻未能成形。對(duì)第一件59D 缸體進(jìn)行了解剖分析，按規(guī)定在缸蓋螺栓加厚部位和主軸承蓋螺栓加厚部位進(jìn)行了本體試棒的切�。ㄒ�(jiàn)圖3），本體取樣位置與試棒的力學(xué)性能見(jiàn)表5 和圖4。

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