喂線(xiàn)法與沖入法生產(chǎn)汽車(chē)曲軸的工藝對(duì)比

馬順龍

(一汽鑄造公司特鑄廠(chǎng), 長(zhǎng)春 130011)

沖入法是一種傳統(tǒng)的球化工藝方法，比較穩(wěn)定成熟，被大多數(shù)廠(chǎng)家廣泛使用的工藝方法。喂線(xiàn)技術(shù)球化工藝是一種嶄新的球化處理方法,具有回爐料加入量大、成本低、鎂量易于控制、節(jié)省原材料等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的鑄造廠(chǎng)已經(jīng)或正在準(zhǔn)備采用這項(xiàng)技術(shù)[1,2]。特別是在批量生產(chǎn)汽車(chē)曲軸等球鐵中小件時(shí)，具有其很大的優(yōu)勢(shì)。本文正是針對(duì)喂線(xiàn)法在生產(chǎn)曲軸實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 曲軸特點(diǎn)

曲軸屬于細(xì)長(zhǎng)小件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且程度高、高強(qiáng)度、高韌性、高精度的典型球墨鑄鐵小件[3]。曲軸屬于典型的中小件，局部斷面厚大,石墨化膨脹不能利于凝固初、中期的補(bǔ)縮，要靠相對(duì)較大的冒口進(jìn)行外部補(bǔ)縮,工藝出品率很低，回爐料多[4]。

圖1 曲軸鑄件及其澆注系統(tǒng)實(shí)物圖

(1)產(chǎn)品質(zhì)量要求高，材質(zhì)牌號(hào)QT780-3。力學(xué)性能為：抗拉780，屈服450，延伸3%。金相組織要求：球化率2，石墨球大小6， 基體鐵素體含量≤6%， 珠光體含量94%?；瘜W(xué)成分要求，見(jiàn)表1。

表1 曲軸化學(xué)成分 /%

2 生產(chǎn)工藝及存在問(wèn)題

2.1 沖入法生產(chǎn)工藝

沖入法生產(chǎn)工藝流程如圖2所示

熔化：采用2噸中頻電爐。出鐵溫度為1530℃。

球化處理：采用沖入法，球化劑為含鎂量6%的稀土鎂硅鐵合金，加入量為15kg/t球化劑。球化處理溫度1510～1530℃。處理包高徑比1.5∶1。

孕育處理：采用兩次孕育的方法。一次孕育在球化包內(nèi)加入，放在球化劑的上面，加入量為10公斤,占鐵水重的0.5%～0.8%，球化劑及孕育劑的上面用覆蓋劑壓住。倒包孕育及在澆注時(shí)隨流孕育,加入量為0.1%。

澆注：采用傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)澆注，澆注溫度：1 410～1 440℃，澆注速度：6～10s。

圖2 沖入法處理工藝流程

2.2 存在問(wèn)題

2.2.1 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，易出現(xiàn)球化不良

由于沖入法球化劑的操作主要是手工操作，工人的操作經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心和技術(shù)水平對(duì)球化效果影響很大。鐵水沖入速度不能定量，沖入位置不準(zhǔn)確，球化劑與鐵水反應(yīng)強(qiáng)度不均勻，初期反應(yīng)劇烈，鐵水翻騰，而后期反應(yīng)減弱，無(wú)法有效控制反應(yīng)速率、強(qiáng)度。常出現(xiàn)球化劑上浮、反應(yīng)不完全等問(wèn)題，球化效果不穩(wěn)定，重現(xiàn)性差。一旦出現(xiàn)問(wèn)題后，很難采取彌補(bǔ)措施。

2.2.2 渣多、易出現(xiàn)氣孔缺陷

采用沖入法處理的鐵水渣量大，一次扒渣很難徹底清除，通常需要扒渣三次以上。處理包和澆注包內(nèi)壁掛渣嚴(yán)重，不僅影響了耐火材料的使用壽命[7]，同時(shí)使清渣困難，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了大量的氣孔缺陷，導(dǎo)致氣孔缺陷的原因很多，比如鐵水含氣量、鐵水中含硫量、澆注溫度、砂型的水分、鑄件壁厚等[8]。針對(duì)現(xiàn)有工藝條件，我們分析認(rèn)為鐵水殘鎂量、碳硅含量、鐵水中的渣量是導(dǎo)致渣氣孔的主要原因。

在鑄件冷卻過(guò)程中，渣作為氣體析出的質(zhì)點(diǎn)，氣體依附在其上長(zhǎng)大析出，增加了鑄件的氣孔缺陷的幾率。采用沖入法處理包內(nèi)的鎂殘量波動(dòng)大、鐵水增硅量大、渣多，這些都不利于渣氣孔的消除。

圖3 曲軸上的氣孔缺陷

2.2.3 熔煉時(shí)回爐料加入量有限，導(dǎo)致回爐料大量積壓

由于沖入法球化劑加入量大，球化劑內(nèi)硅含量高，球化處理后的鐵水增硅量大。這限制出爐的原鐵水中的含硅量，在生產(chǎn)曲軸使鐵水的終硅量為2.0%～2.3%，而出爐鐵水的硅含量為0.8%～1.1%。在熔煉時(shí)需加入大量的廢鋼來(lái)降低爐內(nèi)硅含量，限制了回爐料的加入比例。采用沖入法球化處理時(shí)，爐料中回爐料比例40%～50%。 在批量生產(chǎn)曲軸這類(lèi)成品率很低，回爐料多的鑄件時(shí)，易出現(xiàn)回爐料積壓的問(wèn)題，增加了生產(chǎn)成本。

3 球化處理工藝的改進(jìn)

為解決上述問(wèn)題，須采用新的球化處理工藝。該球化處理工藝具有：鎂的吸收率高、殘鎂量可控性好、溫度損失小、可重現(xiàn)性好、鐵水增硅量小、渣量小等優(yōu)點(diǎn)。

表2 喂線(xiàn)處理工藝與其他球化處理工藝的對(duì)比

√：好 ×：差

常用的球化處理工藝除沖入法，還有：轉(zhuǎn)包法、蓋包法、型內(nèi)法、喂線(xiàn)法等[1，2]。各種球化處理工藝經(jīng)過(guò)對(duì)比后(詳見(jiàn)表2)，可以看出喂線(xiàn)法不僅具有污染小、可控性好、渣量小、溫度損失小、增硅量低的有點(diǎn)，而且有資本投入較低、維護(hù)費(fèi)用低、處理成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)[9]。因此采用喂線(xiàn)法取代原有的沖入法球化處理工藝。

所謂喂線(xiàn)法是先將欲加入鐵水中的球化劑破碎成一定的粒度, 然后用薄鋼帶將其包裹成一條具有任意長(zhǎng)度的“包芯線(xiàn)”,之后,借助于喂線(xiàn)機(jī),使其以預(yù)定的數(shù)量和一定的速度穿過(guò)渣層,到達(dá)盛有鐵水的鐵水包底部附近, 隨著鋼帶在該處的不斷熔化,其所包裹的球化劑將進(jìn)入鋼水或鐵水中, 通過(guò)球化劑與其周?chē)F水的相互作用, 從而達(dá)到對(duì)鐵水球化處理的目的[10，11]。我們采用典型的立式喂線(xiàn)機(jī)處理站，如圖4所示。

圖4 典型的立式喂線(xiàn)機(jī)處理站1 包芯線(xiàn)線(xiàn)圈 2 包芯線(xiàn) 3 導(dǎo)線(xiàn)架 4 喂線(xiàn)機(jī) 5 處理包掛鉤6 喂線(xiàn)導(dǎo)管 7 處理站 8 包蓋 9 處理包

在原有生產(chǎn)條件下，增設(shè)立式喂線(xiàn)機(jī)處理站。采用DGN 喂線(xiàn)機(jī)，包芯線(xiàn)采用Ф13mm(外皮厚0.35mm)30%鎂合金芯線(xiàn)(見(jiàn)表3)，喂線(xiàn)速度定為25m/s。處理包采用去掉了堤壩的原沖入法的球化處理包。

表3 30%鎂合金線(xiàn)的技術(shù)參數(shù)

4 實(shí)際生產(chǎn)效果

4.1 可靈活調(diào)整殘鎂量

喂線(xiàn)法借助喂線(xiàn)機(jī)，將一定量的球化劑以一定的速率加入鐵水內(nèi)部。通過(guò)精確調(diào)整喂線(xiàn)速度、喂線(xiàn)長(zhǎng)度，可以有效的控制球化劑的反應(yīng)速率、強(qiáng)度和球化劑的加入量，使鐵水達(dá)到預(yù)期效果。表4所示，鐵水處理溫度1480～1500℃，芯線(xiàn)加入量10～40m，殘鎂量穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。

分別采用沖入法和喂線(xiàn)法生產(chǎn)，在澆注機(jī)出鐵槽處，間隔10分鐘取樣，連續(xù)取十組數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖5)。對(duì)比后，可發(fā)現(xiàn)，沖入法殘鎂量的波動(dòng)范圍0.01%～0.04%，而喂線(xiàn)法殘鎂量的波動(dòng)范圍0.025%～0.04%，波動(dòng)范圍窄，明顯優(yōu)于沖入法。

表4 不同芯線(xiàn)加入量，處理包內(nèi)鎂殘鎂量

圖5 澆注前鐵水鎂殘量變化

采用喂線(xiàn)法可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變化，及時(shí)調(diào)整處理包內(nèi)的鎂殘量。從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，球化效果穩(wěn)定，且生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單方便。顯然這大大提高了球化處理的可控制性，為生產(chǎn)高質(zhì)量的球鐵提高了可靠的保證。

4.2 加大回爐量解決回爐料積壓?jiǎn)栴}

表5列出了分別采用沖入法和喂線(xiàn)法工藝指標(biāo)。我們采用的30%鎂合金芯線(xiàn)進(jìn)行喂線(xiàn)處理，球化元素含量高，球化劑加入量少，對(duì)鐵水增硅不明顯。采用喂線(xiàn)法球化處理時(shí)，熔煉配料中回爐料可達(dá)80%。解決了回爐料的積壓?jiǎn)栴}，降低了成本。

表5 沖入法與喂線(xiàn)法工藝對(duì)比

4.3 球化效果好，質(zhì)量穩(wěn)定

喂線(xiàn)法球化處理采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制，取代了人工操作。消除了人為操作因素對(duì)球化效果的影響?？煞€(wěn)定控制殘鎂量，并可將殘鎂量控制在較窄的波動(dòng)范圍，從而為球化效果的穩(wěn)定提供了保障。

圖6 鑄件本體的金相

可見(jiàn)喂線(xiàn)法的球化效果在球化率，石墨球的圓整度、石大小、數(shù)量都明顯優(yōu)于沖入法。

4.4 渣量少，氣孔缺陷少

采用喂線(xiàn)法后，渣量少，一次扒渣時(shí)渣很容易清除，不僅減少了工人扒渣時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)動(dòng)。且澆注包內(nèi)掛渣少，易于清理，有利于設(shè)備的維護(hù)。由于喂線(xiàn)法的球化劑加入量少，球化劑與鐵水的反應(yīng)充分徹底穩(wěn)定，球化元素的吸收率高，對(duì)鐵水的攪拌效果好，渣量少。另外，采用喂線(xiàn)法增硅量小，在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求的情況下，可將硅含量控制較低水平，也有利于減少渣氣孔形成。

采用喂線(xiàn)法生產(chǎn)后，很少出現(xiàn)夾渣缺陷。由于澆注的鐵水較純凈，且澆注時(shí)終鐵水的硅含量較低，鑄件的氣孔缺陷渣氣基本消除。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)喂線(xiàn)法與沖入法相比，生產(chǎn)操作易于控制。

(2)喂線(xiàn)法與沖入法相比，球化質(zhì)量好，球化效果穩(wěn)定。

(3)喂線(xiàn)法與沖入法相比，吃回爐料大，降低原料成本。

(4)喂線(xiàn)法與沖入法相比，球化劑加入量少，鐵水純凈，渣量少，增硅量小，消除了氣孔缺陷。

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[5]Rapid Determination of Magnesium in Ductile Iron

[6]Properties of Thin-Wall Ductile Iron Castings

[7]Control of Slag and Insoluble Buildup in Ladles,Melting and Pressure Pour Furnaces

[8]孫渭清，郭領(lǐng)軍.綜述球鐵件的皮下氣孔.鑄造技術(shù).1996，(4)：32-36.

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