合金鑄鐵氣缸套的鑄造過(guò)程控制

高金剛，張加中，戚娟娟

1.概述

用中頻感應(yīng)電爐熔煉氣缸套合金鑄鐵主要有以下缺點(diǎn)：一是鐵液過(guò)冷傾向較大，極易產(chǎn)生影響材料力學(xué)性能的D、E型石墨；二是鐵液純凈，異質(zhì)結(jié)晶核心較少，導(dǎo)致孕育效果差，鑄件硬度偏低。另外，普通鑄鐵氣缸套的力學(xué)性能已不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其使用性能的升級(jí)要求，以某主機(jī)廠研發(fā)出的一種強(qiáng)度和硬度大幅度提高的高性能合金鑄鐵材質(zhì)氣缸套為例，其化學(xué)成分要求為：wC＝3.0%～3.4%、wSi＝1.7%～2.4%、wMn＝0.6%～0.8%、wP≤0.20%、wS≤0.08%、wCr＝0.25%～0.4%、wCu＝1.3%～1.6%、wB＝0.045%～0.07%，力學(xué)性能要求為：抗拉強(qiáng)度≥270MPa，硬度280～310HBW，同一只氣缸套硬度差≤30HBW，基體金相組織為珠光體+鐵素體，鐵素體≤5%，石墨為I型A類或B類，允許缸套外表面D、E型石墨存在，I型石墨大小4～8級(jí)，使用現(xiàn)有爐料配方制造上述材質(zhì)合金鑄鐵要消耗大量生鐵、鐵合金等原輔材料，原材料成本較高。

針對(duì)以上所述的氣缸套感應(yīng)電爐熔煉方法中存在的缺陷，我公司工程技術(shù)人員從多次實(shí)踐中摸索出了一套高性能合金鑄鐵的中頻感應(yīng)電爐熔煉方法和離心澆鑄方法，合理利用廢棄物料，優(yōu)化原輔材料，生產(chǎn)出的氣缸套毛坯能滿足主機(jī)廠對(duì)高性能合金鑄鐵材質(zhì)的要求。

2.熔煉設(shè)備及原材料選擇

我公司選用的熔煉設(shè)備為5t/3200kW中頻感應(yīng)電爐，主要技術(shù)參數(shù)：額定容量5t，額定工作溫度1570℃，額定溫度保溫功率180kW，熔化率3.8t/h。

（1）金屬爐料的選擇 ①配料中回爐料按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB4224—1984的規(guī)定，塊度不大于300mm×200mm×200mm，所述回爐料為廢品氣缸套。②配料中廢鋼要求無(wú)嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，表面鍍有鋅、鉻等成分的廢鋼，在不影響鐵液化學(xué)成分技術(shù)要求的情況下，可以與質(zhì)量較好的廢鋼搭配使用，其塊度應(yīng)符合GB4224—1984規(guī)定小于500mm×200mm，長(zhǎng)料小于爐膛直徑的1/2，即＜550mm，廢鋼選用20鋼管頭。③配料中高硅生鐵長(zhǎng)度≤400mm，化學(xué)成分為wC＝3.8%、wSi＝3%～5%。

（2）合金材料的選擇 配料中硅鐵用Si75，塊度200mm×100mm；硼鐵用FeB18C0.5A，塊度50 mm×100mm。

（3）鐵屑的選擇 配料中鐵屑要求無(wú)嚴(yán)重銹蝕，水分＜3%；增碳劑用石墨型；除渣劑選珍珠巖。所述鐵屑主要為氣缸套機(jī)加工鐵屑。

3.加料要求

（1）爐料配比 鐵屑59%+廢鋼28%+回爐料5.8%+高硅生鐵6%+75硅鐵0.6%+硼鐵0.06%+銅0.54%。

（2）加料順序 增碳劑→鐵屑→鐵合金→廢鋼→回爐料。

（3）加料原則 根據(jù)不同材質(zhì)需求進(jìn)行配料，爐料應(yīng)清潔、干燥，嚴(yán)禁加入油污、易燃物、污染嚴(yán)重的金屬材料，加料前檢查成色或成捆碎屑的潮濕程度。

（4）熔煉功率 電爐開始6～8min內(nèi)供給90%以上的功率，逐漸將功率增至最大值。

（5）熔煉過(guò)程控制 避免加入如飲料罐之類的部分閉合容器、閉合管材，這類容器可能存有液體或易燃物，會(huì)在熔化時(shí)沸騰并伴有劇烈爆炸，從而造成熔化金屬液噴濺。不管爐料如何都要在前次的爐料沒有熔化完前慢速投入下次爐料。如果錯(cuò)誤使用鐵銹和粘砂多的爐料，爐料塊度和形狀不良，造成爐料裝填不緊密和搭棚嚴(yán)重，或一次加的冷料過(guò)多，則容易發(fā)生“搭橋”。因此，必須經(jīng)常檢查液面，一旦出現(xiàn)搭橋現(xiàn)象馬上處理，捅掉“搭橋”，避免“搭橋”形成，否則下部的鐵液就會(huì)過(guò)熱，引起下部爐襯的侵蝕，甚至滲漏鐵液或爆炸。

當(dāng)操作工人用工具處理搭橋時(shí)，應(yīng)按照一定的操作規(guī)程，以免操作人員掉入爐內(nèi)或被搭橋下面熱氣流或金屬液噴濺燒傷。

（6）扒渣 在爐料化凈后應(yīng)立即扒渣，防止結(jié)成“渣蓋”。如結(jié)成“渣蓋”，應(yīng)立即停電，將渣蓋打碎扒出爐外，否則下部的鐵液就會(huì)過(guò)熱，引起下部爐襯的侵蝕，甚至鐵液滲漏或爆炸。

（7）加料控制 加料應(yīng)仔細(xì)，以免出現(xiàn)料的“跨橋”，“橋”下邊金屬液的超高溫會(huì)造成爐襯腐蝕加快。

（8）爐前檢驗(yàn) 熔煉溫度的檢測(cè)設(shè)備為爐前快速熱電偶，熔煉溫度應(yīng)控制在1500～1560℃，出爐鐵液溫度≥1450℃。

（9）成分檢測(cè) 待鐵液溫度達(dá)1380～1450℃時(shí)，取樣進(jìn)行光譜分析，通過(guò)光譜分析儀檢驗(yàn)化學(xué)成分并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證鐵液的化學(xué)成分和質(zhì)量。

（10）爐前孕育 孕育劑選硅鋇合金，硅含量75%、鋇含量2%，粒度1～3mm，孕育劑量為0.35%。孕育方法：將孕育劑充分預(yù)熱烘干，出鐵液時(shí)隨鐵液流入澆包，熔化均勻。

4.澆注方法

設(shè)備采用臥式機(jī)械出模澆注機(jī)，工裝為澆注模具。

澆注前準(zhǔn)備：

（1）涂料制作 將涂料倒入料池內(nèi)攪拌2.5h，使用前1h加入肥皂粉攪拌1h。涂料配比：硅砂粉68%、球團(tuán)土16%、肥皂粉1%、硅藻土9%、滑石粉7%，密度1.6～1.8g/cm3。

（2）準(zhǔn)備工作 準(zhǔn)備好操作工具：澆注嘴、坩堝、涂料、缸套鉤、涂料桶、石墨桶、石棉墊及毛刷等。充分烘干坩堝、澆注嘴及悶蓋，檢查澆注機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，各部位有無(wú)碰撞、振動(dòng)及其他雜音，螺釘有無(wú)松動(dòng)，拉桿、飛錘、悶蓋是否良好，利用第一包鐵液對(duì)金屬模進(jìn)行預(yù)熱，使其溫度≥280℃，投入正常生產(chǎn)。

澆口杯孕育（二次孕育）：孕育劑選硅鋇合金，Si含量75%，鋇含量2%，粒度0.5mm。孕育劑量為0.05%，將孕育劑充分預(yù)熱烘干后放入坩鍋內(nèi)。

澆注操作：在預(yù)熱后的澆注模內(nèi)墊放3mm厚小端石棉墊，石棉墊緊貼小頭定位盤，然后放置3mm厚前石棉墊，上好前悶蓋，開起澆注機(jī)啟動(dòng)按鈕，使?jié)沧C(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然后定量加涂料，涂料層厚度為0.8～1.2mm，再將澆注嘴伸入悶蓋10mm左右。由大包將鐵液倒入定量坩堝，左手持鉤子擋渣，右手翻坩堝，將鐵液澆完5～15s后開始放水冷卻，當(dāng)模內(nèi)溫度降至900℃時(shí)，停止放水40～70s后停機(jī)，開啟減速器開關(guān)，使毛坯出模。毛坯出模后，清理模內(nèi)雜物以及坩堝內(nèi)殘留鐵等，等待下一次澆注，模溫控制在280℃以上。

合金鑄鐵氣缸套成品

5.結(jié)語(yǔ)

我公司采用上述中頻感應(yīng)電爐熔煉方法及離心澆注方法制造合金鑄鐵氣缸套毛坯，克服了感應(yīng)電爐熔煉中存在的鐵液過(guò)冷傾向較大及孕育效果差的缺點(diǎn)，生產(chǎn)出的氣缸套完全滿足主機(jī)廠對(duì)高性能合金鑄鐵材質(zhì)的要求，并且合理利用了廢棄物料，降低了氣缸套制造成本。