SiSr孕育劑在缸體缸蓋薄壁鑄件生產(chǎn)的應用

呂仁杰

（山西中條山機電設備有限公司，山西垣曲043700）

·應用研究·

SiSr孕育劑在缸體缸蓋薄壁鑄件生產(chǎn)的應用

呂仁杰

（山西中條山機電設備有限公司，山西垣曲043700）

根據(jù)缸體缸蓋結構特點及生產(chǎn)時常見缺陷分析，選用SiSr孕育劑能夠有效解決縮松、滲漏，改善缸體缸蓋鑄件致密性，消除白口傾向。使用時不僅要根據(jù)生產(chǎn)工藝選擇正確的孕育方法、合適的孕育劑粒度，更要科學的分析其冶煉過程中周圍因素對其孕育效果的影響，才能充分發(fā)揮SiSr孕育劑的良好效能，減少鑄件缺陷，提高產(chǎn)品質量。

孕育劑；缸體缸蓋薄壁鑄件；生產(chǎn)應用

某公司2013年8月建成的年產(chǎn)5 000 t內燃機缸體（缸蓋）冷芯砂生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)K M385三缸缸體、D495Q B四缸缸蓋、4L22B四缸缸體缸蓋等產(chǎn)品，是典型的薄壁灰鑄鐵件，其最小壁厚為3.5mm～5mm，機體強度和硬度要求高，要求材質白口傾向小，斷面均勻性好（ΔHB≤30），縮孔、縮松滲漏傾向小等。在缸體缸蓋生產(chǎn)試制過程中常因冶煉工部鐵液孕育環(huán)節(jié)孕育效果不良導致毛坯鑄件硬度不均、加工性能差、縮松滲漏等缺陷，從而導致缸體缸蓋廢品產(chǎn)生，因而，如何選擇優(yōu)良的孕育劑和正確的使用方法來指導生產(chǎn)正常運行成為現(xiàn)今必須攻克的難題。

表1 孕育劑類別及適用范圍

1 SiSr孕育劑的研究

1.1 孕育劑的選擇

孕育劑系列及其特點、適用范圍如表1所示。從表1孕育劑的適用范圍分析看出，適用于薄壁件的有3號、4號、5號三種孕育劑，但是生產(chǎn)缸體缸蓋時常出現(xiàn)縮松、滲漏等缺陷，因此結合這三種孕育劑的性能特點最佳適用的應是3號硅鍶孕育劑。

這種孕育劑的石墨化能力很強，特別是比稀土鈣鋇型孕育劑的石墨化能力高很多。雖然這種硅鍶孕育劑的石墨化能力和碳硅鈣孕育劑的接近，但是很多其他的優(yōu)點，比如溶解性好，熔點低，幾乎不含鈣，允許有較低的孕育溫度，特別是行渣少。另外的顯著特點還在于減少白口的同時并不會明顯使共晶團數(shù)增加，因此使用這種孕育劑能降低縮松率，改善鑄件（缸體缸蓋）的致密性，從而提高了鑄件的耐水壓能力測試，這些特點是稀土鈣鋇、碳硅鈣類孕育劑不可比擬的。

1.2 孕育方法的選擇

常用孕育方法有爐內孕育和包內孕育，這兩種方法的工藝要點和優(yōu)缺點以及使用范圍如表2所示。

表2 爐內孕育和包內孕育方法

缸體缸蓋薄壁且鑄型結構復雜，澆注溫度一般控制在1 370℃～1 400℃，澆注鐵液控制嚴格，因此過熱處理是必要的，一般來說高性能的灰鐵出鐵溫度能夠達1 520℃～1 550℃。從孕育角度而言，這個溫度足以融化高熔點孕育劑并使其擴散。高溫鐵水不僅利于消除雜質，而且可以明顯提高鐵水的流動性，從而改善鑄件成品率。

由于鑄件單重較小（40 kg左右）大包澆注時間較長，出鐵溫度和澆注溫度溫差較大，以上幾種方法倒包孕育最為合適，孕育劑在鐵水分包時加在承接包內，或隨鐵水沖入承接包，這樣可以有效解決大包澆注時間長，溫差過大的問題。其操作較簡單，孕育劑消耗量小，不易衰退，適用于出鐵量大分包澆注或兩次以上孕育場合。

1.3 孕育劑的粒度的選擇

根據(jù)孕育劑種類和鑄件的澆注溫度，可以選擇不同粒度的孕育劑。孕育劑的粒度根據(jù)鐵液量、鐵液溫度及孕育處理方法確定，鐵液溫度一般不應低于1 400℃，粒度過細容易燒損，粒度過大熔解不充分，均達不到理想的效果。出鐵1 t大包采用S i S r孕育劑粒度為5mm～10mm，分包后0.5 t小包宜使用粒度為2mm～5mm。

1.4 SiSr孕育劑的特點

S i S r型孕育劑多用于薄壁和形狀較復雜的鑄件上，例如缸體缸蓋等。硅鍶孕育劑的孕育作用很強，因為其含有足量的硅元素，另外少量的鍶（小于2%）對改善灰鐵和球鐵石墨形態(tài)、提高斷面均勻性具有明顯益處，還有使孕育衰退延長的特點。由于S r與B a都屬于鹼土金屬元素，因此具有基本一致的長效孕育作用。

一般認為：鑄鐵的縮松傾向隨共晶團數(shù)增多而增大，而白口量會隨共晶團數(shù)量增多而減少。但是，使用鍶硅鐵孕育，不會明顯增加共晶團數(shù)，卻有很強消除白口能力，有利于改善鑄件縮松及滲漏等缺陷。

2 缸體缸蓋冶煉過程控制

生產(chǎn)缸體缸蓋薄壁鑄件產(chǎn)品不僅要在孕育環(huán)節(jié)選擇最為適用的孕育劑，而且應科學的分析冶煉過程中周圍因素對其孕育效果的影響，才能充分發(fā)揮S i S r孕育劑的效能，減少鑄件缺陷，提高產(chǎn)品質量。

2.1 爐料對孕育效果的影響

生產(chǎn)缸體缸蓋的爐料是由回爐料、生鐵、廢鋼、鐵合金、增碳劑等組成的，這些原材料的質量，如“遺傳性”、化學成分、清潔度等與孕育效果有極大的關系。鑄造生鐵的“遺傳性”及其有害元素的存在直接影響孕育效果；鑄造生產(chǎn)中的含碳、硅量越高，其中的石墨越粗大，鐵水的碳當量越高，石墨的溶解越慢，孕育效果靈敏度越差；爐料清潔度差，有害雜質溶解的氫、氮和氧進入鐵水內部，妨礙凝固過程中石墨晶核的形成，從而引起過冷，增大白口傾向；在凝固過程中，大部分氧以F e O的形式在剩余液體中不斷富集，F(xiàn) e O的反石墨化作用加劇了剩余液體和晶界上產(chǎn)生游離碳化物的作用，因此鐵水中氣體的存在削弱了孕育劑的功效。

2.2 孕育劑加入量對孕育效果的影響

根據(jù)原鐵水的化學成分、鑄件的斷面系數(shù)大小，來確定孕育劑的加入量。加入量太少或太多都是不適宜的，太少時雖然起了孕育作用但造成孕育不良，出現(xiàn)過量的D型石墨和鐵素體或白口；加入量太多又會產(chǎn)生過孕育現(xiàn)象，導致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松，石墨及晶粒粗大化等鑄造缺陷，從而使鑄件的硬度和強度都下降。經(jīng)試驗證明缸體缸蓋只要碳當量合適，S i S r孕育劑加入質量分數(shù)在0.30%～0.40%左右，即可獲得滿意的孕育效果。

2.3 化學微量元素對孕育的影響

1）S n：低熔點金屬S n能夠導致石墨/金屬界面薄層的形成，C向石墨擴散將受到阻礙，因此給鐵素體的生成造成壁壘。在灰鑄鐵中加入質量分數(shù)在0.03%～0.1%的S n，便可獲得幾乎100%的珠光體。但是過量的S n生成F e S n2會在晶界處析出，可以明顯降低材料強度和韌性，一般ω（S n）=0.02%～0.04%最為合適；

2）A l：鋁在灰鐵中質量分數(shù)為0.005～0.010%時可以促進孕育作用，質量分數(shù)為0.015%～0.25%時會促進氫針孔產(chǎn)生，缸體缸蓋類薄壁鑄件中ω（A l）應小于0.01%；

3）C a：孕育劑中ω（C a）＜0.1%可減少渣化提高鍶的作用能力，鈣過高的存在會中和鍶的作用；

4）S：硫含量偏高易引起熱裂，因為鐵液硫量高，會增加枝晶粗化傾向。一般地，為了保證材料切削性能，灰鑄鐵硫質量分數(shù)應控制在0.06%～0.1%之間。

3 結論

1）S i S r孕育劑是適用于缸體、缸蓋等薄壁灰鑄鐵件生產(chǎn)的一種高效、長效孕育劑；

2）S i S r孕育劑在缸體缸蓋生產(chǎn)上能有效消除白口能力，減少鑄件縮松、滲漏的作用；

3）S i S r孕育劑在使用時應考慮冶煉過程中周圍因素對其孕育效果的影響，才能充分發(fā)揮S i S r孕育劑的良好效能，減少鑄件缺陷；

4）化學微量元素對孕育的影響不可忽視，合理的存在范圍對鑄件生產(chǎn)是有利的，選擇不同孕育劑應當重點考慮這些微量元素的影響，才能提高產(chǎn)品合格率。

參考獻：

［1］中國機械工程學會鑄造分會編.鑄造手冊.第1卷［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.1.

Application of SiSr Inoculant in Cylinder Block and Head Thin W all Castings

LV Ren-jie
（Zhongtiao Mountains Mechanical and Electrical Equipment CO.，LTD.，Yuanqu Shanxi043700，China）

According to the structural characteristics of cylinder block and head and the common defects in the production，SiSr inoculant can be used to effectively solve the shrinkage and leakage，improve the casting compactness，eliminate white tendency.When using SiSr inoculant，it is necessary to select the correct inoculation method and the appropriate particle size according to the production process and scientifically analyze the influence of surrounding factors in smelting process on the inoculation effect，which can give full play to the good performance of SiSr，reduce the casting defects，improve the product quality.

inoculant，cylinder block and head，thin wall casting，production application

TG24

A

1674-6694（2015）06-0035-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.011

2015-09-02

呂仁杰（1969-），男，山西萬榮人，總經(jīng)理，主要從事機電設備的生產(chǎn)與管理工作。