高強(qiáng)度多元合金化氣缸頭鑄件材質(zhì)熔煉工藝

韓軍，杜爭爭

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

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高強(qiáng)度多元合金化氣缸頭鑄件材質(zhì)熔煉工藝

韓軍，杜爭爭

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

摘要：通過合理的化學(xué)成分選擇并配合多元低合金化處理的熔煉工藝，選用長效孕育劑強(qiáng)化孕育效果，改善鑄件基體組織及石墨形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度多元合金化氣缸頭鑄件材質(zhì)的成功熔煉。

關(guān)鍵詞：合金化；高強(qiáng)度；熔煉

稿件編號:1509- 1069

0 引言

通過合理的成分控制及過程工藝控制，使得高強(qiáng)度多元合金化氣缸頭的機(jī)械性能達(dá)到了預(yù)期的要求：抗拉強(qiáng)度Rm≥350 MPa,本體硬度≥200 HB,A型石墨>70%。通過實(shí)體產(chǎn)品驗(yàn)證，材料金相性能符合要求，鑄件無縮松，尺寸無異常。

1 化學(xué)成分的選擇

(1)CE：碳當(dāng)量選擇應(yīng)當(dāng)合適，過高碳當(dāng)量會使石墨粗厚，體積分?jǐn)?shù)增加，導(dǎo)致灰鑄鐵的強(qiáng)度及硬度下降，過低碳當(dāng)量雖然能細(xì)化石墨，增加先共晶奧氏體量，但是傾向于提高共晶轉(zhuǎn)變過冷度。為滲碳體共晶的形成創(chuàng)造有利條件，同時鑄造性能和加工性能變差[1]。本試驗(yàn)的碳含量3.0%～3.2%，硅含量1.8%～2.1%。

(2)錳：錳在鑄鐵中能強(qiáng)烈地降低鑄鐵的共晶、共析轉(zhuǎn)變溫度，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，錳降低了碳的活度，并使鑄鐵在較低溫度下進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變。錳有促進(jìn)并穩(wěn)定珠光體的作用，使灰鐵件強(qiáng)度提高[2]。本試驗(yàn)的錳含量0.7%～1.0%。

(3)磷：磷增加鑄鐵的脆性，故一般灰鐵件中含量越低越好，本試驗(yàn)中磷含量＜0.04%。

(4)硫：硫一方面阻礙石墨化，另一方面和錳形成化合物，可作為石墨的非均質(zhì)核心，有利于石墨的析出，本試驗(yàn)的硫含量0.06%～0.12%。

(5)鉬：鉬是中等穩(wěn)定碳化物形成元素和阻礙石墨化的元素，鉬可以細(xì)化并改善石墨分布，鉬能細(xì)化珠光體并增加其含量，同時鉬還可以強(qiáng)化珠光體中的鐵素體，因而能有效地提高鑄件的強(qiáng)度、硬度。因此常用來制造高強(qiáng)度灰鐵件[3]。本試驗(yàn)鉬含量在0.5%～0.8%。

(6)鎳：鎳有促進(jìn)石墨化、抑制碳化物形成的作用。鎳的添加對基體為珠光體的鑄態(tài)灰鐵來說，鎳含量越高使其強(qiáng)度越低，在奧氏體化條件下，隨著鎳含量的增加，強(qiáng)度明顯提高，鎳在珠光體為基體和奧氏體為基體時作用完全不同，常規(guī)條件下鎳在鐵素體相中形成固溶體，但是脆相滲碳體不會吸收鎳，奧氏體化鑄鐵中，鎳會存在于奧氏體和鐵素體相中雖然含量有所不同，但會使基體強(qiáng)度提高。本試驗(yàn)鎳含量在0.2%～0.4%。

(7)銅：共晶轉(zhuǎn)變時銅提高穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變溫度，降低亞穩(wěn)定系轉(zhuǎn)變溫度，有較弱的石墨化作用。但通常不單獨(dú)用它作為促進(jìn)石墨化的元素，這是因?yàn)榧尤脬~后鑄鐵共晶團(tuán)尺寸增大，石墨有變粗傾向。本試驗(yàn)銅含量在0.5%～0.9%。

(8)錫：錫固溶于鐵。溶入的錫原子偏聚在石墨與奧氏體界面附近，對碳的擴(kuò)散起阻擋作用，抑制先共析鐵素體析出，促進(jìn)珠光體形成。錫有細(xì)化珠光體的作用，但作用較弱，此外，錫減小鑄鐵斷面敏感性。促進(jìn)珠光體生成的同時并不增加白口傾向[3]。本試驗(yàn)錫含量在0.04%～0.06%。

2 設(shè)備及熔煉工藝的選擇

2.1 生產(chǎn)設(shè)備和爐料

采用中頻電爐熔煉，在此選用Z18生鐵。廢鋼選用合金元素含量較低的碳鋼，所有的爐料質(zhì)量都必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件要求，爐料的表面潔凈，無油無銹。增加一定的廢鋼比例獲得細(xì)片狀珠光體,本試驗(yàn)采用的配料是60%～70%的廢鋼，5%～10%的生鐵，25%～35%的機(jī)鐵。

2.2 熔煉工藝

加料順序按廢鋼-機(jī)鐵-生鐵順序加入，保證材料質(zhì)量穩(wěn)定；熔化溫度小于1 380 ℃；熔化完成后取樣檢測，取樣溫度控制1 420～1 440 ℃之間；過熱溫度保證在1 490～1510 ℃之間。

2.3 孕育處理

(1)選用硅鋇孕育劑進(jìn)行孕育處理，降低過冷傾向，改善薄斷面金相。

(2)孕育粒度3～7 mm。

(3)采用隨流孕育，孕育量為0.4%～0.6%，孕育時間占出鐵時間的80%以上。

3 性能結(jié)果

利用以上方法澆注一件氣缸頭產(chǎn)品，其最大壁厚為40 mm、最小壁厚為9 mm、鑄件毛坯質(zhì)量約30 kg，以驗(yàn)證其附鑄試塊及本體的硬度。其中氣缸頭附鑄試塊的尺寸為86 mm×16 mm，圖1是其典型的金相組織照片，從金相組織照片中可知，附鑄試塊的珠光體達(dá)95%以上，碳化物<1%；表1是所述附鑄試塊的力學(xué)性能檢測的測試數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

1）通過合理的成分控制及過程工藝控制，使得高強(qiáng)度材料的力學(xué)性能及金相達(dá)到了預(yù)期的要求：抗拉強(qiáng)度Rm≥350 MPa、本體硬度≥200 HB、A型石墨>70%。

圖1 氣缸頭金相組織照片

表1 氣缸頭力學(xué)性能檢測結(jié)果

2）本材料通過實(shí)體產(chǎn)品驗(yàn)證，材料性能符合要求，鑄件尺寸及縮松無問題。

參考文獻(xiàn)

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Melting process of high strength alloying cylinder head

HAN Jun，DU ZhengZheng
（Kocel machinery Co., Ltd., Yinchuan 750021,Ningxia, China )

Abstract:This paper through reasonable choice of chemical composition and combined with the treatment of multi-element low alloy melting process, and long-lasting inoculants intensify inoculation effect, improve casting microstructure and graphite shape, achieve high strength alloy cylinder head casting more than successful melting of the material.

Keywords:alloying; high strength; melting

中圖分類號：TG243+.1；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）02-0020-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.02.006

收稿日期:2015- 09- 14

作者簡介：韓軍（1984—），男，碩士研究生，現(xiàn)主要從事鑄鐵熔煉技術(shù)的研究工作.