大型船用高強(qiáng)度灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體的生產(chǎn)

王敏剛（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713105）

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大型船用高強(qiáng)度灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體的生產(chǎn)

王敏剛
（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713105）

摘要：介紹了某型船用灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求。采用20 t中頻感應(yīng)電爐熔煉， 60%廢鋼+10%生鐵+30%回爐料配料，碳當(dāng)量不小于3.7%，采用0.1%硅鋇孕育進(jìn)行爐內(nèi)預(yù)處理孕育，0.5%硅鈣鋇孕育劑進(jìn)行爐前沖入孕育，0.15%硅錳鋯孕育劑澆注時(shí)隨流孕育。樹脂砂造型，三開箱底注半開放式澆注系統(tǒng)，型內(nèi)保溫不小于180 h，成功生產(chǎn)出在機(jī)體最厚大部位取樣抗拉強(qiáng)度不小于170 MPa,布氏硬度不小于160，無(wú)鑄造缺陷的大型船用灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體。

關(guān)鍵詞：灰鑄鐵；機(jī)體；厚大斷面

稿件編號(hào):1509-1063

灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體具有良好的抗震效果，較球墨鑄鐵相比經(jīng)濟(jì)效益較好，隨著船用柴油機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)柴油機(jī)機(jī)體的材質(zhì)提出了更高的要求，不僅要求有良好的抗震效果，還需要較高的抗拉強(qiáng)度，但灰鑄鐵強(qiáng)度的提高會(huì)導(dǎo)致鑄造應(yīng)力增大，甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋現(xiàn)象，所以灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體將向著高強(qiáng)度、低鑄造應(yīng)力方向發(fā)展。我公司于2014年承接國(guó)外某型船用柴油機(jī)機(jī)體毛坯生產(chǎn)任務(wù)，該型機(jī)體材質(zhì)為灰鑄鐵，牌號(hào)：C3Cu，即為高強(qiáng)度灰鑄鐵柴油機(jī)機(jī)體。

1 鑄件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

1.1 鑄件結(jié)構(gòu)

機(jī)體輪廓尺寸：4 235×1 540×1 620（mm），最大壁厚319 mm，最小壁厚37 mm，小口缸孔徑φ400 mm，大口缸孔徑φ690 mm，共4缸，如圖1所示。

1.2 技術(shù)要求

材料牌號(hào)為C3Cu，要求在本體最厚大的大缸孔斷面部位套取拉力試樣，抗拉強(qiáng)度不低于170 MPa，布氏硬度不低于160，金相組織：石墨形態(tài)為A型，石墨長(zhǎng)度不小于4級(jí)，過(guò)冷石墨含量不得超過(guò)5%，基體組織：珠95。鑄件不得出現(xiàn)任何裂紋缺陷。

圖1 機(jī)體鑄件結(jié)構(gòu)

2 生產(chǎn)難點(diǎn)分析及生產(chǎn)工藝的確定

2.1 生產(chǎn)難點(diǎn)分析

(1)材質(zhì)要求較難到達(dá)，材料牌號(hào)C3Cu相當(dāng)于國(guó)標(biāo)HT350,屬于高強(qiáng)度灰鑄鐵，壁厚319 mm區(qū)域冷卻較緩慢， 共晶團(tuán)將生成較大，片狀石墨會(huì)長(zhǎng)的特別長(zhǎng)，甚至?xí)霈F(xiàn)鐵素體，生成的珠光體片層間距較厚，所以在該部位取拉力試樣；抗拉強(qiáng)度較難保證，石墨長(zhǎng)度很難到達(dá)國(guó)標(biāo)4級(jí)以上的要求。

(2)鑄件成型缺陷多，以往生產(chǎn)大型高強(qiáng)度灰鑄鐵，尤其壁厚懸殊較大的鑄件，因?yàn)殍T造應(yīng)力大容易出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷。

2.2 生產(chǎn)工藝的確定

(1)熔煉工藝

利用2臺(tái)20 t中頻感應(yīng)爐熔煉，采用合成鑄鐵生產(chǎn)，配料比例：60%廢鋼+10%生鐵+30%回爐料，采用0.1%硅鋇孕育劑與爐料一起熔化進(jìn)行預(yù)處理，化學(xué)成分合適后見表1。為了防止鑄造應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生裂紋缺陷，首先保證碳當(dāng)量不小于3.7%，其次須嚴(yán)格控制原鐵液中的微量過(guò)冷化元素，尤其Pb ＜0.002%。高溫靜置前碳含量控制在中上限，隨后升溫至1 510~1 520 ℃高溫靜置5~10 min，1 480 ℃出爐， 包內(nèi)沖錫0.03%，0.5%硅鈣鋇孕育劑進(jìn)行爐前沖入孕育，0.15%硅錳鋯孕育劑澆注時(shí)隨流孕育。澆注鐵液總質(zhì)量為35 t，澆注溫度控制在1 330~1 350 ℃。

表1 原鐵液化學(xué)成分 質(zhì)量分?jǐn)?shù),%

(2)造型工藝

采用樹脂砂手工造型，三開箱，半開放式底注澆注系統(tǒng)，頂部采用10個(gè)φ180 mm的保溫冒口，如圖2所示。澆注系統(tǒng)盡可能不阻礙鑄件自由收縮。型內(nèi)保溫不小于180 h。

3 生產(chǎn)結(jié)果

對(duì)生產(chǎn)的此型柴油機(jī)機(jī)體，進(jìn)行了本體取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，金相檢測(cè)及表面質(zhì)量檢測(cè)及形狀尺寸檢測(cè)，均符合技術(shù)文件要求，表2為力學(xué)性能和金相組織檢測(cè)結(jié)果，圖3為機(jī)體鑄件實(shí)體。

圖2 機(jī)體鑄造工藝簡(jiǎn)圖

表2 力學(xué)性能及金相要求及檢測(cè)結(jié)果

圖3 機(jī)體實(shí)體

4 結(jié)束語(yǔ)

原高強(qiáng)度灰鑄鐵厚大斷面柴油機(jī)機(jī)體的生產(chǎn)工藝難以實(shí)現(xiàn)高的抗拉強(qiáng)度和低的鑄造應(yīng)力。本文通過(guò)采用合成鑄鐵，爐料配料：60%廢鋼+10%生鐵+30%回爐料，碳當(dāng)量不低于3.7%，爐內(nèi)預(yù)處理孕育，爐前沖入孕育及澆注時(shí)隨流孕育等。樹脂砂造型，三開箱，底注半開放式澆注系統(tǒng)，型內(nèi)保溫不小于180 h，成功生產(chǎn)出鑄件毛坯質(zhì)量約30 t的船用柴油機(jī)機(jī)體鑄件。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉泳.感應(yīng)電爐熔煉高強(qiáng)度灰鑄鐵的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù), 2013(3).

[2] 劉佑平.提高柴油機(jī)灰鑄鐵件力學(xué)性能的工藝措施[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2002(4).

[3] 翟琳陽(yáng).論V型柴油機(jī)整鑄機(jī)體的生產(chǎn)工藝[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù), 2014(2).

Production of high strength gray cast iron diesel engine block

WANG MinGang
(Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co.,Ltd.,Xingping 713105，Shaanxi ,China)

Abstract:Introduces the structure and technical requirement of gray cast iron engine block with a certain type of ship.With 20 tons of medium frequency induction furnace melting, 60% scrap + 10% iron + 30% recycled material ingredients, carbon equivalent not less than 3.7% with 0.1% silicon barium inoculation of furnace pre inoculation treatment, 0.5% calcium barium inoculation agent before furnace rushed into the incubation, 0.15% Si Mn Zr inoculant pouring with shed pregnant fertility.Resin sand molding, three open bottom note semi open gating system, type internal insulation is not less than 180 h, the successful production of in the thickest of the body parts of large sample tensile strength of not less than 170 MPa, Brinell hardness is not less than 160, no casting defects of large marine gray cast iron engine block.

Keywords:gray cast iron; the body; large and thick section

中圖分類號(hào)：TG251；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1006-9658（2016）03-0032-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.009

收稿日期:2015-09-09

作者簡(jiǎn)介：王敏剛（1981—）男,工程師，從事鑄鐵鑄造工藝及熔煉工作.