正火態(tài)QT800-3曲軸的熔煉工藝

李紀(jì)安，宋巖

(一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 47 100 3)

正火態(tài)QT800-3曲軸的熔煉工藝

李紀(jì)安，宋巖

(一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 47 100 3)

介紹了一種生產(chǎn)正火態(tài)Q T 80 0-3曲軸的熔煉工藝及關(guān)鍵控制點。并對生產(chǎn)過程中影響曲軸性能的因素進(jìn)行逐一分析并最終提出解決方案。實驗結(jié)果表明：選材要慎重，避免有害元素的干擾，特別含S量要控制在0.03%以內(nèi)；澆注總時間最好控制在12分鐘以內(nèi)；稀土殘留量要小于0.03%。

球墨鑄鐵；曲軸；熔煉工藝

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.00 7

曲軸是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵要害部件之一，用于將活塞連桿的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。曲軸在工作過程中要承受巨大的負(fù)荷沖擊和不斷變化的彎矩和扭矩應(yīng)力，極易使曲軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，甚至產(chǎn)生裂紋斷裂，因此曲軸的材質(zhì)需要具有較高的剛性和疲憊強(qiáng)度，以及出色的耐磨性能。本文通過對球鐵曲軸產(chǎn)品的生產(chǎn)開發(fā)和試驗驗證，提出了一種生產(chǎn)QT800-3球鐵曲軸的熔煉工藝。

1 鑄件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

四缸柴油機(jī)用球鐵曲軸，零件總長701mm、主軸徑85 mm、連桿徑72mm。技術(shù)要求：材質(zhì)QT800-3，硬度240-320HB；金相組織：珠光體70%以上，球化率1～3級，石墨大小5～8級，滲碳體和磷共晶二項總量不大于3%，游離滲碳體和磷共晶各不大于2%。

2 生產(chǎn)方法

為確保鑄態(tài)曲軸鑄件的品質(zhì)，需嚴(yán)格控制化學(xué)成分及球化、孕育、凝聚等關(guān)鍵工序，以取得需求的金相。在原材料、熔煉設(shè)備、工藝技術(shù)、化學(xué)成分檢驗、金相剖析、球化率檢驗、缺陷檢驗等一系列環(huán)節(jié)上，要選用切實可行的技術(shù)辦法，并擬定嚴(yán)格的生產(chǎn)實驗流程。

采用靜壓線造型，平澆平冷，每箱2件。使用10 t感應(yīng)電爐熔煉，1t堤壩包、沖入法球化，1t茶壺包澆注。1包澆注6箱。

2.1 鐵液的熔煉工藝

高牌號球鐵對有害元素比較敏感，選材要慎重。選用純度高的Q10生鐵；廢鋼選用無銹、無油（Pt）、成分明確的碳素鋼，特別注意不要混入含Ti的齒輪用合金鋼。孕育劑用高溫低硫孕育劑，含硫量要求小于0.05%。S含量不能超標(biāo)。為了防止有害元素的干擾，空爐熔煉。

采用10 t的電爐，由于是試制生產(chǎn)，沒有合適的回爐料，采用40%生鐵，60%廢鋼熔煉。采用Cu-Sn合金化，Cu可以促進(jìn)石墨化，改善石墨形態(tài)，提高石墨球的圓整度，并使石墨球的數(shù)量增多[1]；Sn 能穩(wěn)定鑄鐵的珠光體，并使石墨細(xì)化，分布均勻[2]。把Cu和Sn放入包中。根據(jù)經(jīng)驗把化學(xué)成分控制為w(C)：3.7%～3.9%，w(Si)：2.0%～2.4%，w(S)：＜0.03%，w(Mn): 0.4%～0.6%，w(Cu):0.5%～0.6%，w(Re): ＜0.03%，w(Mg):0.03%～0.05%，w(Sn):0.02%～0.03%。

2.2 球化及澆注情況

球化采用沖入法，孕育采用包內(nèi)孕育+隨流孕育相結(jié)合的孕育處理工藝。生產(chǎn)過程：爐內(nèi)鐵液達(dá)到過熱溫度1550 ℃，保溫10 min，然后降至1530℃出鐵。球化處理鐵液溫度為1400 ℃～1450 ℃。將 QRMg8RE3球化劑（1.3%～1.4%）、硅鋇孕育劑（0.5%～0.6%）、覆蓋材料按順序加入1t堤壩包。使鐵液先沖入沒有材料的一側(cè)。出鐵時間要控制在150～160 s。過快過慢均會導(dǎo)致球化不良。轉(zhuǎn)包加75硅鐵。為防止球化衰退、孕育衰退，從轉(zhuǎn)包到澆注完最后一箱，總時間最好控制在12min以內(nèi)。扒渣轉(zhuǎn)包澆注Y型試塊，覆蓋聚渣劑扒渣上線澆注，澆注時隨流加入硅鍶孕育劑。澆注溫度為1360℃～1380 ℃。每包澆注完必須取末箱的試塊進(jìn)行金相檢測，出現(xiàn)異常（球化衰退、不球化）整包鐵液的鑄件必須隔離，逐一取樣檢測。澆注完3 h后開箱，鑄件溫度650 ℃左右，經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行拋丸清理，去澆冒口。對連體試塊進(jìn)行金相分析：球化率2級，石墨球大小均勻，可見牛眼狀鐵素體（如圖1）。對鑄件本體取樣進(jìn)行常溫力學(xué)性能測試，抗拉強(qiáng)度640 MPa，屈服強(qiáng)度394 MPa，延伸率4.4%。

圖1 鑄態(tài)連體試塊金相圖

2.3 熱處理工藝

圖2 熱處理工藝圖

曲軸的正火對溫度的均勻性要求比較高。正火溫度超高會導(dǎo)致鐵素體完全分解，延伸率下降。試驗正火溫度920 ℃時，延伸率下降至2.6%。正火溫度超低，會導(dǎo)致珠光體含量不足，強(qiáng)度不合格。曲軸進(jìn)正火爐的擺放方式、每盤的數(shù)量均要注意，防止出現(xiàn)變形、正火不均勻現(xiàn)象。

根據(jù)曲軸鑄態(tài)本體的力學(xué)性能和金相分析結(jié)果，最終選擇正火溫度為880 ℃，保溫2～2.5 h，具體熱處理工藝如圖2。

3 生產(chǎn)結(jié)果及分析

根據(jù)鑄件本體流水號分出首箱和末箱，挑出兩組對熱處理后的鑄件，進(jìn)行金相分析和常溫力學(xué)性能檢測，試塊按圖紙要求在第8曲柄上取。結(jié)果如下。

圖3 正火態(tài)本體金相圖

從圖3.a可以看出石墨球大小不均勻，推測是由于主材料（主要是生鐵）中含有未知的有害元素造成的。從圖3.b可以看出珠光體含量95%以上，鐵素體略少，且不成牛眼狀。滿足QT800-3曲軸的金相要求。但是還有提高空間。

從表1可以看出：①力學(xué)性能和金相分析結(jié)果都符合QT800-3的要求，其中抗拉強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過800 MPa，但6#和18#的延伸率剛滿足要求，都是一包鐵液的末箱，跟球化和孕育衰退有關(guān)；所以澆注總時間要控制在12min以內(nèi)；②兩包鐵液的球化率不同，球化率高低對延伸率的影響不是很大，磷共晶對鑄件的力學(xué)性能影響比較大，微觀表現(xiàn)對石墨大小有影響。對兩包原鐵液成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，稀土殘留較高，促進(jìn)石墨化元素較高時，易生成二元磷共晶[3]。所以不能只為提高球化率，添加過多促石墨化元素，容易造成力學(xué)性能不穩(wěn)定。

4 結(jié)語

利用熱處理法生產(chǎn)高牌號球鐵曲軸，根據(jù)各工序工藝特點，制定嚴(yán)格的控制措施，選材要慎重，防止有害元素的干擾，特別含S量要控制在0.03%以內(nèi)；澆注總時間最好控制在12分鐘以內(nèi)；稀土殘留量要小于0.03%。這樣才能為批量穩(wěn)定生產(chǎn)高牌號球鐵曲軸提供可靠保證。

表1 首箱和末箱抗拉強(qiáng)度和金相分析結(jié)果

[1] 劉耀輝. 殼型工藝下型工藝下新型鑄態(tài)球鐵及轎車曲軸產(chǎn)業(yè)化[M]. 吉林：吉林大學(xué)出版社, 200 6: 3-15.

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Smelting process of normalized QT800 - 3 crankshaft

LI JiAn, SONG Yan

(YTO (Luoyang) Casting Co., Ltd., Luoyang 471003, Henan，China)

This paper introduces a smelting process and key control points for producing normalized QT800-3 crankshaft. The factors that affect the performance of crankshaft are analyzed one by one, and fi nally the solution is put forward. The results show that the material selection should be careful, and the interference of harmful elements should be avoided. Especially, the amount of S contained should be controlled within 0.03%. The total pouring time should be controlled within 12minutes, and the residual amount of rare earth should be less than 0.03%.

nodular cast iron；crankshaft； smelting process

T G 243+.1；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 22-03

2017-03-30

稿件編號:170 3-1727

李紀(jì)安（198 1—），助工,主要從事鑄造生產(chǎn)工藝的研究與開發(fā)工作.