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鑄態QT800-2球鐵曲軸的試制

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摘要:介紹使4JB1鑄態球鐵曲軸性能達到/T800-2牌號要求的工藝措施。這些措施包括:采用覆砂鐵型澆注,控制開型時間,加入適量合金元素,采用含銻球化劑和隨流孕育等。

關鍵詞:鑄態球鐵;覆砂鐵型;高溫開型;合金元素

我公司493發動機原來是配用鍛鋼件曲軸,為了降低成本,決定由我廠生產球鐵曲軸取代鍛鋼曲軸。該曲軸毛質量28 kg,軸向**尺寸為572 mm,主軸頸φ79 mm,連桿軸頸φ62 mm,曲柄臂18-20 mm。

生產該曲軸的生產線為鐵型覆砂線,曲軸材料牌號為鑄態/T800-2,其性能要求如下:σb 800 MPa,σ0.2480 MPa,Jδ≥2%(試棒取自曲柄臂);αk≥20 J.cm-2 (沖擊試樣取自主軸頸靠 近圓角處);240-290 HB (硬度試樣取自大頭); 基體組織為珠光體,珠光體的體積分數不低于 80%;球化級別為1-3級,球徑大小為5-7級,游離滲碳體的體積分數不大于2%;磷共晶的體積分數不大于1.5%,,且均勻分布;兩者總和不大于3%。驗情況及結果如下。

1原材料與熔煉方式的選擇

曲軸材料性能要求高,而且是鑄態性能,故其原材料與熔煉方式必須從優選擇。根據目前的研究成果,一般認為要得到此類球鐵,必須具備以下條件:

①優質原材料:國外工廠大都采用低Mn、低P的高純生鐵生產高性能的球鐵,高純生鐵要求微量元素總量(質量分數)低于0.17,因此,我們選用本溪Q10(1TT)生鐵。

②穩定有效的球化工藝和孕育工藝:優質球化劑(含Ca、低Mg、低RE)配合穩定有效的孕育工藝可提高球化率,增加球數,減少球徑,提高綜合性能。故球化劑選用C-6S珠光體型球化劑;孕育劑選用BS-1型高效孕育劑。

③高溫低硫原鐵液:熔煉方式選用中頻感 應電爐直接熔煉,確保原鐵液硫量及溫度。

2試驗方案

采用1 t中頻電爐熔煉,爐內溫度控制在 1 520~1 550 °C。爐料配比見表1。

鐵液成分控制見表2。對控制范圍內的上限、 中限和下限成分進行對比試驗。

采用500 kg凹坑式球化包進行沖入法球化處理,球化劑加入量(質量分數)為1.3%~1.4%,孕育劑加入量(質量分數)為0.4%~0.8%,覆蓋劑加入量(質量分數)為0.4%,后兩種材料均用于球化劑的覆蓋;澆注時進行隨流孕育,孕育量(質量分 數)為0.15%~0.25%。澆注時間均控制在8 min之內;開型時間分別設定為:10、20、30、50min。

3 、4JB1曲軸本體試驗結果及分析

3.1球化及孕育處理對球化級別的影響

球化處理溫度的選擇要根據鑄件的澆注溫度以及球化劑的反應性能來確定。球化溫度過高,球化元素的燒損大,將導致球化級別低,衰退快;球化溫度過低,處理后溫度也低,不宜澆注。另外,由于球化級別會隨著澆注時間的延長而逐漸衰退,在曲軸試制過程中,澆注時間一般都控制在8分鐘之內,一般無球化衰退的現象發生。

隨流孕育是保證鑄態性能的重要手段,起著推遲球化衰退時間,細化、均勻基體組織及消除滲碳體的作用。孕育劑的粒度大小與加入方法極其重要:粒度太小,容易氧化形成夾雜物且孕育效果差;太大、太多,不易熔解,形成夾雜物或硬質點;太少,孕育衰退快;故選用粒度為0.3-1 mm的孕育劑,加入量(質量分數)為0.15%~0.25%,在定量澆口杯中隨流加入,取得很好效果。

3.2 CE值對性能的影響

CE值反映鐵液的石墨化能力。直接影響收縮 性能。CE值過低收縮大;CE值過高將出現石墨開 花或漂浮,而且在一定的范圍內,抗拉強度隨CE 值的提高而降低,見圖1。

3.3合金元素對性能的影響

Mn、Cu、Mo等均為穩定珠光體的元素,在一定范圍內,隨著這些元素的質量分數的增加抗拉強度、硬度升高;由于Mn元素容易形成晶間化合物,為了獲得較好綜合性能,我們選擇了質量分數為0.3%左右的Mn。

Cu具有強化基體、細化珠光體的作用,但也會降低沖擊韌度,隨著Cu的質量分數的增加,HB也會提高,故Cu的質量分數不宜過高。Cu對曲軸本體性能的影響見表3。

Mo略有強化基體和細化石墨的作用。適量的Mo增強基體骨架,故可提高強度、硬度,同時可以提高沖擊韌度,在與Cu合用時綜合性能更好。Mo對曲軸本體性能的影響見表4。

Sb是強烈穩定珠光體的元素,但它極易偏析,且與其它元素形成的化合物易分布在晶界上,因而提高本體硬度,降低沖擊韌度。我廠4JB1曲軸中的Sb是由球化劑帶入的,在w (Cu)0.3%, w (Mo)0.2%時,要獲得良好的綜合力學性能,必須選擇質 量分數合適的Sb。Sb對曲軸本體性能的影響見表5。 3.4開型溫度對性能的影響

4JB1曲軸采用覆砂鐵型鑄造,鑄件在型內冷卻速度快,加上高溫開型可起到一定的正火作用, 故開型溫度對其材質的影響較大,試驗證明,開型溫度高,抗拉強度和硬度也高,否則相反。其影響見表6。



4結論

根據上述試驗結果可以認為:

①要保證4JB1曲軸鑄態性能達到QT800-2牌號要求,必須選擇優質生鐵及合適的球化劑和孕育劑;

②球化良好和采用二次孕育是獲得高鑄態性能的基礎;

4JB1曲軸的化學成分控制范圍應為(w$ /% ) :4.35~4.55 CE,3.6~3.8 C,2.0~2.4 Si,0.25~ 0.35 Mn,0.3~0.4 Cu,0.18~0.22 Mo;

④為了保證綜合性能,球化劑中銻的質量 分數應為0.8.左右;

⑤曲軸采用鐵型覆砂工藝,開型時間應控制為25~35 min。

作者簡介:萬修根(1969-),男,江西人,大學本科畢業(學士), 主管工程師,主要從事鑄造工藝及熔煉工作。

附圖:自動化鐵型覆砂生產線