球墨铸铁活塞环铸造缺陷分析与预防
、●生产应用●
球墨铸铁活塞环铸造缺陷分析与预防
ＤｅｆｅｃｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆＮ０ｄｕｌａｒＣａｓｔＩｒｏｎ
Ｐｉｓｔ叫Ｒｉｎｇ
卜金纬“２．黄根良１
（１．江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江２１２０１３；２常州工学院机电工程学院，江苏常州２１３００２）摘要：通过时球墨铸铁活塞环浇注工艺及存在缺陷的分析，认为材料的成分、铸造工艺参数的不稳定是产生球化不良、缩橙、金相组织不合格等各种铸造缺陷的主要困紊。椐此所提出的一些措施，经实际生产证实．有效地避免或减轻ｒ这衅缺陷．取得很好的效果。
关键词：球墨铸铁；活塞环；铸造缺陷
中圈分类号：ＴＧ２５５文献标识码：Ｂ
活塞环是发动机的重要部件，要求耐磨、弹性好、有足够的强度。常用灰铸铁制造。随着发动机向高速、高负荷的方向发展，对活塞环的要求越来越高。由于球墨铸铁的强度高，所以用球墨铸铁制造的活塞环正在逐步增多Ⅲ。某厂已有多年生产活塞环的经验，但材质以灰铸铁为主。近年来开发出了球铁活塞环，由于市场需求量大．因此迫切要求扩大球铁活塞环的产量．但由于球铁的铸造工艺较灰铁复杂，铸件存在一些质量方面的问题，影响了产量的提高。本文就球铁活塞环铸造过程中存在的一些问题进行了研究，提出了解决问题的工艺措施，取得了很好的效果。
ｌ生产工艺
１．１原料配比
球铁生产中对铁液的成分要求比较高，特别是要控制硫、磷的含量，因此严格按照确定的原料配比配料。
生铁１２０蚝，废钢（低碳钢或中碳钢）１５～２０ｋｇ，回炉料１４０ｋｇｏ对镀铬的回炉料严格限制，每炉不得超过５蚝。结合取样，化学成分应符合：２．３～２．９％Ｓｉ．３．５～３．９％Ｃ，≤Ｏ．０５％Ｍｎ，Ｏ．１５～０．３０％Ｍｏ．Ｏ．４０～Ｏ．８０％Ｗ，≤０１５％Ｃｒ，Ｏ．０２５～Ｏ．０４０％Ｍｇ，Ｏ．０２０～Ｏ．０３５％Ｒｅ。
１．２工艺流程
炉料用中频电炉熔化，浇注前铁水温度控制
收疆日期：２∞６－ｌＯ－０８
作者简介：ｈ金纬（１９６５－），男，河北邯郸＾，讲师，在职硕士生．研究方向为铸造工艺及粉末冶金等：
电话：１３８６１２６５２２８；Ｅ—ｒｌｌａｉｌ：ｂｗ”＠ｃｚＩＩｃｎ
文章编号：１００１—３８１４（２００７）０１－００９８?０２
在ｌ５５０～ｌ５７０℃．用测温仪测量。浇注前充分扒渣．并进行炉前光谱仪化验，根据化验结果进行必要的成分凋整。铁水包在浇注前充分预热。球化剂为稀土镁球化剂，加入量为铁水总量的Ｏ．８％～１％。同时加入规定的孕育剂，适当压实，加覆盖剂。保证球化反应时间不少于９０ｓ。球化采用堤坝冲入法。冲入的铁水量控制在２，３左右。球化结束后立即扒渣，然后加入剩余的ｌ／３铁水。表面用草灰覆盖。球化的铁水温度在ｌ４５０～１４８０℃，球化后立即浇注。采用随流孕育。
造型时控制型砂含水量为４％～４．５％，震动夯实。
浇铸后立即取样激冷。敲断后检查断口，并制成金相试样．检查气孔、球化率、石墨球径、渗碳体及铁索体含量等。
２存在缺陷
２．１球化不良及石墨球径粗大
实际生产中．球化不太稳定，常出现球化不良的组织．球化率低，存在菊花状石墨、蠕状石墨等Ⅲ，如图１（ａ）所示。出现这种状况的主要原因是鬻ＩＩ．－．．？‘！．¨．●，‘．．’７Ｉｔ‘?Ｊ０．（一：，００擎翁叠’≯
（ａ）球化不良组织（ｂ）石墨球径粗大
图１球化不良及石墨粗大缺陷ｘ１００
《热加工工艺》２００７年第３６卷第２ｌ期
球化不良。
石墨粒子球径小有利于强度提高。通常要求石墨粒球径在３５～５０“ｍ，但由于球化不良也会出现少数比较粗大的石墨粒。这些粗大的石墨粒球径可达５０｜＾ｍ，甚至更大，如图ｌ（ｂ）所示。２．２气孔及缩松
这类气｝Ｌ多是皮下气孔，呈球形或近似球形．见图２。对孔壁成分进行能谱分析，如图３所示．可见气孔壁处含有Ｎａ、Ｃｌ、Ｓ等杂质。这类气孔一般数量较少，但孔较大。
图２气孔形貌ｘＪ００
Ｅ，ｋｅＶ
图３孔壁处成分能谱
缩松的宏观断口形貌见图４（ａ），抛光态见图４（ｂ）。由于球铁凝固时糊状凝固的特点．所以球铁铸件中缩松是很常见的，并且这种微观缩松不能
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（ａ）宏观形貌
ｏ）抛光态
图４缩松宏观形貌及抛光态图×１００
通过冒口补缩来解决印。２．３碳化物数量多
有时铸态组织中会发现较多的碳化物．特别是在环的边角位置更易出现，见图５。少数情况下在心部还发现有反白口组
织。碳化物增多，降低了活图５组织中（边角处）较塞环的韧性。
多的碳化物）（２００
３缺陷分析及改进措施
（１）球化不良主要与铁液的碳当量、球化、孕育等工艺有关。熔化时严格控制铁液的碳、硅含量。球化剂要适当压实，球化时注意不使铁液直接冲到球化剂，保证有足够的球化反应时问。孕育剂的流人量尽可能稳定．尤其是开始和结束时不能断流。采取这些措施后球化质量明显提高。特别是在球化的同时冲人一定量的锑。对细化石墨粒径效果十分明显（见图６），石墨形状圆整。分散均匀．球径细小。
（２）气孔大多是氢气造成，氢气可来自铁水内部，如潮湿的炉料、浇包、球化剂、孕育剂等：也可来自外部的侵入．主要是铁液中残留的镁及砂型
中水含量过高。控制铁液中残留的镁含量．型砂的含水量，并对球化包、浇注包、球化剂切实烘干．气孔可大大减少。
（３）缩松与球铁的凝固特点有关．很难完全消除。在保证铸型透气性的前提下．加大铸型的刚度有利于减轻缩松。不使碳含量过低．增加石墨析出量，利用石墨化膨胀抵消部分二次收缩，也有利于减轻缩松。浇注时采用双片浇注．然后再割成二片，也能有效减少缩松。
（４）碳化物量数量过多与合金元素含量偏高或成分偏析有关。图７很清楚地显示了组织中含有较多的Ｍｏ、ｗ、Ｔｉ等合金元素。此外，与冷却速度也有关，因为边角部位冷却较快。因此，控制铸件的冷速也很重要。至于心部出现（下转第１０２页）
《热加工工艺》２００７年第３６卷第２１期
９９、
不发生变化，材料的韧性大大提高。本实骏采用缓慢加热到９６０℃，保潞４ｈ时，出炉强制风冷。当铸件温瘦低于１００℃时。再次入炉进行回火触瑷，圆火温度为２５０℃，缳激２ｈ，出妒空玲。
４维论
（１）双金属复☆锤头的芯材选用铸钢．外材选用高铬铸铁。先把芯材铸钢铸造成型，然后浇注外材高铬铸铁。外材采用Ｃ０２硬化水玻璃砂溅砂型铸造，整体造型。浇淀潞度为ｌ４５０～１５５０℃。浇洼蘩芯瓣预热刭８∞℃。
（２）双金疆复会锤妥静热娃瑾工艺舞期热弼９６０℃×４ｈ，出炉风玲。当铸件温度低于１００℃时入炉回火，加热到２５０℃×２ｈ，出炉嶷冷。
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（上接第９９页）反自口。分析认为主要是镁和稀土偏析，因为镁和稀土都是反自口元素。促使孕育衰退。心部冷却太快墩霄一定影响。所以强纯孕育矬理，控制玲却逮瘦，裁麓寿效建避免这种缺爨。
固７硪纯扬含羞多的活塞环麓谱
４结论
（１）球墨铸铁｛；枉平本身的凝固特点及对成分
的要求较离，所以在实际生产中易于出现球化不良、缩松、碳化物数量过多等缺陷。塞际生产证实，对铁液成分、球化、孕育工艺严格控镪，控制合适豹泠却速囊，裁巍避受或减轻这蕊较熬。获褥挂爨囊好铸馋。
（２）谯球化的同时ｉ中人一定徽的锑对细化石墨粒径效聚明显。但加入量十分燕键。应控制正确。
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ｌ嚣２《热加工工艺》弱０７年第３６誊第２ｌ囊
球墨铸铁活塞环铸造缺陷分析与预防
作者：卜金纬， 黄根良
作者单位：卜金纬(江苏大学,材料科学与工程学院,江苏,镇江,212013;常州工学院,机电工程学院,江苏,常州,213002)， 黄根良(江苏大学,材料科学与工程学院,江苏,镇江,212013)
刊名：
热加工工艺
英文刊名：HOT WORKING TECHNOLOGY
年，卷(期)：2007，36(21)
被引用次数：0次
参考文献(3条)
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下载时间：2011年3月1日