厚大斷面球鐵軸承蓋的生產(chǎn)

楊恒遠(yuǎn) ，徐培好 ，楊 華

（1.山東大學(xué)材料液固結(jié)構(gòu)演變與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261001）

軸承蓋主要用來承擔(dān)曲軸的重量及曲軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的巨大、復(fù)雜的交變載荷，要求性能較高，是柴油機(jī)的重要零部件之一。它的性能直接影響著柴油機(jī)的使用壽命。

1 軸承蓋鑄件的結(jié)構(gòu)

軸承蓋輪廓尺寸為645mm×400mm×135mm，最大壁厚為135mm，單件重量為155 kg，材質(zhì)為EN-GJS-400-15U（相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的QT400-15），見圖1。其主要部位為瓦口及主螺栓孔處，兩處厚度分別為135mm、113mm，該鑄件屬于典型的厚大斷面球鐵鑄件。

2 軸承蓋技術(shù)要求

2.1 材質(zhì)及金相組織

鑄件材質(zhì)為 EN-GJS-400-15U（GGG-40），相當(dāng)于國內(nèi)的QT400-15。

金相組織要求：鐵素體基體，珠光體含量＜15%，球化率≥90%，石墨顯微結(jié)構(gòu)參見DIN EN ISO 945，石墨形態(tài)VI（V），A5/7，I至IV型石墨形態(tài)僅允許在鑄件表層1mm范圍內(nèi)存在。

圖1 軸承蓋簡圖

2.2 力學(xué)性能及化學(xué)成分

力學(xué)性能試驗(yàn)的試樣取自附鑄試塊，鑄件的力學(xué)性能見表1。

為了獲得需要的鑄件性能，化學(xué)成分取決于制造商。

2.3 鑄件質(zhì)量

1）清理去除型砂殘留物、渣區(qū)和飛邊毛刺。表面缺陷如裂紋、嗆孔、滲漏、夾雜和溝槽需打磨去除或鏟除，有加工余量區(qū)域的鏟除深度可達(dá)到現(xiàn)有加工余量的一半。

2）為避免殘余應(yīng)力，鑄件需在箱內(nèi)受控冷卻（MD-AUG：36 h）。如果不能實(shí)現(xiàn)，軸承蓋需進(jìn)行去應(yīng)力退火。

表1 力學(xué)性能

3）對(duì)鑄件進(jìn)行超聲波和磁粉檢測，不允許存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的縮孔、縮松、氣孔、夾雜物以及表面微裂紋等缺陷，不允許焊補(bǔ)。

3 軸承蓋鑄件工藝

3.1 熔煉工藝

熔煉采用沖天爐加電爐雙聯(lián)熔煉。

厚大斷面球鐵件在生產(chǎn)存在冷卻速度緩慢，容易造成鑄件厚壁中心或熱節(jié)石墨畸變，球數(shù)減少，組織粗大和石墨飄浮等球化孕育衰退問題。因此導(dǎo)致鑄件的機(jī)械性能顯著下降，給大斷面鑄件的生產(chǎn)帶來困難。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，從以下幾點(diǎn)控制：

1）沖天爐熔煉要選用純凈的生鐵、廢鋼，并對(duì)原鐵液進(jìn)行脫硫處理。原鐵液化學(xué)成分控制在：ω（C）3.55%～3.75%，ω（Si）1.0%～1.2%，ω（Mn）≤0.30%，ω（S）0.016%～0.020%，ω（P）≤0.04%，ω（Cu）≤0.1%，ω（Cr）≤0.05%。

2）球化劑、孕育劑、除渣劑、覆蓋劑使用前保證干燥、無雜質(zhì)。

3）球化處理采用沖入法。在已燙好的球化包內(nèi)加入球化劑并緊實(shí)，在球化劑上覆蓋孕育劑，其上覆蓋爐前用75硅鐵并緊實(shí)，最后覆蓋隨型普通碳素鋼板。出鐵溫度為1460℃～1480℃。

4）在澆注厚斷面球鐵件時(shí)，考慮到孕育衰退問題，不采用一次性大孕育量的做法，要采用在澆口杯中用75硅鐵進(jìn)行二次孕育的辦法。澆注溫度為1340℃～1360℃。

5）為獲得需要的鑄件性能，鑄件的化學(xué)成分控制在表2。

表2 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3.2 造型工藝

根據(jù)軸承蓋結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，為了減少因澆注壓力和石墨化膨脹導(dǎo)致型壁位移，促使石墨化膨脹向內(nèi)部擴(kuò)展，保證鑄型剛度，以提高鑄件致密度，確定采用堿性樹脂自硬砂造型工藝，兩箱造型，中間分型，1箱2件。

根據(jù)均衡凝固技術(shù)控制鑄件質(zhì)量的方法，內(nèi)澆道不宜開設(shè)在鑄件厚大及要求較高部位，避開熱節(jié)及鑄件要求較高部位，從軸承蓋底部中間引入，一個(gè)鑄件1個(gè)內(nèi)澆道。

為了平衡壁厚差（鑄件最小壁厚為35mm，最大壁厚為135mm），增大激冷度，消除熱節(jié)，使部分區(qū)域的石墨化膨脹提前，提高致密度，在軸承蓋厚大部位底部放置外冷鐵，其中1#冷鐵1塊/件，2#冷鐵2塊/件，3# 冷鐵 2 塊/件，4# 冷鐵 2 塊/件，見圖 2。

在充分利用自補(bǔ)縮的前提下，為了保證鑄件鑄態(tài)組織致密，無縮孔、縮松等缺陷，在軸承蓋厚大部位設(shè)置發(fā)熱保溫暗冒口，見圖2。

3.3 打箱時(shí)間

為了避免鑄件的殘留應(yīng)力，鑄件在箱內(nèi)的冷卻時(shí)間控制在48 h。

4 實(shí)踐結(jié)果

采用上述工藝生產(chǎn)的4件軸承蓋進(jìn)行切片解剖、檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷，見圖3，且附鑄試塊性能完全滿足要求，見表3。

圖3 鑄件解剖情況

表3 附鑄試塊力學(xué)性能

5 結(jié)論

通過合理的設(shè)計(jì)鑄件化學(xué)成分，利用沖天爐加電爐雙聯(lián)熔煉，強(qiáng)化球化處理和孕育處理，同時(shí)冷鐵配合發(fā)熱保溫冒口使用，平衡壁厚差，強(qiáng)化補(bǔ)縮，能夠生產(chǎn)出合格的鑄態(tài)厚大球鐵鑄件。