普通灰鑄鐵件的抗?jié)B漏研究

余華奇

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

普通灰鑄鐵件的抗?jié)B漏研究

余華奇

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

文章針對(duì)生產(chǎn)中氣體壓縮機(jī)的汽缸、汽缸座、氣缸蓋等鑄件出現(xiàn)試壓滲漏報(bào)廢量很大的現(xiàn)象，分析了灰鑄鐵試壓滲漏形成機(jī)理；探討了在鑄件設(shè)計(jì)、鑄造工藝、鑄造過程質(zhì)量管理等方面采取措施防止灰鑄鐵件滲漏。

灰鑄鐵；滲漏形成機(jī)理；滲漏防治措施

氣體壓縮機(jī)的汽缸、汽缸座、氣缸蓋等鑄件，其材質(zhì)一般為HT250。生產(chǎn)中試壓滲漏報(bào)廢量很大，損失機(jī)加工工時(shí)占全部廢品損失機(jī)加總工時(shí)的30%-40%，有些機(jī)型上述鑄件報(bào)廢量甚至達(dá)60%-80%，可見提高灰鑄鐵件的抗?jié)B漏能力是減少損失的關(guān)鍵問題。

1.灰鑄鐵件試壓滲漏形成機(jī)理

1.1 灰鑄鐵組織中片狀石墨的存在破壞了基體的連續(xù)性，因此灰鑄鐵比蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵易產(chǎn)生滲漏。片狀石墨越大，滲漏傾向越大。

1.2 灰鑄鐵含碳量（共晶度Sc）越高，（且墨化度高）致密性越低，抗?jié)B漏能力越差。抗?jié)B漏壓力與石墨量的關(guān)系可用下式表示：

抗?jié)B漏壓力（100Kpa）P=103.6-7.5x石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

1.3 在碳當(dāng)量保持不變的情況下，不適當(dāng)?shù)奶岣逽i/C比，提高了液相線凝固溫度，降低了共晶溫度，擴(kuò)大了凝固范圍，降低了鐵液的流動(dòng)性，增大了縮松滲漏傾向。

1.4 灰鑄鐵中共晶石墨的析出引起了體積的增加，當(dāng)鑄型剛度不夠時(shí)，在膨脹力作用下型壁遷移造成鐵液補(bǔ)縮不足，往往會(huì)造成鑄件的縮松乃至滲漏。

1.5 鑄件結(jié)構(gòu)壁厚不均勻，厚壁中心或大的熱節(jié)部位會(huì)形成縮松（宏觀縮松或顯微縮松）?？s松降低了該部位的抗?jié)B漏能力，當(dāng)試驗(yàn)壓力超過該部位的抗?jié)B漏壓力就會(huì)產(chǎn)生滲漏。

1.6 承壓部位存在某些鑄造缺陷，如氣孔、砂眼、縮孔、裂紋、冷隔等，在缺陷處會(huì)發(fā)生滲漏。

2．防止灰鑄鐵件滲漏的措施

2.1 選擇合適的化學(xué)成份

（1）含碳量：含碳量一般取3.0%-3.3%，即共晶度Sc=0.8-0.9。因?yàn)楹剂颗c共晶石墨量（EMG）直接相關(guān)，可用下列公式計(jì)算：

式中：ω（C總）—灰鑄鐵中含碳總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

ω（Si）—硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

ω（P）—磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

Sc—共晶度

當(dāng)共晶度Sc=0.8-0.9時(shí)因共晶石墨體積膨脹引起鑄件縮松的機(jī)率較小。含碳量的選用還與鑄件壁厚有關(guān)：小型薄壁（6-20mm）鑄件碳取上限（C3.2%-3.3%），而大型厚壁鑄件碳取下限（C3.0%-3.1%）。

（2）含硅量：含硅量一般取1.2%-1.8%，硅含量的確定要根據(jù)鑄件的壁厚和含碳量，如對(duì)含碳量3.0%的鑄件，壁厚為5mm時(shí)，硅取1.7%-1.8%；壁厚為30mm時(shí)，硅取1.1%-1.3%；壁厚為40-50mm時(shí)，硅取1.0%-1.1%。

（3）含錳量：含錳量一般取0.8%-1.0%，錳和硫本身都是穩(wěn)定碳化物、阻礙石墨化的元素，但兩者共同存在時(shí)，會(huì)生成MnS及（Fe、Mn）S化合物，以顆粒狀分布于基體中。這些化合物的熔點(diǎn)在1600℃以上，不僅沒有阻礙石墨化的作用，還可以作為石墨化的非自發(fā)性晶核。為中和硫所必需的錳大約為：

普通灰鑄鐵中，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.02%-0.15%，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.4%-1.2%，中和后所剩的錳和硫才能單獨(dú)起作用。實(shí)踐表明，只要防止鐵水氧化、正確進(jìn)行孕育防止白口，錳量的增加有如下好處：

1）增加并細(xì)化珠光體，提高鑄件的強(qiáng)度、硬度、耐磨性。

2）增加鑄件的致密性，提高鑄件的抗?jié)B漏能力。

3）可適當(dāng)放寬鐵水含硫量的控制。

（4）碳當(dāng)量和硅碳比

1）碳當(dāng)量（CE）：碳當(dāng)量控制在 CE＝3.65%-3.90%范圍內(nèi)。提高碳當(dāng)量使石墨片變粗、數(shù)量增多，從而使強(qiáng)度下降、抗?jié)B漏能力下降。降低碳當(dāng)量可減少石墨數(shù)量、細(xì)化石墨、增加初晶奧氏體枝晶量，從而提高力學(xué)性能，提高抗?jié)B漏能力。

2）硅碳比（Si/C）：在碳當(dāng)量保持不變的條件下，控制Si/C比在0.5-0.6（質(zhì)量比）范圍內(nèi)。在碳當(dāng)量較低（CE＝3.42%-3.70%）時(shí)，適當(dāng)提高Si/C比，可以提高強(qiáng)度，改善加工性能。但Si/C比過高，提高了液相線溫度，降低了共晶溫度，擴(kuò)大凝固范圍，降低了鐵液流動(dòng)性，增大了縮松滲漏傾向。在碳當(dāng)量較高（CE=3.94%-4.1%）時(shí)，提高Si/C比，由于片狀石墨尺寸的增大和鐵素體量的增加，會(huì)使抗拉強(qiáng)度下降。

（5）控制含磷量

當(dāng)ω（P）＞0.02%時(shí)，會(huì)形成一種低熔點(diǎn)二元或三元磷共晶組織存在于晶界，非常細(xì)小且分散，在共晶團(tuán)周圍及鑄件熱節(jié)處，會(huì)導(dǎo)致細(xì)小孔洞的產(chǎn)生，即鑄件縮松或不致密。對(duì)于致密性要求高的鑄件，例如缸體、缸蓋、液壓件等，控制較低的含磷量，一般控制 ω（P）＝0.04%-0.06%，若 ω（P）增加到約0.1%時(shí)，會(huì)使鑄件縮松、不致密性和滲漏傾向明顯加大。

2.2 作好孕育處理

普通灰鑄鐵機(jī)械強(qiáng)度不高，使灰鑄鐵的使用范圍受到了限制。為了提高灰鑄鐵的機(jī)構(gòu)性能，人們?cè)趯?shí)踐找到了孕育處理工藝，即向白口傾向大的鐵水中加入一定量的石墨化元素，使凝固過程發(fā)生改變——即將原來按亞穩(wěn)定系統(tǒng)凝固的那一部份轉(zhuǎn)變成按穩(wěn)定系凝固。從而促進(jìn)了石墨化，減小白口傾向，改善了石墨分布狀況，增加了共晶團(tuán)數(shù)量，細(xì)化了基體組織，達(dá)到提高機(jī)械強(qiáng)度和抗?jié)B漏能力。孕育劑的種類很多，成份不同，各自具有不同的特點(diǎn)，可根據(jù)需要選用。常用的孕育劑是FeSi75，孕育速效，1.5min達(dá)到峰值，8-10min后衰退到未孕育狀態(tài)。若孕育8min鐵水仍未澆完，要補(bǔ)加孕育。孕育作用所需的硅量一般為ω（Si）＝0.15%-0.30%。以FeSi75硅鐵計(jì)算，約為鐵水重量的0.25%-0.6%。

2.3 鐵液適當(dāng)過熱

溫度、化學(xué)成份、純凈度是鐵液的三項(xiàng)主要冶金指標(biāo)，而鐵液溫度的高低又直接影響到成份和純凈度?！案邷爻鰻t，低溫澆注”是鑄鐵件生產(chǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)，鐵水高溫出爐能使一些難熔的固體質(zhì)點(diǎn)熔化，鐵水中未熔的質(zhì)點(diǎn)和氣體在澆包中鎮(zhèn)靜階段有機(jī)會(huì)上浮而使鐵液凈化，提高鐵液的流動(dòng)性。鐵水合適的澆注溫度和良好的流動(dòng)性可獲得健全的鑄件、降低廢品率。在一定的范圍內(nèi)提高鐵液溫度能使石墨細(xì)化、基體組織細(xì)密、抗拉強(qiáng)度提高、硬度下降，成熟度、相對(duì)硬度和品質(zhì)系數(shù)得到改善，彈性模量有少許提高，對(duì)提高抗?jié)B漏能力有利。綜合多方面因素考慮鐵水出爐溫度在1460℃-1480℃較理想。

2.4 合理的鑄件結(jié)構(gòu)

鑄件的壁厚應(yīng)盡量均勻，壁厚相差過分懸殊，在厚壁中心處和局部熱節(jié)處易產(chǎn)生縮松、縮孔。這會(huì)大大降低鑄件的抗?jié)B漏能力。

2.5 放置合適的冷鐵

（1）在鑄件厚壁處和局部熱節(jié)處放置合適的冷鐵，進(jìn)行均衡凝固控制，減少縮孔、縮松等鑄造缺陷，提高抗?jié)B漏能力。

（2）在氣缸缸徑內(nèi)放置冷鐵，可提高致密度、硬度和抗?jié)B漏能力。

2.6 加強(qiáng)熔煉過程控制和爐前檢測(cè)

（1）加強(qiáng)爐料管理，嚴(yán)格配料。熔煉多種牌號(hào)鐵水時(shí)，要安排好熔煉順序，防止與不同牌號(hào)鐵水特別是球墨鑄鐵原鐵水相混。沖天爐熔煉要處理好交界鐵水，電爐熔煉不同材質(zhì)的鐵水，最好將前批爐內(nèi)鐵水出盡。

（2）加強(qiáng)爐前鐵水檢測(cè)，爐前三角試片白口寬度建議取以下數(shù)值：原鐵水三角試片白口寬度6-8mm，孕育后三角試片白口寬度3-5mm。

2.7 適當(dāng)增強(qiáng)鑄型剛度。

2.8 采用合理的鑄造工藝，精心操作，防止渣孔、砂眼、氣孔等鑄造缺陷的產(chǎn)生。

3.結(jié)束語

綜上所述，本文分析了普通灰鑄鐵件試壓滲漏形成機(jī)理，提出了防止灰鑄鐵件滲漏的具體措施，主要體現(xiàn)在鑄件化學(xué)成分、鑄件設(shè)計(jì)、鑄造工藝、鑄造過程質(zhì)量管理等方面采取措施防止灰鑄鐵件滲漏，從而為生產(chǎn)中減少普通灰鑄鐵件試壓滲漏現(xiàn)象，提供有力的技術(shù)保障以降低報(bào)廢量。

[1]于新成.現(xiàn)代鑄造廠鑄件質(zhì)量控制與缺陷防治新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)[Z].北京：中國(guó)知識(shí)出版社，2010.

[2]施廷藻.鑄造實(shí)用手冊(cè)[Z].哈爾濱：東北大學(xué)出版社，1994.

[3]陶令桓.鑄造手冊(cè)[Z].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

TH45 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1671-152X（2011）03-0080-02

2011-02-13

余華奇（1971-），女，安徽池州人，安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系講師。

殷和平）