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低合金铸铁缸体的组织与性能研究 摘要 4 d a l 型发动机是j a c 公司拟投入生产的新型发动机。本文以该发动 机缸体铸件作为研究对象，对其主要加工面的表面硬度和关键部位的本体 强度状态进行了分析，研究了含硅量和c f 、s n 等低合金化元素的含量对 缸体金相组织和机械性能的影响规律。 具有典型成分的缸体各部位的硬度分布都比较均匀，表面硬度 h b m a x 2 0 0 m p a 。并且高 的合金元素的加入量，会使得铸件的硬度和抗拉强度值得到提高。 高的含s i 量会使铸件组织中的石墨变粗，硬度和强度下降，而对石墨 形态、珠光体和碳化物数量影响不明显。搭子等部位的石墨长度增加在 5 0 1 0 0 1 a m 之间。低硅缸体的表面硬度在1 9 4 2 1 7 h b 之间，高硅缸体表 面硬度在1 9 0 2 0 1 h b 之间。此外经解剖检测，缸简横截面硬度值都比较 均匀。 相对于单纯加c r ，采用c r + s n 的合金加入方式可以明显提高铸件的布 氏硬度值和组织中的珠光体量，但对于提高珠光体的片间距等级和减少渗 碳体量则效果不明显。含锡量由0 0 6 9 上升至0 0 9 1 时，s n 在细化珠光 体方面并没有明显效果，且铸件各部位的表面硬度上升幅度在2 2 0 h b 之 间，抗拉强度上升幅度5 2 l m p a 之间。 选用c r + s n 的合金化方式，含c r 量由0 2 4 5 增加到0 3 9 0 并不能增 加珠光体数量和片间距的等级，而可使铸件各部位的硬度和抗拉强度总体 呈上升趋势，并且不论是表面硬度还是断面硬度值上升都比较均匀，上升 幅度在l o 2 5 h b 之间。铸件抗拉强度值上升幅度很大。一般上升2 0 3 0 m p a ，特别是底座上升幅度达到了5 3 m p a 。低铬缸体a b 2 2 0 m p a ，中铬 缸体6 b 2 3 0 m p a ，商铬缸体g b 2 5 5 m p a 。 综合考虑铸件加工性能和本体强度等要求，该缸体应以c = 3 2 3 4 ， s i = 1 8 2 o ，m n = 0 7 0 9 ，s = 0 0 6 o 1 5 ，p 0 0 6 ，c r = 0 2 o 3 ， s n = o 0 5 0 1 0 为宜。 关键词：低合金灰铸铁缸体组织性能 s t u d y o i ls t r u c t u r e p r o p e r t yo fl o w a l l o y e d c y l i n d e r b l o c k a b s t r a e t t h e4 d aie n g i n ei san e o t y p ee n g i n ew h i c hw i l lb ep u ti n t oo p e r a t i o n r e c e n t l y b y j a ca u t o m o b i l e c o m p a n y t h i sp a p e r i sb a s e do nt h e c a s t i n go f t h e c y l i n d e r - b l o c k ，a n a l y z i n gt h em a i n m a c h i n e ds u r f a c e ss u r f a c eh a r d n e s sa n d k e y p a r t sb o d y s t r e n g t h ，d i s c u s s i n gt h ei n f l u e n t i a lr u l eo fs i ，c r , s n sc o n t e n to n c y l i n d e r b l o c k ss t r u c t u r ea n dp r o p e r t y t h eh a r d n e s sd i s t r i b u t i o no fc y l i n d e r - b l o c k sw h i c hh a v et y p i c a lc o m p o s i t i o na r ea l l e v e nr e l a t i v i l y , h b m a x 2 的效果) 。有些 合金的配合作用是特别有效的，如m o + n i ，m o + c u 和c r + m o 。合金的配合使用 可以使加入的合金总量减少，从而能降低成本。但是，在消除铁素体方面，目 前还不知道合金配合使用有叠加效果的情况。 综上所述，我们把各种合金元素对灰铸铁金相组织的影响归纳如表l - 2 。 6 表l ，2 灰铸铁中加入合金元素对其金相组织的影响作用1 ” 对石墨的影响 元 一 素 促进或阻碍石墨粗化或细化 的形成析出的石墨 对基体的影响 提高或降低元素含量增加时促进形成的组织 临界温度 1 2 2 国内外缸体生产中灰铸铁材质的选择 1 2 2 1 化学成分的选择 根据铸铁牌号要求即机械性能的高低，应使铸件具有相应的金相组织，金 相组织取决于石墨的结晶过程，而共晶和共析转变过程的石墨化又和铸铁的化 学成分及冷却速度等工艺因素有关。灰铸铁中除c 、s i 、m n 、s 、p 五种常规元 素外，还有随炉料或熔炼过程进入的微量元素和其它夹杂，为了获取“高强、薄 壁”的铸件，生产厂家加入了一些合金元素t t t l n i 、c r 、c u 、v 、m o 等。所有这 些元素对铸铁的结晶、组织及性能都有一定的影响和作用。 ( 1 ) 基本化学成分的选择 碳与c e 的选择： 对于生产缸体这样薄壁复杂的铸件，从铸造性能考虑，都选择较高的碳当 量l l 。采用高的碳当量，可减小白口倾向及铸件缩松、渗漏等缺陷，但同时会降 低铸件的力学性能。为使缸体具有良好的力学性能与铸造性能，以c = 3 1 5 3 3 与c e = 3 9 5 4 0 5 为宣。 硅与s i c 值 国内对缸体生产中s i c 的控制问题争论较大。刘佑平 1 2 1 认为碳当量对灰铸 铁抗拉强度的影响比s i c 值大得多，试验证明随着s i c 值由0 4 4 增至0 7 9 ，在同 一范围的碳当量下，o b 值变化不大，陆文华 13 l 也同样认为在c e = 4 。0 4 ，2 ，s i l c 值由0 5 0 增至0 9 0 时，o b 值变化不大。降低碳当量，增加废钢加入量与使用铸造 焦，狄铁的抗拉强度会明显地提高。过高的s i c 比会导致石墨粗化，珠光体片 问距增大，铁素体含量也增加。提高碳当量，气缸体的缩孔废品会明显减少； 7 当s i c 0 5 5 ，气缸体缩孔废品会增加，特别在低碳当量的情况下，缩孔废品增 加得更多。对于采用较高碳当量铁液的缸体和缸盖铸件，采用高s i c 并不能提 高力学性能，而且还可能由于高c e 和高的s i c 双重影响而使石墨粗大和珠光体 量下降，从而使抗拉强度下降。其s i c 应以o 6 0 7 较为合适【1 4 】。 锰对灰铸铁抗拉强度的影响 锰是铸铁中稳定渗碳体与促进珠光体化的元素，但它会与硫形成石墨非自 发形核的核t l , m n s ，促使铸铁石墨化。对于c e 为3 。9 6 4 1 5 的灰铸铁，其g b 值随锰量的增加而有所提高，因为碳当量高，铸铁自身的石墨数多且粗，珠光 体数量少，增加锰含量，石墨形貌变化不大，此时锰促使灰铸铁珠光体化的作用 表现较强，故哪有所提高。所以，对于c e 3 9 5 的灰铸铁以含0 6 0 8 m n 为 宜hs 。 含硫量及锰硫比对灰铸铁抗拉强度的影响 硫在铸铁中有双重作用，一方面它是强烈稳定铸铁渗碳体元素，另一方面 s 与m n 形成m n s ，会促使铸铁石墨化。在不同c e 的情况下，o b 值均随含硫量的 增加而明显提高，但当含硫量超过某一临界值时强度开始降低。对于c e 为3 9 5 的灰铸铁，其临界硫含量为o 1 4 。如采用电炉熔炼时，铁水中的含硫量一般 较低，高温使大量石墨结晶核心烧损【l6 1 ，为确保常用孕育剂的孕育效果，灰铸铁 中含硫量一般为o 0 5 o 0 6 。根据上述情况，灰铸铁的硫含量可为0 0 6 0 15 。由于锰与硫在铸铁中有相互制约的作用，所以在选择锰含量与硫含量 时必须考虑m n s 值。生产实践表明，当灰铸铁c e 为3 9 6 4 0 5 时，m n s = 5 7 ，抗拉强度较佳。 磷含量的选择 灰铸铁件的含磷量一般小于o 2 0 。当p 0 2 0 ，随着磷含量的增加，灰 铸铁的抗拉强度变化不大，而硬度会明显提高而韧性显著降低。灰铸铁中磷含 量过高，不仅铸件切削加工困难，而且易产生缩松与开裂缺陷【l “。 国内部分厂家缸体基本化学成分的选择 哈尔滨东安发动机制造公司【l7 j 选择成分( ) ：c = 3 o 3 5 ，s i = 1 8 2 5 ， m n = 0 6 0 9 ，s 2 0 0 m p a t 3 3 j 。在缸体上 2 表面( 1 、4 缸孔对角线两处) 硬度要求在h b l 9 5 2 3 5 之间；气缸孔表面硬度要 求在h b 2 0 0 2 3 5 之间：厚薄断面的硬度差在3 0 h b 以下。 ( 2 )金相组织： 铸件本体主要部位( 包括薄断面处) 的珠光体含量在9 0 以上，石墨形态应大 部分呈a 型，允许表面有少量b 、d 型，石墨最大长度应在6 0 2 5 0 1 a m 之间。碳 化物s 1 ，磷共晶s 2 。 1 4 本课题的主要研究内容 ( 1 ) 对典型成分的铸件进行解剖，测定其主要加工面的表面硬度和关键部 位的本体强度，并分析其表面硬度和本体强度分布的基本状态。 ( 2 ) 在铁水成分和其它工艺条件相近的条件下，分别改变铁水中s i 、s n 、 c r 的含量，浇注缸体，研究三种合金元素对铸件各部位组织和机械 性能的影响。 第二章基本试验方法 2 1 生产设备及实验装置简介 ( 1 ) d f m a a d 型k w 水平静压造型线：由主造型机，翻箱机、铣浇口机、 钻气眼机、移箱机、合箱机、铸工小车、液压站等组成；全线采用自动化控制； p l c 为西门予s 7 4 0 0 ；采用气流预紧实加高压多触头压实造型。生产率为1 0 5 型d 时，压实力1 4 8 5 k n ，砂箱尺寸为1 1 0 0 x 9 0 0 3 5 0 m m 。 ( 2 ) 中频感应保温电炉：生产效率1 0 t h 。 ( 3 ) 外水冷长炉龄大排距冲天炉：生产效率7 t h ，曲线炉膛。 ( 4 ) g s l 0 0 0 直读光谱仪。 ( 5 ) q 3 8 4 d 1 型双行程吊链式抛丸清理室。 ( 6 ) h b 3 0 0 0 型布氏硬度计。 ( 7 ) 光学金相显微镜。 ( 8 ) 抛光机。 ( 9 ) 德国蔡司m m 6 大型光学金相显微镜。 ( 1 0 ) h l n 一1 l d 型多功能里氏硬度计。 2 2 原材料： ( 1 ) 合肥产z 1 8 生铁，回炉料，废钢，铸造焦，石灰石等。 ( 2 ) 7 5 硅铁孕育剂，粒度5 - - 1 0 m m 。 ( 3 ) 铬铁、硫铁、锡。 2 3 试样制备 2 3 1 取样原则 在灰铸铁件生产中，铸件的机械性能不只是由其化学成分确定的，而且还 与其它因素有关，例如冷却速度。由于铸型顶部的铁液最先进入铸型，冷却速 度较底部的铁液快，加之铸件壁厚变化大，给我们确定取样位置增加了难度。 最终我们选定在缸体底部曲轴箱处取三点，如图2 1 ( a ) ，选取搭子，主要考 虑该处为机加工钻孔部位，对硬度值要求高。顶部取1 2 。2 3 缸间顶面上的两 点，此外还选取第3 缸中距顶部3 0 m m 的缸筒部位，研究其横向剖面金相组织 以及硬度是否符合要求。其它部位主要考虑壁厚的影响。此外在每次试生产中 我们还有目的选取几个其它的部位，检测其组织和硬度值。所选部位如图2 1 ( a ) 、 ( b ) 所示。 图2 1取样位置示意图 1 底部搭子 2 底座纵向剖面3 日期处纵向剖面4 1 、2 缸间顶面 5 2 、3 缸间顶面6 第3 缸中距顶部3 0 r a m 的缸简横向刹面 2 3 2 制样 ( 1 ) 熔炼：采用冲天炉电炉双联熔炼。 将生铁、废钢、回炉料、焦炭、石灰石等按要求加入冲天炉中开始熔炼， 铁水出炉温度为1 5 0 0 1 2 左右，后铁水转炉至中频感应电炉，进行化学成分调整， 浇铸如图2 2 所示的三角试块观察白口宽度，并浇注如图2 - 3 所示的激冷试块 铸模，打磨激冷试块的下表面，后将激冷试块放在g s l 0 0 0 型直读光谱仪上测 出该炉铁水的化学成分。 图2 - 2 三角试块 i 吲 - 1 _ 一舢i- 0 。 图2 - 3 激冷试块铸型示意图 当铁水化学成分检验符合要求时出炉，出炉温度不低于1 5 0 0 c 。在包内加 入7 5 s i f e 孕育剂，进行炉前包内孕育。 ( 2 ) 浇注及清理：将铁水浇入铸型中，浇注温度不低于1 4 0 0 ，浇注时 间保持在2 0 秒左右。冷却、落砂后进行喷丸处理。 ( 3 ) 取样：将铸件进行破坏性肢解，在2 3 1 所述的部位取样。 ( 4 ) 金相试验的制备与观察：将试样块经砂轮粗打磨、4 0 0 1 0 0 0 目普通 砂纸和l 3 号金相砂纸打磨后，在抛光机上抛光，观察石墨形态、拍照；再经 4 h n 0 3 酒精腐蚀，观察基体形态、拍照【3 4 1 。分析组织形态。 ( 5 ) 布氏硬度测定：按g b 2 3 l - 8 4 金属布氏硬度试验方法【3 5 】测定试样布氏 硬度：将试样上下表面打磨平整，上下面必须平行，并要求打硬度的面具有一 定的光洁度；试样在h b 3 0 0 0 型布氏硬度计上打硬度，每个样打三点，测量三 点直径，查表得出布氏硬度值。 ( 6 ) 抗拉强度a b 的计算：根据布氏硬度计算抗拉强度值。铸铁的硬度与机 械加工性能和耐磨性之间有着密切的联系，硬度还可用作衡量铸铁强度的指标 1 3 6 1 ，日本的1 9 家铸造厂统计1 0 2 7 个试样并得到了布氏硬度和抗拉强度存在以 下关系：a b = 2 1 1 h b 1 6 7 ：瑞典通过统计大量数据也得到了类似的结果： 6 b = 2 0 5 h b 1 4 9 3 ，相关系数r = 0 9 1 ，标准差s = ：t ：2 4 1 m p a l 3 7 。对于缸体类铸件， 其本体强度抗拉试棒选取位置一般为卜2 、2 3 、3 4 缸之间的部位，如图2 - 4 所 示p 引。但是在4 d a l 型缸体生产中为了增加型芯强度，在生产型芯过程中加设 了支撑钢板，如图2 5 所示，在浇注过程中这3 块钢板将留在铸件中，所以本 试验不宜在该部位选取抗拉试棒。 1 6 一 图2 4抗拉强度试样的选取点 图2 - 5型芯中的支撑钢板 2 4 本章小结 在本章中，我们着重讨论了本课题的基本实验方法。讲述了铁水的熔炼， 化学成分的检测、孕育处理以及铸件浇注的基本要求。此外由于缸体铸件结构 复杂，壁厚差别大，为我们确定取样点带来了不便，最终我们根据1 3 2 的材 质要求确定了6 个取样点，对其进行金相组织和机械性能分析。 第三章4 d a l 型低合金铸铁缸体的硬度与强度状态研究 4 d a l 型缸体作为一种新型的发动机缸体，其工况恶劣，机械载荷大，对 其力学性能要求很高，此外其毛坯结构复杂，壁厚差别大、机加工面多，且机 加工都是在加工中心上进行，因此要求铸件有很好的硬度分布均匀性。为了初 步掌握该型缸体毛坯的使用性和加工性，本章对两种成分的低合金铸铁缸体进 行解剖，对四处表面的表面硬度和四处断面的本体强度进行了检测，并对布氏 硬度分布的均匀性进行了分析，以期对实际生产有所帮助。 3 1 实验方法 ( 1 ) 采用成分如表3 1 所示的两批铁水浇注缸体。 ( 2 ) 在铸件上取样，取样点见2 3 1 ，同时为了掌握重要部位的抗拉强度， 我们还对曲轴座和凸轮轴座进行了取样，见图3 1 ，研究各部位的 布氏硬度与抗拉强度。 表3 - 1铁水成分 图3 1取样点示意图 注：7 凸轮轴库断面8 曲轴座断面 3 2 实验结果 在各取样部位取样，得到如表3 - 2 所示的结果。其中搭子、1 2 缸间顶面、 2 3 缸问顶面、缸简四处取表面硬度，底壁、日期纵剖面、凸轮轴座、曲轴座 四处取断面硬度，并按照断面硬度与抗拉强度的关系式：a b = 2 0 5 h b 1 4 9 3 t 3 6 1 ：- i - 算 表3 - 2 缸体各部位的表面硬度( h b ) 3 3 实验结果分析 由表3 - 2 、3 3 的结果，我们不难看出： ( 1 ) 高成分缸体四处表面硬度在2 0 5 2 l o h b 之间，低成分缸体四处表 面硬度在1 9 3 2 0 2 h b 之间。从加工性角度来看，不同点的硬度差 不大，高成分缸体a h b m a x = 5 h b ，低成分缸体a h b m a x = 9 h b ，因 此易于进行机械加工。 ( 2 ) 高成分缸体的本体抗拉强度在2 3 4 2 6 2 m p a 之间，低成分缸体抗拉 强度在2 3 2 2 4 2 m p a 之间，两种成分缸体的本体抗拉强度都 2 0 0 m p a ，所以说采用上述两种成分的缸体能够达到国内外汽车行业对铸 铁缸体强度的要求。 ( 3 ) 高合金缸体的硬度和抗拉强度都高于低合金缸体的原因与合金元素c r 、 s n 的加入量有关。高合金缸体的c r 、s n 加入量分别为0 3 5 5 和o 0 5 3 ， 要高于低合金缸体的o 2 9 2 和o 0 2 7 ，而这两种合金元素的加入量增多 有助于硬度和强度的提高【8 】。 1 9 第四章s i 对缸体金相组织和机械性能的影响 发动机缸体是汽车的_ 心脏”壁厚差别大，且在工作中受到热冲击和热疲 劳的作用，因而既要求具有良好的铸造性能，又要求具有良好的力学性能。对于生 产缸体这样薄壁复杂的铸件，从铸造性能考虑，都选择较高的碳当量。由于s i 含量的高低直接影响着碳当量的高低，在含碳量不变的条件下，高得含s i 量意 味着高的碳当量，高碳当量可使铁液具有良好的流动性，完好充型，而且可减 小白口倾向及铸件缩松、渗漏等缺陷，但过高的s i 量会降低铸件的力学性能。 铸铁中碳硅量对机械性能的影响很大。在铸铁中碳、硅量过高时，因石墨 粗大，数量多，同时石墨化程度也很高，基体中珠光体有所减少，而铁素体增 多。这样的铸铁其强度、硬度都很低，组织疏松，特别是碳当量接近4 2 6 时 更为严重。若适当降低碳、硅量，由于石墨变细，数量减少，同时珠光体量增 多，而铁素体减少，铸铁的强度、硬度有所提高。当碳、硅恰能使铸件得到具 有细小而均匀分布的石墨和珠光体基体时，其强度最高。若碳、硅量再低，这 时铸铁中可能会出现晶间石墨( e 型石墨) ，甚至出现麻口、白口，强度就降低， 但硬度继续提高。因此，s i 量的选择极为重要，我们应通过不断摸索来获取s i 对铸件金相组织和机械性能的影响规律。 本章着重研究s i 对缸体铸件金相组织和机械性能的影响，为生产健全的缸 体铸件提供技术依据。 4 1 实验目的及条件 试验目的：在铁水成分中c 、m n 、p 、s 、c r 含量，以及孕育剂的加入量 基本不变的前提下，选择不同的s i 加入量，研究s i 对缸体铸件金相组织和机 械性能的影响。 试验内容： ( 1 ) 生产成分如表4 1 所示的铁水，浇注缸体。 ( 2 ) 在铸件上取样，取样点见2 3 1 ，此外还选取轴承座等部位检测其金 相组织和机械性能，取样点如图4 2 所示。 ( 3 ) 在离缸体顶面3 0 m m 的部位将缸体横锯开，用便携式里氏硬度计检 测并分析各缸筒断面硬度的均匀性，检测点如图4 2 所示。 表4 - 1铁水台金成分 图4 - l 取样点示意图 7 - 凸轮轴座断面 8 曲轴座断面9 左端面薄壁l o 水套外薄壁1 1 水套外加强筋断面 图4 - 2缸筒断面硬度测试选取点 4 2 实验结果及分析 用表4 1 所述的铁水浇注缸体，对高硅缸体和低硅缸体不同部位的金相组 织和机械性能进行了广泛的检测与分析，其结果见表4 - 2 4 5 以及图4 - 3 4 8 所示。( 其中珠光体含量、珠光体片间距、碳化物数量等级划分依据见附表1 3 t 3 9 l ，抗拉强度按照断面硬度与抗拉强度的关系式：f i b = 2 0 5 h b 1 4 9 3 3 6 】计算。) 表4 - 2 不同含硅量缸体的金相组织 垃 石墨珠光体珠光体 碳化物 磷共 部位厚 铸件石墨长度 形态 含量 片间距数量 m m 低硅 d 5 0 p r o 4 级2 级3 级1 2 搭子 高硅d + a 1 5 0 p m3 级2 级2 级s 2 低硅 a 15 0 p m2 级3 级l 级s 2 底胖 1 7 高砖 a 2 5 0 p m 2 级3 级1 级1 2 低硅 a 1 5 0 p r o 2 级3 级2 级s 2 日期处 1 3 高硅 a 1 5 0 1 t i n 3 级3 级2 级s 2 i 2 缸间顶 低硅a + b 1 5 0 p m2 级3 级2 级 ：互 血 高硅a + b 1 5 0 1 x m 3 级3 级2 级 s 2 2 - 3 缸间顶低硅 a 十b l o o p m 2 级2 级 l 级s 2 向 高硅a + b 1 5 0 9 m 3 级3 级1 级 盟 低硅a 1 5 0 p m 2 级3 级l 级 s 2 缸筒8 高硅 a 2 0 0 p , m3 级3 级1 纽 盟 凸轮轴座 2 1 低硅 a 1 5 0 p m 2 级3 级2 级 立 曲轴座4 0 低硅 a 1 5 0 p , m3 级3 级2 级 2 左端面薄 6低硅d 5 0 p , m2 级2 级2 级 2 壁 水套外薄 低硅a + 少量d 型 1 0 0 u m6 级 2 级6 级 2 4 壁高硅 a + 少量d 型 1 0 0 i j z m7 级2 级5 级s 2 水套外加 低硅a + 少量b 1 5 0 u m 2 级3 级2 级 2 强筋高硅a 15 0 1 t m 2 级3 级2 级 曼2 注： 搭子、1 - 2 、2 - 3 缸间顶面为表面金相，其余为断面金相。 墨! ：i至旦童壁量篁堡箜变墨堡窒! 翌呈! 部位 塞面 搭子 1 - 22 - 3 左端 缸问缸间缸筒 面薄 顶面顶面壁 断面 蠹：萎轴! 期齐嘉底座 轴座座日期外加底座 处 强筋 表4 - 4不同含硅量缸体的本体抗拉强度值( m p a ) 2 2 表4 5 不同含硅量缸体缸筒横剖面的里氏硬度值( h l ) 注；部位i i3 如图4 - 2 所示。 ( a ) 低硅缸体 1 0 0 x ( b ) 高硅缸体 1 0 0 x 图4 - 3不同含硅鼍缸体底座纵剖面的石墨形态 图4 - 4低硅缸体左端面薄壁处断面的石墨形态 1 0 0 x ( a ) 低硅缸体 1 0 0 ( b ) 商硅缸体 1 0 0 i 塾| 4 5不同含硅量缸体水套外薄壁的石墨形态 ( a ) 低硅缸体 1 0 0 ( b ) 高硅缸体1 0 0x 图4 - 6不同含硅量缸体搭予处的石墨形态 ( a ) 低砷缸体4 0 0x( b ) 高硅缸体4 0 0x 图4 7不同含硅量缸体搭子处的的基体组织 ( a ) 低硅缸体4 0 0 x ( b ) 高硅缸体4 0 0 x 图4 - 8不同含硅量缸体底座处纵向剖面的基体组织 由表4 2 4 4 ，图4 3 4 8 可以看出，铁水含s i 量从1 2 5 上升至1 7 7 时， 铁水中s i 含量的高低对铸件的金相组织和机械性能有着较为明显的影响。 ( 1 ) 硅含量对盒相组织的影响：缸体各部位的石墨形态变化不大，部分 部位( 搭子、底座、2 3 缸间顶面、缸筒) 的石墨长度由所增加，其中搭予处 石墨长度由 5 0 9 m 上升至 15 0 1 t m 。铸件的珠光体数量有所下降( 除搭子) 。 其中底座、同期处、水套外加强筋的珠光体数量和片间距相同。1 2 、2 3 间顶 面、缸简、水套外薄壁，低硅缸体的珠光体数量要高于高硅缸体，其中1 2 、 2 3 问顶面、缸筒三点由2 级下降到3 级：水套外薄壁珠光体数量很少，高硅 缸体只达到了7 级，低硅缸体也只达到了6 级。对于搭子，其金相为表层金相 组织，铸型条件对石墨和珠光体形成影响极大。低硅缸体的珠光体含量比高硅 缸体低1 级，其原因可能与型砂的干湿程度不同有关。两批铸件的珠光体片 间距基本相同。只有2 3 缸间顶面的珠光体片间距由2 级下降到3 级。两批 铸件渗碳体的数量基本相同，但大部分部位数量偏高，含量超过了l 。搭子 处渗碳体数量由3 级下降到2 级，水套外薄壁由6 级下降到5 级。 ( 2 ) 硅含量对机械性能的影响：铸件各部位的硬度普遍下降。低硅缸体 的表面硬度在1 9 4 2 1 7 h b 之间，高硅缸体表面硬度在1 9 0 2 0 1 h b 之间。其 中搭子处布氏硬度相差1 7 h b ，其它部位相差较小。抗拉强度值降低。但两 批铸件的抗拉强度计算值都在2 1 0 m p a 以上。低硅缸体的底座抗拉强度达到了 2 5 2 m p a ，高硅缸体只有2 2 8 m p a ，a o b = 2 4 m p a 。 ( 3 ) 硅含量对缸筒硬度的影响：两批缸体缸筒的里氏硬度值均匀性良好。 低硅缸体缸简的最大里氏硬度值为4 7 7 h l ，最小值为4 5 7 h l ，h l m a x = 2 0 h l 。 高硅缸体缸筒的最大里氏硬度值为4 7 2 h l ，最小值为4 5 5 h l ，h l m a x = 1 7 h l 。 铁水含硅量从1 2 5 上升至1 7 7 时，缸筒的里氏硬度值下降。低硅缸体缸筒 的里氏硬度值普遍高于高硅缸体，其中低硅缸体的平均里氏硬度值为4 6 5 h l ， 硬度值大多集中在4 6 1 4 7 0 h l 范围内。高硅缸体的平均值为4 6 2 h l ，硬度值 大多集中在4 5 6 4 6 5 h l 范围内。 4 3 机理分析 ( 1 ) 石墨形态分析： 铁水s i 含量从1 2 5 上升至1 7 7 时，缸体各部位的石墨形态变化不大，部 分部位( 搭子、底座、2 3 缸间顶面、缸筒) 的石墨长度由所增加。这是由于 片状石墨的分布形态与铸铁的过冷度有关。随着过冷度增大，亚共晶灰铸铁的 片状石墨可以a 、b 、d 、e 等不同分布的形态出现，它们对铸铁的力学性能有 很大的影响【6 j 。而过冷度与冷却速度有关，冷却速度越快，过冷度越大。在铸 造生产中，冷却速度的影响常常通过铸件壁厚、铸型条件以及浇注温度等因素 表现出来【4 叭。一般来说，当其它条件相同时，铸件越厚。冷却速度越慢。因此， 铸件厚壁处容易出现粗大的石墨片。不同的铸型材料具有不同的导热能力，能 导致不同的冷却速度。干砂型导热较慢，湿砂型导热较快。此外铸铁中硅量过 高时，会导致石墨粗大，我们在实验结果中也可以看出这一点。 在两批缸体中，底座、日期处、缸筒三个部位，石墨形态为a 型。其中底 座、日期处壁厚较厚且散热条件较缸筒处好，所以冷却速度慢，过冷度小，易 于形成a 型石墨。由图4 3 ( a ) 、( b ) 可知，高硅缸体的石墨较长且粗大，石 墨粗大会造成其对基体的割裂严重，导致力学性能下降。而缸筒处虽然壁厚较 薄，但散热条件差，冷却速度也慢，所以也形成a 型石墨。此外在低硅缸体中。 部位凸轮轴座、轴承座也是由于壁厚大，所以形成a 型石墨。 此外在低硅缸体中，左端面薄壁由于壁厚只有6 m m ，且散热条件好，所以 冷却速度快，出现大量d 型石墨。 水套外薄壁壁厚较左端面薄壁小，且其一边铸型为湿砂型，冷却速度快， 所以两批铸件都出现了d 型石墨，但水套外薄壁另一边散热条件差，所以凝固 后期放出结晶潜热，析出a 型石墨，最终石墨形态为a + 少量d 型石墨。 对于搭予，图4 6 ( a ) 、( b ) 的金相照片显示了表层金相组织，表层接触湿 砂型，冷却速度快，过冷度大，形成过冷石墨，低硅缸体的石墨片相对要细小 些。1 2 、2 3 缸间