发动机箱体铸造工艺设计【优秀机械毕业设计论文】【有三维图】
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发动机
箱体
铸造
锻造
工艺
设计
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优良
机械
毕业设计
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三维
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文档包括:
说明书一份。49页，25000字。
SW图一份。
图纸共4张，如下所示：
A2-发动机箱体铸造工艺图.DWG
A2-发动机箱体零件图.DWG
A2-工艺流程图.dwg
A2-模板图.DWG
- 内容简介：
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1 封 面 2 摘要 本文综合分析了采用铸造工艺生产汽车发动机箱体的方法，从铸造设备、铸造模具设计、生产工艺、铸造生产中常见的问题及对策等多个角度，对铸造工艺的技术动向以及今后的研究课题提出了自己的见解。 对国内外发动机箱体铸造生产进行了总结 ,其材质主要以 C(质量分数 ,下同 ):灰铸铁为主。一般选择冲天炉 孕育剂仍普遍采用 75浇底注式浇注系统和保温冒口有利于获得优质箱体 ,冷芯制芯工艺已逐渐取代热芯工艺。 通过提高浇注温度、型砂紧实率等措施可减少箱体常见缺陷渗漏的出现。 铸造过程中合金配比工艺研究当箱体中含 从 0 308上升到 0 343并不能明显增加珠光体数量和片间距的等级，但是可使铸件各部位的硬度总体呈上升趋势。铸件抗拉强度值上升幅度很大。一般可上升 20 30箱体中加入 以明显提高铸件的布氏硬度和组织中的珠光体含量，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。 关 键 词 ： 铸 造 工 艺 ； 灰 铸 铁 ； 模 具 设 计 3 of to on a ( C: of a is 5Li is to by By to of r of of a 0 30n in of of is 摘要 . 2 . 3 1 前言 . 6 1 1 课题背景 . 6 1 2 箱体铸件国内外研究现状和发展趋势 . 6 1 2 1 国外发动机箱体铸造技术生产状况 . 7 1 2 2 我国发动机箱体铸件的生产状况 . 7 1 3 灰铸铁箱体材料的发展 . 8 1 3 1 箱体 材料要求 . 8 1 3 2 灰铸铁箱体材料 . 8 1 3 3 灰铸铁的组织和几种合金元素的影响 . 9 1 3 4 国内外箱体生产中灰铸铁材质的选择 . 15 1 4 本课题研究的内容 . 20 2 低合金灰铸铁箱体工艺简介 . 21 2 1 生产设备及原材料 . 21 2 1 1 生产设备 . 21 2 2 结构简介 . 21 2 3 材质要求 . 23 2 4 造型及浇注系统设计 . 23 2 4 1 造型工艺 . 23 2 4 2 浇注系统 . 24 2 5 制芯及组芯工艺方案设计 . 25 2 5 1 制芯 . 25 2 5 2 组芯 . 26 2 6 孕育剂的加八方法 . 28 2 6 1 孕育机理及目的 . 28 2 6 2 生产孕育铸铁铸件的条件 . 28 2 7 1 原材料 . 29 3 合金元素对发动机箱体 性能的影响 . 30 3 1 引言 . 30 3 2 试验装置及试验方法 . 31 3 2 1 试验装置 . 31 3 2 2 原材料 . 31 3 2 3 制样 . 31 3 3 铬对箱体力学性能和金相组织的影响 . 32 5 3 3 1 试验目的及内容 . 32 3 3 2 试验结果 . 32 3 4 锡对箱体力学性能和金相组织的影响 . 22 3 4 1 试验目的及内容 . 36 3 4 2 实验结果 . 36 4 结论 . 45 致 谢 . 46 参考文献 . 47 6 1 前言 1 1 课题背景 发动机箱体的铸件是发动机生产中难度最大、最重要的一环 ,其质量对发动机的功率、油耗等性能起着决定性的作用。通过对国内外发动机箱体铸造生产中的材质 ,熔炼工艺 ,及铸造工艺进行讨论 ,为提高我国发动机箱体的铸造工艺水平积累一点有用的资料 ,为有关箱体铸造生产厂在技术改造时提供一些有益的参考。 1 发动机箱体箱盖的特点 目前汽车发动机在设计 上不仅要求降低单位功率质量 ,减小噪音 ,还要控制燃油消耗 ,减少尾气排放 ,而箱体的铸造工艺水平对发动机的这些性能有着重要的影响。由此可见 ,发动机箱体铸件具有以下几个特点。 1)质量轻 ,强度高。当前发动机用材正由传统的铸铁材料向轻型铝镁合金转变 ,对箱体铸件结构的要求也不断提高。 2)结构复杂。在箱体上 ,除有特殊形状的配气燃烧室外 ,有进气道、排气道 ,还有冷却水套、润滑油道等 ,内腔形状复杂多变 ,同时由于发动机装配的需要 ,其外形结构也十分复杂。 3)形状准确 ,尺寸精度高。发动机输出功率的大小与燃烧室及进排气道的形状和大 小关系大 ,铸件超出设计状态 力性能将降低 10%左右 1。 但另一方面，铸件的合金种类和结构类型不同。生产工艺装备和组织形式不同，其生产的关键技术和技术难点也是各不相同的，更何况箱体箱盖铸件又属于典型的薄壁、复杂、多芯且结构铸造工艺性很差的难制造铸件。而且还都必须满足高强度、高精度、不渗漏、易切削、抗热疲劳等一系列很高的技术要求。在铸造生产过程中极易产生 10 多种足以导致铸件报废的铸造缺陷。因此，箱体铸件也被称为“铸造之花” l。 随着中国的改革开放和加入 外大汽车公司纷纷在中国投资建厂，引 进了多种汽车及发动机产品，在一定程度上促进了中国汽车工业的发展。设计生产的新型汽油机箱体为中国当前大力发展的、具有自主知识产权的汽车产业迈出重要的一步。 1 2 箱体铸件国内外研究现状和发展趋势 发动机类铸件的生产属大批量、专业化流水生产性质，一般年生产纲领，少 7 则上万件，多则几千万件。产品结构复杂，铸造难度大，相应生产工序多、工艺装备的要求也高，如发动机箱体等铸件，既有复杂的内腔和外形结构，又要求薄壁及高度精确的毛坯尺寸。产品的材质性能要求严格，并且种类繁多，如排气管要求良好的耐热性能；缸套、活塞环等又要求严 格的耐磨性能和热稳定性能等等。因此，人们普遍认为，发动机类铸件的生产水平一定程度上代表了这个国家的铸造生产水平，也反映出这个国家这类机械产品的性能和质量。 1 2 1 国外发动机箱体铸造技术生产状况 到目前为止，在材质的选择上，车用发动机箱体箱盖的材质主要有灰铸铁，铝合金，蠕墨铸铁等。随着发动机朝着大功率、环保方向的发展，灰铸铁的牌号越来越高，现在运用普遍的是 已应用于箱体的生产，个别产品性能要求达到 在铸铁的熔炼上，为确保铸件获得良好的金相组织、稳定的力学性能和满足壁薄 (3 5结构复杂铸件的浇注要求，要求铁液具有稳定的化学成份，较高的出炉温度和需要对氧化渣、气体含量进行严格的控制。国外主要运用热风冲天炉、冲天炉与感应电炉双联熔炼，炉前配备快速金相和热分析仪，同时还配备直读光谱仪等设备。在孕育上普遍采用复合孕育，以提高铸件的综合性能。 在造型上主要运用气冲造型线 (如 、 )及静压造型线 (如 、 )、负压加砂加压实 (如 型线等等。从目前来看，发动机类铸件的生产宜采用自动化程度高的气冲线或静压线的较多。 制芯方面，在欧美较多采用以冷芯盒为主 (曲轴 箱、端面芯等均为冷芯盒 )，配以壳芯；而日本更多采用壳芯。以呋喃树脂为粘结剂的热芯盒砂芯，因芯砂流动性差、芯子表面疏松等原因，已逐渐被冷芯盒砂芯和壳芯所取代。 为保证铸件表面质量和内腔清洁度，要采用抛丸、机械磨削及手工清铲等进行清理，采用高水压 (10 12洁箱体内腔。 1 2 2 我国发动机箱体铸件的生产状况 近年来，我国铸造行业的生产技术及装备水平有了长足的进步，产品品种及产量基本上已能满足国民经济各个行业发展的需求，铸件出口量也不断增长。铸件的材质大多为 得到较好的金相组织和力学性能、 防渗漏性能以及加工性能，合金成分设计上，多采用高碳当量 ( 9 05 )，低合金化的原则。 为获得连续稳定的高质量铁液，多采用冲天炉与感应电炉双联熔炼工艺，浇注温度一般在 1400C。采用炉前和随流二次孕育的孕育方法对铸件性能的稳定也起到重要的作用。 以气冲、静压造型线为代表的各类高压造型的自动化造型线已在发动机生产 8 企业里得到广泛的应用，此外，垂直和水平分型的高压、射压、挤压等先进的造型工艺和装备的应用也大大提高了我国内燃机箱体等薄壁高强度铸件的尺寸精度和表面质量。 在制芯方面， 冷芯盒法制芯发展速度加快，其优点凸显，高强度、低膨胀、高溃散性覆膜砂受到更多的关注并开始大量生产与使用。 在清理方面，由于箱体铸件内腔复杂，难以清理，壁厚也容易变化，故采用机械手程序控制抛丸角度和时间取得了较好的效果，受到了更多的认同。 此外国内自行开发的无余量精铸技术、新型的浇注系统过滤网技术等等也均有效地提高了铸件的内、外质量和生产效率。 高科技的测试技术和计算机辅助设计、计算机辅助管理以及计算机自动控制等技术的推广应用使铸造行业技术上了一个新台阶。近几年来，行业内直读光谱仪、热分析仪、三坐标测量仪已得 到了普遍的应用，大大提高了测试分析的精度；计算机辅助的铸件设计、浇注系统设计、铸造生产管理和生产过程数据自动处理等等提高了工作效率和管理水平；由 控制的各类机械手或机器人在热、脏、累的工序里解放了一部分铸造工人的繁重体力劳动。 1 3 灰铸铁箱体材料的发展 1 3 1 箱体材料要求 发动机是汽车的心脏，而箱体是发动机的骨架和外壳。在箱体内外安装着发动机主要零部件，其尺寸较大，结构复杂，壁厚较薄又很不均匀 (最薄处仅为3箱体在工作中承受气压力的拉伸和气压力与惯性力联合作用下的倾覆力矩的 扭转和弯曲以及螺栓预紧力的综合作用。在这些大小、方向变化的力和力矩作用下、使机体产生横向和纵向的变形，变形超过许用值时将影响与机座相联零部件的可靠性和工作能力，尤其是活塞、连杆等零件的工作可靠性和耐磨性会受到严重影响，并导致发动机不能正常工作。因此，要求气箱体材料具有良好的综合性能，即应具有良好的强韧性、导热性、耐磨性、耐蚀性、加工工艺性能和经济性。另外，对材料的再循环应用性及减少对环境的影响也是需要考虑的重要方面 21。 箱体常用的材料有灰铁和铝合金两种。铝合金的密度小，重量轻，但刚度差、强度低及价格贵 。所以除了某些发动机为了减轻重量而采用外，一般用灰铸铁作为箱体材料。 1 3 2 灰铸铁箱体材料 目前，世界铸铁件的生产状况和趋势是：灰铸铁件的比例明显下降，但仍占 9 优势；球墨铸铁件的产量持续增长，而蠕墨铸铁和特种铸铁也有了较大的发展34。尽管在目前汽车轻量化发展趋势下，铸铁件受到铝合金铸件等强有力的挑战，但是，由于铸铁的缺口敏感性、减震性及耐磨性等优良性能是其他材料不可取代的，而且生产方便，价格便宜，因此在工业领域中依然具有十分明显的优势，是制造复杂形状零件的首选材料。 灰铸铁由于具有良好的铸造工艺性 能和机械性能，优越的耐磨性、减震性和导热性，而且生产方便，价格便宜，在很多工业领域的铁系零件中被选定为复杂形状零件的首选材料，特别是交通运输行业用作制造发动机的材料。铸铁铸件一般占各类铸件总产量的 75以上；而灰铸铁件产量又占铸铁件总产量的 75以上。由于市场的激烈竞争，对铸铁材质的要求越来越高，随着现代科学技术的进步和对节能要求的提高，于是能提高性能、减轻重量、降低能耗及降低成本的高强度薄壁灰铸铁件就成为国内外研究者们进行研究的一项重要内容，并在汽车发动机等薄壁复杂件生产中得到广泛的应用 15。 1 3 3 灰铸铁的组织和几种合金元素的影响 过去半个世纪中，灰铸铁的熔炼和孕育处理有了很大的进步，对于铸铁的合金化、生核和凝固以及固态的相变都作了不少研究。在材料科学日新月异的今天，灰铸铁仍能做为一种结构材料而具有相当的竞争能力，是与这些研究工作分不开的。目前，许多重要的机器零件，如机床床身、内燃机箱体、壳体、压缩机箱体和液压阀等，都是灰铸铁制成的。当然，对灰铸铁性能的要求也越来越高了。既要保证强度高，又要有良好的加工性能和厚、薄截面组织的一致性；还要求铸铁的刚度高，铸件尺寸稳定 671。 1 3 3 1 高牌号灰铸铁的目标金相显微组织 灰铸铁的强度和综合质量，决定于其最终的显微组织，生产高牌号灰铸铁件，控制其显微组织的目标，大致有以下几方面 8： (1)有较多的初生奥氏体枝状晶； (2)无游离渗碳体和晶间渗碳体； (3)石墨细小而且是 A 型； (4)珠光体细小； (5)基体组织 95以上为珠光体，游离铁素体不多于 5。 1 3 3 2 灰铸铁中片状石墨的分类 由于凝固条件不同 (指化学成分、冷却速度、形核能力等 )，灰铸铁中的片状石墨可出现不同的分布及尺寸。 87 把灰铸铁的石墨分为 6 种，各型石墨的分类 原则及形成条件见表 1 1。 10 表 1型石墨的分类原则及形成条件 9 1致密结晶状石墨 致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于 0 1 毫米。晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种：石墨的特点是品位很高，一般含碳量为 6065，有时达 8098，但其可塑性和滑腻性不 如鳞片石墨好。 2鳞片石墨 石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在 23，或 10025之间。是自然 界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最大。 3隐晶质石墨 隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于 1微米，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。一般的 6080。少数高达 90以上。矿石可选性较差。 石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质： 1） 耐高温型：石墨的熔点为 3850 50，沸点为 4250，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在 2000时，石墨强度提高一倍。 2） 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。 3） 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。 4） 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 5） 可塑性：石墨的韧性好，可年成很薄的薄片。 6） 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。 名字来源：源于希腊文“ 意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家 A. G. 1789 命名； 化学组成：成分纯净者极少，往往含各种杂质； 类别：自然元素 碳族 晶系和空间群：六方晶系， 晶胞参数 : 11 形态：单晶体常呈片状或板状，但完整的很少见。集合体通常为鳞片状，块状和土状； 颜色：铁黑色； 条痕：光亮黑色 透明度：不透明 光泽：呈半金属光泽 硬度： 1解理和断口：平行解理极完全； 比重： 其他性质：薄片具挠性，有滑感，易污手，具有良好的导电性； 鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，有滑感和染手； 成因和产状：石墨是在高温下形成。分布最广是石墨的变质矿床，系由富含有机 质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成； 主要用途：石墨在工业上用途很广，用于制作冶炼上的高温坩埚、机械工业的润滑剂、制作电极和铅笔芯；广泛用于冶金工业的高级耐火材料与涂料、军事工业火工材料安定剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等。鳞片石墨经过深加工，又可生产出石墨乳、石墨密封材料与复合材料、石墨制品、石墨减磨添加剂等高新技术产品，成为各个工业部门的重要非金属矿物原料。 石墨新用途 : 随着科学技术的不断发展，人们对石墨也开发了许多新用途。 柔 性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨，是年 的一种新的石墨制品。 年美国研究成功柔性石墨密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也开始研制生产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性。 因此，是一种理想的密封材料。广泛用于石油化工、原子能等工业领域。国际市场需求量逐年增长。 著名产地：纽约 达加斯加和 国以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地。 1 3 3 3 灰铸铁中常用的合金元素 灰铸铁中所加的合金元 素一般分为珠光体稳定元素，石墨化元素，渗碳体稳定元素和细化珠光体的元素。灰铸铁中加入合金元素来提高强度的主要机理表现在：增加并细化珠光体；细化石墨和共晶团；提高渗碳体的热稳定性，防止珠光体在高温下分解，提高铸铁的热稳定性；生成碳化物等硬度相。各元素的具体作用见表 1 2。 一般说来，硫是有害元素。但对灰铸铁来讲，含少量硫对于石墨的生核和共晶团的细化都有非常重要的作用。所以，灰铸铁中的含硫量不宜低于 0 06，最好保持在 0 06 0 08之间。含硫量太高 (0 18 )，则各种有害作用都 12 会显现，损害铸件的质 量。硫是化学活性强的元素，在铸铁中含锰量很低时，硫与铁生成化合物 点 193 )，也与铁和碳形成低熔点的共晶体 (含碳 0 17，硫 31 7，其余为铁，熔点 975 )。 以完全溶解于铁液中。铁液凝固时，硫或 奥氏体和渗碳体的固溶度很小，逐渐富集于剩余的液相中，最后以硫化物的形式析出，铸铁中含硫量为 0 02时，即可出现独立的硫化物。在灰铸铁中，硫与锰的亲和力比其与铁的亲和力大得多，下式表述的反应中，e， 形成是占优势的。 熔点为 2，在灰铸铁中， 细小而无害的蓝灰色夹杂物，散乱的分布在金属基体中，而且有助于改善铸铁的加工性能、提高工具的寿命。硫以 三元共晶存在时，在铸铁凝固过程中，偏析于共晶团界面的液相中，阻碍共晶团的成长，偏析于共晶团边界上的 三元共晶，又会使铸铁力学性能低下，脆性大。这就是硫的有害作用。如果铸铁中加有足够量的锰以抑制 产生，并形成细小而分散的硫化物夹杂，硫就会在石墨的生核和成长中起积极而有益的作用。为使石墨片的形态令人满意，灰铸铁中硫的最低含量应是 0 06。含硫量低于此值，铸铁中石墨片的分布状况就不好 1l。 表 1 2 各合金元素在铸铁中的具体作用 13 14 1 3 3 4 合金元素细化珠光体的作用 合金元素最重要的影响，是其对奥氏体转变为珠光体、贝氏体和马氏体的动力过程的影响，从热处理的角度来看，就是合金元素对可淬硬度的影响。连续冷却时，可淬硬性增强表现为将奥氏体转变的起始点推迟到较低的温度。在较低的温度下形成的珠光体较细，强度和硬度也都较高。合金元素的具体影响见表 1 表 1 3 灰铸铁中合金元素对金相组织的影响作用 12 15 1 3 4 国内外箱体生产中灰铸铁材质的选择 1 3 4 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， 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如 。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 碳含量与 选择： 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。而对于发动机箱体这样薄壁复杂的铸件，从铸造性能考虑，一般都选择较高的碳当量 13。为使箱体具有良好的铸造性能与力学性能，一般选择 C=3 15 3 3， 95 4 05。 硅与 C 值 国内对箱体生产中 C 的控制问题争论较大。陆文华 9认为在 O4 2， C 值由 O 50 增至 O 90 时，碳当量对值影响变化不大。刘佑平 14认为碳当量对灰铸铁抗拉强度的影响比 C 值大得多，试验证明随着 C 值由 O 44 增至 0 79，在同一范围的碳当量下 ， 06 值变化不大。提高碳当量，气箱体的缩孔废品会明显减少；降低碳当量，使用铸造焦与增加废钢加入量，灰铁的抗拉强度会明显地提高。过高的 C 比会导致石墨粗化，珠光体片间距增大，铁素体含量也增加。当 C0 55，气箱体缩孔废品会增加，特别 16 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箱体铸件，采用高 C 并不能提高力学性能，而且还可能由于高 高的 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 C 应以0 60 7 较为合适 15。 锰对灰铸铁抗拉强度的影 响 锰是可以稳定灰铸铁中渗碳体，促进珠光体化的元素，但它会与硫形成 使铸铁石墨化。对于 3 95 15的灰铸铁，其叽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，故吼有所提高。所以，范晓明 认为当灰铸铁 95时， 量应在 0 6 8为宜。 磷含量的选择 灰铸铁件的含磷量一般小于 O 20。当 P 0 20，随着磷含量的增加，在铸铁中可以与 成心 P，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 14。 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 n 形成 促使铸铁石墨化。在不同 情况下，以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 3 95的灰铸铁，其临界硫含量为 0 14。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 17，为确保 常用孕育剂的孕育效果，灰铸铁中含硫量一般为 0 05 06。根据上述情况，灰铸铁的硫含量可为 0 06 -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 S 值。生产实践表明，当灰铸铁 3 96 , 05时， S=5 7，抗拉强度较佳。 国内部分厂家箱体基本化学成分的选择 胡家聪 15推荐 箱体化学成分为 ( )： C=3 15 3 35， 82 2， 68， P O 15， S=0 06 0 15与 95 4 05。北京吉普汽车有限公司 18推荐选取 C=3 15 3 60， 8 2 4， 35 0 90， S O 15， P 0 12。哈尔滨东安发动机制造公司 19选择成分： C=3 O 3 5， 8 2 5， 6 0 9， 0435 时，出现缩松的箱盖占生产缩松箱盖总数的 75左右，由此判断 缩松有较为直接的影响，并推荐使用 35时，会使铁液的凝固温度范围扩大，从而增加铸铁的收缩倾向，容易产生渗漏。含铬 0 5时，组织中会析出游离碳化物，影响铸件的机加工性能。实际生产中一般选用加入 0 2 0 3 n(或 减小由于铬的加入而产生的白口倾向。 而为了防止浇注后冷却时间长造成的晶粒和石墨片粗大的倾向，我们同时加入了 为 以稳定珠光体，使铸件强度基本不变，硬度却有所提高 46。锡是强烈稳定珠光体的元素。当锡的含量小幅度提高时，其硬度会得到一定的提升。锡是十分有效的促进珠光体化的元素之一。它可以富化在石墨近旁的奥氏体中，对碳的扩散起到一定的阻碍作用，因而促进珠光体化。然而随着 量的增加，碳化物的数量会上升，且超过 1，说明 加入会增加游离碳化物产生的倾向。而碳化物的超标将会导致硬度的上升，影响加工性能 47。随着 量的增加，对其自口宽度也有增加的趋势 4。因此我们要严格控制 加入量。 相关研 究表明，铜加入到铁液中主要产生两方面的作用。一方面铜也是一种稳定珠光体的元素，因此铜的加入，可起到增加和稳定基体中的珠光体组织的作 31 用；另一方面，铜又是一种促进石墨化的元素，可抵消铬元素的增大白倾向的不利影响，有利于保证铁液的铸造工艺性能。 降低奥氏体临界转变温度和强化铁素体基体，并可细化珠光体和石墨片。 在本章我们这种讨论 u+合金加入方式，以及在其它试验条件不变的情况下，分别改变 金元的含量，研究对箱体铸件的机械性能和金相组织的影响。 3 2 试验装置及试验方法 3 2 1 试 验装置 (1)读光谱仪。 (2)3000 型布氏硬度计， 读数显微镜。 (3)子万能实验机。 (4)光学金相显微镜。 (5)抛光机。 (6)6A 金相显微分析系统。 (7)140A 红外 析仪。 3 2 2 原材料 (1)生铁，回炉料，废钢，铸造焦，石灰石等。 (2)75 硅铁孕育剂，粒度 5 10 (3)铬铁、锡、铜。 3 2 3 制样 (1)熔炼：采用冲天炉一电炉双联熔炼。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 1500左右，后铁水转炉至中频感应电炉，进行化学成分调 整，浇铸三角试块观察白口宽度，并浇注激冷试块铸模，打磨激冷试块的下表面，后将激冷试块放在 直读光谱仪上测出该炉铁水的化学成分。浇注试棒，在试验机上做抗拉伸试验，测出试棒的抗拉强度。当铁水化学成分检验符合要求时出炉，出炉温度不低于 1500。在包内加入 75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 1400，浇注时间保持在 20 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，分别在缸筒和缸面上取样。 32 3 3 铬对箱体力学性能和金相组织的 影响 3 3 1 试验目的及内容 试验目的：在铁水成分中 C， P， S， 量，以及孕育剂的加入量和加入方法基本不变的前提下，选择加入不同量的合金化元素 究不同加入量对箱体铸件力学性能及金相组织的影响。 试验内容： (1)生产化学成分及孕育剂加入量如表 3 1 所示的三批铁水，浇注箱体。并浇注 2 根标准试棒 (#30行拉伸试验，测量其抗拉强度。 (2)在箱体铸件上取缸筒，缸面试样，制样见 3 2 3，然后检测其金相组织和布氏硬度，研究合金元素 量变化对铸件组织、性能的影响 。 表 3 1 铁水合金成分含量 ( ) 3 3 2 试验结果 分别对三种含 的箱体铸件进行力学性能和金相组织的检测和分析，其结果如表 3 2、 3 3 及图 3 1、 3 2 所示： 表 3 2 不同含铬量箱体的布氏硬度 (表 3周含铬量铸件的抗拉强度 ( 33 表 3同吉铬量箱体的金相组织铸件 a 低铬箱体 b 中铬箱体 c 高铬箱体 图 3同含铬量缸筒横向剖面的石墨彤态 34 a 低铬箱体 b 中铬箱体 c 高铬箱体 图 3同含铬量缸筒横向剖面的基体 组织 由表 3 2 3 3 1 3 2 可以看出，在 C、 S、 P、 育方式和孕育荆加入量相同的情况下，铁水中的铬的加入量由加到 O 343时； (1)金相组织的变化：石墨形态变化不大，但高铬含量箱体中石墨得到细化。石墨长度基本稳定在 150 200间。三批铸件都出现部分的 B 型石墨。三批铸件的珠光体含量基本相同，珠光体含量都 95。 三批铸件的珠光体片间距基本相同。随着铬含量的升高，铸件珠光体的片间距由 3 级升至 2。三批铸件的渗碳体数量基本相同。部 分部位的渗碳体数量箍着铬含量的升高而增加。 三批铸件中的磷共晶含量都控制在 1以内。 (2)机械性能的影响：铬对灰铸铁的机械性能有明显的影响。铸件各部分的硬度整体呈上升趋势，且缸筒缸面的硬度上升值都较均匀，在 10 20间。缸筒的硬度一般在 180右，硬度差 15右。对于缸面铸件硬度一般在 195 以上， 铸件的抗拉强度明显上升，由低铬的 25190均上升幅度达到 303 3 3 机理分析 (1) 35 石墨形态分析 在三批箱体中，石墨形 态基本上为 A 型或 A+少量 B 型。壁厚大的地方，冷却速度大慢，过冷度较小，易于形成 A 型石墨。壁厚小的地方冷却速度快，过冷度相对大，有部分 B 型石墨形成。由图 3 1 3 2 可以看出，铬含量较低箱体的石墨比铬含量高的箱体的石墨粗大，这是由于 细化石墨的作用。而细化的石墨也减小了对基体的割裂作用 48。缸筒部分壁厚虽然较薄，但散热条件差，冷却速度也慢，所以也形成 A 型石墨。 从图 3 1 3 2 中可以看到含有部分的 B 型石墨。 B 型石墨其实中心为 围是 A 型石墨。开始时由于过冷度较大，形成了 D 型石墨，后来由于结晶 潜热的释放，使过冷度减小，析出 A 型石墨。 B 型石墨的存在严重降低铸件的强度。 (2)珠光体数量及片间距的分析： 在三批箱体铸件中，我们都加入了一定量的 加入了不同含量的素。 加入可以增加并细化珠光体，所以三批次的铸件的珠光体含量都达到了 1 3 级。一般来说 是强烈促进的珠光体形成，又可以细化珠光体的元素 4549。在本试验中， 增加没有明显提高珠光体的含量，三批次的铸件中的珠光体含量都达到了 95。 三批次的箱体铸件的珠光体片间距都在 2 3 级，其中铬含量较高的两批次的珠光体 片间距较小。由此可见，加入铬可以实现珠光体片间距的减小，但考虑到铬含量过高后，一般在当含铬量大于 0 35时 1350，箱体铸件在钻孔后，在水压试验时出现较多的渗漏现象，这可能与 过量加入会使铁液凝固温度的范围扩大，引起共晶团的增加，产生疏松所致 5。 (3)碳化物数量 三批次的箱体铸件的渗碳体的数量基本相同，含量 1。高铬箱体中的碳化物数量比低铬箱体中略多，部分区域的碳化物含量 1。说明铬元素的加入可以增加游离碳化物产生。而碳化物的超标直接导致箱体铸件硬度的升高，影响铸件的机械加工些能 47。在实际生产中，碳化物含量超标还导致箱体水套薄壁的力学性能变差，不能满足使用要求。所以铬的加入量要严格控制。 (4)硬度分析 由表 3 2 可知，当铬含量提高到 O 343时，铸件缸筒、缸面硬度呈整体上升，且上升的硬度值较大、较
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