張敏之 ，于化順 ，張曉蕾 ，許景峰

（1.山東大學材料科學與工程學院，山東，濟南 250061；2.濰柴動力股份有限公司，山東，濰坊 261001）

發(fā)動機發(fā)展的趨勢是減少排放、降低油耗、提高功率和增加舒適性。近幾年，隨著濰柴動力柴油發(fā)動機產(chǎn)品的升級換代、功率覆蓋范圍擴大，導致發(fā)動機的比功率（kW/排量·升）越來越大，鑄件材質(zhì)問題成為濰柴動力柴油機升級換代及技術(shù)貯備的關(guān)鍵技術(shù)制約。

近幾年，蠕墨鑄鐵的應用，特別是在歐洲，得到了長足的進展。這是人們在發(fā)現(xiàn)蠕墨鑄鐵后，國外首次把它廣泛應用在發(fā)動機缸體等重要鑄件上[1]。我國自20世紀60年代開始研究蠕墨鑄鐵，在鑄造性能、金相組織、機械/物理性能和某些使用性能、鑄件加工的工藝特性以及他們之間相互關(guān)系等方面的研究基本趨于完善，并制訂了蠕鐵金相和牌號的部級標準[2]。

蠕墨鑄鐵具有接近球墨鑄鐵的力學性能和接近灰鑄鐵的良好的工藝性能，同時還具有優(yōu)異的抗熱疲勞、抗磨損以及較高的彈性模量和抗變形能力[3]。故近幾年，濰柴動力在蠕墨鑄鐵研究方面投入了大量的人力、物力，并成功應用于博杜安6M26柴油機氣缸體生產(chǎn)。

1 博杜安6M26柴油機氣缸體生產(chǎn)條件

1.1 熔煉設(shè)備

采用沖天爐—電爐雙聯(lián)熔煉工藝：10t冷風沖天爐熔煉，采用攪拌脫硫（硫量低于0.02%）工藝，20t中頻保溫電爐升溫。

1.2 蠕化設(shè)備

采用喂線蠕化工藝。喂線技術(shù)最早起步于20世紀70年代的日本，主要應用于鋼的精煉技術(shù)。主要在鋼水中完成以下操作：進行精煉以獲得氧（O）、硫（S）含量很低的清潔鋼；進行加鈣處理，以改變夾雜物的特性；添加合金元素，以精確調(diào)整鋼水的化學成分或使其微合金化[4]。

采用喂線蠕化，由于鐵液高度的壓力作用和鐵水包蓋隔斷空氣的有效流動，再加上合金包芯線是以一定速度的連續(xù)插入，這樣既可避免鎂蒸汽的瞬間大量爆發(fā)，保證高鎂合金的安全加入，又可避免鎂的大量逸出和燒損，提高鎂在鐵液中吸收率[5]。

1.3 蠕化劑及孕育劑

蠕化包芯線直徑為9mm，芯劑量約為165g/m，芯劑中Mg含量為3.5%～5%；孕育包芯線直徑為9mm，芯劑量約為210g/m，芯劑中Re含量為8%～12%。

1.4 檢測設(shè)備

爐前快速熱分析儀，用于快速檢測沖天爐C、Si；紅外碳硫儀；直讀光譜儀；奧林巴斯金相顯微鏡；德國OCC熱分析儀，用于觀察蠕化后熱分析曲線，判斷處理后的鐵水是否適合澆注（MgLn及LnLn值均在-2～2之間時適合澆注）。

2 博杜安6M26柴油機氣缸體蠕鐵工藝參數(shù)控制

2.1 博杜安6M26柴油機氣缸體原鐵水

原鐵水成分控制范圍見表1。

表1 原鐵水成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

2.2 博杜安6M26柴油機氣缸體最終化學成分

蠕墨鑄鐵的成分取決于鑄件的性能要求及使用條件，原鐵液成分應能確保最終成分和便于爐前處理。通常對原鐵液的成分有如下要求：碳高、硅適當?shù)汀⒘椎停ㄌ厥饽湍ト滂F除外）、硫適當?shù)颓曳€(wěn)定，其他元素如錳、鉻、鉬、銅、鎳等根據(jù)要求確定[6]。故博杜安6M26柴油機氣缸體的碳當量選擇為4.3%～4.7%，其化學成分為ω（C）=3.6%～3.8%，ω（Si）=2.0%～3.0%，ω（P）=0.05%～0.08%，ω（S）＜0.03%，ω（Mg）殘 =0.012%～0.018%，ω（RE）殘 =0.02%～0.05%。

蠕鐵的切削加工性能與球鐵相近，比灰鑄鐵差。這是蠕鐵應用于發(fā)動機缸體等有待于解決的問題之一[7]；蠕鐵中加入0.8%～1.0%的銅，可以穩(wěn)定珠光體；加入0.2%～0.4%銅、0.2%鉬、0.062%錫后，蠕鐵淬透性、強度和硬度得到提高[8]；博杜安6M26柴油機氣缸體結(jié)構(gòu)復雜，壁厚不均，考慮到缸體的強度、耐磨性及加工性能，加入銅及錫，其控制范圍分別為：含Sn量為0.07%～0.09%，含 Cu量為0.60%～0.80%。

2.3 蠕化處理及澆注溫度

電爐出鐵水，根據(jù)原鐵水成分計算合金加入量，進行爐前處理，要求處理后含Si量1.70%～2.0%。銅和稀土錠直接加在包底，75硅鐵、硅鋇和錫隨流加入。

扒渣后，將鐵水運至喂線處理站進行喂線法蠕化處理，喂線處理參數(shù)如表2所示。喂線時，先喂蠕化線，后喂孕育線。

表2 蠕化處理要求

喂線處理結(jié)束之后，澆注熱分析樣杯（德國OCC熱分析儀），觀察熱分析曲線，判斷處理后的鐵水是否適合澆注（MgLn及LnLn值均在-2～2之間時適合澆注）。

澆注碳硫試樣和光譜試樣，檢測處理后鐵水化學成分；將鐵水運至預定位置，檢測鐵水的初澆溫度，澆注溫度控制1380℃～1400℃，澆注6M26氣缸體和單鑄試塊。

3 結(jié)果及金相分析

對單鑄試塊和鑄件本體進行理化檢測，圖1為本體取樣位置示意圖。

圖1 本體取樣位置

3.1 單鑄試塊

單鑄試塊的機械性能及金相檢測結(jié)果如表3所示。

圖2所示為典型的單鑄試塊的金相組織形貌。

3.2 附鑄試塊

表4所示為附鑄試塊的硬度及金相檢測結(jié)果。

圖3所示為典型的附鑄試塊的金相組織形貌。

3.3 鑄件本體

6M26氣缸體鑄件本體的機械性能及金相檢測結(jié)果如表5所示。

圖4～圖6所示為6M26氣缸體鑄件本體的金相組織形貌。

表3 單鑄試塊的機械性能及金相結(jié)果

圖2 典型的單鑄試塊的金相組織

表4 附鑄試塊的硬度及金相結(jié)果

圖3 典型的附鑄試塊的金相組織

4 檢測結(jié)果分析

由表3、表4、表5中的金相檢測結(jié)果及圖2、圖3、圖4的金相組織形貌可知，石墨主要以蠕蟲狀出現(xiàn)，蠕化率在75%以上，還有部分以球狀石墨出現(xiàn)，沒有出現(xiàn)片狀石墨；基體組織以珠光體為主，氣缸體本體的珠光體含量在75%以上，單鑄試塊和附鑄試塊的珠光體含量均在85%以上。

表5 氣缸體本體機械性能及金相

圖4 本體試樣1的金相組織

圖5 本體試樣3的金相組織

圖6 本體試樣5的金相組織

由表3、表4、表5中的機械性能檢測結(jié)果可知，氣缸體本體抗拉強度達到470MPa，單鑄試塊的抗拉強度在480MPa～600MPa范圍內(nèi)；氣缸體本體和單鑄試塊的延伸率均在2.0%～3.0%之間；氣缸體本體的硬度在210HB～240HB之間，單鑄試塊、附鑄試塊的硬度在200HB～280HB之間，單鑄試塊和附鑄試塊的硬度變化范圍較寬，且部分硬度值較高?？估瓘姸绕叩脑蚩赡苡校簹圡g量較高，蠕化率較低，部分石墨以球狀出現(xiàn)，提高了抗拉強度；Cu、Sn等合金含量較高，提高了抗拉強度。單鑄試塊、附鑄試塊的部分硬度值偏高可能是由組織中球狀石墨的出現(xiàn)以及Cu、Sn等合金含量較高所導致的。

5 結(jié)論及有待解決的問題

5.1 結(jié)論

采用喂線法工藝生產(chǎn)的博杜安6M26氣缸體本體的蠕化率在75%以上，基體組織以珠光體為主，抗拉強度達到470MPa，延伸率在2.0%～3.0%之間，硬度在210HB～240HB范圍內(nèi)；喂線法工藝可以生產(chǎn)蠕鐵博杜安6M26柴油機氣缸體。

5.2 有待解決的問題

采用現(xiàn)有喂線蠕化工藝生產(chǎn)的博杜安6M26柴油機氣缸體中，球狀石墨的含量偏高；蠕化率偏低；抗拉強度和硬度均偏高。因此，下一步在生產(chǎn)中從包芯線喂線長度、合金加入量等方面對蠕鐵博杜安6M26柴油機氣缸體材料工藝有待進行進一步的優(yōu)化。

［1］張伯明.蠕墨鑄鐵最新發(fā)展［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2006（1）：12.

［2］邱漢泉，張正德.中國蠕墨鑄鐵40年［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2006（1）：1.

［3］陳位銘，金勝燦.蠕墨鑄鐵CA6110柴油機缸體的試驗研究［J］.鑄造技術(shù)，2006（4）：341.

［4］吳荷生，吳玉彬.用高鎂合金包芯線生產(chǎn)球墨鑄鐵［J］.鑄造，1999，48（8）：33-34.

［5］王會群，胡利民.利用“喂線法”處理離心復合軋輥芯部球墨鑄鐵水［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（6）：38-40.

［6］鄧勁珊，劉治軍，劉春雷，等.C6113柴油機蠕墨鑄鐵缸蓋鑄件的質(zhì)量控制［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010:（4）27-29.

［7］于化順.蠕墨鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)及工藝［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2002（3）：40.

［8］邱漢泉，張正德.中國蠕墨鑄鐵40年［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2006（3）：19-20.