■王明泉，張加中，徐強(qiáng)

氣缸套料硬缺陷的產(chǎn)生原因及控制方法

■王明泉，張加中，徐強(qiáng)

摘要：目前，氣缸套毛坯的生產(chǎn)主要采用離心鑄造的形式。離心鑄造時(shí)由于離心力的作用，改善了補(bǔ)縮條件，氣體和非金屬夾雜也易于自液體金屬中排出，因此離心鑄件的組織較致密，縮孔（縮松）、氣孔、夾雜等缺陷較少，但離心鑄造也帶來(lái)了料硬、內(nèi)外砂和云斑等鑄造缺陷。著重闡述了料硬產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施。

1. 概述

（1）料硬特征氣缸套料硬分為三個(gè)階段：硬度偏高、麻口和白口。料硬的程度與鐵液冷卻時(shí)的過(guò)冷度有直接關(guān)系，見(jiàn)表1。三種基體組織如圖1～圖3所示。

（2）料硬的影響增加加工難度，降低生產(chǎn)效率；縮短刀具的使用壽命；無(wú)法加工，形成廢品（見(jiàn)表2）。

2. 料硬產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

氣缸套的料硬分為局部料硬和整體料硬，不同的料硬產(chǎn)生原因是不一樣的。局部料硬指缸套料硬主要局限在大端面、小端面、臺(tái)階處，少量在外壁空檔處，產(chǎn)生原因多為石棉墊保溫效果差、臺(tái)階處涂料薄、重金屬偏析等原因；整體料硬指缸套全部硬，不局限于某一部位，產(chǎn)生的原因涉及化學(xué)成分、澆注溫度、模溫、涂料及冷卻水等諸多因素。

氣缸套的材質(zhì)多為灰鑄鐵，各元素對(duì)氣缸套的影響如下。

（1）碳、硅及碳當(dāng)量 碳、硅是鑄鐵的主要組成元素，又都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，一般情況下碳、硅含量越高，越有利于石墨化。為了簡(jiǎn)化和避免使用多元合金相圖，可以將碳、硅等元素，按照其對(duì)共晶點(diǎn)實(shí)際碳量的影響，將這些元素的量折算成對(duì)碳量的增減，以碳當(dāng)量C E表示。為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般只考慮硅、磷的影響，因此簡(jiǎn)化公式：CE%=C%+1/3(Si+P)%。因此，碳當(dāng)量的變化對(duì)硬度有最直接影響。碳當(dāng)量提高，促使石墨片變粗，數(shù)量增多，硬度下降；碳當(dāng)量降低，石墨數(shù)量減少，石墨片細(xì)化，初析奧氏體枝晶量增加，硬度上升。

圖1　硬度偏高

圖2　麻口

圖3　白口

表1

（2）錳 溶入奧氏體的錳能擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，降低A3溫度和共析組織的碳含量，并且提高

奧氏體的穩(wěn)定性，使缸套避免珠光體轉(zhuǎn)變的臨界冷速降低，同時(shí)也使奧氏體分解溫度降低，在較低溫度下分解的產(chǎn)物組織較致密，強(qiáng)度和硬度較高。

（3）磷 當(dāng)共晶轉(zhuǎn)變完成后殘留少量高磷低熔點(diǎn)鐵液，最終凝固成硬而脆的磷共晶。

（4）硫 能降低灰鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變溫度，是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，促使灰鑄鐵出現(xiàn)白口。

五大元素中碳、硅對(duì)缸套的影響最大。我公司曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這樣一起質(zhì)量事故，在澆注某品種缸套時(shí)，工藝要求wC＝3.15% ～3.25%，爐前光譜分析wC為3.18%，符合工藝要求，此爐鐵液澆注成毛坯缸套在機(jī)加工時(shí)發(fā)現(xiàn)全部麻口，出現(xiàn)了批量性的報(bào)廢事故，后將廢品缸套用碳硫儀分析，wC僅為3.09%，經(jīng)分析判斷這是一起由于光譜分析偏差致碳含量虛高造成的質(zhì)量事故。

因此，在保證氣缸套材質(zhì)要求的情況下，碳、硅宜在控制上限，錳、磷、硫宜控制在下限，有利于改善料硬的問(wèn)題。

3. 涂料

氣缸套離心鑄造使用的涂料是水基涂料，主要起耐火、隔熱、保溫和易于脫模的作用。涂料對(duì)氣缸套硬度的影響主要有兩方面：一是其涂料的成分；二是涂料的厚度。

（1）涂料的組成目前，涂料的組成主要有硅石粉、膨潤(rùn)土、滑石粉。其中起耐火保溫作用的是硅石粉，因此硅石粉的含量對(duì)毛坯缸套的保溫起著至關(guān)重要的作用，含量低了，毛坯保溫效果不好，過(guò)冷度大，會(huì)造成缸套料硬；含量高了影響了其他成分的配比，同樣也降低保溫效果。因此涂料中各種材料的配比對(duì)涂料的保溫效果有著直接影響。生產(chǎn)中建議3組材料含量的配比見(jiàn)表3。

（2）涂料的厚度涂料的厚度對(duì)毛坯缸套在澆注過(guò)程中的保溫也起著重要的作用，薄了影響保溫效果，造成料硬；厚了不容易干燥，在澆注時(shí)鐵液倒入后會(huì)出現(xiàn)“哧料”現(xiàn)象，形成外砂。因此涂料的厚度控制在一個(gè)合適的范圍很重要。筆者結(jié)合多年的工作實(shí)際，認(rèn)為控制在0.6～1.2mm比較恰當(dāng)，既能起到良好的保溫作用又保證涂料上模后能迅速干燥。

另外，在金屬型上涂敷涂料時(shí)要保證涂料厚度的均勻性，避免出現(xiàn)局部料硬的出現(xiàn)。

4. 鐵液澆注溫度

澆注的鐵液溫度一般在1300℃以上，而金屬型的溫度一般只有300℃左右，兩者之間存在很大的溫差。表4是一組在試驗(yàn)新品時(shí)做的不同澆注溫度澆注的毛坯缸套硬度情況統(tǒng)計(jì)。

表2　氣缸套因料硬產(chǎn)生的廢品率統(tǒng)計(jì)

表3　中小型鑄鐵氣缸套金屬型離心鑄造涂料配方

表4　毛坯缸套硬度情況統(tǒng)計(jì)

從表4中我們不難看出，鐵液的澆注溫度和毛坯缸套的硬度呈正比關(guān)系，澆注溫度越高，毛坯缸套的硬度也越高。這是因?yàn)楦邷罔F液進(jìn)入低溫的模具，快冷時(shí)過(guò)冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行，不利于石墨化，造成硬度高。因此，要控制毛坯缸套的硬度必須控制澆注溫度。但是，澆注溫度也不是越低，毛坯缸套的硬度就越低，當(dāng)鐵液溫度低于1280℃，未澆注前已進(jìn)行共

晶轉(zhuǎn)變，當(dāng)進(jìn)入金屬型激冷后，鐵液溫度迅速降低，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行，不但會(huì)造成硬度大的缺陷，還會(huì)造成夾渣。

鐵液的澆注溫度在什么范圍合適呢，一般上限1400℃，下限1280℃，最好控制在1300～1350℃的范圍。

5. 金屬型溫度

氣缸套離心澆注使用的金屬型一般為鑄鐵或鑄鋼，可以多次反復(fù)使用。金屬型在澆注前都要進(jìn)行預(yù)熱，其目的：一方面避免金屬型過(guò)冷，澆入鑄型的鐵液在急冷條件下合金過(guò)冷度大，內(nèi)部形核結(jié)晶能力強(qiáng)，石墨析出能力差，結(jié)晶時(shí)滲碳體含量多，凝固過(guò)程中石墨析出不充分甚至造成非擴(kuò)散性馬氏體相變；造成鑄件基體白口傾向大，出現(xiàn)產(chǎn)品硬度大，甚至外壁形成白口；另一方面可以利用金屬型將涂料烤干。要想獲得理想的硬度，金屬型的溫度必須控制在一個(gè)范圍內(nèi)，溫度過(guò)低涂料不易干，而且澆注時(shí)鐵液過(guò)冷度大；溫度過(guò)高會(huì)將涂料燒掉，涂料上不去。金屬型的溫度一般上限400℃、下限300℃，最好控制在300～350℃的范圍。

另外，如石棉墊耐火隔熱保溫性差，也會(huì)造成毛坯缸套端面料硬；水冷時(shí)間的長(zhǎng)短和水冷開始的早晚會(huì)對(duì)毛坯缸套的整體硬度存在影響；孕育劑的品種、加入方式、孕育次數(shù)和孕育劑加入量等不但影響孕育效果，也會(huì)造成毛坯缸套的料硬。

6. 結(jié)語(yǔ)

氣缸套的料硬缺陷，在離心鑄造中比較常見(jiàn)，主要應(yīng)從以下4個(gè)方面對(duì)料硬問(wèn)題進(jìn)行控制。

（1）化學(xué)成分采取碳、硅上限控制，錳、磷、硫下限控制。

（2）控制涂料的配比和厚度。

（3）鐵液的澆注溫度最好控制在1300～1350℃。

（4）金屬型的溫度最好控制在300～350℃。

通過(guò)以上措施，能起到降低料硬及合理控制硬度的作用。

20150426

作者簡(jiǎn)介：王明泉、張加中、徐強(qiáng)，江蘇愛(ài)吉斯海珠機(jī)械有限公司。