(武漢船舶職業(yè)技術學院， 湖北武漢 430050)

Si/C比對硼鑄鐵氣缸套力學性能的影響

嚴繼斌

(武漢船舶職業(yè)技術學院， 湖北武漢 430050)

通過試驗研究了在碳當量CE=3.8%時，Si/C比值對抗拉強度和硬度的影響，確定了生產(chǎn)硼鑄鐵氣缸套理想的Si/C比值。

硅碳比；硼鑄鐵；抗拉強度；硬度

硼鑄鐵是最近應用發(fā)展較快的一種新型的耐磨材料，因其優(yōu)良的耐磨性能，為眾多企業(yè)廣泛地應用于內(nèi)燃機的氣缸套和活塞環(huán)等零件。目前國內(nèi)氣缸套大多采用離心鑄造生產(chǎn)，離心鑄造生產(chǎn)時，由于鑄型是金屬型，冷卻速度比較快，使得組織中容易形成共晶萊氏體、D型和E型晶間石墨，又由于硼鑄鐵中硼元素反石墨化的能力較強，容易產(chǎn)生白口組織，并使硼復合物呈枝晶狀分布，導致氣缸套的抗拉強度降低，硬度明顯升高，給氣缸套的切削加工和使用造成一定的困難。氣缸套是內(nèi)燃機的核心零件之一，一般要求抗拉強度σb≥250 MPa。為改善硼鑄鐵氣缸套的力學性能，我們就Si/C比值對硼鑄鐵氣缸套抗拉強度和硬度及切削加工的影響進行了研究，選定碳當量為3.8%，只改變Si/C比例，對各種Si/C下的拉伸強度、硬度進行觀察和測定，期望獲得理想的力學性能。

1 試驗方法

1.1 試樣制備

選定碳當量為3.8%，Si/C分別定為0.5、 0.6、 0.7、 0.8、 0.9，進行五組數(shù)據(jù)的試驗。按此條件要求將生鐵、廢鋼、回爐料、硅鐵、錳鐵和硼鐵等依配料比例加入500 kg中頻感應電爐中熔化，取得鐵水試樣的化學成分，升溫至1 450～1 500 ℃，鐵水出爐，經(jīng)孕育處理后澆注干型單鑄試棒，得到5組15根Φ30 mm×300 mm的試棒，作拉伸試驗使用。剩余鐵水經(jīng)稱重、靜置、打渣處理后，澆入高速運轉(zhuǎn)的鑄型中進行離心鑄造，經(jīng)冷卻，內(nèi)孔呈暗紅色約900 ℃時，停機脫模，獲得氣缸套毛坯。五組試樣的化學成分見表1。

表1 試樣的化學成分 ( wb%)

1.2 抗拉強度的測定

根據(jù)GB9439-88要求，試驗試棒經(jīng)機加工后制成Φ20×225 mm的拉伸試棒，使用萬能拉伸試驗機ZDM-30t,在室溫下進行拉伸試驗，測定并計算每組3根試棒的拉伸強度的平均值。

1.3 硬度的測定

根據(jù)GB231和GB230規(guī)定，在氣缸套本體距上端面50～80 mm范圍內(nèi)截取環(huán)片，磨平后使用布氏硬度機HB-3000在氣缸套環(huán)片橫截面上均勻打出3個壓痕，查表后取其平均值。

2 試驗結(jié)果和分析

Si/C比值在0.5、0.6、 0.7、0.8、0.9之間5個試驗數(shù)值，測量出它們的抗拉強度σb和布氏硬度HB，見表2。

表2 Si/C比值在0.5-0.9之間的σb值和HB

Si/C對抗拉強度和硬度的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 Si/C對抗拉強度和布氏硬度的影響

2.1 Si/C對抗拉強度的影響

從圖1中可以看出，碳當量一定時(CE=3.8%)， Si/C對抗拉強度的影響還是比較大的，當Si/C從0.5增加到0.6時，抗拉強度從190 MPa增加到251 MPa，從0.6增加到0.7時，抗拉強度繼續(xù)上升到285 MPa，這是由于隨著 Si/C的提高，Si含量增加，C含量減少，基體組織中珠光體數(shù)量有所增加，Si固溶于基體中，起到固溶強化珠光體的作用，而C含量的降低，也在一定程度減少了石墨數(shù)量，對基體的割裂作用減小，所以抗拉強度增高。而當Si/C提高到0.8時，抗拉強度降為268 MPa，Si/C繼續(xù)增加到0.9時，抗拉強度下降到232 MPa。這是因為Si是強烈的促進石墨化元素，當Si含量達到一定程度時，接近促進石墨化的臨界值以后，固溶鐵素體中的硅量增多，強化了鐵素體(包括珠光體中的鐵素體)；Si/C比值的不斷提高，共析轉(zhuǎn)變的溫度也在升高，使珠光體在高溫下生成，片間距增大，易粗化而降低強度；又因高硅使碳在奧氏體中的溶解度急劇下降，并擴大了鐵素體+奧氏體+石墨三相區(qū)的范圍，使奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變量增多。因此當Si/C達到一定值時，抗拉強度隨著 Si/C的提高反而下降。

2.2 Si/C對硬度的影響

從圖1中也可以看出，隨著 Si/C的不斷提高，布氏硬度HB是呈下降的趨勢，只是在Si/C=0.7以后，下降的趨勢比較平緩，差別不大。這說明Si/C比值對布氏硬度是有重要影響的。在CE=3.8%時，提高Si/C，鐵素體析出不斷增多，珠光體含量降低，故而使布氏硬度降低，當Si/C=0.7以后，鐵素體增加不再明顯，硬度變化也就不大。

2.3 Si/C對切削加工的影響

硅是強烈石墨化促進元素，隨著 Si/C的提高，硅含量增加，引起石墨片粗大﹑增多。石墨越多，基體承載面積越少，石墨片越粗大，使基體更易于切削加工。硅的強烈石墨化作用，有利于碳原子的擴散﹑聚集，使石墨長大，數(shù)量增多，而石墨的強度極低，均勻分布會使基體的硬度降低。硅含量增加，使白口組織明顯減少，提高了零件的切削加工性能。

3 結(jié) 語

在碳當量CE=3.8%時，可以得出如下結(jié)論：

(1)Si/C對氣缸套的抗拉強度﹑硬度有很大影。Si/C比值從0.5→0.6→0.7→0.8→0.9變化時，抗拉強度先升后降，硬度呈下降趨勢。在Si/C=0.7時，抗拉強度為285MPa，硬度為HB241，力學性能較為理想。生產(chǎn)硼鑄鐵氣缸套時Si/C為0.70-0.75比較合適。

(2)提高Si/C比值，有利于改善鑄件切削加工性能。

1 陸文華，李隆盛. 鑄造合金及其熔煉[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

2 夏青，劉亞民，姚定幫. Si/C對灰鑄鐵組織和性能的影響[J].鑄造技術，2003(6):16-17.

3 孫國雄，陸志東，丁幫太. 灰鑄鐵硅碳比選擇[J].鑄造，1988(5)：1-4.

4 肖柯則. 論高Si/C值灰口鑄鐵[J].鑄造，1987(5).

5 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊(第一卷)鑄鐵[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.

EffectofSi/CRatioOnMechanicalPropertiesofBoronCastIronCylinderLiner

YANJi-bin

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology，Wuhan 430050，China)

In this paper，the effect of Si/C ratio on tensile strength and hardness is studied by experiment withthe carbon equivalent CE=3.8%，the ideal Si/C ratio for producing boron cast iron cylinder liners is determined.

silicon-carbon ratio；boron cast iron；tensile strength；hardness

TG24

A

1671-8100(2017)04-0036-03

2017-06-11

嚴繼斌，男，高級工程師，主要從事材料工程技術方面的教學和科研工作。

(責任編輯：譚銀元)