孕育对激冷球铁的作用--陈礼年

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1、孕育剂量对激冷球铁凸轮轴组织和性能的影响摘要：本文试验了孕育剂量对凸轮轴的组织和性能的影响，在轴颈心部碳化物在＜15%条件下，降低孕育剂量可有效减少激冷层的石墨数量，提高激冷层的硬度和激冷深度；同时，降低孕育剂單:，可增加铁水的激冷敏感性，有利于凸轮轴的生产控制。关键词：激冷球铁、凸轮轴、孕育、组织与性能1.前言激冷球铁凸轮轴是1993年美国康明斯公司首先采用的一种新型凸轮轴，这种凸轮轴材质具有优良的抗磨性和高韧性，大大优于普通激冷灰铸铁凸轮轴，在美国康明斯开发的6缸C系列300马力柴汕发动机屮得到应用，故将这种凸轮轴简称力6CT。图1为凸轮轴简图及各部分的名称。齿轮0?配合轴颈表面为加

2、工区心部非加工区缸No.2进气凸轮，所有凸轮为激冷区111支撑轴颈表面加工区心部非加工区输油泵凸轮（偏心轮）激冷区易断裂部位过渡区尾（vn）轴颈表面及心部皆为加工区图16CT凸轮轴简图及各部位的名称激冷球铁凸轮轴要求凸轮具有非常高的耐磨性和抗剥落性，而非加工轴颈具有一定的韧性、支掙轴颈具有较好的加工性能，因此凸轮轴的生产工艺复杂，难度较大。在国外主要由英国铸造毛坯，美国机加工，国内尚未生产。随着康明斯系列发动机的引进和国产化，激冷球铁凸轮轴的生产成为重大难题。东风汽车公司铸造一厂，采用500kg中频炉熔化，自硬砂手工造型进行了多轮试验，基本确定了铁水化学成分，然后在生产线上进行了工艺试验

3、，试制成功球铁凸轮轴。本文在球铁凸轮轴试制过程中，研究孕育剂量对激冷球铁凸轮轴组织和性能的影响。2.试验方法及内容激冷球铁凸轮轴的生产及检验工艺流程如图2所示。500kg中频k感应炉熔炼孕育［＞处理［＞浇注0清理0解剖4检验图2凸轮轴生产及检验流程本试验选川普通孕育剂4〜8mm。孕育处理采用在球化Mg7RE3SiFeCa2.5）结束后补即先出2/3〜3/4的铁水，待球兑入二次铁水时随铁水流加铁水白口倾向控制是采的白口深度和共晶过冷度来形激冷试片的形状、尺寸及断3所示。本试验的原则是在保证在＜15%（康明斯的技术标准提高凸轮激冷层硬度和深度。景对凸轮轴组织和性能的影米激冷区域晶粒细小银白色

4、激冷区域晶粒粗大亮白色柱状晶区域宏观纹路与激冷方向一致激冷面穿过米激冷区域的长度之和与穿过激冷区域长度相等梯形试片尺寸（mm）长95上宽10激冷而宽5高30图3球铁激冷梯形试片白口深度的确定图75SiFe,粒度处理（球化剂：加孕育的方式，化反应平缓后，入孕育剂。用激冷梯形试片共同控制的。梯口特征说明如图轴颈心部碳化物要求［11）条件下，研宂孕育剂加入响。3试验结果及分析3.1孕育对球化后铁水白口倾向的影响试验了叫种不同孕育剂量对球化处理后铁水过冷度及白口深度的影响，其结果示于表1。原铁水过冷度减小时，降低孕育剂的加入量，激冷试八白U深度增大；而球化后铁水的过冷度变化较小。结果分析表明，随

5、孕育剂量的逐渐变化，A轮轴各部位的组织和性能也逐渐变化，方案1和方案4的差别最为明S,故选取此二方案对比分析说明孕育对凸轮轴材质的影响。表1孕育处理后铁水的白口深度和过冷度试验方案1234原铁水过冷度ATI（°C）19181614球化剂量（％）1.31.31.31.3球化处理温度CC）1511152015171514孕育剂量（％）0.40.30.20.1孕育后铁水过冷度AT2（°C）20211919激冷试片白门深度（醐丨）9101113浇注温度（°C）14031396141714083.2孕育对激冷层组织和性能的影响1.石墨0.4%75SiFe石墨球数由石墨核心数量决定，孕育能增加石墨核

6、心数量，在凸轮轴激冷区，冷却速度快，石墨来不及长大，石墨核心数量基本完全保留下来，因此激冷区石墨球直径小、数量多［21。图4为孕育剂加入量分别为0.4%和0.1%的凸轮桃尖3.5mm处的石墨组织，图示结果可知，降低孕育剂量可减少石墨核心的数量，显著减少激冷层内的石墨数量，有利于提高凸轮的硬度。0.1%75SiFe4凸轮桃尖3.5mm处石墨形100X2.基体组织凸轮桃尖的莱氏体含量越高，碳化物含量越高，硬度也越高。对比两方案的凸轮桃尖3.5mm处组织，如阁5所示。降低孕育剂量，激冷层组织屮珠光体含量减少，莱氏体含量增加且细密0.4%75SiFe0.1%75SiFe图5凸轮桃尖3.5mm处组

7、织100X3.凸轮的硬度为了直观地描述凸轮断面硬度的分布，本文采用了“等硬线”的方法，即将凸轮截面上硬度相等的点连接起来，可组成一条闭合的曲线（端点W能与凸轮表面相连）。根据門轮形状对称特点，在門轮的对称轴线上,以及穿过基圆圆心且与对称轴乖直的直线上，巾外向内逐点打硬度，将50HRC、45HRC和40HRC硬度点到表而距离记录下来，绘制如阁6所示的等硬线。可见，降低孕育，激冷层硬度明显增加。0.4%75SiFe0.1%75SiFe图