薄壁铸态全铁素体球铁铸件的关键生产技术

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1、薄壁铸态全铁素体球铁铸件的关键生产技术 东风汽车股份有限公司铸造分公司袁征峰 [摘要]通过选用特定炉料，使用专用球化剂、孕育剂，优化设计铁液化学成分，采用定量加入技术、特殊孕育技术，严控球化处理、铁液浇注等关键技术，大批量生产出组织、性能均超过康明斯技术标准的薄壁铸态全铁素体球铁铸件。 　　[关键词]薄壁铸态全铁素体球铁关键生产技术 　　前言 科技进步、市场竞争、用户需求、环保要求等因素，导致当今车用柴油发动机的发展方向是：轻量化、大功率、低油耗、高性能、强可靠性、环保型。那么，作为其重要组成的球铁铸件，必须具有高质量、高性能、

2、低成本的特点，才能满足车用柴油发动机日益提高的苛刻要求。薄壁化、铸态化恰是球铁件适应其发展要求的一种有效途径。因此，研究薄壁铸态球铁铸件的生产技术，成为铸造工作者的重要课题。本文以EQ2100E6D军车柴油发动机排气歧管(零件编号A3917761，以下简称排气歧管)为例，根据生产实践，浅谈薄壁铸态全铁素体球铁铸件的关键生产技术。 　　1原设计技术条件及铸件特点 　　1.1原设计技术条件 排气歧管的化学成分见表1。材质牌号为QT420—15；力学性能为：σb≥420MPaσ0.2≥276MPa，δ≥15％，硬度141HB一187H

3、B。退火后，铸件基体为铁素体≥95％，粒状珠光体≤5％，一次碳化物为零。石墨形态1级～3级，石墨大小5级～7级。铸件尺寸精度要求达到CT6一CT8级，铸件表面粗糙度要求达到Ra≤25μm。 　　1.2铸件特点 排气歧管设计上是每三缸一个气道，两个气道在一件排气歧管上铸出，铸件如图1所示，轮廓尺寸647.8×120×176.5mm，绝大部分壁厚4±0.75mm，铸件质量10.4kg。因此，其特点是：细长管状体、结构复杂、薄壁，属于高强度、高韧性、高精度的高难度类球铁铸件。 　　2工况要求、铸态件技术标准 　　2.1工况要求 排气歧

4、管使用环境恶劣：它被螺栓固定在汽缸盖上，承受自身质量、涡轮增压器质量及汽车运动产生的振动力；工作在650℃--750℃高温下；长时间经受750℃以上高温、高压废气的加热、冲击，并在常温到高温与高温到常温的激热激冷交变温度下长期使用。这样，在承受静载荷较大、冲击力较小状态下，铸件要耐高温、抗热疲劳、抗氧化，以防止发生变形、开裂引起的失效。因此，要求其具有优良的耐热疲劳性、高温强度、高温尺寸稳定性。 　　2.2铸态件技术标准 考虑到EQ2100E6D柴油发动机要求达到70万公里元大修的水平和工况要求，排气歧管铸态件技术标准为：材质为

5、QT450一18；力学性能是：σb≥460MPa；δ≥18％；硬度141HB～187HB；金相组织是：基体≥98％的全铁素体，粒状珠光体≤2％，一次碳化物为零；石墨形态1级一2级，石墨大小6级～7级。 　　3生产方法 　　3.1工艺方案 薄壁球铁铸件生产中，常遇到的难题是，由于冷却速度过快，极易形成晶间碳化物。经多方分析和小量试验，最终采用冷速较慢的自硬呋喃树脂砂铸型、酚醛树脂覆膜砂壳芯的工艺方案。为保证铸件内腔尺寸精度，每个气道设计为一个整体砂芯，则有1#、2#砂芯。 　　3.2尺寸控制 　　3.2.1模具尺寸 ①芯盒表面工作

6、精度为CTl一CT3级，粗糙度Ra≤1.61μm； ②．模型工作表面精度为：凸体CTl一CT2级；凹体CTl一CT2级，粗糙度Ra≤1.61μm 　　3.2.2形状尺寸 为使砂芯在浇注时不发生水平和垂直移动，方法是： ①．设置3群砂芯。即：现生产中，当1#、2#砂芯下人铸型后，使用3#芯将芯头压紧，使之不发生水平移动。 ②．合箱前，在1#、2{I}砂芯顶部放置镀锌芯撑，防止砂芯在垂直方向移动。 　　3.3浇冒系统 采用封闭式浇注系统，∑F内：∑F横：∑F直=1：1.27：1.5(其中，∑F内=10.56cm2，∑F横=13.44

7、cm2,∑F直=15.89cm2)。对螺栓搭子处热节和增压器口热节，分别设置小暗冒口4个(DR×HR=45×60mm)、暗边冒口2个(DR×HR=60×70mm)。其它热节，利用均衡凝固技术处理。 　　3.4造型方法 自硬呋喃树脂砂采用含泥量耋0.2％、粒度0.15～0.30mm的天然石英擦洗砂、低氮呋喃树脂、磷酸等原材料。设备使用碗形混砂机，配砂工艺：天然石英擦洗砂+固化剂一混砂t1→低氮呋喃树脂一混砂t2→出砂。铸型尺寸为730×550×100／100mm，每型2件，使用振实台和手工相结合的造型方法。 　　3.5制芯方法 使

8、用抗脱壳性能好的普通成品覆膜砂。使用K87制芯机，1撑砂芯每盒2件，2#、3渺芯每盒各1件。对出芯困难的砂芯弯管处，采用活块；对砂流不畅部位，采用开排气槽等方法，以便得到致密、结壳良好的砂芯。 　　4关键生产技术 　　4.1选用特定炉料 电炉熔炼，炉料是有害元素