用高镍-铜铸铁空心型材制作铝活塞耐磨镶圈.pdf

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1、许饧徐昌有：用高镍一铜铸铁空心型材制作铝活塞耐磨镶圈用高镍一铜铸铁空心型材制作铝活塞耐磨镶圈Makingwear-resistantinsertringforaluminumpistonbyNi-Cubasehollowprofileofcontinuouscasting许肠1徐昌有2(1西安理工大学2成都银河动力股份有限公司)[摘要]垂直上引连续铸造的高镍一铜铸铁空心型材，从凝固成形原理上杜绝了离心铸管难以避免的铸造缺陷．具备“高致密、近终形、强韧兼备”的特点。用此合金铸铁型材制作铝活塞耐磨镶圈．其机械和物理性能较离心铸管优良，特别是抗弯强度和与铝合金基体间的

2、粘结强度有30％以上提升．其原因是D、E型石墨减少了粘结强度的降低。[关键词]耐磨镶圈铝活塞高镍铸铁铸铁型材内燃发动机刖昌提高耐磨镶圈的机械物理性能以及与铝活塞基体间的粘结强度．是专业工作者长期以来所追求的目标【-’2’3川。而用离心铸造方法浇注的高镍一铜管坯一直是制作此种镶圈的不二选择。对于普通铸铁和低合金铸铁而言．用离心铸造方法生产管坯具有投资少、生产效率高等诸多优点，铸件的内在质量也能满足终端产品的基本要求。但是对于高合金铸铁。譬如含镍铜总量超过20％的高合金铸铁来说，离心铸造似乎难以生产出理想管坯．因为它的缺陷显而易见：①毛坯管壁的内外层上裹挟有较多气孔

3、、砂眼、夹渣等缺陷。层厚达到4～6ram。需要车削掉，管坯两端20—30mm的头部也须切去．材料的最终利用率降低到25％以下。②离心铸造工艺的冷凝成形原理决定了管壁的中心层内必然存在显微缩松[51。而管坯加工后，中心层恰恰成为了镶圈的主体。缩松组织降低了镶圈的几乎所有性能指标。③在离心力作用下，高合金铁水中的重质元素被甩至外壁，而轻质元素——碳、硫、磷、硼等则偏聚于内壁，致使管壁径向上化学成分呈现梯度分布．从而其机械物理性能内外不均匀旧。④铸态组织中的片状石墨．有一部分将于车削后在加工面上露头．其中的碳在浸铝时游离而出，夹杂在铝一铁接合部位，减少了镶圈与铝合金基

4、体的有效粘结面积．必然降低了二者的粘结强度。鉴于以上原因．本文试验了用连续铸造方法拉制高镍铜铸铁空心型材。以此型材制作耐磨镶圈的新工艺。按相关行业标准进行的性能测试表明，连续铸造的高镍铜铸铁空心型材是制作铝活塞耐磨镶圈的理想管坯。1垂直上引连续铸造铸铁空心型材铸铁空心型材连续铸造技术是将水平连铸、低压铸造和晶体生长直拉法的特点融合一体．垂直安装结晶器于保温炉上．让结晶器和重力在三维方向上约束熔体。并使之冷凝成形。再利用熔体单向凝固的时间差．在专用的垂直上引连续拉拔机构牵引下，实现空心型材的连续制备。连铸型材时．铁水经过保温炉中的一个U型通道，最后进入水冷结晶器中

5、凝固成形。重质的铁水在U型通道中与轻质的气体、浮渣和其它杂质上下分离．只有纯净的铁水才能进入结晶器．故型材内不会出现气孔、砂眼、夹渣等缺陷。铁水在结晶器内的凝固从内套内壁开始。由外而内进行，液柱心部的铁水持续不断地补充着管壳冷凝所引致的体积收缩．因而不会存在组织缩松缺陷。由此而知，连铸空心型材从成形原理上就杜绝了传统铸造的诸多内燃机与配件2010年第5期缺陷。这是其具有高致密特征的根本原因。连铸型材具有高强韧性的原因在于：铁水在结晶器中的冷却速度是砂铸的30倍左右网．是离心铸造的4—5倍。如此强烈的冷却速度提供了强大的相变动力和形核率。使得所获铸态组织极其细密，

6、远非砂铸和离心铸造所比。金相观察表明，在同样截面尺寸下，连铸型材的微观组织比传统铸件平均细小4倍以上。即共晶团体积是传统铸件的1／8，而晶界面积增加了4倍。图l是高磷铸铁连铸管材的共晶团组织，每平方厘米上分布着2500个以上。作为对比，图2是新版国标《灰铸铁金相组织}[GB／T7356--20091‘8】中最高级别(1040个／cm2)的共晶团组织。田1连铸灰铁管材的共昌团组织圈2目标中一级共晶团组织2高镍铜铸铁连铸型材的组织、性能2．1按以下成分配置熔炼、孕育铁水和拉制I元素CSiMnPSNiCuCrTi降量呻．o—s奉。也2I~o-s≤O．1≤O．05—14

7、～6～0．50．1量6mm按此管坯车削镶圈。以镶圈径向厚度12mm计算，材料利用率可以达到60％以上。大大高于离心铸管25％以下的利用率指标。2．2力学和物理性能检测在管坯上本体取样，按行业标准规定分别制成拉力试样3个、抗弯试样6个．热膨胀试样1个、硬度试块1个。测试结果以及与行业标准的对比如表1所列。表1、连续铸造高镍铸铁空心型材的性能检测抗拉强度抗弯强弹性硬度线性膨胀项目系数MPh度MPa模量EHB×lO_6实测结果18l一20l444—49897—10l136-15019．7一19．8行业标准≥170≥388≥96．5130—190≥18t14—对比t6—

8、18％t10％28％可见