厚大斷面球鐵軸承蓋的生產

楊恒遠 ，徐培好 ，楊 華

（1.山東大學材料液固結構演變與加工重點實驗室，山東 濟南 250100；2.濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261001）

軸承蓋主要用來承擔曲軸的重量及曲軸在運動時產生的巨大、復雜的交變載荷，要求性能較高，是柴油機的重要零部件之一。它的性能直接影響著柴油機的使用壽命。

1 軸承蓋鑄件的結構

軸承蓋輪廓尺寸為645mm×400mm×135mm，最大壁厚為135mm，單件重量為155 kg，材質為EN-GJS-400-15U（相當于國內標準的QT400-15），見圖1。其主要部位為瓦口及主螺栓孔處，兩處厚度分別為135mm、113mm，該鑄件屬于典型的厚大斷面球鐵鑄件。

2 軸承蓋技術要求

2.1 材質及金相組織

鑄件材質為 EN-GJS-400-15U（GGG-40），相當于國內的QT400-15。

金相組織要求：鐵素體基體，珠光體含量＜15%，球化率≥90%，石墨顯微結構參見DIN EN ISO 945，石墨形態VI（V），A5/7，I至IV型石墨形態僅允許在鑄件表層1mm范圍內存在。

圖1 軸承蓋簡圖

2.2 力學性能及化學成分

力學性能試驗的試樣取自附鑄試塊，鑄件的力學性能見表1。

為了獲得需要的鑄件性能，化學成分取決于制造商。

2.3 鑄件質量

1）清理去除型砂殘留物、渣區和飛邊毛刺。表面缺陷如裂紋、嗆孔、滲漏、夾雜和溝槽需打磨去除或鏟除，有加工余量區域的鏟除深度可達到現有加工余量的一半。

2）為避免殘余應力，鑄件需在箱內受控冷卻（MD-AUG：36 h）。如果不能實現，軸承蓋需進行去應力退火。

表1 力學性能

3）對鑄件進行超聲波和磁粉檢測，不允許存在超過標準規定的縮孔、縮松、氣孔、夾雜物以及表面微裂紋等缺陷，不允許焊補。

3 軸承蓋鑄件工藝

3.1 熔煉工藝

熔煉采用沖天爐加電爐雙聯熔煉。

厚大斷面球鐵件在生產存在冷卻速度緩慢，容易造成鑄件厚壁中心或熱節石墨畸變，球數減少，組織粗大和石墨飄浮等球化孕育衰退問題。因此導致鑄件的機械性能顯著下降，給大斷面鑄件的生產帶來困難。結合實際生產實踐，從以下幾點控制：

1）沖天爐熔煉要選用純凈的生鐵、廢鋼，并對原鐵液進行脫硫處理。原鐵液化學成分控制在：ω（C）3.55%～3.75%，ω（Si）1.0%～1.2%，ω（Mn）≤0.30%，ω（S）0.016%～0.020%，ω（P）≤0.04%，ω（Cu）≤0.1%，ω（Cr）≤0.05%。

2）球化劑、孕育劑、除渣劑、覆蓋劑使用前保證干燥、無雜質。

3）球化處理采用沖入法。在已燙好的球化包內加入球化劑并緊實，在球化劑上覆蓋孕育劑，其上覆蓋爐前用75硅鐵并緊實，最后覆蓋隨型普通碳素鋼板。出鐵溫度為1460℃～1480℃。

4）在澆注厚斷面球鐵件時，考慮到孕育衰退問題，不采用一次性大孕育量的做法，要采用在澆口杯中用75硅鐵進行二次孕育的辦法。澆注溫度為1340℃～1360℃。

5）為獲得需要的鑄件性能，鑄件的化學成分控制在表2。

表2 化學成分（質量分數，%）

3.2 造型工藝

根據軸承蓋結構和技術要求，為了減少因澆注壓力和石墨化膨脹導致型壁位移，促使石墨化膨脹向內部擴展，保證鑄型剛度，以提高鑄件致密度，確定采用堿性樹脂自硬砂造型工藝，兩箱造型，中間分型，1箱2件。

根據均衡凝固技術控制鑄件質量的方法，內澆道不宜開設在鑄件厚大及要求較高部位，避開熱節及鑄件要求較高部位，從軸承蓋底部中間引入，一個鑄件1個內澆道。

為了平衡壁厚差（鑄件最小壁厚為35mm，最大壁厚為135mm），增大激冷度，消除熱節，使部分區域的石墨化膨脹提前，提高致密度，在軸承蓋厚大部位底部放置外冷鐵，其中1#冷鐵1塊/件，2#冷鐵2塊/件，3# 冷鐵 2 塊/件，4# 冷鐵 2 塊/件，見圖 2。

在充分利用自補縮的前提下，為了保證鑄件鑄態組織致密，無縮孔、縮松等缺陷，在軸承蓋厚大部位設置發熱保溫暗冒口，見圖2。

3.3 打箱時間

為了避免鑄件的殘留應力，鑄件在箱內的冷卻時間控制在48 h。

4 實踐結果

采用上述工藝生產的4件軸承蓋進行切片解剖、檢驗，未發現縮松、縮孔等缺陷，見圖3，且附鑄試塊性能完全滿足要求，見表3。

圖3 鑄件解剖情況

表3 附鑄試塊力學性能

5 結論

通過合理的設計鑄件化學成分，利用沖天爐加電爐雙聯熔煉，強化球化處理和孕育處理，同時冷鐵配合發熱保溫冒口使用，平衡壁厚差，強化補縮，能夠生產出合格的鑄態厚大球鐵鑄件。