G03氣缸套離心鑄造云斑偏析的質量放行標準的實踐

趙躍忠

（武漢船舶職業技術學院工業中心，湖北武漢 430050）

離心鑄造是目前中、大功率柴油機氣缸套毛坯普遍采用的先進鑄造工藝。由于離心澆注本身的結晶特點及鑄造工藝參數和合金成分（S、P、Cr、B、Mo、Cu等元素）的影響，以目前我國的生產工藝條件，要完全消除離心鑄造特有的且常見的云斑偏析缺陷是不現實的。我國的專業標準《CB／T 3903－1999中、大功率柴油機離心鑄造氣缸套金相檢驗》中對云斑偏析進行了嚴格的分級。下面以G03氣缸套為例，在分析其對氣缸套使用性能影響的輕重程度的基礎上，結合該型氣缸套的結構特點，并通過本人多年的實踐，針對云斑偏析缺陷，提出G03氣缸套的質量驗收放行控制標準。

1 云斑偏析缺陷定義及分級

云斑偏析（簡稱CS）是離心鑄造氣缸套的一種缺陷組織，宏觀上為氣缸套經切削加工后的內、外表面上出現的不規則的明暗相間的花紋狀組織；微觀上表現為合金成分的偏析、金相組織的不均勻。

根據CB／T 3903－1999分級標準，將云斑偏析按偏析的輕重程度，分為四級，具體如下表：

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2 云斑偏析缺陷對氣缸套使用性能的影響

2.1 對抗拉強度的影響

根據有關資料報道，以及本人所在企業的多年跟蹤試驗，有云斑偏析的氣缸套的抗拉強度，較正常無缺陷的氣缸套其抗拉強度會有不同程度的降低，其降低幅度與云斑偏析的輕重程度有直接關系。一般來說，出現CS1級云斑偏析時，經過統計，降低幅度大約為5～10%左右；CS2級為10～20%左右；CS3級40%左右。

2.2 對低周抗震疲勞性能的影響

柴油機氣缸套是在交變、沖擊振動的負荷下運行的，因此對其材質的低周抗振抗疲勞強度也是有要求的。一般情況下，目前各大氣缸套生產廠家的離心鑄造工藝都得到了較大提高，離心鑄造的低周抗震疲勞性能普遍比砂型鑄造的氣缸套要高，并且穩定。但由于云斑偏析缺陷的原因，其低周抗震疲勞性能會有較大的波動，甚至降到正常無缺陷的氣缸套的5%左右。因此根據氣缸套的結構及性能要求，必須對云斑偏析加以控制。否則，會直接影響到氣缸套的使用壽命。

2.3 對硬度及耐磨性能的影響

離心鑄造由于鐵液結晶特點，整個氣缸套硬度從外到內，存在不同的硬度值。經加工后的氣缸套硬度一般是外層高，內層低，差異值一般在HB30以內。相對于CS1、2級偏析區域來說，其硬度值與正常值差異不大，但相對于CS3、4級偏析區域來說，其硬度差值在HB40以上，甚至達到HB100。硬度值是反映氣缸套耐磨程度的一個指標，如果氣缸套內孔的硬度差異較大，會產生偏磨、異常磨損或拉缸等現象，因此也必須對云斑偏析加以控制。

2.4 抗穴蝕性能的影響

離心氣缸套由于處在離心力動態作用下，鐵液結晶是從氣缸套外表面順序向內凝固的，越接近外表面其晶粒越細小致密，而氣缸套的耐腐蝕表面又恰好是外表面，故其耐蝕性較砂型鑄造的要好。云斑偏析對其耐蝕性沒有明顯的差異。經過本人多年的跟蹤與觀察，也證明了這一點。

3 針對G03氣缸套云斑偏析缺陷的質量驗收標準

3.1 G03氣缸套的結構及特點

圖1所示為G03氣缸套的結構圖，其中AA為上頂面、B－B支撐肩、C－C與D－D為下密封圈部位、E－E為活塞環下止點、F－F為活塞環上止點。

圖1 G03氣缸套結構圖

由于G03氣缸套項部設計有四個進排氣門避閥坑，如圖1中右放大圖所示，支撐肩與避閥坑最近距離為25mm，高度方向為15mm，角度為38°左右。從用戶反饋收集到的有裂縫和斷裂缸套的斷口分析，絕大多數情況與此最近距離連線及角度方向相吻合（見圖2）。故此處針對云斑偏析缺陷，必須加以嚴格的控制。

圖2 最近距離連線及角度吻合圖

活塞環上止點F－F以下60mm處，由于此處摩擦力最大，溫度最高，磨損最嚴重。故此處針對云斑偏析缺陷，也必須加以控制。

C－C與D－D為下密封圈部位，此部位由于密封槽較深，其強度受到了較大削弱，再加上柴油機初期磨合不到位，也容易發生拉缸，甚至于引起缸套斷裂。故此處針對云斑偏析缺陷，也應該加以控制。

3.2 針對G03氣缸套云斑偏析缺陷的質量驗收標準

通過對云斑偏析缺陷對氣缸套性能的影響，結合G03缸套本身形狀、受力情況、斷裂現象，經過仔細研究，將云斑偏析缺陷氣缸套的質量驗收標準，確定為如下：

3.2.1 外表面云斑偏析缺陷質量驗收標準

（1）支撐肩B－B處及過渡圓弧處不允許有任何云斑存在。

（2）支撐肩B－B處以上30mm及以下120mm處，允許有CS1級存在。

（3）C－C與D－D密封圈部位，允許有CS1、CS2級存在。

（4）其余部位允許有 CS1、CS2、CS3級云斑存在，但不允許內外壁相同部位同時存在CS3級云斑。

（5）所有位置不允許有CS4級云斑存在。

3.2.2 內表面云斑偏析缺陷的質量驗收標準

（1）孔內避閥坑下聯接過渡圓弧凹坑處允許有CS1級云斑存在。

（2）內孔表面在支撐肩B－B截面以上30mm、活塞上止點F－F以下60mm內孔處，允許有CS1級云斑存在。

（3）活塞上止點F－F截面60mm以下、活塞下止點E－E截面以上，允許有CS1、CS2級云斑存在。

（4）內孔表面在支撐肩B－B截面30mm以上、活塞下止點E－E截面以下，允許有CS1、CS2、CS3級云斑存在，但不允許內外壁相同部位同時存在CS3級云斑。

（5）所有位置不允許有CS4級云斑存在。

4 結 語

在缸套不同區域內的“云斑”偏析，其嚴重性和危害程度是不同的。本文通過G03缸套為例，在參照專業標準的基礎上，結合該型缸套的結構特點，通過本人多年的實踐，對云斑偏析缺陷提出了質量放行的控制標準，避免不必要的報廢，減少損失，同時給離心鑄造氣缸套質量驗收提供更科學、更嚴密、更實際的依據。經過多年的跟蹤調查取證，對于云斑偏析缺陷放行的控制標準是可行的和有效的。

1 CB／T 3903－1999.中大功率柴油機離心鑄造氣缸套鑄鐵件技術條件.

2 CB／T 3903－1999.中大功率柴油機離心鑄造氣缸套鑄鐵件金相檢驗.

3 程志圣等.“云斑”偏析物的相組織對性能影響［J］.熱加工工藝，1982（21）