合金鑄鐵氣缸套的鑄造過程控制

高金剛，張加中，戚娟娟

1.概述

用中頻感應電爐熔煉氣缸套合金鑄鐵主要有以下缺點：一是鐵液過冷傾向較大，極易產生影響材料力學性能的D、E型石墨；二是鐵液純凈，異質結晶核心較少，導致孕育效果差，鑄件硬度偏低。另外，普通鑄鐵氣缸套的力學性能已不能滿足發動機對其使用性能的升級要求，以某主機廠研發出的一種強度和硬度大幅度提高的高性能合金鑄鐵材質氣缸套為例，其化學成分要求為：wC＝3.0%～3.4%、wSi＝1.7%～2.4%、wMn＝0.6%～0.8%、wP≤0.20%、wS≤0.08%、wCr＝0.25%～0.4%、wCu＝1.3%～1.6%、wB＝0.045%～0.07%，力學性能要求為：抗拉強度≥270MPa，硬度280～310HBW，同一只氣缸套硬度差≤30HBW，基體金相組織為珠光體+鐵素體，鐵素體≤5%，石墨為I型A類或B類，允許缸套外表面D、E型石墨存在，I型石墨大小4～8級，使用現有爐料配方制造上述材質合金鑄鐵要消耗大量生鐵、鐵合金等原輔材料，原材料成本較高。

針對以上所述的氣缸套感應電爐熔煉方法中存在的缺陷，我公司工程技術人員從多次實踐中摸索出了一套高性能合金鑄鐵的中頻感應電爐熔煉方法和離心澆鑄方法，合理利用廢棄物料，優化原輔材料，生產出的氣缸套毛坯能滿足主機廠對高性能合金鑄鐵材質的要求。

2.熔煉設備及原材料選擇

我公司選用的熔煉設備為5t/3200kW中頻感應電爐，主要技術參數：額定容量5t，額定工作溫度1570℃，額定溫度保溫功率180kW，熔化率3.8t/h。

（1）金屬爐料的選擇 ①配料中回爐料按照技術標準GB4224—1984的規定，塊度不大于300mm×200mm×200mm，所述回爐料為廢品氣缸套。②配料中廢鋼要求無嚴重銹蝕現象，表面鍍有鋅、鉻等成分的廢鋼，在不影響鐵液化學成分技術要求的情況下，可以與質量較好的廢鋼搭配使用，其塊度應符合GB4224—1984規定小于500mm×200mm，長料小于爐膛直徑的1/2，即＜550mm，廢鋼選用20鋼管頭。③配料中高硅生鐵長度≤400mm，化學成分為wC＝3.8%、wSi＝3%～5%。

（2）合金材料的選擇 配料中硅鐵用Si75，塊度200mm×100mm；硼鐵用FeB18C0.5A，塊度50 mm×100mm。

（3）鐵屑的選擇 配料中鐵屑要求無嚴重銹蝕，水分＜3%；增碳劑用石墨型；除渣劑選珍珠巖。所述鐵屑主要為氣缸套機加工鐵屑。

3.加料要求

（1）爐料配比 鐵屑59%+廢鋼28%+回爐料5.8%+高硅生鐵6%+75硅鐵0.6%+硼鐵0.06%+銅0.54%。

（2）加料順序 增碳劑→鐵屑→鐵合金→廢鋼→回爐料。

（3）加料原則 根據不同材質需求進行配料，爐料應清潔、干燥，嚴禁加入油污、易燃物、污染嚴重的金屬材料，加料前檢查成色或成捆碎屑的潮濕程度。

（4）熔煉功率 電爐開始6～8min內供給90%以上的功率，逐漸將功率增至最大值。

（5）熔煉過程控制 避免加入如飲料罐之類的部分閉合容器、閉合管材，這類容器可能存有液體或易燃物，會在熔化時沸騰并伴有劇烈爆炸，從而造成熔化金屬液噴濺。不管爐料如何都要在前次的爐料沒有熔化完前慢速投入下次爐料。如果錯誤使用鐵銹和粘砂多的爐料，爐料塊度和形狀不良，造成爐料裝填不緊密和搭棚嚴重，或一次加的冷料過多，則容易發生“搭橋”。因此，必須經常檢查液面，一旦出現搭橋現象馬上處理，捅掉“搭橋”，避免“搭橋”形成，否則下部的鐵液就會過熱，引起下部爐襯的侵蝕，甚至滲漏鐵液或爆炸。

當操作工人用工具處理搭橋時，應按照一定的操作規程，以免操作人員掉入爐內或被搭橋下面熱氣流或金屬液噴濺燒傷。

（6）扒渣 在爐料化凈后應立即扒渣，防止結成“渣蓋”。如結成“渣蓋”，應立即停電，將渣蓋打碎扒出爐外，否則下部的鐵液就會過熱，引起下部爐襯的侵蝕，甚至鐵液滲漏或爆炸。

（7）加料控制 加料應仔細，以免出現料的“跨橋”，“橋”下邊金屬液的超高溫會造成爐襯腐蝕加快。

（8）爐前檢驗 熔煉溫度的檢測設備為爐前快速熱電偶，熔煉溫度應控制在1500～1560℃，出爐鐵液溫度≥1450℃。

（9）成分檢測 待鐵液溫度達1380～1450℃時，取樣進行光譜分析，通過光譜分析儀檢驗化學成分并及時進行調整，保證鐵液的化學成分和質量。

（10）爐前孕育 孕育劑選硅鋇合金，硅含量75%、鋇含量2%，粒度1～3mm，孕育劑量為0.35%。孕育方法：將孕育劑充分預熱烘干，出鐵液時隨鐵液流入澆包，熔化均勻。

4.澆注方法

設備采用臥式機械出模澆注機，工裝為澆注模具。

澆注前準備：

（1）涂料制作 將涂料倒入料池內攪拌2.5h，使用前1h加入肥皂粉攪拌1h。涂料配比：硅砂粉68%、球團土16%、肥皂粉1%、硅藻土9%、滑石粉7%，密度1.6～1.8g/cm3。

（2）準備工作 準備好操作工具：澆注嘴、坩堝、涂料、缸套鉤、涂料桶、石墨桶、石棉墊及毛刷等。充分烘干坩堝、澆注嘴及悶蓋，檢查澆注機運轉是否正常，各部位有無碰撞、振動及其他雜音，螺釘有無松動，拉桿、飛錘、悶蓋是否良好，利用第一包鐵液對金屬模進行預熱，使其溫度≥280℃，投入正常生產。

澆口杯孕育（二次孕育）：孕育劑選硅鋇合金，Si含量75%，鋇含量2%，粒度0.5mm。孕育劑量為0.05%，將孕育劑充分預熱烘干后放入坩鍋內。

澆注操作：在預熱后的澆注模內墊放3mm厚小端石棉墊，石棉墊緊貼小頭定位盤，然后放置3mm厚前石棉墊，上好前悶蓋，開起澆注機啟動按鈕，使澆注機順時針旋轉，然后定量加涂料，涂料層厚度為0.8～1.2mm，再將澆注嘴伸入悶蓋10mm左右。由大包將鐵液倒入定量坩堝，左手持鉤子擋渣，右手翻坩堝，將鐵液澆完5～15s后開始放水冷卻，當模內溫度降至900℃時，停止放水40～70s后停機，開啟減速器開關，使毛坯出模。毛坯出模后，清理模內雜物以及坩堝內殘留鐵等，等待下一次澆注，模溫控制在280℃以上。

合金鑄鐵氣缸套成品

5.結語

我公司采用上述中頻感應電爐熔煉方法及離心澆注方法制造合金鑄鐵氣缸套毛坯，克服了感應電爐熔煉中存在的鐵液過冷傾向較大及孕育效果差的缺點，生產出的氣缸套完全滿足主機廠對高性能合金鑄鐵材質的要求，并且合理利用了廢棄物料，降低了氣缸套制造成本。