高強度多元合金化氣缸頭鑄件材質熔煉工藝

韓軍，杜爭爭

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

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高強度多元合金化氣缸頭鑄件材質熔煉工藝

韓軍，杜爭爭

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

摘要：通過合理的化學成分選擇并配合多元低合金化處理的熔煉工藝，選用長效孕育劑強化孕育效果，改善鑄件基體組織及石墨形態，實現了高強度多元合金化氣缸頭鑄件材質的成功熔煉。

關鍵詞：合金化；高強度；熔煉

稿件編號:1509- 1069

0 引言

通過合理的成分控制及過程工藝控制，使得高強度多元合金化氣缸頭的機械性能達到了預期的要求：抗拉強度Rm≥350 MPa,本體硬度≥200 HB,A型石墨>70%。通過實體產品驗證，材料金相性能符合要求，鑄件無縮松，尺寸無異常。

1 化學成分的選擇

(1)CE：碳當量選擇應當合適，過高碳當量會使石墨粗厚，體積分數增加，導致灰鑄鐵的強度及硬度下降，過低碳當量雖然能細化石墨，增加先共晶奧氏體量，但是傾向于提高共晶轉變過冷度。為滲碳體共晶的形成創造有利條件，同時鑄造性能和加工性能變差[1]。本試驗的碳含量3.0%～3.2%，硅含量1.8%～2.1%。

(2)錳：錳在鑄鐵中能強烈地降低鑄鐵的共晶、共析轉變溫度，擴大奧氏體區，錳降低了碳的活度，并使鑄鐵在較低溫度下進行共晶轉變和共析轉變。錳有促進并穩定珠光體的作用，使灰鐵件強度提高[2]。本試驗的錳含量0.7%～1.0%。

(3)磷：磷增加鑄鐵的脆性，故一般灰鐵件中含量越低越好，本試驗中磷含量＜0.04%。

(4)硫：硫一方面阻礙石墨化，另一方面和錳形成化合物，可作為石墨的非均質核心，有利于石墨的析出，本試驗的硫含量0.06%～0.12%。

(5)鉬：鉬是中等穩定碳化物形成元素和阻礙石墨化的元素，鉬可以細化并改善石墨分布，鉬能細化珠光體并增加其含量，同時鉬還可以強化珠光體中的鐵素體，因而能有效地提高鑄件的強度、硬度。因此常用來制造高強度灰鐵件[3]。本試驗鉬含量在0.5%～0.8%。

(6)鎳：鎳有促進石墨化、抑制碳化物形成的作用。鎳的添加對基體為珠光體的鑄態灰鐵來說，鎳含量越高使其強度越低，在奧氏體化條件下，隨著鎳含量的增加，強度明顯提高，鎳在珠光體為基體和奧氏體為基體時作用完全不同，常規條件下鎳在鐵素體相中形成固溶體，但是脆相滲碳體不會吸收鎳，奧氏體化鑄鐵中，鎳會存在于奧氏體和鐵素體相中雖然含量有所不同，但會使基體強度提高。本試驗鎳含量在0.2%～0.4%。

(7)銅：共晶轉變時銅提高穩定系共晶轉變溫度，降低亞穩定系轉變溫度，有較弱的石墨化作用。但通常不單獨用它作為促進石墨化的元素，這是因為加入銅后鑄鐵共晶團尺寸增大，石墨有變粗傾向。本試驗銅含量在0.5%～0.9%。

(8)錫：錫固溶于鐵。溶入的錫原子偏聚在石墨與奧氏體界面附近，對碳的擴散起阻擋作用，抑制先共析鐵素體析出，促進珠光體形成。錫有細化珠光體的作用，但作用較弱，此外，錫減小鑄鐵斷面敏感性。促進珠光體生成的同時并不增加白口傾向[3]。本試驗錫含量在0.04%～0.06%。

2 設備及熔煉工藝的選擇

2.1 生產設備和爐料

采用中頻電爐熔煉，在此選用Z18生鐵。廢鋼選用合金元素含量較低的碳鋼，所有的爐料質量都必須符合國家標準和技術文件要求，爐料的表面潔凈，無油無銹。增加一定的廢鋼比例獲得細片狀珠光體,本試驗采用的配料是60%～70%的廢鋼，5%～10%的生鐵，25%～35%的機鐵。

2.2 熔煉工藝

加料順序按廢鋼-機鐵-生鐵順序加入，保證材料質量穩定；熔化溫度小于1 380 ℃；熔化完成后取樣檢測，取樣溫度控制1 420～1 440 ℃之間；過熱溫度保證在1 490～1510 ℃之間。

2.3 孕育處理

(1)選用硅鋇孕育劑進行孕育處理，降低過冷傾向，改善薄斷面金相。

(2)孕育粒度3～7 mm。

(3)采用隨流孕育，孕育量為0.4%～0.6%，孕育時間占出鐵時間的80%以上。

3 性能結果

利用以上方法澆注一件氣缸頭產品，其最大壁厚為40 mm、最小壁厚為9 mm、鑄件毛坯質量約30 kg，以驗證其附鑄試塊及本體的硬度。其中氣缸頭附鑄試塊的尺寸為86 mm×16 mm，圖1是其典型的金相組織照片，從金相組織照片中可知，附鑄試塊的珠光體達95%以上，碳化物<1%；表1是所述附鑄試塊的力學性能檢測的測試數據。

4 結論

1）通過合理的成分控制及過程工藝控制，使得高強度材料的力學性能及金相達到了預期的要求：抗拉強度Rm≥350 MPa、本體硬度≥200 HB、A型石墨>70%。

圖1 氣缸頭金相組織照片

表1 氣缸頭力學性能檢測結果

2）本材料通過實體產品驗證，材料性能符合要求，鑄件尺寸及縮松無問題。

參考文獻

[1] 吳德海,錢立,等.灰鑄鐵球墨鑄鐵及其熔煉[M].北京:中國水利水電出版社，2006:49- 60.

[2] 陳琦. 鑄鐵件配料實用手冊[M]. 北京：機械工業出版設，1992.

[3] 郝石堅.現代鑄鐵學[M].北京:冶金工業出版社，2009:50- 55.

[4] 解慶東. 多元合金高鉻白口鑄鐵性能的研究[J]. 中國鑄造裝備與技術,1996(6).

[5] 齊亞平,于化順, 臧加倫. 灰鑄鐵缸蓋氣孔缺陷的防止措施[J].中國鑄造裝備與技術,2009(3).

Melting process of high strength alloying cylinder head

HAN Jun，DU ZhengZheng
（Kocel machinery Co., Ltd., Yinchuan 750021,Ningxia, China )

Abstract:This paper through reasonable choice of chemical composition and combined with the treatment of multi-element low alloy melting process, and long-lasting inoculants intensify inoculation effect, improve casting microstructure and graphite shape, achieve high strength alloy cylinder head casting more than successful melting of the material.

Keywords:alloying; high strength; melting

中圖分類號：TG243+.1；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）02-0020-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.02.006

收稿日期:2015- 09- 14

作者簡介：韓軍（1984—），男，碩士研究生，現主要從事鑄鐵熔煉技術的研究工作.