釩鈦含量及硬度對離心鑄造氣缸套切削性能的影響分析

摘要：本文主要圍繞離心鑄造氣缸套展開論述，探討了其中的微量元素釩、鈦含量對其切削性能的影響，此外，還對相同材質(zhì)及型號的氣缸套硬度進(jìn)行了檢測，從而進(jìn)一步分析影響氣缸套切削性能的主要要素，以此來為今后的生產(chǎn)實(shí)踐提供有力依據(jù)和相應(yīng)的工藝措施。

關(guān)鍵詞：釩鈦含量;硬度;離心鑄造氣缸套;切削性能

當(dāng)前，在全球人口基數(shù)日益增長的趨勢下，其對于能源的需求也不斷增加，而能源又并非取之不盡用之不竭，因此，在我們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活過程中，還需注重節(jié)能減排。隨著國際油價的不斷上漲，人們對于汽車的油耗和排量問題也更為關(guān)注。然而，大多數(shù)汽車發(fā)動機(jī)中的氣缸套大都為一些半成品，且經(jīng)一次性加工而成，因此，其機(jī)加工性能對于生產(chǎn)成本及生產(chǎn)效率具有重要影響。為了進(jìn)一步提升國產(chǎn)氣缸套的機(jī)加工性能，需改善其各鑄件化學(xué)成分，鑒于此，本文作了具體探究，內(nèi)容如下。

1.????? 釩鈦含量對離心鑄造氣缸套切削性能的影響

1.1?? 試驗(yàn)條件

選取設(shè)備為臥式離心澆注機(jī)兩臺、500kg 中頻感應(yīng)電爐。爐料配比為：生鐵：廢鋼：回爐料 =1：1：3，為調(diào)整其中的化學(xué)成分，還需加入電解銅、釩鐵、鈦鐵、硅鐵、錳鐵等，鐵水出爐溫度為1450-1480℃，模具溫度為350-450℃，澆注溫度1300-1380℃，出缸溫度不大于850℃，具有0.6%的孕育量，熔煉出型后需進(jìn)行冷卻處理。保持鑄造工藝條件不變，將電爐中的鐵水化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整，使其具有不同含量的釩、鈦，并加工成相應(yīng)釩、鈦含量的鑄件，經(jīng)高速切削加工后進(jìn)行對比。

1.2?? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次鑄造生產(chǎn)試驗(yàn)方案共有以下五種：其一、依據(jù)常規(guī)配料獲取低釩、低鈦;其二、將鈦含量增至正常配料的0.03%;其三、將鈦增至正常配料的0.05%;其四、將釩增至正常配料的0.19%;其五、將釩增至正常配料的0.2%。鑄造配料熔煉，并對其化學(xué)成分進(jìn)行檢測，針對合格者進(jìn)行澆注。將金相組織進(jìn)行對比，并拋光低釩鈦和高鈦樣塊，然后采用濃度為

4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行侵蝕，在顯微鏡下觀察可知，鈦含量增加，其基體組織中的碳化物也隨之增多。

1.3?? 試驗(yàn)結(jié)果分析

依據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果可知，釩、鈦含量增加時，刀具磨損量隨之升高，然而相比于釩，鈦含量的多少具有較大影響。材料中的碳化釩、碳化鈦等硬質(zhì)點(diǎn)，會影響其切削性能。在強(qiáng)碳化物中，釩、鈦?zhàn)鳛橹饕慕M成元素，其碳化物的硬度相對較高，分別為碳化釩2800HV，碳化鈦3200HV。因此，為了提升氣缸套的切削性能，需采取有效措施將硬質(zhì)點(diǎn)降低。

鈦與碳和氮都具有較強(qiáng)的結(jié)合力，分別形成碳化鈦和氮化鈦，其硬度較高，且具有較強(qiáng)的耐磨性，因此，刀具的磨損情況主要受鈦含量的影響。綜合以上情況可知，在日常生產(chǎn)加工中需加強(qiáng)對生鐵中鈦含量的控制。

2.????? 硬度對離心鑄造氣缸套切削性能的影響

2.1?? 試驗(yàn)條件

熔煉器材為500kg 中頻感應(yīng)電爐，臥式離心澆注機(jī)兩臺。爐料配比分別為：生鐵20%，廢鋼20%，回爐料60%，加入適量的鈦鐵、釩鐵、硅鐵、錳鐵及增碳劑等，對化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整，保持鐵水出爐溫度、澆注溫度及模具溫度分別為：1450-1480℃、1300-1380℃、350-450℃，孕育量為0.6%，待鑄件出型后進(jìn)行冷卻。采取相同的鑄造工藝條件，并對鑄件的出模溫度進(jìn)行調(diào)整，加工并挑選一批鑄件，使其硬度不同，然后對比其高速切削情況。

2.2?? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

設(shè)置的鑄造出模溫度共包含以下三種情況：其一、出模溫度為800-850℃;其二、出模溫度為700-750℃;其三、為600-650℃。加工生產(chǎn)出的鑄件，使其成為半成品，然后對鑄件的洛氏硬度進(jìn)行檢測，檢測工具為布氏硬度計，選取三種缸套，使其硬度范圍分別為：<220HB、220～270HB、>270HB，對其分別進(jìn)行高速切削加工，然后對刀具的磨損量進(jìn)行檢查。

2.3?? 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上試驗(yàn)可總結(jié)出，鑄件的材質(zhì)相同時，硬度越高，其刀具的磨損量也隨之增加。在一定條件下，灰鑄鐵的硬度可表示鑄件的耐磨性大小、強(qiáng)度高低及切削性能等。灰鑄鐵的硬度值介于石墨和基體的硬度值之間，鑄件石墨的數(shù)量、形態(tài)、分布以及基體構(gòu)造等，都會影響其硬度大小，并最終對鑄件的切削性能造成重要影響。

灰鑄鐵的硬度升高時，其鑄件的耐磨性也隨之得到改善，從而直接提升基體的抗刀具切削能力。保持刀具參數(shù)相同時，在進(jìn)行機(jī)械加工的過程中，刀具具有逐漸增加的磨損量，從而對鑄件的切削性能產(chǎn)生重要影響。

此外，為了確保生產(chǎn)的鑄件硬度較高，還需將一些合金元素加入生產(chǎn)過程中，并借助合金化條件，來提升基體的硬度，進(jìn)入合金時，鐵液將具有較為明顯的白口傾向和收縮現(xiàn)象，加入量較多時，將有碳化物出現(xiàn)，并對鑄件的石墨數(shù)量及形態(tài)造成影響，最終影響到鑄件的切削性能。

3.????? 結(jié)語

本文通過試驗(yàn)主要分析了釩鈦含量、鑄件硬度對離心鑄造氣缸套切削性能的影響，并分別得出了以下試驗(yàn)結(jié)論：一、（1）在生產(chǎn)過程中，需控制有害元素的加入量，最好采取低鈦生鐵。（2）離心鑄造氣缸套的機(jī)加切削性能與材料的化學(xué)成分、鑄造設(shè)備及工藝均相關(guān)。此外，生產(chǎn)操作的過程及參數(shù)也會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。二、（1）在進(jìn)行離心鑄造加工的過程中，為了進(jìn)一步改善刀具的加工性能，并將鑄造材料損耗大大降低，需首先滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求，然后盡可能降低鑄件的硬度，使其保持在中下限水平。（2）離心鑄造氣缸套的機(jī)加切削性能不僅取決于材料的硬度，同時也受鑄造設(shè)備及工藝的影響。除此之外，過程參數(shù)及過程操作情況，對產(chǎn)品質(zhì)量也會產(chǎn)生重要影響。

綜上，在實(shí)際的生產(chǎn)加工過程中，為了進(jìn)一步提升離心鑄造氣缸套的切削性能，不僅需要嚴(yán)格控制鑄件中釩、鈦的含量，還需保持其具有適宜的硬度值范圍，此外，還需對生產(chǎn)過程中使用的工藝流程及鑄造設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格挑選，以此來充分保障離心鑄造氣缸套的質(zhì)量，使其具有較為良好的切削性能。

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作者簡介：

劉寶太（1965.12）男，漢，江蘇揚(yáng)州，助理工程師，中專，研究方向：金屬材料、理化分析.