（材料加工工程專(zhuān)業(yè)論文）灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織與力學(xué)性能的研究.pdf

h j， 一讎一l 嬲煳 論文作者簽名： 強(qiáng)婀 i 學(xué)位論文使用授權(quán)說(shuō)明 加抄年占月即日 本人完全了解廣西大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本： 學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)； 學(xué)?？梢圆捎糜坝?、，縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文； 在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 請(qǐng)選擇發(fā)布時(shí)間： 團(tuán)即時(shí)發(fā)布口解密后發(fā)布 ( 保密論文需注明，并在解密后遵守此規(guī)定) 敝儲(chǔ)戳卻聊獬：蠆么p 撕 b i q 灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織 與力學(xué)性能的研究 摘要 本文探討了普通灰鑄鐵利用離心鑄造余熱直接進(jìn)行等溫淬火工藝，考察 了該工藝處理后的組織和性能，以及孕育處理和w 、m o 、c u 微合金化對(duì) 該工藝處理后組織和性能的影響。采用光學(xué)顯微鏡，掃描電子顯微鏡和x 射線儀對(duì)不同工藝條件下的汽缸套毛坯試樣的組織進(jìn)行了分析。測(cè)試了不 同工藝條件下汽缸套毛坯試樣的硬度、沖擊韌性以及耐磨性能。研究表明： 普通成分灰鑄鐵通過(guò)離心鑄造鑄造余熱等溫淬火工藝有關(guān)階段冷卻速 度的控制，可以獲得以貝氏體為主的混合基體組織灰鑄鐵汽缸套毛坯。毛 坯的硬度可由普通鑄態(tài)下的h v 2 2 8 提高到h v 4 1 3 ，耐磨性和沖擊功均提高 2 倍以上。 孕育處理可以使該工藝處理后汽缸套毛坯的基體組織以及石墨尺寸、形 態(tài)和分布得到改善，硬度、沖擊功和耐磨性均得到明顯提高。 孕育處理輔以w 、m o 、c u 微合金化可以進(jìn)一步改善該工藝處理后的硬 度、沖擊功以及耐磨性。 對(duì)于普通灰鑄鐵，推薦實(shí)驗(yàn)室離心鑄造等溫淬火工藝為：澆注溫度 1 3 5 0 ，9 5 0 出模，移至8 7 0 保溫爐中保溫2 5 h 后，3 0 0 鹽浴爐等溫 淬火1 5 h 。該工藝在減少經(jīng)濟(jì)成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度及改善工作環(huán)境上具有 一定的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：鑄造余熱貝氏體等溫淬火汽缸套組織性能 i i p r o c e s s ，a sw e l la st h ee f f e c t so fi n o c u l a t i o na n dw jm o ，c um i c r o a l l o y i n go n m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t ya r ei n v e s t i g a t e d w h a t sm o r e ，o p t i c a lm i c r o s c o p y , s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ya n dx - r a y i n s t r u m e n ta r eu s e dt o s t u d yt h e c o m p o s i t i o na n dm i c r o s t r u c t u r eo ft h eb l a n ks a m p l e sw h i c ha r eu n d e rd i f f e r e n t p r o d u c t i o np r o c e s s e s i na d d i t i o n ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，a b r a s i o nr e s i s t a n c ea n d i m p a c tt o u g h n e s s o fd i f f e r e n ts a m p l e sa r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ： c y l i n d e rb l a n k ，am i x e dm i c r o s t r u c t u r ew h i c hw a sm a i n l yb a i n i t ew i t hg r a y c a s ti r o n ，c a nb eo b t a i n e db yc o n t r o l l i n gt h ec o o l i n gr a t ei nt h es t a g eo f c e n t r i f u g a lc a s t i n gh e a ti s o t h e r m a lq u e n c h i n g t h eh a r d n e s so ft h eb l a n kc a nb e i m p r o v e df r o mh v 2 2 8t oh v 4 6 7 ，a n dm e a n w h i l et h ea b r a s i o nr e s i s t a n c ea n d i m p a c tt o u g h n e s sb o t hw e r ei n c r e a s e dm o r e t h a nt w ot i m e s a f t e ri n o c u l a t i o n ，t h ec y l i n d e rb l a n km i c r o s t r u c t u r ea n dg r a p h i t es i z e ， s h a p ea n dd i s t r i b u t i o ng e ts o m ei m p r o v e m e n t s t h eh a r d n e s s ，i m p a c tt o u g h n e s s a n da b r a s i o nr e s i s t a n c ea r ei m p r o v e d t h eh a r d n e s s ，i m p a c tt o u g h n e s sa n da b r a s i o nr e s i s t a n c ea r ef u r t h e r i m p r o v e da f t e rt h ep r o c e s so fi n o c u l a t i o ns u p p l e m e n t e dw i t hw ：m o ，c u n l m i c r o a l l o y i n g f o rc o m m o ng r e yi r o n ，t h er e c o m m e n d e dc e n t r i f u g a lc a s t i n ga u s t e m p e r i n g p r o c e s s i n gu n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n si sa sf o l l o w s ：a f t e rt h e13 5 0 。cg a t i n ga n d 9 50 。cm o u l du n l o a d i n g t h ei r o ni sk e p ta t8 7 0 。cf o r2 5 hi nt h eh o l d i n gf u r n a c e ， a n dt h e nw a sa u s t e m p e di nb r i n ea t3 0 0 。cf o r1 5 h t h i sp r o c e s sh a sc e r t a i n a d v a n t a g e so nr e d u c i n ge c o n o m yc o s t ，l a b o ri n t e n s i t ya n di m p r o v i n gw o r k i n g e n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：c a s t i n gh e a t ； b a i n i t i c ；a u s t e m p e r i n g ；c y l i n d e r ； m i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s - 0 1 2 2 汽缸套的研究現(xiàn)狀與發(fā)展。4 1 2 3 貝氏體鑄鐵在汽缸套方面的研究5 1 3 本文的研究目的、路線和主要內(nèi)容7 1 3 1 本文的研究目的和路線7 1 3 2 本文的主要內(nèi)容8 第二章汽缸套毛坯工藝方案的制定與實(shí)施：9 2 1 汽缸套毛坯工藝的制定9 2 1 1 熱出模保溫溫度的理論依據(jù)及制定9 2 1 2 等溫淬火溫度的理論依據(jù)及制定1 0 2 2 汽缸套毛坯的制備1 1 2 2 1 材料成分選擇1 1 2 2 2 離心鑄造鑄型轉(zhuǎn)速的選擇1 2 2 2 3 離心鑄造涂料的制備1 4 2 2 4 鑄鐵的熔煉及試樣的制備：2 15 2 4 本章小結(jié)一1 9 第三章汽缸套毛坯的組織結(jié)構(gòu)分析2 0 3 1 實(shí)驗(yàn)方法2 0 3 1 1 顯微組織觀察2 0 3 1 2x 一射線衍射分析2 1 3 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 1 3 2 1 試樣顯微結(jié)構(gòu)觀察2 1 3 2 2x 一射線衍射2 4 4 3 1 實(shí)驗(yàn)方法：3 7 4 3 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果3 9 4 3 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論4 1 4 4 結(jié)j 滄4 2 4 5 本章小結(jié)i 4 2 第五章工藝經(jīng)濟(jì)成本分析4 3 5 1 工藝經(jīng)濟(jì)成本分析理論依據(jù)與方法4 3 5 2 汽缸套毛坯工藝經(jīng)濟(jì)成本分析4 4 5 2 1 汽缸套毛坯生產(chǎn)工藝4 4 5 2 2 工藝成本分析4 5 5 3 本章小結(jié)4 8 第六章結(jié)論及展望4 9 6 1 論文結(jié)論4 9 6 2 展望4 9 參考文獻(xiàn)5 1 致謝5 6 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文情況5 7 廣西大學(xué)碩士掌位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織與力學(xué)性能的研究 1 1 引言 第一章緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)振興的地位變得尤為重要。發(fā)動(dòng)機(jī) 是汽車(chē)的心臟，而汽缸套又是發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件。因此，汽缸套性能的優(yōu)劣性直接影響 著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和使用壽命。高性能、高質(zhì)量、低消耗是對(duì)汽缸套標(biāo)準(zhǔn)化的要求， 也是適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)發(fā)展的要求。汽車(chē)工業(yè)作為廣西工業(yè)發(fā)展的重要支柱性產(chǎn)業(yè)之一， 對(duì)廣西經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和騰飛起著相當(dāng)重要的推動(dòng)作用，因此研制開(kāi)發(fā)出適用于實(shí)際生產(chǎn) 的，組織穩(wěn)定的，高性能的貝氏體灰鑄鐵汽缸套對(duì)廣西汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展有著極其重要的 意義和影響。隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)正向大功率、高性能、高精度的方向發(fā)展， 相應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的性能要求也越來(lái)越高，從服役時(shí)間到缸體精度，都提出了更嚴(yán)格 的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在普遍運(yùn)用的生產(chǎn)工藝如碳氮共滲、等離子淬火處理、激光淬火等表面處理 方法及等溫淬火熱處理工藝、孕育處理的運(yùn)用和合金元素的添加都可以提高汽缸套的性 能和壽命。目前，國(guó)內(nèi)外各生產(chǎn)廠家都在致力于研究如何在成本增加不大的情況下，生 產(chǎn)高性能的鑄鐵汽缸套【1 4 】。貝氏體鑄鐵是當(dāng)前先進(jìn)的汽缸套材料，具有更高的強(qiáng)度和 硬度、更良好的韌性及耐磨性，延長(zhǎng)了汽缸套的使用壽命2 - - - 3 倍，進(jìn)而滿(mǎn)足了發(fā)動(dòng)機(jī)企 業(yè)日益提高的大修期要求【9 】。因此，采用鑄態(tài)下直接得到貝氏體鑄鐵的技術(shù)來(lái)制造內(nèi)燃 機(jī)汽缸套，不僅能夠顯著提高汽缸套的機(jī)械性能和使用壽命，而且也使相對(duì)成本大大降 低，這對(duì)提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的作用【5 j 。本論文旨在通過(guò)在離心鑄造中 對(duì)灰鑄鐵澆注后冷卻速度的控制，利用鑄造余熱進(jìn)行等溫淬火、輔以孕育處理和添加微 量合金元素等處理工藝，來(lái)探討在鑄造后直接獲得以貝氏體為主的混合基體組織的灰鑄 鐵汽缸套毛坯的工藝生產(chǎn)方法。希望得到成本提高不大，甚至有所降低，且適用于工業(yè) 化生產(chǎn)的貝氏體汽缸套制備工藝。 1 2 汽缸套的基本概況 1 2 1 汽缸套的工作概況及性能要求 汽缸套作為汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，它與活塞環(huán)、氣缸蓋、活塞構(gòu)成了內(nèi)燃 廣西大學(xué)碩士掌位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝， 機(jī)的燃燒室【6 7 】。如圖1 - 1 所示： 圖1 1 內(nèi)燃機(jī)圖 f i g1 - 1i n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n e 在汽車(chē)行駛過(guò)程中，汽缸套與活塞環(huán)在做高速相互運(yùn)動(dòng)，零件內(nèi)部產(chǎn)生極大的熱應(yīng) 力以及機(jī)械應(yīng)力，其工作條件有著獨(dú)有的特殊性，特點(diǎn)如下： ( 1 )溫度高：活塞環(huán)和汽缸套與火焰頻繁接觸，工作環(huán)境溫度比較高。一般情況 下，汽缸套上部的溫度可達(dá)到2 0 0 度左右，在高溫中，零件表面的機(jī)械性能和硬度有所 下降，機(jī)油會(huì)變稀或者燃燒掉，從而導(dǎo)致磨損加劇。 ( 2 )高壓：活塞環(huán)在自身彈力以及背壓的作用下緊壓在汽缸套缸壁上，并且具有 沖擊性，因而很難建立和保持穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，導(dǎo)致機(jī)械磨損加劇，從而極其容易造成缸 套損壞。 ( 3 ) 高速以及上下死點(diǎn)速度為零：活塞在汽缸套里面的速度可以達(dá)到十幾米每 秒，但是尤為注意的是，活塞在上下死點(diǎn)時(shí)，速度為零，并且瞬時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向?；钊?環(huán)由一側(cè)迅速靠向另一側(cè)，造成潤(rùn)滑油膜的破裂，從而導(dǎo)致汽缸套基體磨損破壞。 ( 4 ) 存在腐蝕介質(zhì)和機(jī)械雜質(zhì)：汽缸套內(nèi)可燃混合氣體燃燒引起生成的礦物酸 和有機(jī)酸對(duì)汽缸套表面產(chǎn)生腐蝕作用，造成汽缸套變形。在汽缸工作時(shí)，空氣中的灰塵 和潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入汽缸套內(nèi)部，隨活塞在汽缸中高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使汽缸套內(nèi)表面 發(fā)生破壞。 由上可知，汽缸套的工作條件是極其惡劣和復(fù)雜多變的。正是因?yàn)槠滋走@種極端 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫 事火的工。 ；、組織與力學(xué)性胄皂的研究 苛刻的工作環(huán)境，使得對(duì)其性能的標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。汽缸套不但應(yīng)該具有高的強(qiáng) 度和硬度，還需要良好的沖擊韌性和耐磨性能，這樣才能夠滿(mǎn)足汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的發(fā)展 需求。 國(guó)外一般采用抗拉強(qiáng)度大于2 5 0m p a 的灰鑄鐵和合金鑄鐵制造，也有采用q t 5 0 0 7 球墨鑄鐵進(jìn)行制造，并采用高頻感應(yīng)表面淬火，整體淬火以及等溫淬火等工藝，以及經(jīng) 調(diào)質(zhì)、滲氮或硬質(zhì)鍍鉻等特殊處理，以減少磨損。 而我國(guó)汽缸套標(biāo)準(zhǔn)g b l l 5 0 8 2 要求汽缸套材料的強(qiáng)度應(yīng)不低于h t 2 0 0 牌號(hào)，對(duì)各 類(lèi)汽缸套的硬度要求見(jiàn)表1 1 【8 】： 表1 - 1 汽缸套硬度要求 t a b l e1 一lt h eh a r d n e s so f t h ec y l i n d e rb l a n k 目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的部分汽缸套成分和力學(xué)性能見(jiàn)表1 2 ： 表1 - 2 汽缸套鑄鐵部分成分、性能及應(yīng)用 ! 墊! ! ! ：! 壘! 竺2 巴2 2 1 i ! i 竺翌：巳! 墮_ o 翌! 壘里里曼苧型壘p ! i 竺型1 2 竺2 1 呈蘭! ! 1 2 翌 類(lèi)別 磷鉻鑄鐵磷鑄鐵鉻鋁銅鑄鐵硼鑄鐵 硼釩鈦鑄鐵 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織與力學(xué)性冀毛的研究 因此，為了提高汽缸套的耐磨性，國(guó)內(nèi)多采用硼鑄鐵，高磷鑄鐵等合金鑄鐵來(lái)改善 汽缸套的硬度和磨損性能。其中，j b 2 3 3 0 7 8 對(duì)內(nèi)燃機(jī)高磷鑄鐵汽缸套金相組織的要求 是：石墨應(yīng)為片狀、菊花狀，允許有過(guò)冷石墨，基體應(yīng)為細(xì)片狀或者中等片狀珠光體， 允許有少量游離鐵素體( 5 ) 和小塊游離滲碳體( 3 ) 存在；磷共晶為均勻斷續(xù) 網(wǎng)狀或者分散分布。 1 2 2 汽缸套的研究現(xiàn)狀與發(fā)展 由于汽缸套工作條件的苛刻性，為了避免汽缸套變形破壞以及過(guò)早疲勞損壞，汽缸 套必須具有良好的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度以及抗咬和性能?；诣T鐵因其本身所具有的減磨、 自潤(rùn)滑、減震、容易加工、價(jià)格低等因素而普遍被用于汽缸套生產(chǎn)。隨著技術(shù)進(jìn)步，汽 缸套材料多是耐磨鑄鐵，如硼鑄鐵：高磷鑄鐵等新型材料。另外，下貝氏體鑄鐵以它特 有的優(yōu)越機(jī)械性能受到越來(lái)越多的材料研究者的關(guān)注，眾多研究者認(rèn)為下貝氏體鑄鐵將 成為未來(lái)最有發(fā)展前景的汽缸套材料。根據(jù)缸套的應(yīng)用需要，還需添加鎳，鉻，銅，鉬 等元素，以提高汽缸套的使用性能1 2 】。隨著對(duì)汽缸套性能要求的不斷提高，其新材料和 新工藝不斷涌現(xiàn)。 最近，日本某建筑機(jī)械制造企業(yè)用高精度尺寸電焊鋼管取代了最初使用的無(wú)縫鋼 管，應(yīng)用于所生產(chǎn)的推土機(jī)和鏟土機(jī)等缸體中。日本現(xiàn)在開(kāi)發(fā)出的汽缸用的高精度尺寸 鋼管，在生產(chǎn)時(shí)采用二段式頂頭的拔管擴(kuò)管法，其結(jié)果可以確保穩(wěn)定殘余應(yīng)力，內(nèi)壓疲 勞極限提高了1 7 。 日本本田公司采用壓力鑄造法在鋁合金缸體的內(nèi)表面形成纖維體積含量為1 3 左 右的2i l l m 厚的纖維混合物為增強(qiáng)層，因?yàn)殇X合金良好的導(dǎo)熱性，缸體的冷卻效率得以 提高，同時(shí)，缸體的滑動(dòng)摩擦性能大幅度得到提升，汽車(chē)的回轉(zhuǎn)響應(yīng)以及操作性等性能 得到了大為改善，油耗降低，功率提高。此工藝自1 9 8 9 年投入生產(chǎn)以后，取得很好的經(jīng) 濟(jì)效益。 另外，有研究者提出利用消失模鑄造汽缸套毛坯工藝方法。通過(guò)該工藝生產(chǎn)的汽缸 套毛坯經(jīng)過(guò)測(cè)試，金相組織和機(jī)械性能均達(dá)到了汽缸套的標(biāo)準(zhǔn)要求。采用消失模鑄造生 產(chǎn)壁厚小于2 0i l n l 的汽缸套毛坯，材料利用率提高2 0 ，機(jī)械加工余量減少5 0 ，節(jié)約 工時(shí)1 0 2 0 ，汽缸套的綜合生產(chǎn)成本降低1 0 以上，經(jīng)濟(jì)效益明顯。 由于缸套零件比較簡(jiǎn)單，其毛坯形狀是一個(gè)圓筒狀，離心鑄造以其組織致密、工效 高的特點(diǎn)，特別適合作為規(guī)則回轉(zhuǎn)體的汽缸套毛坯澆注，因此，利用離心鑄造工藝生產(chǎn) 4 廣西大學(xué)碩士掌位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工t ；、組織與力學(xué)性胄邑的研究 汽缸套已被世界上大約有9 0 的汽缸套制造商所采用。目前，我國(guó)約有8 0 0 0 萬(wàn)只缸套是 通過(guò)離心鑄造工藝來(lái)生產(chǎn)的【1 3 】。汽車(chē)、拖拉機(jī)的汽缸套生產(chǎn)量最大，一般毛坯內(nèi)徑在8 0 - - , 1 9 0r n r n ，屬于小型缸套。對(duì)于小型缸套一般采用單體的金屬型臥式離心鑄造機(jī)進(jìn)行鑄 造，部分企業(yè)則應(yīng)用多工位離心機(jī)。而船舶和機(jī)車(chē)的汽缸套，則尺寸較大，有些內(nèi)徑可 超過(guò)3 5 0m m 。對(duì)于此類(lèi)型的汽缸套則多采用砂型和滾胎型離心鑄造機(jī)【1 4 】。近來(lái)德國(guó)提 出了使用離心機(jī)鑄出較長(zhǎng)的圓筒件，然后切割成缸套的工藝方法。 在汽缸套的表面處理工藝方面，由于汽缸套在與活塞環(huán)進(jìn)行相互運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，汽 缸內(nèi)部的摩擦壓力是非常大的，因此，對(duì)汽缸套進(jìn)行表面處理，提高其表面硬度和耐磨 性能是相當(dāng)必要的。傳統(tǒng)的表面處理方法主要是進(jìn)行滲碳表面處理、滲氮處理以及碳氮 共滲處理等幾種處理工藝。后來(lái)隨著汽缸套表面處理技術(shù)的不斷發(fā)展，電鍍技術(shù)、激光 表面處理、等離子處理等先進(jìn)的表面處理工藝也逐漸得以推廣。這幾種表面處理工藝在 研究以及使用過(guò)程中各有各自的特點(diǎn)。汽缸套表面經(jīng)過(guò)碳氮共滲后，其耐磨性能是未經(jīng) 過(guò)處理的汽缸套的2 倍，表面硬度也得到了很大的提升。不過(guò)離子碳氮共滲的硬化層低 于氣體碳氮共滲，因此，采用氣體碳氮共滲進(jìn)行汽缸套表面處理比離子碳氮共滲更為理 想【9 】。而激光表面處理就是一種經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)，它利用激光掃描缸套，使其表層金 屬迅速加熱到某一較高的溫度，然后再使其迅速冷卻，能夠大幅度提高氣缸套的耐磨性 能和使用壽命。有文獻(xiàn)表明經(jīng)過(guò)激光處理的汽缸套比未處理的汽缸套硬度提高3 倍左右， 耐磨性能提高3 倍以上，可使得內(nèi)燃機(jī)的工作壽命提高2 倍以上i l 引。當(dāng)前，采用等離子束 在缸套內(nèi)壁噴涂一層耐磨損、耐高溫的陶瓷層，即陶瓷汽缸套是目前最先進(jìn)的汽缸套， 但如果將其進(jìn)行廣泛地運(yùn)用，還存在著很多技術(shù)上的問(wèn)題沒(méi)有解決。 1 2 3 貝氏體鑄鐵在汽缸套方面的研究 貝氏體鑄鐵具有優(yōu)越的綜合機(jī)械性能，延長(zhǎng)了汽缸套的使用壽命，非常適用于作為 汽缸套的基體材料，所以受到了國(guó)內(nèi)外眾多汽車(chē)企業(yè)越來(lái)越廣泛的關(guān)注。一般說(shuō)來(lái)，由 于硬度對(duì)材料的耐磨性有很大影響，鐵素體的硬度比珠光體低，珠光體的硬度比貝氏體 低，因此耐磨性是按鐵素體珠光體貝氏體的順序提高的。貝氏體尤其是其所 具有的優(yōu)異強(qiáng)韌性，一直受到人們的重視。貝氏體鑄鐵主要以貝氏體組織為基體，再 加上殘余奧氏體和石墨( 或碳化物) ，另外由于獲得貝氏體組織工藝的不同，有些組織 中還存在著少量馬氏體組織。目前，為了獲得貝氏體基體組織的灰鑄鐵材料普遍采用以 下三種方法：通過(guò)添加合金元素，利用合金元素的作用阻礙奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，在 5 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織與力學(xué)性能的研究 鑄態(tài)下直接獲得以貝氏體組織為主的鑄鐵；利用傳統(tǒng)貝氏體等溫淬火工藝獲得貝氏體鑄 鐵：通過(guò)微量合金化和熱處理工藝獲得貝氏體鑄鐵。 西安交通大學(xué)的毛永衛(wèi)等人提出通過(guò)m o 、n i 合金化可以得到鑄態(tài)貝氏體組織汽缸 套，其m o 、n i 含量為1 o 1 5 c u 可以部分代替m o 、全部或者部分代替n i ，當(dāng) m o 含量為1 0 1 5 ，c u 含量為1 3 1 9 時(shí)也能夠得到鑄態(tài)貝氏體汽缸套，其 綜合機(jī)械性能能夠達(dá)到康明斯汽缸套技術(shù)要求6 】。 吉林工業(yè)大學(xué)賈樹(shù)盛等人通過(guò)在普通灰鑄鐵中加入鎢、鉬兩種合金元素，鑄態(tài)下可 獲得貝氏體基體。該鑄鐵的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到4 5 0 - - 6 1 3m p a ，h b 達(dá)到2 8 0 - - - 3 6 0 ，所得鑄 鐵的組織為：針條狀貝氏體+ 類(lèi)蠕蟲(chóng)狀石墨+ 殘余奧氏體和馬氏體混合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 鎢和鉬的加入量對(duì)鑄鐵的組織及力學(xué)性能有明顯的影響。較低的w 、m o 加入量不能完 全抑制珠光體形成，過(guò)高的w 、m o 加入，特別是m o 量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致碳化物增多，這 對(duì)綜合力學(xué)性能不利【1 羽。 有研究表明在9 0 0 奧氏體化保溫2 小時(shí)，3 2 5 。c 進(jìn)行等溫淬火1 5 小時(shí)，灰鑄鐵、 蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵的基礎(chǔ)組織為貝氏體為主，還存在2 5 左右的殘余奧氏體，經(jīng)過(guò)等 溫淬火處理后，三種鑄鐵的硬度和抗拉強(qiáng)度提高5 0 ，沖擊韌性是未經(jīng)過(guò)等溫淬火處理 的2 倍【1 9 】。 有文獻(xiàn)提出普通灰鑄鐵經(jīng)過(guò)8 6 0 奧氏體化保溫2 小時(shí)，然后經(jīng)過(guò)3 0 0 等溫淬火 1 5 小時(shí)，可以獲得以貝氏體為基體的組織，硬度和沖擊韌性分別提高1 倍和2 倍，抗 拉強(qiáng)度由2 4 5m p a 提高到3 28 m p a ，顯著提高其力學(xué)性能，能夠應(yīng)用于貝氏體鑄鐵汽缸 套的生產(chǎn)【2 0 2 。 有研究者提出通過(guò)添加合金元素，在8 5 0 9 5 0 。c 奧氏體化溫度范圍和2 6 0 , - - - , 4 2 0 。c 等 溫溫度范圍的條件下，對(duì)球墨鑄鐵進(jìn)行等溫淬火處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在此條件下能夠 獲得奧氏體和貝氏體的復(fù)合基體，其力學(xué)綜合性能有了一個(gè)很大的提高，尤其是在其耐 磨性這方面【2 2 1 。 綜上所述，通過(guò)各種處理工藝都能夠獲得貝氏體基體的鑄鐵汽缸套，都可以較大程 度地提高氣缸套的綜合機(jī)械性能和工作壽命，提高汽車(chē)的整體性能指標(biāo)，但是在不同程 度上都提高了生產(chǎn)成本。因此，生產(chǎn)出高性能的鑄鐵汽缸套并能減少成本，已經(jīng)開(kāi)始成 為各大汽車(chē)廠商越來(lái)越關(guān)注的重要課題。 6 廣。西大學(xué)碩士學(xué)位論文 灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫 攀火的工藝組織與力學(xué)性冀豈的研究 1 3 本文的研究目的、路線和主要內(nèi)容 1 3 1 本文的研究目的和路線 本文的研究目的是探討在離心鑄造條件下，利用鑄造余熱直接進(jìn)行等溫淬火以得到 貝氏體鑄鐵汽缸套的實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)工藝。 研究路線如下： 1 、探討普通灰鑄鐵在三個(gè)不同熱出模溫度保溫溫度下，利用鑄造余熱進(jìn)行等溫淬 火的汽缸套毛坯生產(chǎn)工藝，并分別對(duì)毛坯的組織與性能進(jìn)行了觀察和測(cè)試。 2 、通過(guò)對(duì)毛坯的組織與性能的檢測(cè)，選擇毛坯性能最優(yōu)的一個(gè)熱出模保溫溫度的 生產(chǎn)工藝，在此生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行孕育處理，觀察其組織與性能的變化。 3 、在毛坯性能最好的熱出模保溫溫度的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，輔以微合金化和孕育 處理，并對(duì)所得毛坯的組織與性能進(jìn)行觀察與測(cè)試。 圖卜2 研究路線 f i g 卜2r e s e a r c hl i n e 8 廣西大學(xué)碩士掌位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織與力學(xué)性冀邑的研究 第二章汽缸套毛坯工藝方案的制定與實(shí)施 本章主要研究普通灰鑄鐵汽缸套毛坯的生產(chǎn)工藝方法，并采用不同的生產(chǎn)工藝方法 進(jìn)行了汽缸套毛坯的制備。 2 1 汽缸套毛坯工藝的制定 2 1 1 熱出模保溫溫度的理論依據(jù)及制定 石墨化過(guò)程就是鑄鐵中析出碳原子形成石墨的過(guò)程。鑄鐵在結(jié)晶和冷卻過(guò)程中，隨 著溫度的降低，各溫度階段都會(huì)有石墨析出。石墨既可以從液態(tài)中產(chǎn)生，也可以從奧氏 體中析出，還可從滲碳體分解得到。在凝固完成時(shí)，第一階段石墨化過(guò)程也基本完成， 并隨著溫度的降低，開(kāi)始進(jìn)行第二階段石墨化過(guò)程。另外，滲碳體也在此溫度區(qū)間分解 出一定量的石墨，形成二次石墨，二次石墨化程度對(duì)最終基體組織的形成有著直接的影 響。另外，合適的奧氏體保溫溫度和保溫時(shí)間不僅能使組織中右墨化過(guò)程相對(duì)充分進(jìn)行， 而且使得組織中奧氏體的碳含量接近于共析成分，從而為貝氏體的產(chǎn)生提供了有利條 件，所以選擇適當(dāng)?shù)臒岢瞿１販囟群捅貢r(shí)間是獲得所需組織的關(guān)鍵。 影響奧氏體形態(tài)及其均勻化程度的因素主要有以下兩點(diǎn)： ( 1 ) 奧氏體化溫度 由于溫度的升高，碳原子的擴(kuò)散系數(shù)也逐漸變大，因而加快了奧氏體均勻化的進(jìn)程。 擴(kuò)散方程為： d = d 0e x p ( - q ，尺d ( 2 1 ) 。 方程中，d 一溫度為t 時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)； r 一常數(shù)( 值為8 3 lj m o l k ) ； 卜絕對(duì)溫度； d 廠碳原子擴(kuò)散系數(shù)； 9 一擴(kuò)散激活能量( j m 0 1 ) ( 2 ) 保溫時(shí)間 奧氏體化保溫時(shí)間不足，則碳原子就沒(méi)有充分的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散。奧氏體化溫度越高， 9 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝i 、組織與力學(xué)性冀乏的研究 擴(kuò)散速度越快，奧氏體化所需要的保溫時(shí)間就越短，如果溫度較低，則需要較長(zhǎng)的保溫 時(shí)間。 由此，奧氏體化溫度以及保溫時(shí)間是奧氏體均勻化的兩個(gè)關(guān)鍵原因。但是，有關(guān)奧 氏體化溫度以及奧氏體化保溫時(shí)間的選擇問(wèn)題，眾多研究者的觀點(diǎn)卻有所不同，有研究 者指出，為了獲得盡可能多的殘余奧氏體，應(yīng)該選擇相對(duì)較高的奧氏體化溫度；有的文 獻(xiàn)認(rèn)為奧氏體化保溫溫度越高，則奧氏體中含碳量越高，從而使得形成下貝氏體的下限 溫度越低，這樣有利于形成性能較為優(yōu)越的組織；有的文獻(xiàn)則認(rèn)為奧氏體化溫度應(yīng)選擇 剛超過(guò)臨界溫度最好；另外還有一些研究者指出，在不使基體中的奧氏體晶粒長(zhǎng)大的前 提下，可以適當(dāng)提高奧氏體化溫度或者延長(zhǎng)保溫時(shí)間，從而獲得相對(duì)比較均勻的組織 2 4 ，2 5 ，2 7 1 o 考慮石墨化過(guò)程和奧氏體對(duì)組織性能的影響，本實(shí)驗(yàn)選取的熱出模溫度范圍為 8 3 0 - - - , 9 3 0 。c ，保溫時(shí)間為2 5 小時(shí)。在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)選取3 個(gè)不同的熱出模保溫溫 度，即8 3 0 ，8 7 0 ，9 3 0 。 2 1 2 等溫淬火溫度的理論依據(jù)及制定 貝氏體相變溫度處于中溫區(qū)，故稱(chēng)為中溫轉(zhuǎn)變，如圖2 一l 所示f 3 們。不同等溫淬火溫 度和時(shí)間對(duì)所獲鑄件組織以及綜合機(jī)械性能的影響很大，是極為重要的處理工藝參數(shù)， 對(duì)鑄件貝氏體的生成以及石墨化都有著極大的影響。 對(duì)同 圖2 - 1 貝氏體典型等溫轉(zhuǎn)變曲線( t t t 曲線) f i g 2 1t y p i c a li s o t h e r m a lb a i n i t i ct r a n s f o r m a t i o nd i a g r a m ( ”丌c u r v e ) 當(dāng)?shù)葴卮慊饻囟壬撸瑒?dòng)力學(xué)曲線向左推移，轉(zhuǎn)變速度加快，碳的擴(kuò)散速度也增快， l o 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝、組織與力掌性能的研究 奧氏體易于富碳而趨于穩(wěn)定，殘留奧氏體量增多，因而延伸率提高，同時(shí)拉伸強(qiáng)度和硬 度下降。d ，a ，h a r r i s 等人就不同條件下貝氏體形核生長(zhǎng)的微觀現(xiàn)象做了探討性的研究， 經(jīng)研究表明3 3 0 c 5 0 0 c 為上貝氏體區(qū)，3 3 0 。c 以下至m s 點(diǎn)為下貝氏體區(qū)。當(dāng)?shù)葴卮?火溫度相對(duì)較低，處于形成下貝氏體溫度范圍時(shí)，貝氏體型鐵素體本身固溶部分碳，向 奧氏體排碳相對(duì)較少，并且由于溫度較低導(dǎo)致碳在奧氏體內(nèi)擴(kuò)散比較緩慢，較難形成均 勻的高碳奧氏體，冷卻至室溫后，則得到下貝氏體、少量馬氏體和殘留奧氏體組織。當(dāng) 等溫淬火溫度處于上貝氏體形成的溫度范圍內(nèi)，溫度增高，則碳的擴(kuò)散速度越快，因而 形成高碳奧氏體時(shí)間越短，同時(shí)溫度越高，高碳奧氏體分解成碳化物和鐵素體的轉(zhuǎn)變?cè)?快，故獲得的奧氏體貝氏體組織對(duì)時(shí)間的敏感性強(qiáng)，容易得到奧氏體分解的組織，即 鐵素體和碳化物。關(guān)于等溫時(shí)間，研究表明等溫淬火時(shí)間短，會(huì)產(chǎn)生部分馬氏體組織， 而等溫淬火時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)有碳化物析出的典型上貝氏體形成，所以選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)奶?理時(shí)間對(duì)鑄鐵的性能和組織的也是有著很大影響的1 2 昏 j 。 我們?cè)谇捌陔A段關(guān)于等溫淬火溫度和時(shí)間的工藝研究中進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，在同樣 奧氏體化條件下，分別進(jìn)行不同溫度和時(shí)間的等溫淬火工藝的生產(chǎn)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明在普 通灰鑄鐵在3 0 0 進(jìn)行等溫淬火1 5 小時(shí)，性能最好。 考慮等溫淬火溫度和時(shí)間對(duì)基體組織與性能的影響，本實(shí)驗(yàn)選取的等溫淬火溫度為 3 0 0 ，保溫時(shí)間為1 5 小時(shí)，淬火介質(zhì)為5 0 k n 0 3 + 5 0 n a n 0 3 。 2 2 汽缸套毛坯的制備 2 2 1 材料成分選擇 i 、基本元素 本實(shí)驗(yàn)采用的普通灰鑄鐵成分，將生鐵、普通碳素鋼、硅鐵、按照比例進(jìn)行配比， 熔煉后所得化學(xué)成分見(jiàn)表2 一l ： 表2 - i 原材料化學(xué)成分( 訓(xùn)) t a b e l2 1t h ec h e m i s t r yc o m p o s i t i o no fr a wm a t e r i a ls 化學(xué)元素 cs im nps 化學(xué)成份( ) 3 0 3 31 6 2 0 0 8 1 0 o 1 5 0 1 2 、合金元素 在鑄鐵中添加合金元素是生產(chǎn)高性能鑄鐵的重要手段，通過(guò)添加合金元素，能夠提 高基體的淬透性，為下貝氏體的形成創(chuàng)造有利條件，有利于貝氏體的生成；抑制奧氏體 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工 ：組織與力學(xué)性冀邑的研究 晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒；提高硬度，生成碳化物，有助于提高基體的耐磨性能。本文主 要考察了銅、鉬、鎢三種合金元素對(duì)汽缸套毛坯基體組織和性能的影響。 ( 1 ) 銅 銅在灰鑄鐵中呈現(xiàn)負(fù)偏析，能夠抵消部分由于鉬等正偏析元素所引起的顯微組織不 均勻性。銅主要目的是促進(jìn)組織細(xì)化，使c 曲線右移，提高灰鑄鐵汽缸套毛坯的淬透性， 有利于下貝氏體組織的生成。本試驗(yàn)中銅的范圍為0 4 0 6 1 3 5 】。 ( 2 ) 鉬 鉬是形成碳化物較強(qiáng)的元素，在奧氏體中產(chǎn)生正偏析，同時(shí)，鉬具有能夠大幅度提 高淬透性的功能，分離上，下貝氏體相變區(qū)，為獲得下貝氏體組織創(chuàng)造有利條件。試驗(yàn) 中采用的鉬含量范圍為0 5 o 6 ( 3 ) 鎢 鎢屬于強(qiáng)碳化物形成元素，其碳化物硬度較高，而且穩(wěn)定性較好，能夠溶于奧氏體 中，抑制珠光體轉(zhuǎn)變，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變，并且w 促進(jìn)白口的作用平緩，提高鑄件的紅 硬性及耐磨性。試驗(yàn)中采用的鎢含量為0 5 2 2 2 離心鑄造鑄型轉(zhuǎn)速的選擇 離心鑄造屬于特種鑄造。其特點(diǎn)是依靠鑄型旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使?jié)踩腓T型的金屬液 克服自身的重力充滿(mǎn)于鑄型，最終在離心力作用下凝固而獲得鑄件。我國(guó)習(xí)慣上將離心 鑄造按照旋轉(zhuǎn)軸位置分類(lèi)，分為立式離心鑄造和臥式離心鑄造。如圖2 2 所示： 圖2 - 2 離心鑄造示意圖 f i g 2 - 2c e n t r i f u g a lc a s t i n g 1 2 在地心引力中，單位體積( y ) 物質(zhì)所受的重力( r a g ) 被稱(chēng)為重度，用r 表示；同 樣，在離心力場(chǎng)中，作用于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)單位體積物質(zhì)上的離心力，7 = m w e r v o 為了與地 心引力相區(qū)別，我們將) ，7 稱(chēng)為“有效重度”。 顯然，離心鑄造時(shí)，離心力的大小取決于鑄型轉(zhuǎn)速的大小。離心鑄造為了克服金屬 液重力，鑄型必須具有一定的轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速過(guò)高，則產(chǎn)生很大的凝固壓力，增加能耗，金 屬液更易偏析，使鑄件產(chǎn)生縱向縱向裂紋，使用砂型時(shí)容易產(chǎn)生粘砂，脹砂等缺陷；轉(zhuǎn) 速過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致離心力不足，臥式離心鑄造時(shí)會(huì)引起雨淋現(xiàn)象，鑄件還容易產(chǎn)生夾渣， 內(nèi)表面凹凸不平，疏松等缺陷。因此，在選擇轉(zhuǎn)速時(shí)，原則是在保證其鑄件質(zhì)量的前提 情況下，選取最低的鑄型轉(zhuǎn)速【3 6 】。 在通常情況下可采用各種經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選擇鑄型的轉(zhuǎn)速。因?yàn)樯a(chǎn)條件不一樣，各種 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)都有其局限性，所以在實(shí)際生產(chǎn)中只可進(jìn)行參考，并根據(jù)生產(chǎn)出的鑄件的實(shí)際 情況進(jìn)行調(diào)整。本試驗(yàn)以生產(chǎn)內(nèi)徑為1 1 0 r a m 的汽缸套毛坯樣品為例，選擇轉(zhuǎn)速。 前蘇聯(lián)康斯坦丁洛夫j i c 認(rèn)為為了獲得組織致密的鑄件，可以根據(jù)金屬液自由表 面上的有效重度) ，7 來(lái)確定鑄型的轉(zhuǎn)速。這是因?yàn)殍T件內(nèi)表面上的r7 值最小，如果已 能夠滿(mǎn)足其質(zhì)量的要求，則在其它部位的質(zhì)量相應(yīng)肯定能夠得到保i i e 3 7 】。 其經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后提出：無(wú)論液體金屬的種類(lèi)如何，只要在液體金屬自由表面上的有效 重度值) ，7 = 3 4 x 1 0 6 n m 3 ，就能夠保證獲得組織致密的鑄件。據(jù)此可推導(dǎo)出鑄型轉(zhuǎn)速的 計(jì)算公式 儼節(jié)5 4 5 7 0( 2 3 ) 皿 式中，刀一鑄型轉(zhuǎn)速( r r a i n 。1 ) ；7 一合金重度( n m 。3 ) ； 2 2 3 離心鑄造涂料的制備 離心鑄造用鑄型一般都需要使用涂料，涂料所占的比例雖然很小，但是其對(duì)鑄件的 表面和內(nèi)在質(zhì)量卻有著非常大的影響。由于鑄件材質(zhì)，鑄造方法，鑄件大小的不同，對(duì) 涂料的要求也不盡相同。離心鑄造金屬型使用涂料的目的主要為： ( 1 ) 防止鑄件金屬的激冷。涂料可以阻止鑄件表面因?yàn)榧だ渌a(chǎn)生的白口，免去 了熱處理工序，便于機(jī)械加工； ( 2 ) 使鑄件脫模容易； ( 3 ) 增加其與金屬液的摩擦力，減短澆入金屬達(dá)到鑄型旋轉(zhuǎn)速度所需要的時(shí)間； ( 4 ) 降低鑄件表面的粗糙度，可獲得表面光潔的鑄件。 涂料的組成一般由耐火材料、載液、粘結(jié)劑、懸浮劑和助劑配制而成1 3 8 4 0 1 。 根據(jù)有關(guān)資料查詢(xún)和多次試驗(yàn)、改進(jìn)，選擇如表2 - 2 所示成分的涂料，該成分涂料 性能穩(wěn)定均勻，使用后鑄件表面情況良好。 表2 - 2 涂料成分表 t a b l e2 - 2 t h ec o m p o siti o no fd o p e 涂料配制流程如圖2 3 ： 1 4 r i 匹 采用刷涂法進(jìn)行施涂，刷涂時(shí)涂層厚度一般為2m m - - 一2 5i i l m ，若一次無(wú)法保證要求的 厚度，可涂刷2 次或3 次。 2 2 4 鑄鐵的熔煉及試樣的制備 進(jìn)行了六種生產(chǎn)工藝進(jìn)行普通灰鑄鐵汽缸套毛坯的制備，總體方案如表2 3 ： 表2 - 3 試樣編號(hào)與處理工藝 t a b l e2 - 4t h en u m b l ea n dtr e a t m e n tp r o c e s so fs a m p l e s ( i ) 熔煉 普通灰鑄鐵原鐵水質(zhì)量對(duì)鑄鐵件性能和鑄造缺陷的形成都有著非常重要的影響。因 此獲得優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量是至關(guān)重要的。優(yōu)質(zhì)鐵水應(yīng)符合以下幾點(diǎn)要求： 1 基本化學(xué)元素( 包括合金元素) 符合即定要求。有害雜質(zhì)元素含量不超過(guò)所允許 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫淬火的工藝組織與力學(xué)性冀已的研究 的極限含量； 2 有適當(dāng)?shù)某鰻t溫度，能夠確保實(shí)驗(yàn)所需要的爐前處理溫度和澆注溫度。 將材料成分配制好的原料放入z g - 珈0 l 型感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，爐前用紅外線溫 度測(cè)試儀測(cè)量鐵水溫度。為保證鐵液充分脫氧，應(yīng)在1 5 0 0 。0 以上保溫一段時(shí)間。具體操 作應(yīng)遵循“高溫出爐，低溫澆注”的原則，控制鐵水出爐溫度在1 4 5 0 1 5 0 0 ，澆注 溫度為1 3 5 0 為了促進(jìn)金屬基體的貝氏體形成程度，改善鑄件基體組織性能，細(xì)化組織，提高基 體的機(jī)械性能，本實(shí)驗(yàn)對(duì)采用鎢，鉬，銅進(jìn)行微合金處理。 為了消除鑄件的白口傾向，避免出現(xiàn)過(guò)冷組織，并改善石墨形態(tài)，獲得細(xì)小而且均 勻的a 型石墨，增加共晶團(tuán)數(shù)量，本試驗(yàn)采用硅鐵7 5 進(jìn)行孕育處理，孕育劑塊度要均 勻，大小為3m m - - 一5r l l l n 。 ( i i ) 澆注 在自制的離心鑄造機(jī)鑄型內(nèi)涂覆配制好的涂料，保證其自然凝固干燥，涂料表面光 滑j 結(jié)實(shí)緊湊無(wú)裂痕。通過(guò)煤氣噴槍對(duì)鋼鑄型進(jìn)行預(yù)熱至3 0 0 以上，保證鑄型整體溫 度均勻，且所涂覆涂料干燥。當(dāng)原材料在感應(yīng)電爐中完全溶化，并精煉五分鐘左右后， 立即進(jìn)行澆注。澆注時(shí)間約為1 0s ，在澆注過(guò)程中將自制離心鑄造機(jī)速度控制在3 0 0 r m i n ，當(dāng)澆注結(jié)束后，通過(guò)變頻器迅速將速度調(diào)至要求轉(zhuǎn)速，并利用煤氣噴槍對(duì)鋼鑄型 持續(xù)加熱保溫，控制冷卻溫度。 ( i i i ) 奧氏體化保溫 通過(guò)紅外測(cè)溫儀對(duì)灰鑄鐵件凝固和冷卻過(guò)程進(jìn)行溫度跟蹤測(cè)量。在9 5 0 停機(jī)，進(jìn) 行熱出模，并快速取出鑄件利用鑄造余熱，放入一定溫度的箱式電阻爐中進(jìn)行奧氏體化 保溫一定時(shí)間。 ( i v ) 等溫淬火 奧氏體化一定時(shí)間后，迅速將鑄件放入溫度恒定的自制低溫鹽浴爐中進(jìn)行等溫淬 火，鹽浴液成分為5 0 k n 0 3 + 5 0 n a n 0 3 ，保溫一定時(shí)間后后出爐空冷。 自制簡(jiǎn)易型離心鑄造機(jī)如圖2 4 所示，圖2 5 為試驗(yàn)用電阻爐保溫。 1 6 圖2 - 4 懸臂離心鑄造機(jī) f i g 2 - 4t h ec a n t i l e v e rc e n t r i f u g a lc a s t i n gm a c h i n e 圖2 - 5 電阻爐 f i g 2 5t h er e s i s t a n c ef u r n a c e 本試驗(yàn)汽缸套生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)圖2 - 6 如下： 1 7 圖2 - 6 汽缸套生產(chǎn)工藝過(guò)程 f i g 2 - 6c y l i n d e rp r o d u c t i o np r o c e s s 分別對(duì)六種不同的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了汽缸套的制備生產(chǎn)，通過(guò)離心鑄造，所得鑄件毛 坯形狀規(guī)則，內(nèi)外表面光滑，無(wú)縮松、縮孔。經(jīng)過(guò)測(cè)量，重量為3k g ，外徑1 2 4m l i ， 內(nèi)徑1 1 0m i n ，總長(zhǎng)1 1 5m f l l ，如圖2 7 ： 囂，墨 “ ! 。i 凌i 童7 茲。厶。i ：。么之z 貌矗蕊蠢i 。藏潞：黼婦。：。森。：毒：；。蠢，& 城勰i 斃，童，么渤 圖2 - 7 汽缸套試樣 f i g 2 7t h es a m p l eo fc y l i n d e rl i n e r 廣西大學(xué)碩士掌位論文 2 4 本章小結(jié) 本章主要介紹了灰 定，對(duì)灰鑄鐵汽缸套毛 工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究 真實(shí)性。主要的制備過(guò)程如下： ( 1 ) 顯微觀察試樣的取樣 將經(jīng)過(guò)沖擊試驗(yàn)后的沖擊試樣未發(fā)生塑性變形部分，截取為金相試樣，進(jìn)行顯微組 織觀察。 ( 2 )顯微觀察試樣的研磨與拋光 取樣后，由于獲得的表面十分粗糙，變形層較深，必須經(jīng)過(guò)磨平。通過(guò)用砂輪的側(cè) 面進(jìn)行試樣磨光，能夠獲得平整的磨面。磨光時(shí)需要注意受力平衡，對(duì)試樣所用的壓力 不宜過(guò)大，而且需要經(jīng)常將試樣放入冷水進(jìn)行冷卻，避免過(guò)熱。隨后進(jìn)行粗磨和細(xì)磨， 將水砂紙放在水平的玻璃板上，右手持試樣，左手壓著砂紙，施加合適的壓力在砂紙上 作單向移動(dòng)。通過(guò)逐道磨制，使磨削變形層不斷減小，使試樣在拋光時(shí)能夠快速消除變 形層，腐蝕后可顯示出試樣的真實(shí)組織。 試樣的拋光采用機(jī)械拋光，機(jī)械拋光時(shí)，轉(zhuǎn)速不宜過(guò)快，試樣上施加的壓力要輕而 均勻，在拋光盤(pán)上不斷浸入拋光液，以防止磨面過(guò)熱。拋光液為在水中加入粒度為0 3 - - 1 0 微米的a 1 2 0 3 懸浮液，配制比為5 1 0 克升。每種試樣拋光時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以磨 痕全部消除試樣表面呈現(xiàn)鏡面即可，正常情況，大約拋光l - - 5 分鐘即可完成。 ( 3 ) 顯微觀察試樣的浸蝕 對(duì)于鑄鐵材料一般都采用4 的硝酸酒精溶液作為腐蝕劑。我們采用浸入法進(jìn)行腐 2 0 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文灰鑄鐵汽缸套毛坯鑄造余熱等溫；李火的工藝、組織與力學(xué)性胄皂的研究 蝕，將試樣用夾子夾住，浸入到盛有4 的硝酸酒精溶液的容器中，在腐蝕過(guò)程中，應(yīng) 搖動(dòng)試樣，使磨面受蝕程度均勻。大約1 0 s 2 0 s ，然后用水沖洗，再用無(wú)水酒精清洗， 最后用吹風(fēng)機(jī)吹干，然后進(jìn)行觀察。 采用了由o l y m p u s 公司生產(chǎn)的c k 4 0 n 金相顯微鏡，對(duì)制備好的顯微觀察試樣進(jìn) 行顯微組織觀察。 采用了日本生產(chǎn)的j s m 5 6 1 0 l v 掃描電子顯微鏡對(duì)各工藝制備氣缸套的試樣基體 顯微組織以及沖擊斷口形貌進(jìn)行觀察分析。 3 1 2x _ 射線衍射分析 采用日本( r i g a k u ) 公司生產(chǎn)的d m a x 一2 5 0 0 v 型) ( _ 射線衍射儀，對(duì)不同工藝制備