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    單體鑄造活塞環產生反白口形成原因的認識和采取的富有成效的控制措施


    1特征單體鑄造活塞環生成反白口缺陷,這種鑄造的組織異常在宏觀放大鏡下可清晰的看到,在鑄環斷面中心部呈現小塊白口區,過渡區外的層組織卻為灰口,界線分明。在金相顯微鏡下觀察其斷面,從內往外存在著種基體組織,心部為滲碳體,針狀體外層是珠光體組織。通過檢驗發現,鑄態單體環反白口組織異常生成的位置在冒口頸及內澆口與鑄環的連接處,用順序凝固理論說就是鑄環most后凝固的部位。在白口區中常常伴隨有微小孔洞發生。同時還發現在同片鑄環中既有反白口就不存在白口缺陷。經生產實踐觀察,反白口缺陷經常發生在更換不同型號和品種期間,尤其是生產大缸徑油環后緊接著生產小缸徑氣環的交替時間。

      2形成原因反白口這異常組織多見于截面薄的鑄件。對于反白口的生成機理,在生產實踐中發現,這類組織異常的形條件,不是單的是在多種因素互相作用相互影響下才會生成的。我們認為與下列諸因素有關1冷卻速度對生成反白口的影響眾所周知,當鐵水中含碳量低時,硅的石墨化作用也將大為減弱,因而在冷卻速度比較快時,容易形成反白口;钊h鑄態的冷卻速度主要與斷面系數尺值澆注溫度型砂水分和疊箱層數等有關。尺值用下列達式計算斷面系數尺=環樣斷面面積環樣斷面周長式中環樣徑向寬度H環樣厚度在化學成分處于敏感狀態時,冷卻速度的快慢對反白口的生成影響很大。所以與形成正;w組織相比較,鑄環生成反白口所需的冷卻速度較快。我們認為反白口這異常組織是在某恰當的冷卻條件下,鑄環在most后凝固的微區域冷卻速度達到或超過某臨界值而生成的。

      2化學成份對反白口生成的影響碳桂含量對反白口的影響,碳含量的增加可促使石墨化,且易產生較多的石墨自發晶核,鑄環的白口傾向減小,出現反白口的機率明顯減小。為了防止組織異常,把含碳量提高將導致鑄環機械性能下降,是不足取的。從鐵碳硅元狀態可知,硅能使鐵碳合金的共晶共析點向左上方移動,使其在較高的溫度下進行共晶和共析轉變,有利于碳原子的擴散,促使鑄環斷面結晶均勻。同時硅可以降低碳在液相和固相中的溶解度,增加碳元素的活力,可以促進石墨化;钊h用耐磨鑄鐵碳硅成分含量有比例要求的。經驗昭示硅含量應盡可能低到斷面尺值所允許的限度,因為碳量較低,把含硅量增高,雖然也能達到定共晶度,但鑄環的其它質量指標得不到保障。當碳含量不變,增加硅含量,就會發現鑄環中出現局部過硬隨著硅含量加大,發生反白口的趨勢也在增大。

      硫錳含量在鑄環中對反白口的影響,硫錳元素都能阻礙石墨的析出,特別是當硫以共晶體或富鐵硫化物形式存在時,很容易促成白口的產生。硫含量高時,硫化物沿晶界分布,降低了鑄鐵的晶間強度,使產生脆裂的傾向更為嚴重,造成鑄環的機械性能降低。錳作為阻礙石默化的元素,它可以促進碳化鐵的形成,起著細化和穩定珠光體組織的作用?墒窃诨钊h單體鑄造生產中,實際起作用的不是它兩者各自的絕對含量,而是它們的比值。把這種比值我們在熔制配料中稱之為硫錳比。觀察分析生成反白口的原因之是由于硫錳比過高n1.75S.3,這個原因已被實踐所證明。

      為了提高活塞環的使用性能和機械性能,在熔煉時我們還要配加多種合金元素如錳鉻鉬鎢和稀土合金等,以上元素都屬于阻礙石墨化元素,當加入超量時,反石墨化作用強烈。在對反白口斷面作光譜分析時,發現有稀土錳等元素偏聚,在共晶團晶界上磷稀土元素比通常分析值高出幾倍到幾十倍。為了提高鑄環抗彎強度,改善其鑄造工藝性能,利用稀土合金除氣作用,我們用稀土合金試驗處理鑄環鐵水,結果發現當土殘留量較高時0.02,明顯引起口傾向增大。促進碳化物生成增多,且出現反白口現象,引起我們關注。由此可知,稀土合金殘留量大于。2也是生成反白口的直接原因。這是不容置疑的。

      3過熱時間和孕育處理對生成反白口影響單體鑄造活塞環熔化時,鐵水過熱溫度往往超過1550即鐵水超過液相線的溫度。過熱時間是指鐵水熔化這個溫度后到出鐵的這段時間。過熱時間的長短對鑄環金相組織產生異常與否至關重要,由于活塞環這類薄壁鑄件單體鑄造時為保證成形好,必須要求有足夠的高溫熔液。但是,熔化到過熱溫度后,過熱時間較長或延長高溫靜置時間,先使石墨形態較大變化,石墨晶核減少,共晶團數量降低,鐵水在這種太大過冷度下凝固,導致鑄環嚴重過冷,甚至產生麻口白口。由于基體組織被異化,隨時存在著生成反白口組織的因素。過熱間延長,除嚴重氧化還會吸入更多氫氧,增加了孕育處理的難度。高溫過熱狀態下,石英砂爐襯中的2被鐵液中的所還原這樣就引起鐵水降碳增硅,化學成分波動;也使得爐襯因侵蝕而變薄,無疑會大大縮短爐襯使用壽命。

      孕育處理能迫使石墨晶核大量產生,因而提高了結晶的成核速度,改善其體組織及均化和細化硬質相,使石墨片呈六型均分布,可消除鑄環在most后凝固部位生成反白口的機會。筆者到過多家生產活塞環的鑄造車間,發現普遍存在著孕育劑顆粒粗大或使用未經烘烤的孕育劑,還有出鐵槽修補后來烘干,即在出鐵槽瞬時孕育,其實不然正是發此潛在著反白口隱患。使用太粗大的孕育劑,熔化不盡或不能完全熔解,造成偏析,形成反白口和過冷現象;出鐵槽潮濕時出鐵會造成鐵水翻動,瞬時隨鐵水流加入孕育劑時卷入氫氣不可避免。早期研究反白口的學者認為生成反白口是由于氫氣對石墨化作用阻礙的原故,是有道理的。這樣即便沒有生成反白口,產生針狀氣孔在所難免。消除反白口與孕育效果有關,而孕育效果的好壞又與孕育劑的種類孕育方法孕育時間粒度組成及原鐵水質量等相關。同時要求孕育處理后的鐵水快速澆注,防止孕育衰退,這樣才能達到我們預期的效果。

      此外,鑄模的工藝設計恰當與否,也是對反白口有影響的。單體鑄造活塞環模型板上澆注系統的設計,著眼點在于。保證鑄環材質的均性。創造條件使鐵水快速充滿型腔,這樣材質就比較均。澆冒口的變化為的是整個鑄環的溫度均勻,尋求更為理想的熱平衡和凈化作用,所有這些旨在有效防止活塞環鑄態在most后凝固部位不會生成反白口組織3控制措施通過以上對生成反白口的原因分析,為我們單體鑄造活塞環防止產生反白口缺陷提供了理論根據。我們從中可以認識到反白口異常組織生成不是單原因所致,從控制角度來講,在鑄造產生過程中,所以就要從各個環節把關才能達到有效控制。主要應當采取以下措施1堅持科學配料,穩定鑄環化學成分鑄環毛坯的內在質量主要由金相組織來決定,而其金相組織主要由鐵水的化學成分孕育處理澆注溫度以及鐵水在鑄型中的冷卻速度等因素所決定。因此,穩定鑄環內在質量,首先就要控制化學成分。根據材質要求和斷面尺值確定適當的化學成分后,正確配料是控制鑄環質量的關鍵環節之,善于把握質量變化趨勢,還要學會及時準確調整配方。

      活塞環屬于多元鐵碳合金,除碳之外還有硅錳磷等,同時添加其它如鉻鉬鎢釩等元素,因此配料必須考慮所添加元素的綜合影響。在保證定共晶度的前提下,將硅降到環斷面所允許低限,而碳則應取上限的應當選擇低硫生鐵,配料時要避免硫錳比過高對鍍鉻的廢環加入量嚴格控制入爐量,不宜超過爐料總量的4,并要減少反石墨化合金如鉻鐵的加入量;還應對新生鐵的遺傳性問題應予以足夠重視,解決好因其可能帶來的質量隱患。所加入的合金元素各有不同,互相制約,要合理地恰如其份地運用,保證鑄環的化學成分的穩定。

      2掌握型砂水分,控制鐵水冷卻速度控制住型砂水分,實際就等于控制鐵水在型腔中的冷卻速度。型砂水分越高,鐵水冷卻速度越快。我們人為的設法控制冷卻速度,就可防止反白口產生。在生產實踐中得出,型砂水分必須穩定地限制在2.83.4范圍內。平環型砂水分取下限,油環取上限依照季節變化而調整,冬季取下限,夏季取上限為宜。對回用砂要給予足夠的冷卻時間,減少型砂溫度的波動范圍,其溫度控制在濕溫士1以內。型砂水分過高后,還會導致產生氣孔等鑄造缺陷。

      3提高熔煉速度,避免鐵水增硅吸氣縮短熔化時間是獲得高質量鐵水的重要條件,它有利于穩定金相組織和防止生成反白口缺陷。要力爭實現快速熔煉,爐料必須先烘烤預熱再加入。由于潮濕或沾有油污的爐料直接加入,會增加鐵水中含氣量而且延長熔化時間;钊h鑄造生產熔煉設備使用感應電爐,成分均勻易于調整,元素燒損少,在電磁攪拌作用下容易排除鐵水中雜質和氣體在感應電爐中熔煉,對鐵水溫度過熱要高度注意,延長過熱時間結晶晶核數量減少,使鑄環結晶時過冷度增加,由于過冷值增大,共晶結晶伴隨生成自由滲碳體。過熱延長還會使爐襯中302還原異常迅速,勢必造成降碳增硅。鐵水熔清扒渣之后,即可撒上層破碎的硅碳棒渣粉,防止鐵水高溫狀態下吸氣,這樣做有利于消除鑄環皮下針孔缺陷。

      4強化孕育處理,力求獲得most隹效果經孕育處理后達到most佳效果的鐵水,石墨形態好,共晶團細化,珠光體穩定,提高了鑄環機械性能,無疑可以防止生成異常組織反白口孕育前的鐵水化學成分必須對碳,硅含量控制適當,才能保證孕育處理后轉變為珠光體基本細化而均勻分布適當大小的石墨孕育時的鐵水溫度控制在1士101為好,生產實踐證明,當鐵水溫度低于1380笤杏Ч畈睿σ源宋誡。孕育劑的實際加入量應依據角試片白口寬度大小或試澆的環樣斷口和爐前化驗分析結果而定,禁止沒有區別的等量對待。十年代我國內燃機配件技術人員赴德國格茨公司考察時就目睹到在出鐵瞬時孕育時,位勞工給鐵水流加孕育劑因把300克錯拿500克使用,被現場工程師發現后受罰的實例。我們規定使用的硅鐵75,粒度為1.54禁止加入顆粒粗大的孕育劑,同時禁止加入硅鐵粉,因加入后鐵水面熱氣對流作用造成氧化和飛濺。為了排除孕育劑存放時吸入的潮氣,使用前必須烘干。采用瞬時孕育加入出鐵槽時,要求出鐵槽必須干燥,避免出鐵時因沸騰卷入氣體。為了防止孕育衰退,力求獲得most佳孕育效果,處理的鐵水務必盡快澆注,每包段不超過3分鐘。

      5重視澆注工藝,確保鑄環質置活塞環這類單體鑄造的薄壁鑄件,必須采取高溫澆注,而熔煉時鐵水過熱溫度又不能太高,以免過度吸氣。應盡量減少鐵液出爐到澆注間隔中的溫度損失。為此,出鐵時應往中間座包上加覆蓋劑;必須采取快速澆注,保證鐵水短時間內充滿鑄型,每包鐵水盡快澆注完畢對提高質量和防止反白口生成很有利。在澆注時,不能使鐵水斷流,否則易造成澆不足冷隔和氣孔等鑄造缺陷。

      目前國內活塞環生產廠用的鐵水包在使用前烘烤預熱的為數不多,尤其是使用的中間座包,僅此出爐的鐵水溫度起碼降溫10.應禁止用未經烘烤的澆包澆注,因此必須創造條件對澆包進行烘烤。澆包中熔渣在澆注前剔除干凈方可使用。規定澆口杯用型砂的含水量以小于4.5為限,用太溫的砂子做成的澆口杯,當高溫鐵液倒入時形成旋渦流氣體會使鐵水翻騰,該氣體再被鐵水吸收,鑄環即便未生成反白口也會因產生氣孔而報廢。

      除此之外,還應合理選擇疊箱層數。選擇疊箱層數時,不僅要考慮脹砂因素,還應當考慮上下層之間的鐵水溫度差,并因此引起的質量差異。經驗是上下溫度越小,就越不容易形成反白口組織。

      只要上述幾項工作做得細致,產生反白口的機率就會大大減少。在控制單體鑄造活塞環反白口缺陷的實踐過程中,這十年來直很穩定,再未出現過反復。明我們對于單體鑄造活塞環產生反白口形成原因的認識和采取的富有成效的控制措施,在理論認識上是比較正確的,在生產實踐上是成功的。

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