鄧勁珊，劉治軍，劉春雷，蔡俊濤，賓小麗

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司鑄造廠，廣西玉林537005）

·鑄造工藝·

YC6113柴油機(jī)蠕墨鑄鐵缸蓋鑄件的質(zhì)量控制

鄧勁珊，劉治軍，劉春雷，蔡俊濤，賓小麗

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司鑄造廠，廣西玉林537005）

通過合理使用爐后配料比，并在沖天爐出鐵時脫硫，可以有效得到滿足蠕墨鑄鐵生產(chǎn)的低硫原鐵液，同時正確選擇、控制化學(xué)成分、熔煉工藝及蠕化處理方法，并使用長方形壓邊冒口工藝，使牌號為RuT340的柴油機(jī)缸蓋鑄件的蠕化率≥75%，金相組織珠光體體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定達(dá)到98%以上，石墨長度為4級，硬度≥160 HBS，綜合廢品率低于8%，滿足相關(guān)技術(shù)和質(zhì)量控制要求。

蠕墨鑄鐵；缸蓋；質(zhì)量控制

近10多年來，出于節(jié)能和環(huán)保方面的需求，同時為滿足國家有關(guān)CO2排放的規(guī)定，汽車行業(yè)對柴油機(jī)的材料性能提出越來越高的要求。這種要求對推動蠕墨鑄鐵的應(yīng)用和發(fā)展起到關(guān)鍵作用。蠕墨鑄鐵鑄件在高溫、高壓及潤滑不良惡劣條件下具有良好的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性和耐熱疲勞性能，很好地滿足了這種要求。缸蓋是柴油機(jī)的關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件，用蠕墨鑄鐵生產(chǎn)缸蓋已經(jīng)取得了良好的效果。

本公司的鑄造車間生產(chǎn)有一種牌號為RuT340的YC6113重型汽車柴油機(jī)缸蓋，該缸蓋結(jié)構(gòu)由水腔、氣道、油孔、水孔及螺釘孔等組成，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜、壁厚不均勻，最薄的部位僅4.5 mm，厚大部位的壁厚達(dá)35 mm，熱節(jié)部位較多，鑄造難度較大。鑄件毛坯質(zhì)量93 kg，要求材料牌號為RuT340，硬度≥160 HBS，鑄件的表面及內(nèi)腔不允許有任何氣孔、夾砂、夾渣、縮孔以及其他缺陷，同時鑄件有致密性要求，加工完工后要對水腔和氣道等內(nèi)腔進(jìn)行氣壓≥0.5 MPa的氣密性試驗(yàn)，保壓60 s無泄漏后毛坯方算合格。在長期的生產(chǎn)中，我們對蠕墨鑄鐵缸蓋的生產(chǎn)及質(zhì)量控制積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，使之符合相關(guān)技術(shù)和質(zhì)量要求，現(xiàn)介紹如下。

1 鐵液化學(xué)元素的控制

蠕墨鑄鐵化學(xué)成分的控制基本上遵循高碳，低硫、磷，和一定的含錳量原則，同時可適當(dāng)加入一定量的錫、鉻等合金元素，用于穩(wěn)定珠光體，提高硬度及抗熱疲勞性能等。

1）元素C的控制。為獲得盡可能大的石墨化膨脹量得到致密的鑄件，在碳當(dāng)量一定的前提下，要求高的碳量。但高碳量易促進(jìn)球狀石墨的形成，故碳值較球墨鑄鐵低，一般ω（C）＝3.6%～4.0%。對于薄壁件，如柴油機(jī)的缸蓋，碳量宜控制在上限值。生產(chǎn)蠕墨鑄鐵缸蓋時ω（C）＝3.8%～4.1%。

2）元素Si的控制。硅在蠕墨鑄鐵中的作用是調(diào)整基體組織。隨硅量增加，基體組織中的珠光體量減少，而鐵素體量增加。雖然降低硅量可獲得較多的珠光體量，從而提高成品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度等，但過低的硅量易產(chǎn)生白口，故要獲得高珠光體量不能追求過低的硅量，而應(yīng)采取別的措施，如加入合金等。生產(chǎn)蠕墨鑄鐵缸蓋時一般ω（Si）＝1.6%～2.0%。

3）元素Mn的控制。錳在一定的含量范圍內(nèi)對石墨的蠕化沒有影響，但對蠕墨鑄鐵卻有一定的穩(wěn)定珠光體的作用，只是蠕墨分支繁雜，相較于普通鑄鐵，其作用有所減弱。一般ω（Mn）＝0.3%～0.6%。

4）P對石墨蠕化也無影響，但過高會產(chǎn)生磷共晶，降低產(chǎn)品沖擊韌性，提高冷脆轉(zhuǎn)化溫度。故磷含量宜控制在較低的范圍。ω（P）量一般在0.07%以下，缸蓋機(jī)加工后基本上沒有因組織或原因不明引起的滲漏。

5）S和蠕化元素（Mg、Re等）有很大的親和力，因此它是消耗蠕化劑的元素，可以說是生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的有害元素。硫量極低時（＜0.002%），快速凝固可獲取蠕蟲狀石墨；鐵液中硫量增加時，消耗的蠕化劑也相應(yīng)增加，使得實(shí)際起蠕化作用的蠕化劑量就會減少，且形成硫化夾雜物，同時促進(jìn)蠕化衰退。但要獲得過低的硫含量，實(shí)際生產(chǎn)中很難保證，所以要求在適當(dāng)?shù)偷牧蚝糠秶鷥?nèi)，保持其穩(wěn)定性即可。因此，為了得到穩(wěn)定的蠕化效果，ω（S）=0.015%～0.025%。

6）Sn金屬富有光澤，無毒，不易氧化變色。錫在蠕墨鑄鐵中起到促進(jìn)珠光體生成的作用，與起同樣作用的銅相比，其促進(jìn)珠光體生成的能力是銅的10倍。蠕墨鑄鐵生產(chǎn)時通常在加入蠕化劑的時候一起加入適量的錫，以保證鑄件的硬度。但過多的加入錫，鑄件的硬度卻不會再明顯提高，相反，增大了鑄件的脆性，對價格不低的錫材料來說，也是一種成本浪費(fèi)。經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)確定按0.5 kg/包（1.8 t鐵液）的加入量控制，效果較好。

7）Cr有增加和穩(wěn)定珠光體量的作用，還能細(xì)化珠光體組織，提高鑄鐵的強(qiáng)度。但是鉻又是一種強(qiáng)碳化物元素，和碳有較強(qiáng)的親和力，因此鉻鐵的加入勢必引起鐵液白口傾向的增加，白口寬度增大，所以，在蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中對鉻鐵量的加入是嚴(yán)格控制的。蠕鐵生產(chǎn)開始實(shí)行加錫工藝后，取消了從后爐加鉻鐵的工藝要求。

綜上所述，蠕墨鑄鐵生產(chǎn)的原鐵液及最終成分嚴(yán)格按表1控制。

表1 蠕墨鑄鐵化學(xué)成分控制要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2 熔煉設(shè)備及工藝介紹

2.1 生產(chǎn)條件

熔化工部采用7 t/h冷風(fēng)沖天爐與7 t工頻電爐雙聯(lián)熔煉。車間熔煉設(shè)備主要有3臺7 t/h沖天爐和2臺7 t工頻電爐，沖天爐為冷風(fēng)、水冷、有爐襯雙排大風(fēng)口；加料系統(tǒng)為自動加料、自動監(jiān)控，同時加料過程中具有自動補(bǔ)償功能；采用7 t工頻電爐提溫、保溫及調(diào)整化學(xué)成分，保證出鐵溫度在工藝范圍內(nèi)，使原鐵液成分穩(wěn)定。

2.2 爐料的選擇和配比

1）優(yōu)選沖天爐爐料，嚴(yán)控爐料質(zhì)量

生產(chǎn)蠕墨鑄鐵相對灰鑄鐵，對原鐵液的要求更為嚴(yán)格，主要體現(xiàn)在低硫、低氧化，穩(wěn)定的碳、硅含量，合理控制合金含量，同時保證鐵液高溫、純凈等。目前我們已經(jīng)做到蠕墨鑄鐵的爐料“專料專用”，總的來講，就是使用發(fā)熱量高、低硫的鑄造焦炭，使用含硫量低、成分波動小的Q10、Q12生鐵，使用蠕墨鑄鐵或者球鐵回爐料，使用含銹及雜質(zhì)少的廢鋼。開辟出“蠕鐵專用”料池，同灰鑄鐵爐料分開放置，掛牌標(biāo)識，避免混淆。焦炭硫含量要求低于0.2%，生產(chǎn)前提前送樣檢測，確保焦炭質(zhì)量符合工藝要求。

2）合理配料，確保原鐵液成分穩(wěn)定

沖天爐的配料與生產(chǎn)灰鑄鐵相比有較大的區(qū)別。生產(chǎn)蠕墨鑄鐵時，沖天爐鐵液屬于過共晶成分，沖天爐的增碳效果低，增碳率在（-5%～5%）之間。根據(jù)回爐料供應(yīng)的多少，生鐵所占比例一般在55%～70%之間，回爐料比例在25%～35%?；貭t料供應(yīng)多時，生鐵的比例就適當(dāng)減少，回爐料的比例適當(dāng)增加，以保證鐵液具有更佳的過共晶成分，同時可以降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)蠕墨鑄鐵對廢鋼比例不作要求，根據(jù)爐況決定是否加入少量廢鋼調(diào)整鐵液碳含量。表2為沖天爐爐料配料比例（批料700 kg）。

表2 蠕墨鑄鐵生產(chǎn)時沖天爐爐料配料比例

2.3 熔煉及脫硫工藝

1）鐵液含硫量及氧化控制，正確取舍

一般情況下，沖天爐開爐初期鐵液溫度較低，易氧化，含硫量也高。正常情況下，為了保證鐵液不氧化，需要加入足夠的焦炭。但是保證低硫又必須更少的焦炭。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，只有在保證不氧化的基礎(chǔ)上才能減少焦炭，以保證較低的含硫量。如果一味地追求少加焦炭控制低的含硫量，結(jié)果是氧化氛圍較濃，導(dǎo)致蠕化劑的加入量增加，鑄件出現(xiàn)大的孔洞類缺陷，結(jié)果得不償失。

2）采用沖天爐爐外脫硫，穩(wěn)定控制沖天爐硫含量

原鐵液硫含量的穩(wěn)定至關(guān)重要，硫含量影響蠕化合金的加入量，影響蠕化處理的成功率，最終影響鑄件的質(zhì)量。除了上述幾點(diǎn)外，目前我們普遍采用沖天爐爐外脫硫的方法控制硫含量。2006年我們曾使用脫硫劑（主要成分是石灰）進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，該方法對沖天爐爐襯腐蝕嚴(yán)重，加入量為1%～3%，脫硫率為5%～10%，效果不明顯。隨后我們開發(fā)出一種復(fù)合脫硫劑，進(jìn)行爐外脫硫。具體做法是在沖天爐出鐵液時，把脫硫劑放置在出鐵槽隨鐵液沖入，同時在鐵液包內(nèi)進(jìn)行攪拌。采用爐外脫硫法，脫硫率與沖天爐鐵液溫度、原鐵液硫含量、脫硫劑加入量及攪拌操作等有較大關(guān)系。鐵液溫度在1 440℃～1 460℃，脫硫劑加入量為0.4%，脫硫前鐵液硫含量在0.03%～0.04%之間，脫硫率可以達(dá)到25%～40%。脫硫后要及時撈干凈熔渣，避免回硫，可以穩(wěn)定保證原鐵液ω（S）≤0.025%，滿足蠕墨鑄鐵生產(chǎn)及質(zhì)量控制要求。需要說明的是，脫硫后的鐵液在工頻爐熔煉時要注意精煉效果，不然鑄件易產(chǎn)生渣氣孔缺陷。

通過多年的生產(chǎn)實(shí)際，要保證蠕鐵鑄件的質(zhì)量，除了在蠕化處理工藝，鑄型工藝等方面改進(jìn)外，沖天爐熔煉操作愈顯得重要。筆者認(rèn)為沖天爐熔煉蠕墨鑄鐵的原鐵液的最終目標(biāo)是：穩(wěn)定的鐵液成分，低硫、低氧化，高溫，純凈。

2.4 蠕化處理工藝

蠕鐵的處理工藝流程與灰鐵有很大的區(qū)別，而與球鐵的工藝流程相近，但在具體控制上比球鐵要求更加精準(zhǔn)，因?yàn)槿浠^頭則導(dǎo)致蠕化率過低，使其綜合性能打折，蠕化不足則可能導(dǎo)致“灰化”報廢，因此過程控制要求很嚴(yán)格，一定要認(rèn)真對待。

蠕鐵處理工藝流程為：①沖天爐熔煉獲得高溫、高碳、低硫、低氧化的鐵液；②工頻電爐精煉進(jìn)一步提高鐵液溫度，并調(diào)整成分，保證原鐵液溫度達(dá)到1 480℃～1 500℃及成分合格；③根據(jù)不同的ω（S）量確定1#、2#蠕化劑加入量，1#蠕化劑為?？先浠瘎?，加入量為0.20%～0.28%，放在處理包包底凹坑并覆蓋蠕鐵專用的孕育劑，2#蠕化劑為稀土硅鐵，加入量根據(jù)鐵液ω（S）量調(diào)整，一般為0.1%～ 0.2%，放在出鐵槽或漏斗，然后出鐵進(jìn)行蠕化及孕育處理；④出鐵后要攪拌，目的是使蠕化劑反應(yīng)充分、均勻，反應(yīng)完后要扒渣，要求把反應(yīng)生產(chǎn)的渣扒干凈，防止鐵液“回硫”而灰化；⑤取鐵液澆注三角試樣判斷蠕化是否成功以及蠕化率的高低；⑥倒包及扒渣：把鐵液從處理包倒入澆包，并適當(dāng)補(bǔ)充孕育劑，倒完包后扒渣，要求把所有浮渣扒干凈，否則易造成鑄件“夾渣”、“漏水”廢品，或造成濾網(wǎng)堵塞而出現(xiàn)“澆不足”；⑦澆注要求又快又準(zhǔn)又穩(wěn)，蠕鐵鐵液比灰鐵鐵液更易吸氣和氧化，對澆注要求更高；⑧澆鑄試塊：在澆完最后一箱后立即取樣澆鑄試塊，盡量縮短澆最后一箱與澆試塊的時間間隔，這樣試塊的代表性才有保障；⑨金相及性能檢驗(yàn)：用澆鑄試塊準(zhǔn)確檢測每包鑄件的蠕化率，并每隔10包送檢一個機(jī)械性能試塊，每包鐵液澆注的尾箱鑄件抽檢本體打硬度。整個工藝流程一般在13 min～ 15 min內(nèi)完成，通過緊湊的蠕化處理方法及層層質(zhì)量把關(guān)手段，確保澆注鑄件符合相關(guān)技術(shù)和質(zhì)量控制要求。

3 長方形壓邊冒口工藝

此工藝已經(jīng)成熟運(yùn)用于生產(chǎn)蠕墨鑄鐵缸蓋多年，生產(chǎn)鑄件數(shù)千噸。如圖1所示，壓邊冒口尺寸為215（長）mm×60（寬）mm×70（高）mm，在進(jìn)氣道側(cè)頂面每兩缸設(shè)置1個（共3個），壓邊寬度為9 mm，每個冒口設(shè)置2個（共6個）內(nèi)澆口。鐵液從直澆道下來，經(jīng)過鑄型分型面的內(nèi)澆口，再上爬經(jīng)由冒口進(jìn)入型腔，利于鐵液補(bǔ)縮。由于鐵液從澆包進(jìn)入型腔路徑較長，很好地發(fā)揮了蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中提倡的高溫出鐵低溫澆注的原則，使?jié)沧⑾到y(tǒng)的擋渣作用很好，同時在蓋箱面配以適當(dāng)?shù)牟贾煤侠淼臍庋蹟?shù)量，保證排氣通暢和較快的澆注速度，使長期困擾蠕墨鑄鐵缸蓋鑄件的噴油器孔、導(dǎo)管孔和頂桿孔易出現(xiàn)縮孔、縮松和氣縮孔缺陷的質(zhì)量問題得到很好的消除，由此引起的滲漏、漏水問題也得到較好的解決，大大降低了蠕墨鑄鐵缸蓋的漏水率和綜合廢品率。但壓邊冒口在清理過程中容易打崩造成鑄件損傷報廢的問題也應(yīng)引起重視，必須培訓(xùn)操作工使用正確的清理操作方法。

圖1 長方形壓邊冒口工藝（微震造型，每型一件）

據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年生產(chǎn)的近1.5萬臺鑄件中（見表3），綜合廢品率平均低于8%，較好地達(dá)到了公司的質(zhì)量控制要求。

表3 2009年YC6113缸蓋產(chǎn)量及廢品率統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

通過采取以上措施，使用各種質(zhì)量控制手段，得到了比較滿意的蠕化效果，使YC6113缸蓋鑄件蠕化率穩(wěn)定控制在75%以上，獲得了珠光體體積分?jǐn)?shù)在98%以上，硬度≥160 HBS，石墨長度為4級的合格鑄件；同時綜合廢品率大幅降低，有效地節(jié)約了生產(chǎn)成本，達(dá)到了較好的技術(shù)質(zhì)量控制水平，保證了產(chǎn)品的蠕化質(zhì)量和用戶的需求。

TG245

B

1674-6694（2010）04-0027-03

2010-06-22

鄧勁珊（1979-），男，助理工程師，主要從事現(xiàn)場熔煉技術(shù)指導(dǎo)及質(zhì)量管理工作。