許景峰，魯　棟，姜愛龍，房　奪，張敏之，劉繼波

（1濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001；2濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊261041）

·鑄造工藝·

喂線法批量生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的控制要點(diǎn)

許景峰1，魯棟1，姜愛龍2，房奪2，張敏之1，劉繼波1

（1濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001；2濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊261041）

蠕墨鑄鐵成為柴油機(jī)升級(jí)換代的材料首選，它具有球墨鑄鐵的強(qiáng)度，又具有灰鑄鐵類似的防振、導(dǎo)熱能力及鑄造性能。本文介紹采用喂線法批量穩(wěn)定生產(chǎn)不同牌號(hào)、重量蠕墨鑄鐵氣缸體、缸蓋、曲軸箱的工藝控制要點(diǎn)，并根據(jù)生產(chǎn)流程圖對(duì)影響蠕化率因素進(jìn)行了逐一分析。鑄造生產(chǎn)過程由粗放式改為精細(xì)化管理，輔以先進(jìn)的熱分析儀技術(shù)及實(shí)用的超聲波技術(shù)，濰柴蠕墨鑄鐵鑄件實(shí)現(xiàn)了批量穩(wěn)定生產(chǎn)。

蠕墨鑄鐵；喂線法；熱分析技術(shù)；超聲波

近年來，隨著柴油機(jī)國家排放及節(jié)能要求的不斷提高，產(chǎn)品升級(jí)換代的速度也不斷加快。作為發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件，如氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱的性能提出了更高的要求，重量提出了更輕的要求。高牌號(hào)灰鑄鐵（HT300及以上）已不能滿足上述要求，蠕墨鑄鐵作為灰鑄鐵很好的替代品解決了上述問題，它具有球墨鑄鐵的強(qiáng)度，和灰鑄鐵相比又有類似的防振、導(dǎo)熱能力及鑄造性能，而又比灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能[1，2]。

制約蠕墨鑄鐵應(yīng)用的主要因素就是其生產(chǎn)的穩(wěn)定性，這也是蠕鐵至今未被廣泛應(yīng)用的原因，其生產(chǎn)需要進(jìn)行嚴(yán)格的成分和過程控制，才能保證其蠕化效果的穩(wěn)定性。Mg和稀土元素作為蠕鐵蠕化劑，在鑄件中的殘余量有極窄的范圍（±0.004%），超出此范圍就會(huì)變?yōu)榛诣F或球鐵，因此良好的蠕化處理工藝控制是蠕鐵材料大規(guī)模應(yīng)用的前提條件[2，3]。

目前生產(chǎn)蠕鐵最常用的工藝為沖入法和喂線法，沖入法操作簡單，穩(wěn)定性差，不適合生產(chǎn)高端蠕鐵鑄件，喂線法球墨鑄鐵生產(chǎn)作為一種較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝在鑄造工業(yè)中已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用[4，5]。目前稍有規(guī)模的鑄造廠普遍采用喂線法進(jìn)行蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)，表1為兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

本文介紹采用喂線法批量穩(wěn)定生產(chǎn)不同牌號(hào)和重量的蠕墨鑄鐵氣缸體、缸蓋、曲軸箱的工藝控制要點(diǎn)，并根據(jù)生產(chǎn)流程圖（見圖1）對(duì)影響蠕化率的因素進(jìn)行了逐一分析。

圖1　生產(chǎn)流程圖

表1　沖入法與喂線法生產(chǎn)蠕鐵優(yōu)缺點(diǎn)

1　生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)

1.1原材料要求

蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中主要原材料有生鐵、廢鋼、回爐料、增碳劑、硅鐵、錳鐵等。

1）生鐵：最好選用低硫、低磷和低鈦且穩(wěn)定，高碳低硅的生鐵（如Q10、Q12）.

2）廢鋼：建議采用形狀規(guī)整、薄厚均勻，種類較穩(wěn)定的碳素鋼（如Q235、45等）.

3）回爐料：需要經(jīng)過拋丸破碎的蠕鐵或鐵素體球鐵回爐料。

4）增碳劑：石墨化低硫增碳劑。

1.2電爐熔煉控制

感應(yīng)電爐熔煉鐵水特點(diǎn)：白口傾向大，收縮傾向大，適合生產(chǎn)不同產(chǎn)品鑄件。由于過冷傾向大，需要高溫靜置，靜置溫度1 500℃~1 550℃，利于渣上浮，起到凈化鐵水問題。但靜置時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致鐵水氧化嚴(yán)重，一般靜置時(shí)間5min~15min為宜。具體配料比例見表2.

表2　電爐鐵料配料比例

1.3原鐵水化學(xué)成分控制

熔化完畢后取樣，能精確檢測原鐵水，一般采用C-S儀和直讀光譜儀對(duì)原鐵水的化學(xué)成分進(jìn)行檢測，具體化學(xué)成分如表3.

表3　蠕墨鑄鐵原鐵水化學(xué)成分控制要求

1.4孕育處理及合金化處理

孕育處理是為了消除球化元素（Mg、RE等）引起的白口傾向，同時(shí)能細(xì)化組織，提高性能。但孕育量過大，產(chǎn)生晶核多，有利于產(chǎn)生過多球狀石墨，加入量一定要適當(dāng)。

目前生產(chǎn)氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱毛坯牌號(hào)多為RuT400、RuT450，基體組織以珠光體為主，需要通過合金化處理來提高珠光體含量，銅和錫是目前常用的兩種合金化元素，加入量一般為0.4%~0.8%、0.04%~0.10%.

2　包芯線與鐵水包匹配關(guān)系

蠕化處理過程是蠕墨鑄鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，穩(wěn)定生產(chǎn)需要通過喂線法蠕化處理工藝保證。在蠕化處理過程中，鐵液的硫含量、出鐵量、蠕化處理鐵水溫度、包芯線加入量等可精確控制，喂線速度可以隨時(shí)調(diào)整，使鐵液的稀土和殘余鎂含量穩(wěn)定控制在一個(gè)極窄的范圍（±0.004%）[6].

2.1包芯線的成分控制

目前包芯線質(zhì)量分?jǐn)?shù)多為低鎂（5%~8%）、稀土（6%~10%），具體含量根據(jù)鐵水包噸位、出鐵量及產(chǎn)品大小來控制。包芯線直徑多為13mm.

2.2鐵水包的選擇

一般每包處理的鐵液重量1 t～8 t，為提高吸收率，增加鎂蒸氣和鐵液的接觸時(shí)間，鐵水包的高徑比多為1.2～1.5.

2.3蠕化處理溫度及時(shí)間

根據(jù)出鐵量多少、初澆溫度高低及鐵水運(yùn)輸時(shí)間，處理溫度控制在1 450℃~1 530℃范圍內(nèi)較為合適。為了充分反應(yīng)，喂線速度不應(yīng)過快（圖2為蠕化反應(yīng)速度與吸收率關(guān)系圖），在充分保證吸收率的前提下，喂線結(jié)束后反應(yīng)時(shí)間不應(yīng)低于1min.

3　熱分析儀應(yīng)用

減少人為影響因素，鐵液狀態(tài)的波動(dòng)也是無法避免的，如圖1中的各個(gè)因素的變動(dòng)都會(huì)影響蠕化結(jié)果。除這些因素外，活性氧和活性硫的含量也會(huì)改變?nèi)滂F蠕化范圍的大小和位置。鐵液在包中的停留時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間及澆注時(shí)間的變化也將改變?nèi)浠驮杏ネ藭r(shí)間。如此諸多的生產(chǎn)變數(shù)唯有靠在線過程控制才能保證蠕鐵的穩(wěn)定生產(chǎn)[7]。利用OCC熱分析儀系統(tǒng)對(duì)蠕化處理后的鐵水進(jìn)行分析檢測，根據(jù)熱分析結(jié)果判斷是否澆注。

圖2　反應(yīng)速度與吸收率關(guān)系圖

4　檢測試塊的優(yōu)化

由于蠕墨鑄鐵的壁厚敏感性問題，用同一包蠕鐵澆注不同的鑄件，往往薄壁鑄件蠕化率偏低，力學(xué)性能高，厚大部位蠕化率偏高，力學(xué)性能低。選擇檢測鑄件的性能原則是本體優(yōu)于附鑄，附鑄優(yōu)于單鑄，附鑄尺寸和位置因根據(jù)本體主要壁厚參考標(biāo)準(zhǔn)制定。以機(jī)體為例（牌號(hào)RuT400），檢測單鑄、附鑄、本體（瓦口處）的力學(xué)性能見表4，金相組織圖片分別見圖3，圖4和圖5.

表4　本體及試塊的機(jī)械性能與金相組織

從圖3、圖4、圖5可以看出單鑄試棒、附鑄試棒、機(jī)體本體中石墨均主要以蠕蟲狀存在，同時(shí)存在少量的球狀石墨，蠕化率均在80%以上，珠光體含量均在80%以上。從表4中可以看出單鑄試棒的抗拉強(qiáng)度為490 MPa，附鑄試棒和機(jī)體本體的抗拉強(qiáng)度在450 MPa左右，硬度為210 HB~230 HB，斷后伸長率為2%，均滿足RuT400性能要求。

5　超聲波技術(shù)應(yīng)用

通過對(duì)不同蠕化率的蠕鐵試樣進(jìn)行測試，建立了蠕化率與聲速的關(guān)系，是無損檢測蠕鐵鑄件的較準(zhǔn)確的一種方法。由于超聲波經(jīng)過蠕墨鑄鐵的聲速降低比灰鑄鐵少，蠕化程度越高，超聲波的聲速就越高，其關(guān)系曲線如圖6所示[8]。

圖3　單鑄試塊金相組織

圖4　附鑄試塊金相組織

圖5　本體瓦口處金相組織

圖6　蠕墨鑄鐵蠕化率與聲速率的關(guān)系

6　結(jié)論

利用喂線法生產(chǎn)蠕墨鑄鐵，嚴(yán)格控制各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，鑄造生產(chǎn)過程由粗放式改為精細(xì)化管理，輔以先進(jìn)的熱分析儀技術(shù)及實(shí)用的超聲波技術(shù)，濰柴蠕墨鑄鐵鑄件實(shí)現(xiàn)了批量穩(wěn)定生產(chǎn)，為柴油機(jī)更新?lián)Q代提供可靠的毛坯保障。

［1］張伯明.蠕墨鑄鐵最新發(fā)展［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2006（1）：14-18.

［2］邱漢良.蠕墨鑄鐵及其生產(chǎn)技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］張敏之.蠕墨鑄鐵柴油機(jī)氣缸體喂絲蠕化穩(wěn)定生產(chǎn)工藝［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2015（4）：8-10.

［4］李培.蠕墨鑄鐵生產(chǎn)工藝控制及應(yīng)用［J］.鑄造，2002，51（2）：119-120.

［5］王有清，胡飛，施華武，等.蠕墨鑄鐵在氣缸體鑄件上的應(yīng)用和發(fā)展［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2010（6）：23-25.

［6］劉春.蠕墨鑄鐵柴油機(jī)氣缸體的生產(chǎn)工藝［J］.鑄造，2012（9）：59-60.

［7］于化順.蠕墨鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)及工藝［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2002（3）：38-41.

［8］李明.蠕墨鑄鐵蠕化率超聲波檢測的應(yīng)用研究［J］.華東四省一市內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)，2011:53-57.

Control Points of Batch Production of Compacted Graphite Iron with Feeding Cored-wire Technology

XU Jing-feng1，LU Dong1，JIANG Ai-long2，F(xiàn)ANG Duo2，ZHANG Min-zhi1，LIU Ji-bo1
（1.Weichai Heavy Machinery Co.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China；2.Weichai Power Co.，LTD.，Weifang Shandong 261041，China）

Compacted graphite iron（CGI）has the same strength with the nodular cast iron and similar vibration control，thermal capacity and casting performance with gray cast iron，having become the preferred material of diesel engine upgrade.In this paper，control points of batch production with feeding cored-wire technology of compacted graphite iron cylinder block，cylinder head and crankcase with different grades and weight were introduced，and the factors affecting vermicular graphite according to the flow chart of production were analyzed.Weichai vermicular cast iron realized stable batch production with the change from vulgar to fine management and supplemented by advanced thermal analyzer technology and practical ultrasonic technology.

compacted graphite iron，feeding cored-wire，vermicular graphite，thermal analysis technique，ultrasonic testing

TG253

A

1674-6694（2016）05-0017-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.05.006

2016-04-18

許景峰（1981－），男，碩士，工程師，主要從事鑄造熔煉技術(shù)及新材料工藝方面的研究。