高强度多元合金化气缸头铸件材质熔炼工艺

韩军，杜争争

（共享装备股份有限公司，宁夏银川 750021）



高强度多元合金化气缸头铸件材质熔炼工艺

韩军，杜争争

（共享装备股份有限公司，宁夏银川 750021）

摘要：通过合理的化学成分选择并配合多元低合金化处理的熔炼工艺，选用长效孕育剂强化孕育效果，改善铸件基体组织及石墨形态，实现了高强度多元合金化气缸头铸件材质的成功熔炼。

关键词：合金化；高强度；熔炼

稿件编号:1509- 1069

0 引言

通过合理的成分控制及过程工艺控制，使得高强度多元合金化气缸头的机械性能达到了预期的要求：抗拉强度Rm≥350 MPa,本体硬度≥200 HB,A型石墨>70%。通过实体产品验证，材料金相性能符合要求，铸件无缩松，尺寸无异常。

1 化学成分的选择

(1)CE：碳当量选择应当合适，过高碳当量会使石墨粗厚，体积分数增加，导致灰铸铁的强度及硬度下降，过低碳当量虽然能细化石墨，增加先共晶奥氏体量，但是倾向于提高共晶转变过冷度。为渗碳体共晶的形成创造有利条件，同时铸造性能和加工性能变差[1]。本试验的碳含量3.0%～3.2%，硅含量1.8%～2.1%。

(2)锰：锰在铸铁中能强烈地降低铸铁的共晶、共析转变温度，扩大奥氏体区，锰降低了碳的活度，并使铸铁在较低温度下进行共晶转变和共析转变。锰有促进并稳定珠光体的作用，使灰铁件强度提高[2]。本试验的锰含量0.7%～1.0%。

(3)磷：磷增加铸铁的脆性，故一般灰铁件中含量越低越好，本试验中磷含量＜0.04%。

(4)硫：硫一方面阻碍石墨化，另一方面和锰形成化合物，可作为石墨的非均质核心，有利于石墨的析出，本试验的硫含量0.06%～0.12%。

(5)钼：钼是中等稳定碳化物形成元素和阻碍石墨化的元素，钼可以细化并改善石墨分布，钼能细化珠光体并增加其含量，同时钼还可以强化珠光体中的铁素体，因而能有效地提高铸件的强度、硬度。因此常用来制造高强度灰铁件[3]。本试验钼含量在0.5%～0.8%。

(6)镍：镍有促进石墨化、抑制碳化物形成的作用。镍的添加对基体为珠光体的铸态灰铁来说，镍含量越高使其强度越低，在奥氏体化条件下，随着镍含量的增加，强度明显提高，镍在珠光体为基体和奥氏体为基体时作用完全不同，常规条件下镍在铁素体相中形成固溶体，但是脆相渗碳体不会吸收镍，奥氏体化铸铁中，镍会存在于奥氏体和铁素体相中虽然含量有所不同，但会使基体强度提高。本试验镍含量在0.2%～0.4%。

(7)铜：共晶转变时铜提高稳定系共晶转变温度，降低亚稳定系转变温度，有较弱的石墨化作用。但通常不单独用它作为促进石墨化的元素，这是因为加入铜后铸铁共晶团尺寸增大，石墨有变粗倾向。本试验铜含量在0.5%～0.9%。

(8)锡：锡固溶于铁。溶入的锡原子偏聚在石墨与奥氏体界面附近，对碳的扩散起阻挡作用，抑制先共析铁素体析出，促进珠光体形成。锡有细化珠光体的作用，但作用较弱，此外，锡减小铸铁断面敏感性。促进珠光体生成的同时并不增加白口倾向[3]。本试验锡含量在0.04%～0.06%。

2 设备及熔炼工艺的选择

2.1 生产设备和炉料

采用中频电炉熔炼，在此选用Z18生铁。废钢选用合金元素含量较低的碳钢，所有的炉料质量都必须符合国家标准和技术文件要求，炉料的表面洁净，无油无锈。增加一定的废钢比例获得细片状珠光体,本试验采用的配料是60%～70%的废钢，5%～10%的生铁，25%～35%的机铁。

2.2 熔炼工艺

加料顺序按废钢-机铁-生铁顺序加入，保证材料质量稳定；熔化温度小于1 380 ℃；熔化完成后取样检测，取样温度控制1 420～1 440 ℃之间；过热温度保证在1 490～1510 ℃之间。

2.3 孕育处理

(1)选用硅钡孕育剂进行孕育处理，降低过冷倾向，改善薄断面金相。

(2)孕育粒度3～7 mm。

(3)采用随流孕育，孕育量为0.4%～0.6%，孕育时间占出铁时间的80%以上。

3 性能结果

利用以上方法浇注一件气缸头产品，其最大壁厚为40 mm、最小壁厚为9 mm、铸件毛坯质量约30 kg，以验证其附铸试块及本体的硬度。其中气缸头附铸试块的尺寸为86 mm×16 mm，图1是其典型的金相组织照片，从金相组织照片中可知，附铸试块的珠光体达95%以上，碳化物<1%；表1是所述附铸试块的力学性能检测的测试数据。

4 结论

1）通过合理的成分控制及过程工艺控制，使得高强度材料的力学性能及金相达到了预期的要求：抗拉强度Rm≥350 MPa、本体硬度≥200 HB、A型石墨>70%。

图1 气缸头金相组织照片

表1 气缸头力学性能检测结果

2）本材料通过实体产品验证，材料性能符合要求，铸件尺寸及缩松无问题。

参考文献

[1] 吴德海,钱立,等.灰铸铁球墨铸铁及其熔炼[M].北京:中国水利水电出版社，2006:49- 60.

[2] 陈琦. 铸铁件配料实用手册[M]. 北京：机械工业出版设，1992.

[3] 郝石坚.现代铸铁学[M].北京:冶金工业出版社，2009:50- 55.

[4] 解庆东. 多元合金高铬白口铸铁性能的研究[J]. 中国铸造装备与技术,1996(6).

[5] 齐亚平,于化顺, 臧加伦. 灰铸铁缸盖气孔缺陷的防止措施[J].中国铸造装备与技术,2009(3).

Melting process of high strength alloying cylinder head

HAN Jun，DU ZhengZheng
（Kocel machinery Co., Ltd., Yinchuan 750021,Ningxia, China )

Abstract:This paper through reasonable choice of chemical composition and combined with the treatment of multi-element low alloy melting process, and long-lasting inoculants intensify inoculation effect, improve casting microstructure and graphite shape, achieve high strength alloy cylinder head casting more than successful melting of the material.

Keywords:alloying; high strength; melting

中图分类号：TG243+.1；

文献标识码：A；

文章编号:1006-9658（2016）02-0020-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.02.006

收稿日期:2015- 09- 14

作者简介：韩军（1984—），男，硕士研究生，现主要从事铸铁熔炼技术的研究工作.