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    单体铸造活塞环产生反白口形成原因的认识和采取的富有成效的控制措施


    1特征单体铸造活塞环生成反白口缺陷,这种铸造的组织异常在宏观放大镜下可清晰的看到,在铸环断面中心部呈现小块白口区,过渡区外的层组织却为灰口,界线分明。在金相显微镜下观察其断面,从内往外存在着种基体组织,心部为渗碳体,针状体外层是珠光体组织。通过检验发现,铸态单体环反白口组织异常生成的位置在冒口颈及内浇口与铸环的连接处,用顺序凝固理论说就是铸环most后凝固的部位。在白口区中常常伴随有微小孔洞发生。同时还发现在同片铸环中既有反白口就不存在白口缺陷。经生产实践观察,反白口缺陷经常发生在更换不同型号和品种期间,尤其是生产大缸径油环后紧接着生产小缸径气环的交替时间。

      2形成原因反白口这异常组织多见于截面薄的铸件。对于反白口的生成机理,在生产实践中发现,这类组织异常的形条件,不是单的是在多种因素互相作用相互影响下才会生成的。我们认为与下列诸因素有关1冷却速度对生成反白口的影响众所周知,当铁水中含碳量低时,硅的石墨化作用也将大为减弱,因而在冷却速度比较快时,容易形成反白口。活塞环铸态的冷却速度主要与断面系数尺值浇注温度型砂水分和叠箱层数等有关。尺值用下列达式计算断面系数尺=环样断面面积环样断面周长式中环样径向宽度H环样厚度在化学成分处于敏感状态时,冷却速度的快慢对反白口的生成影响很大。所以与形成正常基体组织相比较,铸环生成反白口所需的冷却速度较快。我们认为反白口这异常组织是在某恰当的冷却条件下,铸环在most后凝固的微区域冷却速度达到或超过某临界值而生成的。

      2化学成份对反白口生成的影响碳桂含量对反白口的影响,碳含量的增加可促使石墨化,且易产生较多的石墨自发晶核,铸环的白口倾向减小,出现反白口的机率明显减小。为了防止组织异常,把含碳量提高将导致铸环机械性能下降,是不足取的。从铁碳硅元状态可知,硅能使铁碳合金的共晶共析点向左上方移动,使其在较高的温度下进行共晶和共析转变,有利于碳原子的扩散,促使铸环断面结晶均匀。同时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,可以促进石墨化。活塞环用耐磨铸铁碳硅成分含量有比例要求的。经验昭示硅含量应尽可能低到断面尺值所允许的限度,因为碳量较低,把含硅量增高,虽然也能达到定共晶度,但铸环的其它质量指标得不到保障。当碳含量不变,增加硅含量,就会发现铸环中出现局部过硬随着硅含量加大,发生反白口的趋势也在增大。

      硫锰含量在铸环中对反白口的影响,硫锰元素都能阻碍石墨的析出,特别是当硫以共晶体或富铁硫化物形式存在时,很容易促成白口的产生。硫含量高时,硫化物沿晶界分布,降低了铸铁的晶间强度,使产生脆裂的倾向更为严重,造成铸环的机械性能降低。锰作为阻碍石默化的元素,它可以促进碳化铁的形成,起着细化和稳定珠光体组织的作用。可是在活塞环单体铸造生产中,实际起作用的不是它两者各自的绝对含量,而是它们的比值。把这种比值我们在熔制配料中称之为硫锰比。观察分析生成反白口的原因之是由于硫锰比过高n1.75S.3,这个原因已被实践所证明。

      为了提高活塞环的使用性能和机械性能,在熔炼时我们还要配加多种合金元素如锰铬钼钨和稀土合金等,以上元素都属于阻碍石墨化元素,当加入超量时,反石墨化作用强烈。在对反白口断面作光谱分析时,发现有稀土锰等元素偏聚,在共晶团晶界上磷稀土元素比通常分析值高出几倍到几十倍。为了提高铸环抗弯强度,改善其铸造工艺性能,利用稀土合金除气作用,我们用稀土合金试验处理铸环铁水,结果发现当土残留量较高时0.02,明显引起口倾向增大。促进碳化物生成增多,且出现反白口现象,引起我们关注。由此可知,稀土合金残留量大于。2也是生成反白口的直接原因。这是不容置疑的。

      3过热时间和孕育处理对生成反白口影响单体铸造活塞环熔化时,铁水过热温度往往超过1550即铁水超过液相线的温度。过热时间是指铁水熔化这个温度后到出铁的这段时间。过热时间的长短对铸环金相组织产生异常与否至关重要,由于活塞环这类薄壁铸件单体铸造时为保证成形好,必须要求有足够的高温熔液。但是,熔化到过热温度后,过热时间较长或延长高温静置时间,先使石墨形态较大变化,石墨晶核减少,共晶团数量降低,铁水在这种太大过冷度下凝固,导致铸环严重过冷,甚至产生麻口白口。由于基体组织被异化,随时存在着生成反白口组织的因素。过热间延长,除严重氧化还会吸入更多氢氧,增加了孕育处理的难度。高温过热状态下,石英砂炉衬中的2被铁液中的所还原这样就引起铁水降碳增硅,化学成分波动;也使得炉衬因侵蚀而变薄,无疑会大大缩短炉衬使用寿命。

      孕育处理能迫使石墨晶核大量产生,因而提高了结晶的成核速度,改善其体组织及均化和细化硬质相,使石墨片呈六型均分布,可消除铸环在most后凝固部位生成反白口的机会。笔者到过多家生产活塞环的铸造车间,发现普遍存在着孕育剂颗粒粗大或使用未经烘烤的孕育剂,还有出铁槽修补后来烘干,即在出铁槽瞬时孕育,其实不然正是发此潜在着反白口隐患。使用太粗大的孕育剂,熔化不尽或不能完全熔解,造成偏析,形成反白口和过冷现象;出铁槽潮湿时出铁会造成铁水翻动,瞬时随铁水流加入孕育剂时卷入氢气不可避免。早期研究反白口的学者认为生成反白口是由于氢气对石墨化作用阻碍的原故,是有道理的。这样即便没有生成反白口,产生针状气孔在所难免。消除反白口与孕育效果有关,而孕育效果的好坏又与孕育剂的种类孕育方法孕育时间粒度组成及原铁水质量等相关。同时要求孕育处理后的铁水快速浇注,防止孕育衰退,这样才能达到我们预期的效果。

      此外,铸模的工艺设计恰当与否,也是对反白口有影响的。单体铸造活塞环模型板上浇注系统的设计,着眼点在于。保证铸环材质的均性。创造条件使铁水快速充满型腔,这样材质就比较均。浇冒口的变化为的是整个铸环的温度均匀,寻求更为理想的热平衡和净化作用,所有这些旨在有效防止活塞环铸态在most后凝固部位不会生成反白口组织3控制措施通过以上对生成反白口的原因分析,为我们单体铸造活塞环防止产生反白口缺陷提供了理论根据。我们从中可以认识到反白口异常组织生成不是单原因所致,从控制角度来讲,在铸造产生过程中,所以就要从各个环节把关才能达到有效控制。主要应当采取以下措施1坚持科学配料,稳定铸环化学成分铸环毛坯的内在质量主要由金相组织来决定,而其金相组织主要由铁水的化学成分孕育处理浇注温度以及铁水在铸型中的冷却速度等因素所决定。因此,稳定铸环内在质量,首先就要控制化学成分。根据材质要求和断面尺值确定适当的化学成分后,正确配料是控制铸环质量的关键环节之,善于把握质量变化趋势,还要学会及时准确调整配方。

      活塞环属于多元铁碳合金,除碳之外还有硅锰磷等,同时添加其它如铬钼钨钒等元素,因此配料必须考虑所添加元素的综合影响。在保证定共晶度的前提下,将硅降到环断面所允许低限,而碳则应取上限的应当选择低硫生铁,配料时要避免硫锰比过高对镀铬的废环加入量严格控制入炉量,不宜超过炉料总量的4,并要减少反石墨化合金如铬铁的加入量;还应对新生铁的遗传性问题应予以足够重视,解决好因其可能带来的质量隐患。所加入的合金元素各有不同,互相制约,要合理地恰如其份地运用,保证铸环的化学成分的稳定。

      2掌握型砂水分,控制铁水冷却速度控制住型砂水分,实际就等于控制铁水在型腔中的冷却速度。型砂水分越高,铁水冷却速度越快。我们人为的设法控制冷却速度,就可防止反白口产生。在生产实践中得出,型砂水分必须稳定地限制在2.83.4范围内。平环型砂水分取下限,油环取上限依照季节变化而调整,冬季取下限,夏季取上限为宜。对回用砂要给予足够的冷却时间,减少型砂温度的波动范围,其温度控制在湿温士1以内。型砂水分过高后,还会导致产生气孔等铸造缺陷。

      3提高熔炼速度,避免铁水增硅吸气缩短熔化时间是获得高质量铁水的重要条件,它有利于稳定金相组织和防止生成反白口缺陷。要力争实现快速熔炼,炉料必须先烘烤预热再加入。由于潮湿或沾有油污的炉料直接加入,会增加铁水中含气量而且延长熔化时间。活塞环铸造生产熔炼设备使用感应电炉,成分均匀易于调整,元素烧损少,在电磁搅拌作用下容易排除铁水中杂质和气体在感应电炉中熔炼,对铁水温度过热要高度注意,延长过热时间结晶晶核数量减少,使铸环结晶时过冷度增加,由于过冷值增大,共晶结晶伴随生成自由渗碳体。过热延长还会使炉衬中302还原异常迅速,势必造成降碳增硅。铁水熔清扒渣之后,即可撒上层破碎的硅碳棒渣粉,防止铁水高温状态下吸气,这样做有利于消除铸环皮下针孔缺陷。

      4强化孕育处理,力求获得most隹效果经孕育处理后达到most佳效果的铁水,石墨形态好,共晶团细化,珠光体稳定,提高了铸环机械性能,无疑可以防止生成异常组织反白口孕育前的铁水化学成分必须对碳,硅含量控制适当,才能保证孕育处理后转变为珠光体基本细化而均匀分布适当大小的石墨孕育时的铁水温度控制在1士101为好,生产实践证明,当铁水温度低于1380笤杏Ч畈睿σ源宋诫。孕育剂的实际加入量应依据角试片白口宽度大小或试浇的环样断口和炉前化验分析结果而定,禁止没有区别的等量对待。十年代我国内燃机配件技术人员赴德国格茨公司考察时就目睹到在出铁瞬时孕育时,位劳工给铁水流加孕育剂因把300克错拿500克使用,被现场工程师发现后受罚的实例。我们规定使用的硅铁75,粒度为1.54禁止加入颗粒粗大的孕育剂,同时禁止加入硅铁粉,因加入后铁水面热气对流作用造成氧化和飞溅。为了排除孕育剂存放时吸入的潮气,使用前必须烘干。采用瞬时孕育加入出铁槽时,要求出铁槽必须干燥,避免出铁时因沸腾卷入气体。为了防止孕育衰退,力求获得most佳孕育效果,处理的铁水务必尽快浇注,每包段不超过3分钟。

      5重视浇注工艺,确保铸环质置活塞环这类单体铸造的薄壁铸件,必须采取高温浇注,而熔炼时铁水过热温度又不能太高,以免过度吸气。应尽量减少铁液出炉到浇注间隔中的温度损失。为此,出铁时应往中间座包上加覆盖剂;必须采取快速浇注,保证铁水短时间内充满铸型,每包铁水尽快浇注完毕对提高质量和防止反白口生成很有利。在浇注时,不能使铁水断流,否则易造成浇不足冷隔和气孔等铸造缺陷。

      目前国内活塞环生产厂用的铁水包在使用前烘烤预热的为数不多,尤其是使用的中间座包,仅此出炉的铁水温度起码降温10.应禁止用未经烘烤的浇包浇注,因此必须创造条件对浇包进行烘烤。浇包中熔渣在浇注前剔除干净方可使用。规定浇口杯用型砂的含水量以小于4.5为限,用太温的砂子做成的浇口杯,当高温铁液倒入时形成旋涡流气体会使铁水翻腾,该气体再被铁水吸收,铸环即便未生成反白口也会因产生气孔而报废。

      除此之外,还应合理选择叠箱层数。选择叠箱层数时,不仅要考虑胀砂因素,还应当考虑上下层之间的铁水温度差,并因此引起的质量差异。经验是上下温度越小,就越不容易形成反白口组织。

      只要上述几项工作做得细致,产生反白口的机率就会大大减少。在控制单体铸造活塞环反白口缺陷的实践过程中,这十年来直很稳定,再未出现过反复。明我们对于单体铸造活塞环产生反白口形成原因的认识和采取的富有成效的控制措施,在理论认识上是比较正确的,在生产实践上是成功的。

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