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生产技术 Production Techniques
6L280柴油机球墨铸铁曲轴的铸造技术
邢新田,王建荣,胡华林,顾小鸿
(南车戚墅堰机车有限公司,江苏常州213011)
摘要:本文论述了61L280柴油机球墨铸铁曲轴的铸造技术难点,确定了相应的铸造工艺方案并经生产
验证。结果表明,该工艺方案合理、有效,6L280柴油机曲轴铸件的化学成分、金相组织、内外质量和力学性能
均符合产品技术要求。
关键词:球墨铸铁曲轴;铸造工艺;成分控制;球化处理
中图分类号:TG255;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(2013)06-0010-03
D0I:10.3969/j.iSSn.1006-9658.2013.06.003
球墨铸铁曲轴具有良好的耐磨性、减震性和加
(1)由于断面比较厚大,曲轴铸件浇注后凝固冷
工性,具有较高的性价比,因此其在柴油机上的应却速度缓慢,共晶转变时间长,易导致石墨畸变
用比较广泛。作为柴油机的核心部件,且因其在能生碎块状石墨,并且易产生石墨飘浮缺陷,使铸件性
量转换和功率输出过程中所起的关键性作用,曲轴能降低,表面光洁度变差,硬度下降。
质量的好坏直接影响柴油机的使用性能。
(2)因球墨铸铁固有的凝固特点,致使铸件凝固
我公司生产的工矿调机用6L280柴油机曲轴过程较长,凝固层外壳形成缓慢、承载能力较弱,共
(下称6L曲轴)采用球墨铸铁铸造而成(见图1),其晶转变时石墨析出、生长所产生的共晶膨胀压力通
外形尺寸为:4500mmx440mmx401mm,重约2t,过已结晶的奥氏体骨架直接传递给整体锛型型壁,
其性能要求见表1。
当型壁刚性不足时就引起铸型型壁向外位移从而加
大了铸件形成收缩缺陷的倾向凹。
3)6L曲轴具有结构复杂、外形尺寸大等特点,
在浇注过程中,铁液在型腔内的流程较长易产生
图16L曲轴
次氧化现象并形成氧化夹杂缺陷。
表16.曲轴性能
2铸造工艺方案
产品抗拉强度冲击值a伸长率球化石盟
基体硬度
2.1造型工艺
名称Rm/MPa(Jem2)「/%率大小
HBW
公司前期试制6L曲轴时曾采用普通砂型铸造
曲神し71S「』53级≥5级7P2-3工艺,但此工艺需使用大量冷铁、冷铁准备困难,生
产组织难度大,铸型刚度也较低,生产的铸件组织不
1铸造难点分析
致密,废品率高达50%以上。而金属型覆砂铸造工
6L曲轴断面厚大,其主轴颈、连杯颈直径分别艺能有效克服铸型刚度低等缺点,提高铸型激冷能
达25smm和219m,属典型的大断面球墨铸铁力,从而改善铸件组织和致密度。所以国内外小型柴
件,此类铸件的生产技术是铸造界公认的难题,其油机球铁多采用热芯盒射芯机射制覆砂层的金属型
主要技术难点归纳如下:
覆砂工艺,但由于6L曲轴结构复杂、尺寸较大,无法
采用该工艺造型。为此,设计了金属型硅酸盐水泥流
收稿目期:2013-05-17
态砂压型法生产曲轴的造型工艺(见图2)。该工艺
稿件编号:1305-266
作者简介:邢那新田(1982-),男,工程师,主要从事铸铁件生产与新产的关键是以下工艺参数的确定。
品开发工作
(1)覆砂层厚度确定。覆砂层厚度控制过大,则
CFMT中国铸造装备与技术6/2013
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Production Techniques生产技术
铸件金属型砂芯覆砂层
上型
选择很大程度上取决于铸件壁厚叫。6L曲轴的化学
。元光=成分花围见表2
表26L曲轴化学成分(%
下型
图26L曲轴金属型覆砂造型工艺
产品名称: C Si Mnp「S稀土 RE Mo Mg1Cu
将削弱金属型的效果,不能充分发挥其蓄热能力
3.5~2.0~0.3
0.2~0.04~0.7
曲轴
≤0.08≤0.025≤0.012
大、刚度高的优点。覆砂层厚度控制过小,则造型困
0.50.111.0
难,铸件开箱时难于顺利地从型内取出,甚至造成23.2球化处理技术
曲轴断裂。综合各种因素分析并经试验后,确定了
镁是球墨铸铁达到石墨球化不可缺少的元素
合适的覆砂层厚度为15~18mm
般球墨铸铁件的残余Mg含量控制在0.03%以
(2)金属型的收缩间隙。铸件凝固后,随着温度上,对于厚大球墨铸铁件,残留Mg含量应适当提
的下降,铸件将产生线性收缩。而金属型本身不具高。为此,本公司依据Mg元素高温汽化的特点,采
备退让性,基本无法为铸件收缩提供退让空间。故用了适合生产6L曲轴的集球化、浇注为一体的密
设计时应将金属型分块(段),并在块(段)与块(段)封球化处理装置,使球化处理在密封的处理包内进
之间预留收缩间隙。
行。选用纯镁块作为球化剂,当球化剂遇高温铁液产
(3)型砂强度。型砂强度太低,容易造成铸件夹生大量Mg蒸汽、包内压力瞬间上升,形成正压,促
砂、滲铁等缺陷;型砂强度太高,铸件在凝固收缩使球化反应在正压无氧状态下进行减少了Mg的烧
时,受到铸型及砂芯的机械阻碍较大,使铸件产生损,同时Mg的吸收率大大提高,球化率高达85%以
热裂的可能性增大。故型砂强度应控制在合理的范上,石墨球圆整,球化质量好。球化过程铁液温度的
围内。
损失也减少了20~30℃,有利于夹杂物的上浮,减少
2.2浇注系统设计
夹渣缺陷。还降低了Mg在反应过程中形成的烟光
6L曲轴采用在每一主轴颈设置内浇道的多道尘,劳动环境大大改善,节能减排效果十分显著
分散进铁液的浇注系统(见图3),使得铁液充型更2.4凝固冷却过程控制技术
为平稳,亦避免了铸型局部过热,有利于提高曲轴
采用斜浇立冷的浇注方式,浇注前将铸型尾部
各部位的组织均匀性及整体品质。同时在浇注系统上翘組5°~8°,可使铸件充型平稳,也利于铁液在浇注
中设置铁液过滤装置,减少了铸件产生一次夹渣缺过程中产生的二次氧化渣上浮溢出型腔外,以减少
陷的可能性。
二次夹渣缺陷。浇注后待铸件冷却至冒口凝固后将
铸件竖直冷却凝固,以增强铸件浇口端对铸件本体
的补缩作用。铸件在糊状凝固过程中由于石墨化膨
胀所产生的膨胀力高达(0.57~1)MPa,此力通过铸
图36L曲轴浇注系统
件传递给铸型,如铸型刚度太高,铸件凝固收缩受到
2.3熔炼工艺
铸型的机械阻得越大,铸件产生热裂的可能性就越
2.3.1化学成分控制
大,故铸件竖直冷却一段时间后应将铸件拉平,立即
球墨铸铁的化学成分控制十分重要,特别是C、松掉铸型活块的紧固螺栓,以减小铸型的机械阻得
Si、Mn以及合金元素和微量元素的控制。化学成分从而减小铸件产生热裂的可能性
将影响到球墨铸铁件的组织、性能以及合格率等。2.5热处理工艺的确定
从铸造工艺性能出发,球墨铸铁的碳当量宜选择在
6L曲轴采取的热处理工艺为调质处理,先加热
共晶点附近,这时铁液的流动性最好,充型能力最至650℃,保温3h,使铸件加热均匀。再加热至
强,而且可以充分利用石墨化膨胀的自补缩作用。850℃,保温6h,使组织完全奥氏体化。然后进行猝
但考虑到厚壁铸件产生石墨漂浮的问题,厚大铸件火,淬火介质为油(室温),冷却1h,使转变成奥氏体
的碳当量不宜过高。因此从铸件的致密性和充型能组织在快速冷却过