球墨鑄鐵曲軸鑄造工藝

1、球墨鑄鐵曲軸的鑄造與發(fā)展球墨鑄鐵曲軸的鑄造與發(fā)展1、前言、前言曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵部件之一，其性能好壞直接影響汽車的壽命。曲軸工作時承受著大負荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，常見的失效形式為彎曲疲勞斷裂及軸頸磨損，因此要求曲軸材質具有較高的剛性和疲勞強度以及良好的耐磨性能。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展，其性能也在不斷提高，優(yōu)質廉價的球鐵已成為制造曲軸的重要材料之一。自1947年球墨鑄鐵發(fā)明以來，經(jīng)過不長時間的努力，其抗拉強度提高到了600~9

2、00MPa，接近或超過了碳素鋼的水平。與鍛鋼材料比較，球墨鑄鐵曲軸既有制造簡便、成本低廉，又有吸震、耐磨、對表面裂紋不敏感等鍛鋼材料所不具備的優(yōu)良特性，因而球墨鑄鐵具備了代替鍛鋼制造曲軸的可能性。20世紀50年代后期，國內南京汽車制造廠率先批量生產(chǎn)躍進牌汽車球鐵曲軸。60年代，二汽首先成為國內按照球鐵曲軸生產(chǎn)工藝進行設計和投產(chǎn)的汽車廠。到了70、80年代，中小型柴油機在我國迅速發(fā)展，由于球鐵制造和經(jīng)濟方面的優(yōu)勢，大多數(shù)中小型柴油機都采用

3、球鐵曲軸，極大地推動了我國球鐵曲軸的應用與發(fā)展，出現(xiàn)了一批球鐵曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠。近十多年在汽車工業(yè)的快速發(fā)展過程中，又新建了一批現(xiàn)代化的球鐵曲軸生產(chǎn)廠（或分廠、車間），球鐵曲軸在國內得到了普遍應用。國外球鐵曲軸的應用也十分廣泛，早在上世紀50年代，國外就開始將球墨鑄鐵應用于曲軸的生產(chǎn)，如美國的福特公司首先應用，美國克萊斯勒公司、瑞士的GF公司、法國的雷諾和雪鐵龍公司、意大利的菲亞特公司、羅馬尼亞的布拉索夫汽車廠等先后成功地將球墨鑄鐵應用于

4、曲軸的生產(chǎn)。在德國，排氣量2000ml以下的柴油機中球鐵曲軸占50%，排氣量1500ml以下的汽油機中球鐵曲軸占80%；在美國汽車行業(yè)中，球鐵曲軸占80%。由于制造技術和經(jīng)濟上的優(yōu)勢，球鐵曲軸在汽車工業(yè)中廣泛應用的總體狀況今后不會發(fā)生太大的變化。研究資料表明，珠光體基體的組織較鐵素體基體組織具有更好的疲勞強度性能，而這正是曲軸所需具有的重要使用性能之一。同時，珠光體基體組織具有更高的常溫抗拉強度和耐磨性。故在球鐵曲軸的生產(chǎn)中，其基體組織

5、以珠光體基體為主，通常為QT600、QT700、QT800甚至QT900牌號，一般要求伸長率在2%以上。對于QT600、QT700來說，采用鑄態(tài)生產(chǎn)即可以穩(wěn)定地達到性能要求；而對于QT800、QT900等較高牌號的生產(chǎn)，很多工廠是通過熱處理來實現(xiàn)的，這無疑會增加曲軸制造成本，而實現(xiàn)鑄態(tài)的相關曲軸牌號具有很大的成本優(yōu)勢。對于促進基體為珠光體組織，可采用的合金元素很多，如Cu、Mn、Cr、Mo、Ni、Sn等常規(guī)合金元素，而諸如Sb、Bi等微

6、量合金元素也同樣具有很好的促進珠光體形成功能，但通常采用單一的合金元素不能很好地達到高的牌號與性能。研究表明，采用二元合金或多元合金往往較單一合金加入形式具有事半功倍的作用。對于上述牌號來說，通常采用以Cu為合金化的一個主要元素，Cu具有很好的促進珠光體形成的性能，有利于共晶階段的石墨化和細化、圓整石墨球，并不會促進碳化物的生成。采用CuMn、CuMo、CuNi、CuCr等二元合金均可以實現(xiàn)QT600、QT700鑄態(tài)牌號的生產(chǎn)，但對于易

7、產(chǎn)生碳化物的元素如Mn、Cr等應注意使用范圍的控制，同時這些元素也會阻礙石墨化，影響最終的球化效果。對于QT8002的牌號，鑄態(tài)穩(wěn)定生產(chǎn)往往需要多種工藝綜合進行，當然合金化是保障牌號性能實現(xiàn)的重要因素。試驗表明，以CuSb、CuSn為主的合金化，采用Mn、Mo、Ni等作為附加元素，可以實現(xiàn)牌號性能要求。如采用CuSb合金化，甚至可以達到QT9002牌號，其中起主導作用的是微量元素Sb。Sb元素是一種微量元素，國外一般不應用于生產(chǎn)，因其加

8、入量較少，范圍很窄，不利于生產(chǎn)控制。但Sb卻具有很好的提高基體組織珠光體含量的特性，在合適的范圍內不會促進碳化物產(chǎn)生，并提高石墨球數(shù)量，改善圓整度，尤其在大斷面鑄件中應用具有很好的效果，可以顯著提高強度性能。Sn效果與Sb類似，是一種強烈穩(wěn)定珠光體的元素，在高牌號灰鐵、蠕鐵和球鐵鑄造生產(chǎn)中廣泛應用，其加入量通常維持在0.02%~0.05%，不會促進碳化物產(chǎn)生，可以顯著提高強度、硬度，但如果Sn加入量過多，將會引起鑄件韌性下降。4、鑄態(tài)球