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单缸汽油机球墨铸铁曲轴铸造 |
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作者：四川大学 付明国 |
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风冷式单缸汽油机的曲轴是该机的重要传动零件之一，对铸件尺寸精度、表面粗糙度及重量偏差要求均较严格，且不允许有铸造缺陷，按照美国292标准，要求曲轴的机械性能：抗拉强度σb≥620N/mm2，屈服强度σ0.2≥450N／mm2，延伸率δ不小于4%。硬度223～269HB金相组织：圆整的石墨球不少于80%，基体为中等片状珠光体40%左右，约40%牛眼状铁素体，Fe3C＜5％，且应是细小和均匀分布的。铸件不进行热处理，应在铸态下获得，并保证组织均匀和机械性能。
1工艺选择
通常对单拐小曲轴，多采用煤粉砂造型，边暗冒口补缩，平浇平冷的工艺(图1)，以适应大批量生产。采用了冷硬树脂砂造型，无冒口铸造，平做立浇立冷工艺(图2)。
2材质控制
曲轴材质按要求属高强度、较高韧性球墨铸铁，且应在铸态下获得。通常有两种方法可以达到：一是非合金化法，主要是通过控制铁水化学成份，合适的铸型，掌握好打箱时间来达到，二是合金化法，即在配料中加入少量合金化元素。我们采用在配料中加入少量紫铜，控制好铁水化学成份和打箱时间的方法。为保证冶金质量，采用中频电炉熔炼。铸件浇注后，夏季在砂型内约冷却6～9分钟，冬季约冷却11～15分钟，打箱出件。
图1平浇平冷工艺
图2立浇立冷工艺
从试制的几炉曲轴来看，无铸造缺陷，外观质量达到该公司的要求，其材质化学成份、机械性能和金相组织，如表1、表2。
从表2可见，曲轴的材质也达到了要求。
3分析讨论
(1)曲轴采用140/70目冷硬树脂砂造型，待建立一定强度后起模，铸型自然固化2～4小时，入炉低温烘烤，不但较快地达到终强度，提高生产率，而且大大降低了浇注时的发气量。由于树脂砂型刚性较高，有利于球铁曲轴的自补缩，并获得良好外观质量的铸件。
(2)从图1、图2可见，立浇立冷工艺的工艺出品率远远高于平浇平冷工艺，前者采用均衡凝固原则设计，后者采用传统的顺序凝固原则设计。对于球铁小曲轴，本设计可以获得无缩孔缺陷的致密铸件。
(3)考虑到铜能增加珠光体的含量，并细化珠化体、强化珠光体中的铁素体，从而使球铁的强度和硬度增加，据资料介绍，铜的石墨化能力为硅的1/5，可降低球铁的白口倾向，避免铸件出现自由渗碳体，故在配料中加入了少量的紫铜。由表1、表2可见，用含Mn量较低的本溪生铁生产的曲轴，均能稳定地获得较高的抗拉强度和满意的延伸率，且基体中无Fe3C组织。
(4)铸态球铁曲轴的机械性能主要取决于基体中珠光体含量的多少，珠光体含量增加，抗拉强度提高，延伸率下降，反之亦然。由表2可见，当基体中珠光体含量达到90%时，硬度增加，延伸率明显下降，表中抗拉强度较低，这是由于试样原因所致。故在生产中，将珠光体含量控制在80%～85%为宜。
(5)曲轴的机械性能及金相组织主要决定于铁水化学成份的控制和球化孕育处理工艺，打箱时间只作参考。
4结语
(1)对于内外在质量要求较高的小曲轴，采用冷硬树脂砂型、无冒口铸造、立浇立冷工艺，可以保证获得优质的铸件。
(2)在炉料中加入少量紫铜，严格控制铁水化学成份，作好炉前球化孕育处理，完全可以在铸态下得到高强度，较高韧性的球墨铸铁件.
(end)
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(6/2/2004) |
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