降低球墨铸铁活塞环铸造缺陷的工艺措施

降低球墨铸铁活塞环铸造缺陷的工艺措施

王明

共享装备股份有限公司银川市西夏区750021

摘要：球墨铸铁具备糊状凝固特征，在生产球墨铸铁活塞的过程中，经常出现一系列问题，比如缩松、夹渣等，这从一定程度上影响了球铁环使用性能。本文主要从实际生产情况，对球墨铸铁活塞环铸造缺陷产生的原因进行了分析，并提出了相应的工艺措施。

关键词：球磨铸铁；活塞环；铸造；缺陷；工艺措施

在发动机运行中，活塞环是不可缺少的重要部件之一，它应具备耐磨、强度高等优点。目前，随着发动机正呈现向高负荷方向的发展，人们对活塞环的使用性能也在逐渐提高，由于球墨铸铁性能相对较好，所以用球墨铸铁制造的活塞环也逐渐增多。本文主要研究了球铁活塞环铸造过程中存在的各种问题，进而给出相应的解决办法。

1球墨铸铁的凝固特征

在球墨铸铁活塞环材料中，含碳质量分数为4.9%左右，它属于共晶成分的一种。众所周知，共晶成分的铁水经过球化处理之后，在冷却作用下呈现球状的石墨晶核，并且逐渐长大。当铁水温度降到一定程度的时候，液态奥体体层便会随之凝固，铁水中的碳原子利用奥氏体壳进入石墨内，加快石墨的生长速度，与此同时，铁原子通过石墨界面分散开来，从一定程度上增加了奥氏体壳的厚度和性能。在这一运行期间，碳原子运行速度一般。

球墨铸铁在凝固过程中可能引起的故障及排除方法如表一所示：

表一详细分析了球墨铸铁在凝固过程中可能引起的故障以及应对措施。从开始凝固到停止环节中，温度范围较宽，铸件表面凝固之后，仍然存有液体。只要合理控制好温度，做好卫生清洁以及对零部件进行严格的检修更换，就可以有效避免这些问题的发生。

2产生球墨铸铁活塞环铸造缺陷的实质性原因和有效的解决对策

2.1皮下气孔

在铸造简体的过程中，主要是将皮下气孔放置在距离外圆面下面的2mm处，并且内圆面表面也有，可是比较少，在进行双环铸造过程中，正好相反，则是将其放置在距离上表面1mm的位置处，运行期间呈现球状，此种形状只有在加工的时候才会表现出来。从实际情况来看，皮下气孔形成过程较为复杂，它的气体为氢气，来源于两个方面，分别为外部侵入的气体以及铁水内部析出的气体。

2.1.1皮下气孔形成原因

第一，铁水外部侵入中，氢气是主要的来源之一。

第二，在铁水内部的气体中，主要来源于炉料、材料中所含水分等，浇注期间，这些水分会受到分解和形成氢气。

其中，铁水中的镁蒸气和型砂内的水发生反应形成氢气。公式如下：

①Mg+H2→MgO+2{H}

镁本身作为触媒，它能够使碳和型砂水反映到一起，产生氢气。

②C+H2O→+H2

水和镁、铁的碳化物相互作用，形成乙炔气体，再由乙炔气体分解成氢气。

③{Fe•Mg}C+H2O（气）→（Fe•Mg）O+C2H2

C2H2→2C+H2

第三，在生产铁球的过程中，铁水经过球化处理之后，在镁活化作用的影响之下，铁水表面出现了薄薄的氧化膜，氧化膜的产生和皮下气孔有着十分紧密的联系。产生皮下气孔的原因是由于氧化膜产生的，因为该膜的出现从一定程度上增加了铸型和铸件之间的作用力，所以，有效预防了铁水内外部气体的泄漏，最后，铸件表层凝固，气体被引入铸件表层中，这就是皮下气孔的形成原理。

2.1.2避免皮下气孔的对策

①合理控制住型砂水分，以此避免铁水和铸型表面形成气体，在铸造简体的过程中，可以将型砂水分控制在4.5%左右，型砂透气单位高于80单元，双环铸造的型砂水分控制在4.1%左右。

②然后，在使用球化剂、球化处理包之前，将预热烘烤到200℃左右，以此减少氢气量。

③最后，镁和硫能够从一定程度上提升氧化膜温度。对此，要从铁水入手，在提升铁水球化水平的前提下，需要注意，剩余的型砂水分要保持在0.81%以内，这就说明铁水中的含硫质量越低，那么呈现的效果越佳。

2.2夹渣

夹渣作为一种非金属夹杂物，主要是由氧化物和硫氧化物等物体构成，整体而言较为复杂。

2.2.1夹渣物形成原因

第一，铁水经镁和稀土处理之后，硫氧和稀土发生反应以后，氧化物和硅酸镁便会形成夹杂物体，这一物体的质量和铁水相比较而言，要低一些，在处理完球化的扒渣之后，如果处理不干净或者铁水温度低，夹杂物就会残留在铁液中，最后生成夹渣。

第二，一般来讲，因为镁自身的原因，时常发生氧化现象，所以在铁水表面会将多种氧原子吸收进去，从而当铁水经过球化处理之后，发生氧化情况，产生氧化膜，再加上这一氧化膜一直处于固液情况，无法在扒渣中得到清除。铁水在铁包内存留或者流动的时候，不断和外部空气相互接触，从而氧化形成残渣。

2.2.2防止夹渣的工艺措施

首先，适当地降低铁水残留镁和原铁水含硫之间的质量分数，这是因为内镁和硫结合到一起，会提升铁水氧化膜的结膜温度，当处于一致的浇注温度的时候，便会提升残留镁的质量分数和原铁水含硫量的质量分数，从一定程度上加大了夹渣的严重性。然后，要保证残留稀土质量分数的充足性，由于稀土本身能够减少氧化膜的结膜温度，所以如果过度的残留稀土质量分数，会使石墨形状固化。最后，将浇注温度保持在合理范围内，因为氧化膜自身随着铁水温度降低而逐渐加厚，所以会使夹渣情况明显。

结语

从以上论述可以看出，要想预防球墨铸铁活塞环发生铸造缺陷，应当从实际情况出发，采取有效的工艺措施，减少贴水氧化膜的结膜温度，降低其干扰性。

参考文献

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[2]贵传霞，张鹏，胡元军.砂型单体合金活塞环铸造缩松缺陷分析研究[J].内燃机与配件，2012（3）：21-24，27.