低磷硼铸铁汽缸套的技术经济分析

陈 宏

（佳木斯技师学院，黑龙江 佳木斯 154002）

现代技术的发展，使得内燃机对汽缸套要求越来越高。以硼铸铁取代高磷铸铁作为材质，在国内行业占据了主导地位，汽缸套的寿命也得到了很大的改善和提高。

1 磷在铸铁中的作用、分布及其形成的组织

磷在铸铁中的有益作用通常有二个：一是增加铁水的流动性，提高充型补缩能力；一是形成磷共晶组织而成为耐磨铸铁的硬质骨架。磷共晶的这种形式，使得高磷铸铁能够作为耐磨材料而应用于汽缸套的生产。在硼铸铁中，当磷含量＜0.1%时，晶间相只有硼碳化物；当含磷量＞0.1%时，由于硼碳化物不溶解磷元素，所以磷共晶与硼碳化物交错析出在晶界，形成硼复合物。

2 磷对硼复合物的影响

磷在铸铁基体中的固溶量很小，对基体的影响也很小，所以磷对硼铸铁金相组织的影响实际上就是对硼复合物的影响。

（1）对含硼复合物组成相的影响。当硼铸铁含磷量＞0.1%时，硼复合物由硼碳化物和磷共晶组成。如果磷含量较高，那么硼复合物以磷共晶为主；如果磷含量较低，则硼复合物以硼碳化物为主。对于硼铸铁，我们希望得到较多的硼碳化物，这样可以保证硼铸铁良好的耐磨性能。

（2）对硼碳化物块度、分布及形态的影响。硼碳化物与磷共晶都是晶间相，前者熔点较高，在晶界领先析出。随着硼碳化物的析出和生长，磷在剩余液相中的浓度越来越高，当达到一定数值时便会以磷共晶形式析出。由于磷共晶能溶解一部分硼，会降低硼在剩余液相的浓度而限制硼碳化物的生长，块度有所减小。但先于硼化物和磷共晶生长和长大的基体共晶团在很大程度上决定着硼碳化物的生长空间和生长方式。如果共晶团数目多，未凝固的液相就分散，硼碳化物在液相里生长空间就小，其块度也就小，分布就均匀，形态也就好。如果共晶团数目少，硼碳化物的块度、分布及形态就会不理想甚至不合格，但这时汽缸套就首先可能因共晶团尺寸过大而报废。所以硼碳化物的生长主要取决于铁水的成核能力。铁水的成核能力主要受铁水的碳硅含量、冷却条件及孕育效果的影响。在现有工艺条件下，磷对硼碳化物显微组织的影响相当微小。因此硼碳化物不会因为磷含量的降低而恶化。

（3）金相检验结果。在汽缸套的生产实践中，金相组织并未因磷的降低而恶化。通过上千炉次检验的统计，当含磷量为0.05～0.12%时，硼碳化物的块度、分布及形态都很理想，其组成的级别还有所提高。

3 磷对硼汽缸套耐磨性及耐拉伤性的影响

在低磷硼铸铁汽缸套中，耐磨相由单一的硼碳化物组成。在普通硼磷铸铁汽缸套中，耐磨相由硼复合物即硼碳化物和磷共晶组成。由于硼碳化物比磷共晶有着更高的硬度和熔点，因而低磷汽缸套的耐磨性及耐拉伤性比硼磷汽缸套更好。

4 磷对含硼铸铁铸造性能的影响

磷对硼铸铁汽缸套铸造性能的影响体现在两个方面：

（1）对缩松的影响。磷对缩松的影响表现为两方面。一方面是提高铁水的流动性，利于补缩，使缩松减少；另一方面是扩大铸铁的凝固范围，使缩松增加。就离心铸造汽缸套而言，由于其外形简单，凝固方式是强制性定向冷却，所以不存在补缩的问题，反而磷使得缩松产生的可能性增加。

（2）对夹杂的影响。磷会在铸铁熔化过程中产生含PO5等氧化物的炉渣。PO5使渣与铁水的界面张力下降而难以分离，这样渣不易浮到铁水表面而残留在铸铁中成为夹杂。因此，磷增大了汽缸套毛坯的夹杂倾向。

（3）低磷铸铁在实际生产中的孔渣倾向。我们生产淬火汽缸套的内孔渣眼废品率一直较低，其含磷＜0.12%，硼磷汽缸套含磷0.2～0.3%，其余条件基本相同。据统计数据发现，淬火汽缸套渣眼废品率普遍低于同期同机型的硼磷汽缸套。由此证实：低磷会减小汽缸套的渣孔倾向。

5 低磷硼铸铁汽缸套的其它性能

（1）硬度。低磷硼铸铁汽缸套中，由于硼碳化物的块度、分布和形态无恶化，所以其宏观硬度基本保持稳定而不会有任何降低。

（2）机械性能。磷除了少量固溶于基体外，多余的磷对铸铁机械性能无更好的作用。所以采用低磷后，硼铸铁的机械性能不会有恶化趋向。

（3）机加性能。汽缸套的加工性能主要决定于硼复合物的大小及形态。硼碳化物的大小和形态没有恶化，低磷硼铸铁汽缸套的加工性能也就不会恶化。几年的生产实践也证实这一点。

6 低磷硼铸铁的经济性

采用低磷硼铸铁，除取消添加磷铁而使磷含量减少外，其它工艺条件与普通硼铸铁相同，因此成本有所下降。

每年需铁水3000吨，25%磷铁价格为2500元／吨，汽缸套含磷量由0.25%降至0.05%，则成本降低为（0.25-0.05%）×3000÷25%×2500＝6万元，即每吨铁水可降低成本 20元（未计磷烧损）。

7 结论

（1）低磷能充分发挥硼铸铁良好的耐磨性。

（2）低磷不会对汽缸套的硬 度、机械性能及加工性能产生不良影响。

（3）磷会加大汽缸套的夹杂倾向。

（4）采用低磷硼铸铁可降低汽缸套的制造成本。

[1]陆文华.铸铁及其熔炼[M].北京：机械工业出版社，1981.

[2]缪达钧等.离心铸造汽缸套的质量控制[J].内燃机配件,1982，(4).