SiSr孕育剂在缸体缸盖薄壁铸件生产的应用

吕仁杰

（山西中条山机电设备有限公司，山西垣曲043700）

·应用研究·

SiSr孕育剂在缸体缸盖薄壁铸件生产的应用

吕仁杰

（山西中条山机电设备有限公司，山西垣曲043700）

根据缸体缸盖结构特点及生产时常见缺陷分析，选用SiSr孕育剂能够有效解决缩松、渗漏，改善缸体缸盖铸件致密性，消除白口倾向。使用时不仅要根据生产工艺选择正确的孕育方法、合适的孕育剂粒度，更要科学的分析其冶炼过程中周围因素对其孕育效果的影响，才能充分发挥SiSr孕育剂的良好效能，减少铸件缺陷，提高产品质量。

孕育剂；缸体缸盖薄壁铸件；生产应用

某公司2013年8月建成的年产5 000 t内燃机缸体（缸盖）冷芯砂生产线，主要生产K M385三缸缸体、D495Q B四缸缸盖、4L22B四缸缸体缸盖等产品，是典型的薄壁灰铸铁件，其最小壁厚为3.5mm～5mm，机体强度和硬度要求高，要求材质白口倾向小，断面均匀性好（ΔHB≤30），缩孔、缩松渗漏倾向小等。在缸体缸盖生产试制过程中常因冶炼工部铁液孕育环节孕育效果不良导致毛坯铸件硬度不均、加工性能差、缩松渗漏等缺陷，从而导致缸体缸盖废品产生，因而，如何选择优良的孕育剂和正确的使用方法来指导生产正常运行成为现今必须攻克的难题。

表1 孕育剂类别及适用范围

1 SiSr孕育剂的研究

1.1 孕育剂的选择

孕育剂系列及其特点、适用范围如表1所示。从表1孕育剂的适用范围分析看出，适用于薄壁件的有3号、4号、5号三种孕育剂，但是生产缸体缸盖时常出现缩松、渗漏等缺陷，因此结合这三种孕育剂的性能特点最佳适用的应是3号硅锶孕育剂。

这种孕育剂的石墨化能力很强，特别是比稀土钙钡型孕育剂的石墨化能力高很多。虽然这种硅锶孕育剂的石墨化能力和碳硅钙孕育剂的接近，但是很多其他的优点，比如溶解性好，熔点低，几乎不含钙，允许有较低的孕育温度，特别是行渣少。另外的显著特点还在于减少白口的同时并不会明显使共晶团数增加，因此使用这种孕育剂能降低缩松率，改善铸件（缸体缸盖）的致密性，从而提高了铸件的耐水压能力测试，这些特点是稀土钙钡、碳硅钙类孕育剂不可比拟的。

1.2 孕育方法的选择

常用孕育方法有炉内孕育和包内孕育，这两种方法的工艺要点和优缺点以及使用范围如表2所示。

表2 炉内孕育和包内孕育方法

缸体缸盖薄壁且铸型结构复杂，浇注温度一般控制在1 370℃～1 400℃，浇注铁液控制严格，因此过热处理是必要的，一般来说高性能的灰铁出铁温度能够达1 520℃～1 550℃。从孕育角度而言，这个温度足以融化高熔点孕育剂并使其扩散。高温铁水不仅利于消除杂质，而且可以明显提高铁水的流动性，从而改善铸件成品率。

由于铸件单重较小（40 kg左右）大包浇注时间较长，出铁温度和浇注温度温差较大，以上几种方法倒包孕育最为合适，孕育剂在铁水分包时加在承接包内，或随铁水冲入承接包，这样可以有效解决大包浇注时间长，温差过大的问题。其操作较简单，孕育剂消耗量小，不易衰退，适用于出铁量大分包浇注或两次以上孕育场合。

1.3 孕育剂的粒度的选择

根据孕育剂种类和铸件的浇注温度，可以选择不同粒度的孕育剂。孕育剂的粒度根据铁液量、铁液温度及孕育处理方法确定，铁液温度一般不应低于1 400℃，粒度过细容易烧损，粒度过大熔解不充分，均达不到理想的效果。出铁1 t大包采用S i S r孕育剂粒度为5mm～10mm，分包后0.5 t小包宜使用粒度为2mm～5mm。

1.4 SiSr孕育剂的特点

S i S r型孕育剂多用于薄壁和形状较复杂的铸件上，例如缸体缸盖等。硅锶孕育剂的孕育作用很强，因为其含有足量的硅元素，另外少量的锶（小于2%）对改善灰铁和球铁石墨形态、提高断面均匀性具有明显益处，还有使孕育衰退延长的特点。由于S r与B a都属于硷土金属元素，因此具有基本一致的长效孕育作用。

一般认为：铸铁的缩松倾向随共晶团数增多而增大，而白口量会随共晶团数量增多而减少。但是，使用锶硅铁孕育，不会明显增加共晶团数，却有很强消除白口能力，有利于改善铸件缩松及渗漏等缺陷。

2 缸体缸盖冶炼过程控制

生产缸体缸盖薄壁铸件产品不仅要在孕育环节选择最为适用的孕育剂，而且应科学的分析冶炼过程中周围因素对其孕育效果的影响，才能充分发挥S i S r孕育剂的效能，减少铸件缺陷，提高产品质量。

2.1 炉料对孕育效果的影响

生产缸体缸盖的炉料是由回炉料、生铁、废钢、铁合金、增碳剂等组成的，这些原材料的质量，如“遗传性”、化学成分、清洁度等与孕育效果有极大的关系。铸造生铁的“遗传性”及其有害元素的存在直接影响孕育效果；铸造生产中的含碳、硅量越高，其中的石墨越粗大，铁水的碳当量越高，石墨的溶解越慢，孕育效果灵敏度越差；炉料清洁度差，有害杂质溶解的氢、氮和氧进入铁水内部，妨碍凝固过程中石墨晶核的形成，从而引起过冷，增大白口倾向；在凝固过程中，大部分氧以F e O的形式在剩余液体中不断富集，F e O的反石墨化作用加剧了剩余液体和晶界上产生游离碳化物的作用，因此铁水中气体的存在削弱了孕育剂的功效。

2.2 孕育剂加入量对孕育效果的影响

根据原铁水的化学成分、铸件的断面系数大小，来确定孕育剂的加入量。加入量太少或太多都是不适宜的，太少时虽然起了孕育作用但造成孕育不良，出现过量的D型石墨和铁素体或白口；加入量太多又会产生过孕育现象，导致铸件产生缩孔和缩松，石墨及晶粒粗大化等铸造缺陷，从而使铸件的硬度和强度都下降。经试验证明缸体缸盖只要碳当量合适，S i S r孕育剂加入质量分数在0.30%～0.40%左右，即可获得满意的孕育效果。

2.3 化学微量元素对孕育的影响

1）S n：低熔点金属S n能够导致石墨/金属界面薄层的形成，C向石墨扩散将受到阻碍，因此给铁素体的生成造成壁垒。在灰铸铁中加入质量分数在0.03%～0.1%的S n，便可获得几乎100%的珠光体。但是过量的S n生成F e S n2会在晶界处析出，可以明显降低材料强度和韧性，一般ω（S n）=0.02%～0.04%最为合适；

2）A l：铝在灰铁中质量分数为0.005～0.010%时可以促进孕育作用，质量分数为0.015%～0.25%时会促进氢针孔产生，缸体缸盖类薄壁铸件中ω（A l）应小于0.01%；

3）C a：孕育剂中ω（C a）＜0.1%可减少渣化提高锶的作用能力，钙过高的存在会中和锶的作用；

4）S：硫含量偏高易引起热裂，因为铁液硫量高，会增加枝晶粗化倾向。一般地，为了保证材料切削性能，灰铸铁硫质量分数应控制在0.06%～0.1%之间。

3 结论

1）S i S r孕育剂是适用于缸体、缸盖等薄壁灰铸铁件生产的一种高效、长效孕育剂；

2）S i S r孕育剂在缸体缸盖生产上能有效消除白口能力，减少铸件缩松、渗漏的作用；

3）S i S r孕育剂在使用时应考虑冶炼过程中周围因素对其孕育效果的影响，才能充分发挥S i S r孕育剂的良好效能，减少铸件缺陷；

4）化学微量元素对孕育的影响不可忽视，合理的存在范围对铸件生产是有利的，选择不同孕育剂应当重点考虑这些微量元素的影响，才能提高产品合格率。

参考献：

［1］中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册.第1卷［M］.北京：机械工业出版社，2002.1.

Application of SiSr Inoculant in Cylinder Block and Head Thin W all Castings

LV Ren-jie
（Zhongtiao Mountains Mechanical and Electrical Equipment CO.，LTD.，Yuanqu Shanxi043700，China）

According to the structural characteristics of cylinder block and head and the common defects in the production，SiSr inoculant can be used to effectively solve the shrinkage and leakage，improve the casting compactness，eliminate white tendency.When using SiSr inoculant，it is necessary to select the correct inoculation method and the appropriate particle size according to the production process and scientifically analyze the influence of surrounding factors in smelting process on the inoculation effect，which can give full play to the good performance of SiSr，reduce the casting defects，improve the product quality.

inoculant，cylinder block and head，thin wall casting，production application

TG24

A

1674-6694（2015）06-0035-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.011

2015-09-02

吕仁杰（1969-），男，山西万荣人，总经理，主要从事机电设备的生产与管理工作。