降低球墨铸铁活塞环铸造缺陷的工艺措施

徐小光

摘 要：球墨铸铁具备糊状凝固特征，在生产球墨铸铁活塞过程中，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

中图分类号：TG255 文献标志码：A

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，过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。

灰铸铁和球墨铸铁的冷却曲线如图1所示。

图1明确显示了球墨铸铁的凝固情况。从中得出，在共晶凝固过程中，碳原子朝着石墨球扩散较为困难，并且球铁的导热系数和灰铸铁相比较而言，要小很多，散热慢，只有依靠增加过冷度来发展，进而扩大石墨球。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。从实际情况来看，整个铸件内部呈现糊形，它并不是完全固态的外壳。球铁的共晶转变过程，只能够在低温下开展，从中可以看出，这一球铁的特点是生长率不高，和共晶团相比较来说，要细得多，并且没有连贯性，整个铸铁断面呈现相互依存的现状，这就是所谓的糊状凝固。

从上面论述可以看出，球铁件的凝固特点，除了铸件表面层次之外，同时还在铸件内部凝固，这样一来，就导致铸件在凝固期间，通道堵塞，引起球铁铸造缺陷性问题。

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：

① Mg+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。

② C+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，便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，因為镁自身的原因，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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