钒钛含量及硬度对离心铸造气缸套切削性能的影响分析

摘要：本文主要围绕离心铸造气缸套展开论述，探讨了其中的微量元素钒、钛含量对其切削性能的影响，此外，还对相同材质及型号的气缸套硬度进行了检测，从而进一步分析影响气缸套切削性能的主要要素，以此来为今后的生产实践提供有力依据和相应的工艺措施。

关键词：钒钛含量;硬度;离心铸造气缸套;切削性能

当前，在全球人口基数日益增长的趋势下，其对于能源的需求也不断增加，而能源又并非取之不尽用之不竭，因此，在我们日常的生产和生活过程中，还需注重节能减排。随着国际油价的不断上涨，人们对于汽车的油耗和排量問题也更为关注。然而，大多数汽车发动机中的气缸套大都为一些半成品，且经一次性加工而成，因此，其机加工性能对于生产成本及生产效率具有重要影响。为了进一步提升国产气缸套的机加工性能，需改善其各铸件化学成分，鉴于此，本文作了具体探究，内容如下。

1.      钒钛含量对离心铸造气缸套切削性能的影响

1.1   试验条件

选取设备为卧式离心浇注机两台、500kg 中频感应电炉。炉料配比为：生铁：废钢：回炉料 =1：1：3，为调整其中的化学成分，还需加入电解铜、钒铁、钛铁、硅铁、锰铁等，铁水出炉温度为1450-1480℃，模具温度为350-450℃，浇注温度1300-1380℃，出缸温度不大于850℃，具有0.6%的孕育量，熔炼出型后需进行冷却处理。保持铸造工艺条件不变，将电炉中的铁水化学成分进行调整，使其具有不同含量的钒、钛，并加工成相应钒、钛含量的铸件，经高速切削加工后进行对比。

1.2   试验数据

本次铸造生产试验方案共有以下五种：其一、依据常规配料获取低钒、低钛;其二、将钛含量增至正常配料的0.03%;其三、将钛增至正常配料的0.05%;其四、将钒增至正常配料的0.19%;其五、将钒增至正常配料的0.2%。铸造配料熔炼，并对其化学成分进行检测，针对合格者进行浇注。将金相组织进行对比，并抛光低钒钛和高钛样块，然后采用浓度为

4%的硝酸酒精溶液进行侵蚀，在显微镜下观察可知，钛含量增加，其基体组织中的碳化物也随之增多。

1.3   试验结果分析

依据本次试验结果可知，钒、钛含量增加时，刀具磨损量随之升高，然而相比于钒，钛含量的多少具有较大影响。材料中的碳化钒、碳化钛等硬质点，会影响其切削性能。在强碳化物中，钒、钛作为主要的组成元素，其碳化物的硬度相对较高，分别为碳化钒2800HV，碳化钛3200HV。因此，为了提升气缸套的切削性能，需采取有效措施将硬质点降低。

钛与碳和氮都具有较强的结合力，分别形成碳化钛和氮化钛，其硬度较高，且具有较强的耐磨性，因此，刀具的磨损情况主要受钛含量的影响。综合以上情况可知，在日常生产加工中需加强对生铁中钛含量的控制。

2.      硬度对离心铸造气缸套切削性能的影响

2.1   试验条件

熔炼器材为500kg 中频感应电炉，卧式离心浇注机两台。炉料配比分别为：生铁20%，废钢20%，回炉料60%，加入适量的钛铁、钒铁、硅铁、锰铁及增碳剂等，对化学成分进行调整，保持铁水出炉温度、浇注温度及模具温度分别为：1450-1480℃、1300-1380℃、350-450℃，孕育量为0.6%，待铸件出型后进行冷却。采取相同的铸造工艺条件，并对铸件的出模温度进行调整，加工并挑选一批铸件，使其硬度不同，然后对比其高速切削情况。

2.2   试验数据

设置的铸造出模温度共包含以下三种情况：其一、出模温度为800-850℃;其二、出模温度为700-750℃;其三、为600-650℃。加工生产出的铸件，使其成为半成品，然后对铸件的洛氏硬度进行检测，检测工具为布氏硬度计，选取三种缸套，使其硬度范围分别为：<220HB、220～270HB、>270HB，对其分别进行高速切削加工，然后对刀具的磨损量进行检查。

2.3   试验结果分析

根据以上试验可总结出，铸件的材质相同时，硬度越高，其刀具的磨损量也随之增加。在一定条件下，灰铸铁的硬度可表示铸件的耐磨性大小、强度高低及切削性能等。灰铸铁的硬度值介于石墨和基体的硬度值之间，铸件石墨的数量、形态、分布以及基体构造等，都会影响其硬度大小，并最终对铸件的切削性能造成重要影响。

灰铸铁的硬度升高时，其铸件的耐磨性也随之得到改善，从而直接提升基体的抗刀具切削能力。保持刀具参数相同时，在进行机械加工的过程中，刀具具有逐渐增加的磨损量，从而对铸件的切削性能产生重要影响。

此外，为了确保生产的铸件硬度较高，还需将一些合金元素加入生产过程中，并借助合金化条件，来提升基体的硬度，进入合金时，铁液将具有较为明显的白口倾向和收缩现象，加入量较多时，将有碳化物出现，并对铸件的石墨数量及形态造成影响，最终影响到铸件的切削性能。

3.      结语

本文通过试验主要分析了钒钛含量、铸件硬度对离心铸造气缸套切削性能的影响，并分别得出了以下试验结论：一、（1）在生产过程中，需控制有害元素的加入量，最好采取低钛生铁。（2）离心铸造气缸套的机加切削性能与材料的化学成分、铸造设备及工艺均相关。此外，生产操作的过程及参数也会影响产品的质量。二、（1）在进行离心铸造加工的过程中，为了进一步改善刀具的加工性能，并将铸造材料损耗大大降低，需首先满足客户对产品质量的要求，然后尽可能降低铸件的硬度，使其保持在中下限水平。（2）离心铸造气缸套的机加切削性能不仅取决于材料的硬度，同时也受铸造设备及工艺的影响。除此之外，过程参数及过程操作情况，对产品质量也会产生重要影响。

综上，在实际的生产加工过程中，为了进一步提升离心铸造气缸套的切削性能，不仅需要严格控制铸件中钒、钛的含量，还需保持其具有适宜的硬度值范围，此外，还需对生产过程中使用的工艺流程及铸造设备进行严格挑选，以此来充分保障离心铸造气缸套的质量，使其具有较为良好的切削性能。

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作者简介：

刘宝太（1965.12）男，汉，江苏扬州，助理工程师，中专，研究方向：金属材料、理化分析.