溢流冒口解决离合器压盘耳朵处D、E型石墨含量超标

溢流冒口解决离合器压盘耳朵处D、E型石墨含量超标 姜 猛 (定州市孟生球铁有限公司，河北定州 073000) 摘 要:采用ZZ416B造型线所生产的汽车离合器压盘，耳朵处的D、E型石墨较多，采用调整成分、出炉温度、孕育量等均未有效解决。经在耳朵处加溢流冒口，排出过冷铁水，同时降低耳朵处冷却速度，问得以解决。耳朵处金相组织主要为A型石墨，D、E型石墨不超过10% 。 关键词:溢流冒口;D型石墨;E型石墨 离合器压盘作为汽车离合器的重要组成部分，在汽车的行驶中高速运转，承受着相当大的离心力和冲击应力，质量水平关系到整个离合器总成的质量和寿命。随着技术的不断发展，汽车安全要求越来越苛刻，离合器压盘作为汽车保安件，铸件质量要求也越来越高。 压盘耳部作为和离合器盖的连接部位，是主要的应力承受部位，其金相组织和力学性能不符合要求时，将存在巨大的安全隐患。压盘因为壁厚较薄，耳朵处又处于边缘浇注末端，如果工艺控制不当，很容易产生D型、E型石墨，严重影响压盘的径向韧性。如果D型、E型石墨分布范围过大，压盘很 ,,,容易断裂，造成严重质量事故。 1. 压盘铸件要求 对于该压盘铸件验收，客户有着严格的。压盘为HT250材质。本体强度要求240MPa，布氏硬度要求180-240HB。铸件不得有影响本体强度的缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。 压盘化学成分(质量分数)见表1，显微组织件表2。 表1 压盘的化学成分要求 项目 C Si Mn P S 标准值 3.0,3.3 1.8,2.4 0.7,1.0 ?0.12 ?0.10 表2 压盘的显微组织要求 项目 检测需求 标 准 基体组织 100×显微镜 P(珠光体)?90% A型?70% B型?20% 石墨型态 100×显微镜 (D+E)型?10% 不允许存在F型石墨 石墨长度 100×显微镜 4-6级 磷共晶数量 100×显微镜 ?1.0% 碳化物数量 100×显微镜 ?1.0% 2 D、E型石墨形成机理及特征 2.1形成机理 D、E型石墨均属过冷石墨，即在铁水过冷倾向大时出现。又分为成分过冷和工艺过冷。 成分过冷为铁水成分碳当量过低使过冷度增大，白口倾向大，解决方法为提高铸件碳当量，加大孕育量。 工艺过冷为铸件个别部位冷却速度过快，白口倾向大，薄壁部位出现白口，解决方法为改善铸件个别部位的冷却速度，使冷速均匀，或者改善铸型的，使用散热作用慢的铸型。 感应电炉铁液过冷度大,白口倾向大,收缩大。原因如下: (1)感应炉内没有传统冲天炉中铁水与焦炭之间的增S过程，当废钢配比高时，铁水中的W(S)仅有0.02%,0.03%，这种低S的铁水显著地减少了孕育的结晶核心，导致孕育后的白口倾向与收缩的增大。 (2)冲天炉熔炼时，炉料熔化时间的约5min, 7min，过热约0.5min，到出铁总共约10min。而感应炉从熔化到出铁却约需1h，高温持续时间长，加上感应炉内的电磁搅拌，使结晶的外来晶核大幅度减少，导致共晶温度显著降低，过冷度增大。孕育处理中,由于铁液过冷倾向大,灰铸铁组织中,易产生过冷的D,E型石墨及其伴生的铁素体, 导致铸铁力学性能的下降或边角白口的产生。 2.2 D、E型石墨金相特征 D型石墨型态为点、片状枝晶间石墨呈无向分布(如图1)。产生在铸件冷速较大的部位，为过冷石墨。亚、共、过共晶成分都存在。以往认为，D型石墨分枝发达，对基体割裂严重，使灰铸铁强度较低。但近期国内外有研究表示，在相同基体下，D型石墨铸铁的强度可能高于A型石墨，这值得进一步探讨。 图1 D型石墨金相 E型石墨型态为短小片状枝晶间石墨呈有向分布(如图2)。产生在铸件冷速小，或碳当量较低的情况下存在。由于这种E型石墨的方向性很强，很可能造成铸件在外力作用下，沿石墨排列方向发生带状脆性断裂，故铸件的力学性能较低。 图2 E型石墨金相 压盘生产中采用ZZ416B型垂直线，熔炼设备为3T感应电炉，使用底注式浇注机浇注。炉料配比为:生铁10%、废钢25%、回炉铁65%，增碳剂增碳。 铸件浇注工艺为底注式。该压盘壁厚仅为11mm，属薄壁件。而客户所要求的金相取样位置在耳朵凸起处，冷却速度比本体更快，更容易产生过冷石墨，如图3。 图3 工艺改进前压盘耳朵处的石墨形态 3解决过程 3.1 调整成分 首先考虑的是提高碳含量。该铸件要求的成分中碳的上限为3.3%，但是 、E型石墨未见明显减少，而且经过试验证明，当碳量接近3.3时，不但D 铸件本体强度偏低，不符合技术要求。 3.2调整出炉温度 研究表明，铁液到达某一临界温度后，随着铁液温度的提高，石墨细化，基体细化，从而使铸铁性能提高。但如果温度过高，则使石墨晶核数量减少，白口倾向增大，石墨形态恶化，反而造成性能下降。通过生产实践，临界温度为1550 ?。 由于现场生产中产品均为小件，每浇包铁水所浇注型数较多(20,30型)，过程中降温较多。出炉温度降低至1540?时，因浇注包降温过多，浇注温度(工艺范围1400,1460?)无法保证。 鉴于本厂实际因素，实际生产中出炉温度为1560-1580?。 3.3加大孕育量 周转包一次孕育量由0.3%(占铁水重)增至0.8%，浇注机随流孕育量0.1%未变 (以往生产实践证明，随流孕育量超过0.1%后铸件夹渣硬点缺陷明显增多)，有一定效果，但是D、E型石墨含量仍超过所要求的10%。 以上三种方法虽取得了一定效果，但是均未有效解决问题。 4溢流冒口 过冷石墨的产生除铁水本身的因素外，还与铸件结构有关。 在不改变铸件壁厚的情况下，要想改变铸件耳部的冷却速度，可以在耳朵处加溢流冒口(如图4)。铁水充型时，初期的低温过冷铁水经耳部后流入溢流冒口，这样耳部充型的铁水为高温铁水，同时由于该冒口的存在，使得耳部的冷却速度也有所下降。并且可以使铁水中夹杂物进入冒口，减少铸件缺陷。 图4模具压盘耳朵处增加溢流冒口 经过实际生产验证，加溢流冒口后，在不改变原有熔炼、浇注工艺的情况下，耳朵处主要为A型石墨，D、E型石墨不超过10%(见图5)。问题得以解决。 图5 加溢流冒口后压盘耳朵处金相 5结论 (1)在避免D、E型石墨的工艺因素中，以恰当的铁水成分、合适的过热温度与过热时间、良好的孕育处理等较为重要，同时，浇注系统方面的因素也占有不可忽视的地位。 (2)通过此次解决汽车离合器压盘耳朵处的D、E型石墨可以看出，铸造生产的过程中，在解决铸件缺陷时，要多方面、多角度的问题。 参考文献 [1]哈胜男，任颂赞(石墨形态与汽车离合器失效断裂[J](铸造工程，2011,4:13-16. [2]中国铸造协会.铸造技术应用手册.第一卷,铸铁.北京.中国电力出版社.2011.9