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钒钛含量及硬度对离心铸造气缸套切削性能的影响分析

作者:佚名 来源:科学与财富 202020期 时间:2020-11-19

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...

  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。

  参考文献:

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  [2]??? 林雪冬, 黄笑宇, 孙建,等. 离心铸造工艺对 Al-12.4Si-7Ti 自生复合材料组织与性能的影响[J]. 铸造,2018(7):593-597.

  [3]??? 陈永成, 柯志敏, 何良荣. 注塑机和压铸机用球墨铸铁模板切削加工性能影响因素研究[J]. 铸造技术,2019,040(006):625-629.

  [4]??? 别威. 浅析钒钛铁精矿配比对钒钛烧结矿冶金性能的影响[J]. 冶金管理,2019,367(05):10+21.

  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.

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