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提高缸体性能的微合金搭配方案优化

随着汽车柴油机功率的加大,对缸体材料的性能要求也在不断提高,从HT250提高到HT300,甚至HT350,这给生产带来了相当大的难度。提高材料性能的一些工艺措施往往是降低碳当量,这样势必会增大铸铁在凝固过程的收缩倾向,造成缩孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。通过选择微合金化Cu+Cr组合试验的方式,优化合金之间的配比,在保证力学性能的前提下提高碳当量,以此提高铸造性能。

一、试验设计

(1)16V缸体是我公司新开发的产品,铸件毛坯重量为1840kg。

(2)缸体力学性能要求如表1所示(单铸试块φ30mm)。

本实验采用SPSS22.0统计软件对数据进行统计学处理,计数资料采用X2检验,计量资料用(平均值±标准值)表示,组间数据比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

(3)采用多次试验对比,在上一次试验结果的基础上,在保证力学性能的前提下提高碳当量,优化Cu+Cr合金组合再次验证,确定最终化学成分工艺方案。

1.2.2 调查方法 学期授课结束最后一次课上统一发放调查问卷,采用统一指导语,由学生在知情同意的情况下无记名填写,现场发放,现场收回。共发放问卷262份,收回有效问卷249份,有效回收率95.0%。其中,女240人,占96.4%;男9人,占3.6%。其中自愿选择护理专业的152人,占61.0%;非自愿选择护理专业的97人,占39.0%。以前在中小学或社会上学习过礼仪相关知识的34人,占13.7%;没有学习过礼仪相关知识的215人,占86.3%。采用Excel软件输入原始数据,应用SPSS 17.0进行统计学分析和统计描述。

二、试验方案

1.生产及试验设备

生产及试验采用的设备如表2所示。

2.原材料

感应电炉熔炼不像冲天炉在熔炼过程中与空气、炽热的焦炭接触有强烈的冶金反应,烧损掉许多有害的微量元素,只是一个重熔的过程,因此使用感应电炉熔炼一定要注意炉料的纯净度。

(1)生铁 选择Q10生铁,与Z18生铁相比,该生铁微量元素含量少,一般情况下微量元素是有害的,对石墨形态、基体、硬度产生不利的影响,如Ti、Pb等。生铁是钛的主要来源,因此生铁使用量的多少会直接影响材料中钛的含量。在某生铁厂举办的一次的交流会上,从试验数据统计发现,随着生铁中Si含量的升高,Ti含量也升高,有很高的相关性,图1为生铁中Ti与Si的回归分析拟合线图。

(2)废钢 普通碳素钢或汽车板材压轧下的边角料等废钢,表面要清洁,需经过除锈处理,不允许有油漆、油污。

(3)增碳剂 在感应电炉熔炼条件下,增碳技术的核心是使用高质量的增碳剂,这是增碳工艺中最重要的环节。增碳剂的质量决定了铁液质量的好坏。经过高温石墨化的晶质增碳剂,碳原子从原来的无序排列变成片状排列,是石墨形核的最好核心,从而有利于石墨化,提高形核率。

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表1 力学性能要求

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表2 生产及试验设备

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图1 生铁中Ti与Si的回归分析拟合线图

3.炉料配比

炉料配比如表3所示。

利用Fenton反应检测产生的羟基自由基。在比色管中依次加入9 mmol/L FeSO4 1 mL、9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液 1 mL、样液 1 mL、8.8 mmol/L H2O2 1 mL。其中H2O2的作用是启动整个反应。37 ℃反应0.5 h后,以蒸馏水为参比,在 510 nm下测定吸光度。以 9 mmol/L FeSO4 1 mL、9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液1 mL、样液1 mL和蒸馏水1 mL作为待测溶液的本底吸收值。以上各管均做三组平行,按公式(3)计算对羟基自由基的清除率K[14]。

表3 配料配比 (%)

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4.化学成分的选择

(1)碳与CE的选择 采用高的碳当量,可减小白口倾向及铸件缩松、渗漏等缺陷,但同时会降低铸件的力学性能。而对于发动机缸体这样复杂的薄壁铸件,从铸造性能考虑,一般都选择较高的碳当量。为使缸体具有良好的铸造性能与力学性能,一般选择wC=3.15%~3.45%、CE=3.8%~4.05%。

(2)硅与Si/C值 过高的Si/C值会导致石墨粗化,珠光体片间距增大,铁素体含量也增加。在低碳当量的情况下,当Si/C>0.55时,共晶点左移,初生奥氏体增多,共晶液相减少,扩大了凝固区间,缸体缩孔、缩松缺陷将会增加。对于采用较高碳当量铁液的缸体铸件,高Si/C并不能提高力学性能,而且还可能由于高CE和高的Si/C双重影响而使石墨粗大和珠光体量下降,从而使抗拉强度下降,综合考虑,Si/C控制在0.5~0.6较为合适。

(3)锰 阻碍石墨化元素,增加珠光体和奥氏体枝晶数量,同时可有效降低共析转变温度,促使珠光体细化,片间距缩小。在灰铸铁中和硫的有害作用,阻碍FeS在晶粒或共晶团晶界处形成,减少或避免产生热裂。与硫两者之间含量的配合关系一般为:Mn=1.7S+0.5%~0.6%。综合考虑控制wMn=0.7%~0.8%。

(4)硫 早期人们一般认为硫是一种有害元素,直至近代J.F.Wailace提出硫化物核心孕育理论后,人们开始意识到其双重性。硫在铸铁生产过程中并不是越低越好,硫在铁液中溶解度很低,对铁-碳系平衡相图的影响不大,但从热力学角度分析,硫降低碳在铁液中的溶解度,增加碳的活度,理应是一种促进石墨化的元素,但实际上其与氧相似,在含量过高和过低时,都将促使铸铁组织白口化。铸铁通常控制wS=0.06%~0.12%。

另外,从选题出处来看,除短文改错外,其余7篇阅读文章都是直接从国外各大报刊新闻网站中就地取材。出题者意图很明显:希望考生在平时能多阅读原汁原味的英文文章,通过地道的语言素材扎扎实实地打好词汇和语法基础,提高阅读理解能力、培养英语思维、了解生活、了解世界。

(5)磷 促进石墨化元素,作用程度与硅相似,使铸铁的共晶点左移,由于磷具有较低的熔化温度以及可以降低铸铁熔点的缘故,因此磷能增加铸铁的流动性,形成的磷共晶偏析到晶界可以提高铸件的硬度和耐磨性,但随着磷的增高,在铸件的凝固过程中,会伴随着液态凝固收缩,在晶间最后凝固的铁液空缺的体积得不到补充而形成缩松。一般控制wP≤0.08%。

(6)铜 促进石墨化的元素,石墨化能力相当于硅的1/10~1/5。铜在超过其固溶度极限时,常以显微质点或超显微质点分布于铸铁中。铜使组织致密,并细化和改善石墨的均匀分布,既能降低铸铁的白口倾向,又能促进珠光体的形成,对断面敏感性形成有利影响。铜与其他合金元素联合使用,如Cu-Cr、Cu-Cr-Mo、Cu-Mo、Cu-Mn、Cu-V等,则能获得更大的效果。

(7)铬 是强烈稳定碳化物、阻碍石墨化的元素。铬的合金化效果是非常强烈的,加铬使铁液白口倾向增大,铸件易收缩产生废品。因此,一方面希望铁液中含有一定量的铬,细化石墨,增加珠光体数量,以提高铸件的强度、硬度、耐热性和耐磨性;另一方面又将铬严格控制在下限,以防止铸件收缩而造成废品率增加。一般铬与铜搭配使用,铜可以抵消碳化物稳定元素的负面作用,减轻铸铁的白口倾向,有利于保证铁液的铸造工艺性能,改善铸铁强度和组织均匀性,提高铸铁的可加工性。

哈电电机多年来参与研制的海外机组中,有许多具有标志性的意义:越南锦普总承包项目是哈电电机首台30万千瓦等级机组整套出口项目,获得了越南能源协会颁发的“越南电力特别贡献奖”;印尼百通燃煤电站总承包项目,是中国当时单机容量最大的火电总承包出口项目;马来西亚沐若水电站发电机组为“中国标准”在世界水电领域的实践和推广积累了宝贵的经验,被誉为马来西亚国家水电示范项目。

(8)钼 细化和改善石墨的均匀分布,细化珠光体,增加珠光体含量,强化珠光体中的铁素体,同时铸铁的白口倾向并不明显增强,因而能有效地提高铸铁的强度、硬度及耐磨性。由于钼是稀有贵重合金,在保证力学性能的前提下尽量少加或不加,以降低成本,减少对贵重合金资源的消耗。

通过以上对各元素的作用与分析,选择化学成分如表4所示。

5.孕育剂的选择

采用福士科公司含镧孕育剂,该孕育剂可改善石墨形态,消除或减少枝晶间缩松,提高铸件致密性。

三、试验结果

1.第一次试验结果

(1)第一次试验铸件的化学成分如表5所示。

(2)单铸试块力学性能、本体硬度如表6所示,金相组织如图2所示。

从试验结果看,化学成分控制在设计范围内,单铸试块力学性能、本体硬度比较理想,抗拉强度、本体硬度还有一定的富裕量,进一步提高碳含量(质量分数)至3.25%~3.3%,在保证力学性能前提下优化合金元素铜、铬的加入量,具体如表7所示。

2.第二次试验结果

(1)优化后铸件化学成分、力学性能、本体硬度如表8、表9所示。

图2 单铸试块金相组织

表4 选定的化学成分(质量分数) (%)

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3.试验结果分析

通过两次试验对比分析,可以得到如下结论:

病毒感染后嗅觉障碍 (postviral olfactory dysfunction,PVOD)不同于普通感冒,患者在所有“感冒”症状消失后可以出现暂时性或永久性的嗅觉减退、嗅觉丧失,也可表现为嗅觉倒错、嗅觉畸变或幻嗅。

(1)优化C、Cu、Cr成分 为了兼顾铸造性能和力学性能,在第一次试验数据的基础上,将wC从3.21%提到至3.27%,优化Cu、Cr搭配,wCu从0.65%提高至0.73%,wCr从0.18%提高至0.23%,从试验结果、试验时间不同阶段来看,力学性能、本体硬度符合技术要求,说明化学成分选择是合适的。

(2)重点监控微量元素Ti 在不同时间阶段试验中,发现其含量在逐步增高,关于对缸体Ti含量多少的控制,通过从另外一种批量生产的缸体数据统计分析,对硬度有较大的影响,因此在生产中要严格监控Ti元素,为了稳定硬度在小范围内波动,在生产中要严格监控Ti元素,可以在料仓预存一部分低Ti废钢,一旦光谱检测铁液Ti含量超标时进行调节使用。

(3)为了保证力学性能、本体硬度在小范围内波动,缩小化学成分工艺范围为:wC=3.25%~3.3%,wSi=1.75%~1.90%,wMn=0.70%~0.80%,wP<0.08%,wS=0.08%~0.12%,wCu=0.75%~0.85%,wCr=0.23%~0.27%,wTi<0.025%,并将此作为作业指导书的参照值。目前该缸体已经批量生产,从力学性能、本体硬度、机加工反馈信息来看,质量一直非常稳定。

表5 第一次试验铸件的化学成分(质量分数) (%)

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表6 第一次试验力学性能

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表7 优化后控制化学成分(质量分数) (%)

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表8 优化后铸件化学成分(质量分数) (%)

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表9 优化后力学性能与本体硬度

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四、结语

(1)微量元素Ti对灰铸铁硬度影响很大,生产过程中对原材料应加以重点监控。

《条例》和《规划》为各方面开展网络培训提供了根本遵循,指明了方向。如今,从培训主管部门到国有企业,都非常重视网络培训工作,积极贯彻落实《条例》和《规划》的相关要求。在《条例》和《规划》的指引下,培训主管部门正在着手制定针对国有企业领导人员开展教育培训的指导意见,指导意见将对国有企业领导人员网络培训工作的开展提出更为具体可操作的要求;大部分国有企业采取自建平台、采购外包、合作建设等多种形式,积极开展国有企业领导人员网络培训工作,虽然各家企业开展网络培训的年限不同,但都积累了一些经验,这为进一步贯彻落实好《条例》和《规划》要求奠定了坚实基础。

(2)为了兼顾铸造性能和力学性能,在力学性能还有一定富裕量的情况下,适当地提高碳当量,对发动机缸体复杂的薄壁铸件,可减小白口倾向及铸件缩松、渗漏等缺陷。

(3)采用Cu+Cr微合金方式来提高力学性能,通过试验进一步优化Cu+Cr合金搭配比例,从试验结果上看较理想。目前该缸体已经批量生产,质量非常稳定。

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