李魁盛于清华2009-08-273.1?? 球墨铸铁曲轴（湿砂型铸造、金属型复砂铸造）?? ?曲轴是发动机中重要机件之一，发动机全部功率都是通过曲轴输出。曲轴的主要载荷是承受扭转疲劳、弯曲疲劳和连杆传递来的小能量多次冲击；曲轴轴径与轴瓦的配合，在较高的比压下高速运转，正常情况下为有机油润滑的滑动摩擦磨损。依据国内外曲轴失效的统计数据，其主要失效方式是交变应力下的疲劳破坏(80％为弯曲疲劳断裂)和轴径的早期磨损烧伤。根据曲轴服役的工况和主要失效方式，要求曲轴材料不但要有较高的强度、韧性，而且要有一定的硬度。??? 球墨铸铁曲轴与传统的锻钢曲轴比较，有制造简便、成本低廉、又有吸震耐磨、对表面刻痕不敏感等锻钢材料所不具备的优良特性、球铁与巴氏合金、铅青铜、钢背铝合金的轴瓦均有良好的匹配性。石墨具有润滑作用和储存润滑油作用，其耐磨性比钢好；球墨铸铁在承受小能量多次冲击载荷条件下，其抗冲击性能也优于钢；球墨铸铁曲轴通过合金化、合理球化、孕育处理等，其在扭转、弯曲疲劳应力状态下的疲劳强度，可达到甚至超过锻钢曲轴。3.1.1． 铸态球墨铸铁曲轴??? 1.? 生产性质??? 大量生产。??? ??? 2. ?材质???? 研究和实践证明：球墨铸铁是中小型发动机曲轴的理想材料。现在，铸态QT600-3、QT700-3牌号球墨铸铁已广泛应用于汽车曲轴；QT800-2、QT900-5牌号热处理球墨铸铁也成功地用于汽车曲轴的生产。铸态球墨铸铁曲轴与热处理工艺比较，不仅可节约能源、降低成本、缩短生产周期；而且省去了因热处理而产生的曲轴变形所带来的清理和热校直工序。在满足设计要求的前提下，工厂首先选择了铸态球墨铸铁曲轴这一操作简便，成本低廉的生产方式。??? (1) 化学成分及合金元素的选择? 为了保证球墨铸铁曲轴具有良好的性能:? 1) 碳当量与C和Si? 碳当量控制在4.3％～4.5％之间，可以得到健全的铸件，并具有较好的铸造性能。碳当量过低易产生白口，过高则会产生石墨飘浮。图3.1-1是4110型柴油机球铁曲轴的生产统计结果。碳当量超过4.5％～4.6％，曲轴断面出现石墨漂浮，并且随着碳当量的增加，石墨漂浮层的厚度几乎直线加厚。应该指出，碳当量不是产生石墨漂浮的惟一因素，曲轴尺寸的大小也是一个重要条件。曲轴断面尺寸越小，碳当量可能选高一些，也不会出现石墨漂浮，相反，厚大断面曲轴的碳当量应该低一些。图3.1-1??? 石墨漂浮层厚度与碳当量的关系??? w(C)应控制在3.6％～3.9％。C含量低，石墨不易球化，易出现白口；C含量过高易产生石墨漂浮。一般w(Si)控制在1.8％～2.2％为宜。Si来自金属炉料、球化剂和孕育剂。Si是石墨化元素，影响球墨铸铁的铸造性能和力学性能，通过以下3种途径表现出来：改变石墨大小、分布、圆整度；分解渗碳体，促进生成铁素体；溶解在α-Fe中，强化金属基体。2)? Mn和P?? Mn和P都是严重偏析元素。Mn易导致晶界碳化物的形成，铸态球墨铸铁曲轴不采用高Mn来稳定珠光体为好；P易在晶界处形成磷共晶，会造成球铁塑、韧性下降，同时显著降低疲劳强度。所以Mn和P的含量都应控制。一般w(Mn)≤O.3％，w(P)≤O.06％为宜。??? 3)? S?? S是反球化元素，属于有害杂质。生产中根据原铁水含S量的高低决定球化剂的加入量，原铁水S量越高，加入量越多。但是，S含量高，即使球化，曲轴内部易出现夹渣，球化衰退很快，不容易浇注出健全的铸件。所以，希望原铁液的含S量越低越好，一般w(S)≤O.03％，有脱S条件的w(S)≤O.02％最好。??? 4)? 合金元素?? 添加稳定珠光体合金元素是生产铸态球墨铸铁曲轴行之有效的方法。添加的元素主要有Cu、Sn、Ni、Sb、Cr、Mo、W、V等。然而后4种元素虽能增加基体组织的珠光体含量，提高球铁的强度和耐磨性，但它们都是碳化物形成元素，容易使材料变脆，降低材料的疲劳强度。Cu、Sn、Ni、Sb等合金元素共同特点是能促进形成珠光体并细化组织，提高球铁的强度、硬度和耐磨性。但它们各自稳定珠光体的能力不同。它们稳定珠光体的能力可以近似地用下式表示：Ni：Cu：Sn：Sb=1
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