低磷硼鑄鐵汽缸套的技術經濟分析

陳 宏

（佳木斯技師學院，黑龍江 佳木斯 154002）

現代技術的發展，使得內燃機對汽缸套要求越來越高。以硼鑄鐵取代高磷鑄鐵作為材質，在國內行業占據了主導地位，汽缸套的壽命也得到了很大的改善和提高。

1 磷在鑄鐵中的作用、分布及其形成的組織

磷在鑄鐵中的有益作用通常有二個：一是增加鐵水的流動性，提高充型補縮能力；一是形成磷共晶組織而成為耐磨鑄鐵的硬質骨架。磷共晶的這種形式，使得高磷鑄鐵能夠作為耐磨材料而應用于汽缸套的生產。在硼鑄鐵中，當磷含量＜0.1%時，晶間相只有硼碳化物；當含磷量＞0.1%時，由于硼碳化物不溶解磷元素，所以磷共晶與硼碳化物交錯析出在晶界，形成硼復合物。

2 磷對硼復合物的影響

磷在鑄鐵基體中的固溶量很小，對基體的影響也很小，所以磷對硼鑄鐵金相組織的影響實際上就是對硼復合物的影響。

（1）對含硼復合物組成相的影響。當硼鑄鐵含磷量＞0.1%時，硼復合物由硼碳化物和磷共晶組成。如果磷含量較高，那么硼復合物以磷共晶為主；如果磷含量較低，則硼復合物以硼碳化物為主。對于硼鑄鐵，我們希望得到較多的硼碳化物，這樣可以保證硼鑄鐵良好的耐磨性能。

（2）對硼碳化物塊度、分布及形態的影響。硼碳化物與磷共晶都是晶間相，前者熔點較高，在晶界領先析出。隨著硼碳化物的析出和生長，磷在剩余液相中的濃度越來越高，當達到一定數值時便會以磷共晶形式析出。由于磷共晶能溶解一部分硼，會降低硼在剩余液相的濃度而限制硼碳化物的生長，塊度有所減小。但先于硼化物和磷共晶生長和長大的基體共晶團在很大程度上決定著硼碳化物的生長空間和生長方式。如果共晶團數目多，未凝固的液相就分散，硼碳化物在液相里生長空間就小，其塊度也就小，分布就均勻，形態也就好。如果共晶團數目少，硼碳化物的塊度、分布及形態就會不理想甚至不合格，但這時汽缸套就首先可能因共晶團尺寸過大而報廢。所以硼碳化物的生長主要取決于鐵水的成核能力。鐵水的成核能力主要受鐵水的碳硅含量、冷卻條件及孕育效果的影響。在現有工藝條件下，磷對硼碳化物顯微組織的影響相當微小。因此硼碳化物不會因為磷含量的降低而惡化。

（3）金相檢驗結果。在汽缸套的生產實踐中，金相組織并未因磷的降低而惡化。通過上千爐次檢驗的統計，當含磷量為0.05～0.12%時，硼碳化物的塊度、分布及形態都很理想，其組成的級別還有所提高。

3 磷對硼汽缸套耐磨性及耐拉傷性的影響

在低磷硼鑄鐵汽缸套中，耐磨相由單一的硼碳化物組成。在普通硼磷鑄鐵汽缸套中，耐磨相由硼復合物即硼碳化物和磷共晶組成。由于硼碳化物比磷共晶有著更高的硬度和熔點，因而低磷汽缸套的耐磨性及耐拉傷性比硼磷汽缸套更好。

4 磷對含硼鑄鐵鑄造性能的影響

磷對硼鑄鐵汽缸套鑄造性能的影響體現在兩個方面：

（1）對縮松的影響。磷對縮松的影響表現為兩方面。一方面是提高鐵水的流動性，利于補縮，使縮松減少；另一方面是擴大鑄鐵的凝固范圍，使縮松增加。就離心鑄造汽缸套而言，由于其外形簡單，凝固方式是強制性定向冷卻，所以不存在補縮的問題，反而磷使得縮松產生的可能性增加。

（2）對夾雜的影響。磷會在鑄鐵熔化過程中產生含PO5等氧化物的爐渣。PO5使渣與鐵水的界面張力下降而難以分離，這樣渣不易浮到鐵水表面而殘留在鑄鐵中成為夾雜。因此，磷增大了汽缸套毛坯的夾雜傾向。

（3）低磷鑄鐵在實際生產中的孔渣傾向。我們生產淬火汽缸套的內孔渣眼廢品率一直較低，其含磷＜0.12%，硼磷汽缸套含磷0.2～0.3%，其余條件基本相同。據統計數據發現，淬火汽缸套渣眼廢品率普遍低于同期同機型的硼磷汽缸套。由此證實：低磷會減小汽缸套的渣孔傾向。

5 低磷硼鑄鐵汽缸套的其它性能

（1）硬度。低磷硼鑄鐵汽缸套中，由于硼碳化物的塊度、分布和形態無惡化，所以其宏觀硬度基本保持穩定而不會有任何降低。

（2）機械性能。磷除了少量固溶于基體外，多余的磷對鑄鐵機械性能無更好的作用。所以采用低磷后，硼鑄鐵的機械性能不會有惡化趨向。

（3）機加性能。汽缸套的加工性能主要決定于硼復合物的大小及形態。硼碳化物的大小和形態沒有惡化，低磷硼鑄鐵汽缸套的加工性能也就不會惡化。幾年的生產實踐也證實這一點。

6 低磷硼鑄鐵的經濟性

采用低磷硼鑄鐵，除取消添加磷鐵而使磷含量減少外，其它工藝條件與普通硼鑄鐵相同，因此成本有所下降。

每年需鐵水3000噸，25%磷鐵價格為2500元／噸，汽缸套含磷量由0.25%降至0.05%，則成本降低為（0.25-0.05%）×3000÷25%×2500＝6萬元，即每噸鐵水可降低成本 20元（未計磷燒損）。

7 結論

（1）低磷能充分發揮硼鑄鐵良好的耐磨性。

（2）低磷不會對汽缸套的硬 度、機械性能及加工性能產生不良影響。

（3）磷會加大汽缸套的夾雜傾向。

（4）采用低磷硼鑄鐵可降低汽缸套的制造成本。

[1]陸文華.鑄鐵及其熔煉[M].北京：機械工業出版社，1981.

[2]繆達鈞等.離心鑄造汽缸套的質量控制[J].內燃機配件,1982，(4).