大型船用高強度灰鑄鐵柴油機機體的生產

王敏剛（陜西柴油機重工有限公司，陜西興平 713105）

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大型船用高強度灰鑄鐵柴油機機體的生產

王敏剛
（陜西柴油機重工有限公司，陜西興平 713105）

摘要：介紹了某型船用灰鑄鐵柴油機機體的結構和技術要求。采用20 t中頻感應電爐熔煉， 60%廢鋼+10%生鐵+30%回爐料配料，碳當量不小于3.7%，采用0.1%硅鋇孕育進行爐內預處理孕育，0.5%硅鈣鋇孕育劑進行爐前沖入孕育，0.15%硅錳鋯孕育劑澆注時隨流孕育。樹脂砂造型，三開箱底注半開放式澆注系統，型內保溫不小于180 h，成功生產出在機體最厚大部位取樣抗拉強度不小于170 MPa,布氏硬度不小于160，無鑄造缺陷的大型船用灰鑄鐵柴油機機體。

關鍵詞：灰鑄鐵；機體；厚大斷面

稿件編號:1509-1063

灰鑄鐵柴油機機體具有良好的抗震效果，較球墨鑄鐵相比經濟效益較好，隨著船用柴油機市場的發展，對柴油機機體的材質提出了更高的要求，不僅要求有良好的抗震效果，還需要較高的抗拉強度，但灰鑄鐵強度的提高會導致鑄造應力增大，甚至會出現裂紋現象，所以灰鑄鐵柴油機機體將向著高強度、低鑄造應力方向發展。我公司于2014年承接國外某型船用柴油機機體毛坯生產任務，該型機體材質為灰鑄鐵，牌號：C3Cu，即為高強度灰鑄鐵柴油機機體。

1 鑄件結構及技術要求

1.1 鑄件結構

機體輪廓尺寸：4 235×1 540×1 620（mm），最大壁厚319 mm，最小壁厚37 mm，小口缸孔徑φ400 mm，大口缸孔徑φ690 mm，共4缸，如圖1所示。

1.2 技術要求

材料牌號為C3Cu，要求在本體最厚大的大缸孔斷面部位套取拉力試樣，抗拉強度不低于170 MPa，布氏硬度不低于160，金相組織：石墨形態為A型，石墨長度不小于4級，過冷石墨含量不得超過5%，基體組織：珠95。鑄件不得出現任何裂紋缺陷。

圖1 機體鑄件結構

2 生產難點分析及生產工藝的確定

2.1 生產難點分析

(1)材質要求較難到達，材料牌號C3Cu相當于國標HT350,屬于高強度灰鑄鐵，壁厚319 mm區域冷卻較緩慢， 共晶團將生成較大，片狀石墨會長的特別長，甚至會出現鐵素體，生成的珠光體片層間距較厚，所以在該部位取拉力試樣；抗拉強度較難保證，石墨長度很難到達國標4級以上的要求。

(2)鑄件成型缺陷多，以往生產大型高強度灰鑄鐵，尤其壁厚懸殊較大的鑄件，因為鑄造應力大容易出現變形、裂紋等缺陷。

2.2 生產工藝的確定

(1)熔煉工藝

利用2臺20 t中頻感應爐熔煉，采用合成鑄鐵生產，配料比例：60%廢鋼+10%生鐵+30%回爐料，采用0.1%硅鋇孕育劑與爐料一起熔化進行預處理，化學成分合適后見表1。為了防止鑄造應力過大產生裂紋缺陷，首先保證碳當量不小于3.7%，其次須嚴格控制原鐵液中的微量過冷化元素，尤其Pb ＜0.002%。高溫靜置前碳含量控制在中上限，隨后升溫至1 510~1 520 ℃高溫靜置5~10 min，1 480 ℃出爐， 包內沖錫0.03%，0.5%硅鈣鋇孕育劑進行爐前沖入孕育，0.15%硅錳鋯孕育劑澆注時隨流孕育。澆注鐵液總質量為35 t，澆注溫度控制在1 330~1 350 ℃。

表1 原鐵液化學成分 質量分數,%

(2)造型工藝

采用樹脂砂手工造型，三開箱，半開放式底注澆注系統，頂部采用10個φ180 mm的保溫冒口，如圖2所示。澆注系統盡可能不阻礙鑄件自由收縮。型內保溫不小于180 h。

3 生產結果

對生產的此型柴油機機體，進行了本體取樣進行力學性能檢測，金相檢測及表面質量檢測及形狀尺寸檢測，均符合技術文件要求，表2為力學性能和金相組織檢測結果，圖3為機體鑄件實體。

圖2 機體鑄造工藝簡圖

表2 力學性能及金相要求及檢測結果

圖3 機體實體

4 結束語

原高強度灰鑄鐵厚大斷面柴油機機體的生產工藝難以實現高的抗拉強度和低的鑄造應力。本文通過采用合成鑄鐵，爐料配料：60%廢鋼+10%生鐵+30%回爐料，碳當量不低于3.7%，爐內預處理孕育，爐前沖入孕育及澆注時隨流孕育等。樹脂砂造型，三開箱，底注半開放式澆注系統，型內保溫不小于180 h，成功生產出鑄件毛坯質量約30 t的船用柴油機機體鑄件。

參考文獻

[1] 劉泳.感應電爐熔煉高強度灰鑄鐵的生產實踐[J].中國鑄造裝備與技術, 2013(3).

[2] 劉佑平.提高柴油機灰鑄鐵件力學性能的工藝措施[J].中國鑄造裝備與技術,2002(4).

[3] 翟琳陽.論V型柴油機整鑄機體的生產工藝[J].中國鑄造裝備與技術, 2014(2).

Production of high strength gray cast iron diesel engine block

WANG MinGang
(Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co.,Ltd.,Xingping 713105，Shaanxi ,China)

Abstract:Introduces the structure and technical requirement of gray cast iron engine block with a certain type of ship.With 20 tons of medium frequency induction furnace melting, 60% scrap + 10% iron + 30% recycled material ingredients, carbon equivalent not less than 3.7% with 0.1% silicon barium inoculation of furnace pre inoculation treatment, 0.5% calcium barium inoculation agent before furnace rushed into the incubation, 0.15% Si Mn Zr inoculant pouring with shed pregnant fertility.Resin sand molding, three open bottom note semi open gating system, type internal insulation is not less than 180 h, the successful production of in the thickest of the body parts of large sample tensile strength of not less than 170 MPa, Brinell hardness is not less than 160, no casting defects of large marine gray cast iron engine block.

Keywords:gray cast iron; the body; large and thick section

中圖分類號：TG251；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0032-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.009

收稿日期:2015-09-09

作者簡介：王敏剛（1981—）男,工程師，從事鑄鐵鑄造工藝及熔煉工作.