球墨鑄鐵曲軸的鑄造與發(fā)展
1、前言
曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵部件之一明顯，其性能好壞直接影響汽車的壽命安全鏈。曲軸工作時承受著大負荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，常見的失效形式為彎曲疲勞斷裂及軸頸磨損技術創新，因此要求曲軸材質具有較高的剛性和疲勞強度以及良好的耐磨性能處理方法。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展重要作用，其性能也在不斷提高持續向好，優(yōu)質廉價的球鐵已成為制造曲軸的重要材料之一。
自1947年球墨鑄鐵發(fā)明以來充足，經過不長時間的努力進展情況，其抗拉強度提高到了600~900MPa，接近或超過了碳素鋼的水平綠色化發展。與鍛鋼材料比較至關重要，球墨鑄鐵曲軸既有制造簡便、成本低廉效果，又有吸震使用、耐磨、對表面裂紋不敏感等鍛鋼材料所不具備的優(yōu)良特性密度增加，因而球墨鑄鐵具備了代替鍛鋼制造曲軸的可能性有效性。
20世紀50年代后期，國內南京汽車制造廠率先批量生產躍進牌汽車球鐵曲軸機遇與挑戰。60年代廣泛關註，二汽首先成為國內按照球鐵曲軸生產工藝進行設計和投產的汽車廠。到了70集成技術、80年代就能壓製，中小型柴油機在我國迅速發(fā)展，由于球鐵制造和經濟方面的優(yōu)勢適應能力，大多數(shù)中小型柴油機都采用球鐵曲軸更優美，極大地推動了我國球鐵曲軸的應用與發(fā)展，出現(xiàn)了一批球鐵曲軸專業(yè)生產廠防控。近十多年在汽車工業(yè)的快速發(fā)展過程中成效與經驗，又新建了一批現(xiàn)代化的球鐵曲軸生產廠（或分廠、車間）深刻內涵，球鐵曲軸在國內得到了普遍應用傳遞。
國外球鐵曲軸的應用也十分廣泛，早在上世紀50年代，國外就開始將球墨鑄鐵應用于曲軸的生產相關性，如美國的福特公司首先應用完成的事情，美國克萊斯勒公司、瑞士的GF公司穩定、法國的雷諾和雪鐵龍公司改造層面、意大利的菲亞特公司、羅馬尼亞的布拉索夫汽車廠等先后成功地將球墨鑄鐵應用于曲軸的生產優勢與挑戰。在德國經驗分享，排氣量2000ml 以下的柴油機中球鐵曲軸占50％，排氣量1500ml 以下的汽油機中球鐵曲軸占80％趨勢；在美國汽車行業(yè)中有力扭轉，球鐵曲軸占80％。由于制造技術和經濟上的優(yōu)勢一站式服務，球鐵曲軸在汽車工業(yè)中廣泛應用的總體狀況今后不會發(fā)生太大的變化廣度和深度。
2、球鐵曲軸的熔煉
對于球鐵的熔煉智能化，國內外采用沖天爐科技實力，工頻爐雙聯(lián)熔煉的較多。鐵液一般要經過脫硫處理建設，鐵液脫硫方式現(xiàn)在多采用多孔塞脫硫方法在此基礎上，即吹N2氣加入CaC2或復合脫硫劑攪拌脫硫。脫硫的穩(wěn)定性對于熔煉曲軸鐵液具有重要意義前來體驗，如采用感應電爐熔煉可以更好地控制合金成分范圍自主研發，穩(wěn)定球化，易于保證鐵液質量建議。
球化處理是球鐵曲軸生產的重要環(huán)節(jié)品率，石墨的形態(tài)不僅影響曲軸本體強度性能，而且會影響到曲軸疲勞強度與抗沖擊性能不斷發展。球化劑的選用對于球化處理結果具有重要意義積極影響。
國內球化劑主要采用稀土鎂硅鐵復合球化劑。
稀土具有較好的脫硫及平衡微量元素有害傾向的作用緊密協作，凈化鐵液越來越重要，穩(wěn)定生產，但起主導球化作用的仍然是鎂發揮重要作用。鑒于國內鑄造廠脫硫水平的提高醒悟，球化劑有向低稀土方向發(fā)展的趨勢。另外高質量，可根據鑄態(tài)基體組織的需要也逐步提升，使用含Ca記得牢、Ba、Bi重要的作用、Sb 等元素的復合球化劑更多可能性。
球化時采用哪種球化工藝，主要考慮吸收率的高低足夠的實力、反應是否平穩(wěn)緊迫性。國外很多工廠采用蓋包沖入法,其優(yōu)點是吸收率較高，煙塵少更適合，投資小高效，適應面廣泛。國內采用的更多為沖入法球化處理工藝要素配置改革，Mg的吸收率偏低（通常30％~50％）全方位。喂絲法球化是最近發(fā)展起來的一種球化新工藝，其優(yōu)點是反應平穩(wěn)重要平臺、溫度損失少深刻認識，正在逐步推廣。
孕育處理是球化后的鐵液必不可少的工序應用提升。目前，國內普遍采用含硅75％的硅鐵合金創造性，國外球鐵孕育劑較多地應用硅鐵/鋯發展的關鍵、硅鐵/錳/鋯及含鈣、鋇的復合孕育劑規模設備，其中鋯能延遲衰退時間真諦所在，錳能降低熔點，使孕育均勻競爭力。采用高效孕育劑可以有效地增加石墨核心充分，細化晶粒，延緩孕育衰退時間集聚。當前競爭力，隨流孕育法在美國廣泛被采用, 可以有效地控制孕育劑在鐵液中分布的均勻性。型內孕育法常與其他孕育方法聯(lián)合使用狀況，是一種復合強化孕育工藝機製性梗阻。另外，新近發(fā)展的喂絲法孕育工藝全過程，是與喂絲法球化同時進行的一種孕育方法集成應用。
3、鑄態(tài)球鐵曲軸合金化
研究資料表明不負眾望，珠光體基體的組織較鐵素體基體組織具有更好的疲勞強度性能高效流通，而這正是曲軸所需具有的重要使用性能之一。同時，珠光體基體組織具有更高的常溫抗拉強度和耐磨性功能。故在球鐵曲軸的生產中創新內容，其基體組織以珠光體基體為主，通常為QT600廣泛關註、QT700善於監督、QT800 甚至QT900 牌號，一般要求伸長率在2％以上具有重要意義。對于QT600進一步、QT700 來說，采用鑄態(tài)生產即可以穩(wěn)定地達到性能要求強大的功能；而對于QT800實際需求、QT900 等較高牌號的生產，很多工廠是通過熱處理來實現(xiàn)的優勢，這無疑會增加曲軸制造成本善謀新篇，而實現(xiàn)鑄態(tài)的相關曲軸牌號具有很大的成本優(yōu)勢。
對于促進基體為珠光體組織便利性，可采用的合金元素很多方法，如Cu、Mn提供有力支撐、Cr切實把製度、Mo、Ni自行開發、Sn 等常規(guī)合金元素進行部署，而諸如Sb、Bi 等微量合金元素也同樣具有很好的促進珠光體形成功能應用情況，但通常采用單一的合金元素不能很好地達到高的牌號與性能保護好。研究表明，采用二元合金或多元合金往往較單一合金加入形式具有事半功倍的作用表現。對于上述牌號來說特點，通常采用以Cu 為合金化的一個主要元素，Cu具有很好的促進珠光體形成的性能相互配合，有利于共晶階段的石墨化和細化慢體驗、圓整石墨球，并不會促進碳化物的生成智能化。采用Cu-Mn科技實力、Cu-Mo、Cu-Ni建設、Cu-Cr 等二元合金均可以實現(xiàn)QT600在此基礎上、QT700 鑄態(tài)牌號的生產助力各行，但對于易產生碳化物的元素如Mn、Cr 等應注意使用范圍的控制自主研發，同時這些元素也會阻礙石墨化確定性，影響最終的球化效果。
對于QT800-2 的牌號不同需求，鑄態(tài)穩(wěn)定生產往往需要多種工藝綜合進行發展，當然合金化是保障牌號性能實現(xiàn)的重要因素。試驗表明總之，以Cu-Sb面向、Cu-Sn 為主的合金化，采用Mn研學體驗、Mo建設項目、Ni 等作為附加元素，可以實現(xiàn)牌號性能要求落實落細。如采用Cu-Sb 合金化相結合，甚至可以達到QT900-2 牌號，其中起主導作用的是微量元素Sb製高點項目。Sb元素是一種微量元素為產業發展，國外一般不應用于生產，因其加入量較少認為，范圍很窄服務好，不利于生產控制。但Sb 卻具有很好的提高基體組織珠光體含量的特性反應能力，在合適的范圍內不會促進碳化物產生，并提高石墨球數(shù)量學習，改善圓整度結構重塑，尤其在大斷面鑄件中應用具有很好的效果，可以顯著提高強度性能應用優勢。Sn效果與Sb類似高質量發展，是一種強烈穩(wěn)定珠光體的元素，在高牌號灰鐵高效節能、蠕鐵和球鐵鑄造生產中廣泛應用影響力範圍，其加入量通常維持在0.02％~0.05％，不會促進碳化物產生新創新即將到來，可以顯著提高強度邁出了重要的一步、硬度，但如果Sn加入量過多設施，將會引起鑄件韌性下降需求。
4配套設備、鑄態(tài)球鐵曲軸的生產工藝
鑄態(tài)生產QT800、QT900 等較高牌號曲軸的鑄件相對開放，很多生產廠家也做過大量的研究試驗推進高水平，其中合金化研究并不是全部，通常需要結合曲軸的大小而采用鐵模覆砂拓展應用、殼型填丸等鑄造工藝來共同實現(xiàn)生產創效，而這些造型工藝在生產QT600、QT700 牌號的曲軸管理、凸輪軸時也大量應用優化上下，并成為一種成型的發(fā)展趨勢。