船用氣缸套鑄造
船用氣缸套（Marine Cylinder Liner）是船舶柴油機(jī)（低速二沖程或中速四沖程）中工作條件最惡劣的部件之一。它直接承受高溫高壓燃?xì)獾臎_刷、活塞環(huán)的高速摩擦以及冷卻水的腐蝕。
因此，船用氣缸套的鑄造不僅要求耐磨，更要求極高的可靠性（防止斷裂）和耐穴蝕性。
以下是船用氣缸套鑄造的詳細(xì)工藝解析：
一、 常用材質(zhì)
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普通合金鑄鐵：
- 加入鉻（Cr）、鉬（Mo）、銅（Cu）等元素，提高基體強(qiáng)度和耐磨性。
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高磷鑄鐵（High Phosphorus Cast Iron）：
- 磷（P）含量：控制在 0.4% - 0.8%（普通鑄鐵通常 < 0.1%）。
- 原理：磷與鐵形成磷共晶（Steadite），這是一種硬脆的網(wǎng)狀組織，均勻分布在基體中，像 “骨架” 一樣支撐表面，極大提高耐磨性。
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硼鑄鐵（Boron Cast Iron）：
- 加入微量硼（B），形成硬度極高的硼碳化物，耐磨性比高磷鑄鐵更優(yōu)，常用于高強(qiáng)化柴油機(jī)。
二、 核心工藝：離心鑄造 (Centrifugal Casting)
這是生產(chǎn)船用氣缸套的唯一主流工藝。
1. 工藝優(yōu)勢(shì)
- 組織致密：離心力將金屬液中的氣體、熔渣和夾雜物甩向內(nèi)表面（后續(xù)加工去除），使工作外表面（外壁）和耐磨內(nèi)表面（加工后的內(nèi)壁）組織極度致密，無氣孔、縮松。
- 定向凝固：金屬液緊貼模具內(nèi)壁冷卻，形成從外向內(nèi)的致密結(jié)晶層。
- 石墨形態(tài)：離心力使石墨呈細(xì)小的片狀或卷曲狀，且與缸套表面平行分布，這是最有利于潤滑和儲(chǔ)油的結(jié)構(gòu)。
2. 工藝流程
- 熔煉：中頻感應(yīng)電爐熔煉，嚴(yán)格控制化學(xué)成分（特別是磷、鉻含量）。
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模具準(zhǔn)備：
- 預(yù)熱：金屬模具預(yù)熱至 200℃ - 300℃。
- 噴涂：噴涂一層均勻的水基石墨涂料，并烘干。
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澆注：
- 離心機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)缸套內(nèi)徑計(jì)算（通常離心系數(shù) ）。
- 澆注溫度：1340℃ - 1380℃（過高易產(chǎn)生偏析，過低易產(chǎn)生冷隔）。
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冷卻：
- 控制冷卻速度，防止產(chǎn)生白口（滲碳體）。通常采用噴霧冷卻或風(fēng)冷。
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退火：
- 必須進(jìn)行高溫退火（>900℃），消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，防止加工變形。
三、 關(guān)鍵質(zhì)量控制要點(diǎn)（QC）
1. 外表面的 “耐穴蝕” 控制
船用氣缸套外壁直接接觸冷卻水，高速水流容易在金屬表面產(chǎn)生氣泡，氣泡破滅時(shí)產(chǎn)生的沖擊波會(huì)剝蝕金屬，形成蜂窩狀孔洞（穴蝕）。
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控制措施：
- 消除疏松：外壁必須致密，疏松是穴蝕的起點(diǎn)。
- 表面處理：鑄造后，外壁通常需要進(jìn)行磷化處理、涂漆或噴丸，增加表面能，防止氣泡附著。
2. 硬度梯度控制
氣缸套的硬度從表面到中心應(yīng)呈平緩過渡。
- 標(biāo)準(zhǔn)：通常要求工作面硬度在 180 - 240 HB（中速機(jī)）或 200 - 260 HB（低速機(jī)）。
- 注意：如果出現(xiàn)白口層（硬度 > 500 HB），會(huì)導(dǎo)致后續(xù)珩磨加工困難，且容易剝落拉傷活塞環(huán)。
3. 金相組織
- 石墨：長度等級(jí)通常要求 5-7 級(jí)（細(xì)?。?，分布均勻。
- 磷共晶：對(duì)于高磷鑄鐵，磷共晶應(yīng)呈斷續(xù)網(wǎng)狀或孤立狀分布。如果呈連續(xù)網(wǎng)狀，會(huì)嚴(yán)重降低韌性，導(dǎo)致缸套斷裂。
4. 尺寸精度
- 離心鑄造的毛坯精度較高，但壁厚公差通常控制在 ±1.5mm 以內(nèi)。
- 內(nèi)孔必須留有足夠的加工余量（通常單邊 5-10mm），以確保車削后沒有皮下氣孔。
四、 常見缺陷及對(duì)策
| 缺陷 | 產(chǎn)生原因 | 解決對(duì)策 |
|---|---|---|
| 皮下氣孔 | 涂料水分未干、澆注溫度過高、模具排氣不暢 | 加強(qiáng)涂料烘干；降低澆注溫度；優(yōu)化模具排氣槽。 |
| 白口 | 冷卻速度太快、孕育不足、鉻鉬含量過高 | 調(diào)整化學(xué)成分；加強(qiáng)隨流孕育；降低模具冷卻強(qiáng)度。 |
| 內(nèi)壁夾渣 | 澆注時(shí)擋渣不良、金屬液氧化 | 改進(jìn)澆注系統(tǒng)（使用撇渣器）；提高鐵水溫度；擋渣。 |
| 裂紋 | 內(nèi)應(yīng)力過大、開箱溫度過高 | 嚴(yán)格執(zhí)行退火工藝；控制冷卻速度，避免急冷。 |
| 壁厚不均 | 模具跳動(dòng)、澆注時(shí)模具不穩(wěn) |
定期校準(zhǔn)離心機(jī)主軸跳動(dòng)（<0.05mm）；澆注時(shí)保持平穩(wěn)。
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