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摘要：介绍了冷激合金铸铁凸轮轴的性能特点及合金成分对冷激层硬度、深度、金相组织的影响以及生产工艺。
关键词：凸轮轴；冷激合金铸铁；铸造工艺
1冷激合金铸铁凸轮轴的性能特点
冷激合金铸铁凸轮轴是以一定的合金成分的铁液浇入凸轮桃尖由冷铁快速冷却的型腔中，使凸轮桃尖表面形成2～7 mm深度的莱氏体(白口)组织，其硬度为HRC 45-60，心部为灰口组织，硬度为HB 220-300，其余为麻口组织。凸轮表面莱氏体是由很硬而脆的片状碳化物和较软的珠光体组成。在摩擦中，碳化物起骨架作用，珠光体起储油作用。故该材质具有较好储油和油膜保持性，其抗擦伤性、耐磨性均较好。因此它广泛用于高速内燃机凸轮轴，是内燃机凸轮轴--挺柱较为理想的摩擦付材质。目前世界上60%以上汽车凸轮轴都用此材料。该材质除具有优异的抗磨性特点外，它还具有生产工艺简单，加工余量少等优点。
2合金成分对冷激合金铸铁凸轮轴的影响
冷激合金铸铁凸轮轴的使用性能，关键取决于凸轮白口层的硬度及深度，它是衡量凸轮轴工作表面的重要指标，凸轮白口层硬度的高低、深度的大小、除铸造中与冷铁大小有关外，在很大程度上取决于合金成分，合金元素影响强弱排列如下： （图片） 为防止白口层剥落，保持一定的麻口层厚度，还是有必要的。麻口层由于硬度、强度均较低，生产中应力求减少麻口层深度。下列元素对麻口层深度有不同程度的影响，合金元素Te、C、S、P能减少麻口深度，而Cr、Al、Mn 、Mo、V等，可增加麻口层深度。
3冷激合金铸铁凸轮轴的化学成分及作用
纵观国内、外冷激合金铸铁凸轮轴化学成分基本相同。但波动范围较大。一般为3.2%～3.8%C； 1.5%～2.2%Si； 0.5%～0.8%Mn； ＜0.12%S； ＜0.12%P； ＜0.5%～＜1%Cr； 0.2%～0.5%Mo。 0%～1.2%Cu； 0%～0.5%Ni。
冷激合金铸铁凸轮轴中的碳是形成渗碳体的元素，碳量增加则渗碳体数量增加，因而硬度增加，但碳量增加，却使白口层减小，引起心部灰口区石墨粗大，为兼顾白口层深度和整轴综合性能，一般碳量取3.4%～3.7%。
硅量增加时白口层深度、硬度均下降，在一定范围内适当增加硅，有利于减少凸轮心部游离碳化物，可改善整轴综合性能，过低硅量将导致白口层过深，故铁液含硅量一般取1.6%～2.1%。
锰不作为控制白口的元素，其含量不宜过高，一般取0.5%～0.8%，硫、磷含量均应小于0.12%。
铬可使凸轮桃尖在较小的过冷度时容易得到莱氏体的共晶组织，使冷激区容易产生，同时使麻口区宽度比白口区宽度还要大，大于1%可不用冷铁获得白口层。铬主要存于碳化物中，与基体之间的分配比例为3∶1，基体中的铬抑制铁素体形成、细化珠光体， Fe3C中的铬能提高硬度，起耐磨作用。
钼分布在碳化物和基体之间，稳定碳化物，细化珠光体基体，使硬度、强度有所增加，有利于改善疲劳特性，在热处理中可改善淬火性能。
镍和铜能促进珠光体的形成，同时抑制共晶碳化物的形成。
4冷激合金铸铁凸轮轴的工艺
冷激合金铸铁凸轮轴的铸造，国外大多采用高压造型、静压造型及铁模覆砂等方法，国内一般采用合脂砂或振动造型等方法。在砂型中凸轮桃尖部位下置冷铁，浇注时只冷激合金铸铁凸轮桃尖，基圆不冷激。
凸轮冷激所采用冷铁可采用传热性能良好的灰口铸铁材质制作，可做成单块冷铁，组合冷铁，或框架式组合冷铁，冷铁的形状要和凸轮硬度要求的梯度保持一致，冷铁的大小取决于白口层的深度要求。一般取外冷铁厚度10～15 mm，可得到凸轮白口层深度2～7 mm。冷铁取得过大，则缩小炉前孕育处理范围，给大批量生产造成困难，造成凸轮桃尖过冷度过大，冷激白口层深，凸轮桃尖处易产生细小裂纹；冷铁过小，同样会缩小孕育处理的范围，还会因冷铁热容量不够，造成过冷度小，致使冷激白口层浅、硬度低、达不到要求。
冷激合金铸铁凸轮轴的熔炼均采用中频炉熔炼，这样有利于确保铸件合金成分或及时调整化学成分，熔炼时，铁液过热到1 500 ℃，立即停电降温，到1 450 ℃，用0.4%75硅铁(粒度5～10 mm)孕育，浇注温度以1 300 ℃～1 350 ℃为宜。因浇注温度高低会直接影响铸件的冷却速度，从而影响白口深度。
铸铁毛坯应进行550 ℃保温时间2 h的消除应力退火。
凸轮精加工后，可进行锰盐磷化处理或软氮化处理，以提高初期磨合性能及耐疲劳能力。
作者单位：张绪成(莱芜凸轮轴总厂，山东莱芜271100)
5/25/2010
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