如何提高曲轴冷却速度？

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：相同的化学成分，由于冷却速度不同可获得不同的组织，从而具有不同的性能。适当加快铸件的冷却速度，不但可使铸件截面上的温度梯度增大，促进方向性凝固，增强补缩作用，而且有利于加强石墨化膨胀的自身补缩能力，减少内部缩孔、缩松缺陷。在曲轴生产中，可采取以下措施提高冷却速度。

从铸铁凝固的特性可以看出，铸铁的力学性能除与其化学成分有关以外，还在很大程度上取决于铸件的冷却速度。相同的化学成分，由于冷却速度不同可获得不同的组织，从而具有不同的性能。适当加快铸件的冷却速度，不但可使铸件截面上的温度梯度增大，促进方向性凝固，增强补缩作用，而且有利于加强石墨化膨胀的自身补缩能力，减少内部缩孔、缩松缺陷。还能使晶核的析出速度加快，促使形成连续的、分枝很少的细小等轴晶体。由于铸件的凝固时间缩短了，相应地抑制了可能发生的石墨变态和石墨飘浮等问题。

图4-13 球形顶冒口

总之，采取一定的措施、适当加快冷却速度，能促进珠光体基体的形成，细化晶粒，使铸件具有较高的强度和致密性。在曲轴生产中，可采取以下措施提高冷却速度。

1.砂衬金属型铸造

用金属型铸造铸铁件，能显著提高铸件的致密性，但当控制不良时，容易使铸件硬度过高、加工困难，甚至产生“白口”、裂纹等缺陷，故其应用受到了很大的限制。如果在金属型的工作面上衬一层一定厚度的型砂（如酚醛树脂砂射砂成形和流态砂等），则可缓和初期的激冷作用，完全能避免上述缺陷，又可达到适当提高铸件致密性的目的。

根据具体条件，球墨铸铁曲轴可采用砂衬金属型铸造。砂衬层的厚度直接影响着铸件的激冷程度，覆砂层厚度越小，激冷效果越好，但会给实际造型操作带来困难；砂层厚度增加，则会使激冷效果降低。根据曲轴的结构特点，砂层厚度一般为6～12mm，在此范围内可获得较好的效果。

2.冷铁的应用

由于大型球墨铸铁曲轴具有结构复杂、尺寸大、质量大、壁厚、曲拐多、“热节”分散等特点，不能全用冒口进行补缩和实现方向性凝固。因此，在最后凝固的局部区域，如曲拐臂与主轴颈、连杆轴颈的重叠区域等，容易产生内部缩松缺陷，即使利用石墨化膨胀而形成的自身补缩作用，也很难将其全部消除。

在这些区域设置外冷铁是最有效的措施。由于冷铁的激冷作用可加快冷却作用，消除“热节”，细化结晶组织，提高强度，故被广泛采用。冷铁厚度可取被激冷处铸件壁厚的50%～70%。冷铁材料有铸铁、铸钢等。以石墨板材制成的冷铁最为适宜，激冷效果最佳。在曲柄销部位，也可设置衬砂串水冷铁，注意控制串水流量，稳定激冷效果。

3.铬铁矿（或钛铁矿）砂

受曲轴结构的影响，对于设置外冷铁较为困难的部位，如轴颈是中空结构等，则砂芯可用铬铁矿砂或钛铁矿砂制成。它们可以起一定的激冷作用，不受铸件形状的限制，并能防止发生渗透性粘砂，故被广泛应用，效果较好。

4.铸型喷水冷却

大型球墨铸铁曲轴浇注的铁液量多，冷却缓慢，为适度加快冷却速度，竖箱后应用喷水管沿铸型自下而上逐面喷水，持续时间约40～80min。这样可以加快砂层向外的传热速度，起到加快曲轴凝固和冷却的作用。应根据具体情况，适当控制喷水速度、流量和时间等因素，以获得预期效果。

如何提高曲轴冷却速度？

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