船用气缸套铸造
船用气缸套（Marine Cylinder Liner）是船舶柴油机（低速二冲程或中速四冲程）中工作条件最恶劣的部件之一。它直接承受高温高压燃气的冲刷、活塞环的高速摩擦以及冷却水的腐蚀。
因此，船用气缸套的铸造不仅要求耐磨，更要求极高的可靠性（防止断裂）和耐穴蚀性。
以下是船用气缸套铸造的详细工艺解析：
一、 常用材质
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普通合金铸铁：
- 加入铬（Cr）、钼（Mo）、铜（Cu）等元素，提高基体强度和耐磨性。
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高磷铸铁（High Phosphorus Cast Iron）：
- 磷（P）含量：控制在 0.4% - 0.8%（普通铸铁通常 < 0.1%）。
- 原理：磷与铁形成磷共晶（Steadite），这是一种硬脆的网状组织，均匀分布在基体中，像 “骨架” 一样支撑表面，极大提高耐磨性。
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硼铸铁（Boron Cast Iron）：
- 加入微量硼（B），形成硬度极高的硼碳化物，耐磨性比高磷铸铁更优，常用于高强化柴油机。
二、 核心工艺：离心铸造 (Centrifugal Casting)
这是生产船用气缸套的唯一主流工艺。
1. 工艺优势
- 组织致密：离心力将金属液中的气体、熔渣和夹杂物甩向内表面（后续加工去除），使工作外表面（外壁）和耐磨内表面（加工后的内壁）组织极度致密，无气孔、缩松。
- 定向凝固：金属液紧贴模具内壁冷却，形成从外向内的致密结晶层。
- 石墨形态：离心力使石墨呈细小的片状或卷曲状，且与缸套表面平行分布，这是最有利于润滑和储油的结构。
2. 工艺流程
- 熔炼：中频感应电炉熔炼，严格控制化学成分（特别是磷、铬含量）。
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模具准备：
- 预热：金属模具预热至 200℃ - 300℃。
- 喷涂：喷涂一层均匀的水基石墨涂料，并烘干。
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浇注：
- 离心机转速根据缸套内径计算（通常离心系数 ）。
- 浇注温度：1340℃ - 1380℃（过高易产生偏析，过低易产生冷隔）。
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冷却：
- 控制冷却速度，防止产生白口（渗碳体）。通常采用喷雾冷却或风冷。
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退火：
- 必须进行高温退火（>900℃），消除铸造内应力，防止加工变形。
三、 关键质量控制要点（QC）
1. 外表面的 “耐穴蚀” 控制
船用气缸套外壁直接接触冷却水，高速水流容易在金属表面产生气泡，气泡破灭时产生的冲击波会剥蚀金属，形成蜂窝状孔洞（穴蚀）。
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控制措施：
- 消除疏松：外壁必须致密，疏松是穴蚀的起点。
- 表面处理：铸造后，外壁通常需要进行磷化处理、涂漆或喷丸，增加表面能，防止气泡附着。
2. 硬度梯度控制
气缸套的硬度从表面到中心应呈平缓过渡。
- 标准：通常要求工作面硬度在 180 - 240 HB（中速机）或 200 - 260 HB（低速机）。
- 注意：如果出现白口层（硬度 > 500 HB），会导致后续珩磨加工困难，且容易剥落拉伤活塞环。
3. 金相组织
- 石墨：长度等级通常要求 5-7 级（细小），分布均匀。
- 磷共晶：对于高磷铸铁，磷共晶应呈断续网状或孤立状分布。如果呈连续网状，会严重降低韧性，导致缸套断裂。
4. 尺寸精度
- 离心铸造的毛坯精度较高，但壁厚公差通常控制在 ±1.5mm 以内。
- 内孔必须留有足够的加工余量（通常单边 5-10mm），以确保车削后没有皮下气孔。
四、 常见缺陷及对策
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