赵跃忠

（武汉船舶职业技术学院工业中心，湖北武汉 430050）

离心铸造是目前中、大功率柴油机气缸套毛坯普遍采用的先进铸造工艺。由于离心浇注本身的结晶特点及铸造工艺参数和合金成分（S、P、Cr、B、Mo、Cu等元素）的影响，以目前我国的生产工艺条件，要完全消除离心铸造特有的且常见的云斑偏析缺陷是不现实的。我国的专业标准《CB／T 3903－1999中、大功率柴油机离心铸造气缸套金相检验》中对云斑偏析进行了严格的分级。下面以G03气缸套为例，在分析其对气缸套使用性能影响的轻重程度的基础上，结合该型气缸套的结构特点，并通过本人多年的实践，针对云斑偏析缺陷，提出G03气缸套的质量验收放行控制标准。

1 云斑偏析缺陷定义及分级

云斑偏析（简称CS）是离心铸造气缸套的一种缺陷组织，宏观上为气缸套经切削加工后的内、外表面上出现的不规则的明暗相间的花纹状组织；微观上表现为合金成分的偏析、金相组织的不均匀。

根据CB／T 3903－1999分级标准，将云斑偏析按偏析的轻重程度，分为四级，具体如下表：

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2 云斑偏析缺陷对气缸套使用性能的影响

2.1 对抗拉强度的影响

根据有关资料报道，以及本人所在企业的多年跟踪试验，有云斑偏析的气缸套的抗拉强度，较正常无缺陷的气缸套其抗拉强度会有不同程度的降低，其降低幅度与云斑偏析的轻重程度有直接关系。一般来说，出现CS1级云斑偏析时，经过统计，降低幅度大约为5～10%左右；CS2级为10～20%左右；CS3级40%左右。

2.2 对低周抗震疲劳性能的影响

柴油机气缸套是在交变、冲击振动的负荷下运行的，因此对其材质的低周抗振抗疲劳强度也是有要求的。一般情况下，目前各大气缸套生产厂家的离心铸造工艺都得到了较大提高，离心铸造的低周抗震疲劳性能普遍比砂型铸造的气缸套要高，并且稳定。但由于云斑偏析缺陷的原因，其低周抗震疲劳性能会有较大的波动，甚至降到正常无缺陷的气缸套的5%左右。因此根据气缸套的结构及性能要求，必须对云斑偏析加以控制。否则，会直接影响到气缸套的使用寿命。

2.3 对硬度及耐磨性能的影响

离心铸造由于铁液结晶特点，整个气缸套硬度从外到内，存在不同的硬度值。经加工后的气缸套硬度一般是外层高，内层低，差异值一般在HB30以内。相对于CS1、2级偏析区域来说，其硬度值与正常值差异不大，但相对于CS3、4级偏析区域来说，其硬度差值在HB40以上，甚至达到HB100。硬度值是反映气缸套耐磨程度的一个指标，如果气缸套内孔的硬度差异较大，会产生偏磨、异常磨损或拉缸等现象，因此也必须对云斑偏析加以控制。

2.4 抗穴蚀性能的影响

离心气缸套由于处在离心力动态作用下，铁液结晶是从气缸套外表面顺序向内凝固的，越接近外表面其晶粒越细小致密，而气缸套的耐腐蚀表面又恰好是外表面，故其耐蚀性较砂型铸造的要好。云斑偏析对其耐蚀性没有明显的差异。经过本人多年的跟踪与观察，也证明了这一点。

3 针对G03气缸套云斑偏析缺陷的质量验收标准

3.1 G03气缸套的结构及特点

图1所示为G03气缸套的结构图，其中AA为上顶面、B－B支撑肩、C－C与D－D为下密封圈部位、E－E为活塞环下止点、F－F为活塞环上止点。

图1 G03气缸套结构图

由于G03气缸套项部设计有四个进排气门避阀坑，如图1中右放大图所示，支撑肩与避阀坑最近距离为25mm，高度方向为15mm，角度为38°左右。从用户反馈收集到的有裂缝和断裂缸套的断口分析，绝大多数情况与此最近距离连线及角度方向相吻合（见图2）。故此处针对云斑偏析缺陷，必须加以严格的控制。

图2 最近距离连线及角度吻合图

活塞环上止点F－F以下60mm处，由于此处摩擦力最大，温度最高，磨损最严重。故此处针对云斑偏析缺陷，也必须加以控制。

C－C与D－D为下密封圈部位，此部位由于密封槽较深，其强度受到了较大削弱，再加上柴油机初期磨合不到位，也容易发生拉缸，甚至于引起缸套断裂。故此处针对云斑偏析缺陷，也应该加以控制。

3.2 针对G03气缸套云斑偏析缺陷的质量验收标准

通过对云斑偏析缺陷对气缸套性能的影响，结合G03缸套本身形状、受力情况、断裂现象，经过仔细研究，将云斑偏析缺陷气缸套的质量验收标准，确定为如下：

3.2.1 外表面云斑偏析缺陷质量验收标准

（1）支撑肩B－B处及过渡圆弧处不允许有任何云斑存在。

（2）支撑肩B－B处以上30mm及以下120mm处，允许有CS1级存在。

（3）C－C与D－D密封圈部位，允许有CS1、CS2级存在。

（4）其余部位允许有 CS1、CS2、CS3级云斑存在，但不允许内外壁相同部位同时存在CS3级云斑。

（5）所有位置不允许有CS4级云斑存在。

3.2.2 内表面云斑偏析缺陷的质量验收标准

（1）孔内避阀坑下联接过渡圆弧凹坑处允许有CS1级云斑存在。

（2）内孔表面在支撑肩B－B截面以上30mm、活塞上止点F－F以下60mm内孔处，允许有CS1级云斑存在。

（3）活塞上止点F－F截面60mm以下、活塞下止点E－E截面以上，允许有CS1、CS2级云斑存在。

（4）内孔表面在支撑肩B－B截面30mm以上、活塞下止点E－E截面以下，允许有CS1、CS2、CS3级云斑存在，但不允许内外壁相同部位同时存在CS3级云斑。

（5）所有位置不允许有CS4级云斑存在。

4 结 语

在缸套不同区域内的“云斑”偏析，其严重性和危害程度是不同的。本文通过G03缸套为例，在参照专业标准的基础上，结合该型缸套的结构特点，通过本人多年的实践，对云斑偏析缺陷提出了质量放行的控制标准，避免不必要的报废，减少损失，同时给离心铸造气缸套质量验收提供更科学、更严密、更实际的依据。经过多年的跟踪调查取证，对于云斑偏析缺陷放行的控制标准是可行的和有效的。

1 CB／T 3903－1999.中大功率柴油机离心铸造气缸套铸铁件技术条件.

2 CB／T 3903－1999.中大功率柴油机离心铸造气缸套铸铁件金相检验.

3 程志圣等.“云斑”偏析物的相组织对性能影响［J］.热加工工艺，1982（21）