介紹了冷激合金鑄鐵凸輪軸的性能特點及合金成分對冷激層硬度、深度、金相組織的影響以及生產(chǎn)工藝。
1 冷激合金鑄鐵凸輪軸的性能特點
冷激合金鑄鐵凸輪軸是以一定的合金成分的鐵液澆入凸輪桃尖由冷鐵快速冷卻的型腔中，使凸輪桃尖表面形成2～7 mm深度的萊氏體（白口）組織，其硬度為hrc 45-60，心部為灰口組織，硬度為hb 220-300，其余為麻口組織。凸輪表面萊氏體是由很硬而脆的片狀碳化物和較軟的珠光體組成。在摩擦中，碳化物起骨架作用，珠光體起儲油作用。故該材質(zhì)具有較好儲油和油膜保持性，其抗擦傷性、耐磨性均較好。因此它廣泛用于高速內(nèi)燃機凸輪軸，是內(nèi)燃機凸輪軸--挺柱較為理想的摩擦付材質(zhì)。目前世界上60%以上汽車凸輪軸都用此材料。該材質(zhì)除具有優(yōu)異的抗磨性特點外，它還具有生產(chǎn)工藝簡單，加工余量少等優(yōu)點。
2 合金成分對冷激合金鑄鐵凸輪軸的影響
冷激合金鑄鐵凸輪軸的使用性能，關(guān)鍵取決于凸輪白口層的硬度及深度，它是衡量凸輪軸工作表面的重要指標，凸輪白口層硬度的高低、深度的大小、除鑄造中與冷鐵大小有關(guān)外，在很大程度上取決于合金成分，合金元素影響強弱排列如下：
為防止白口層剝落，保持一定的麻口層厚度，還是有必要的。麻口層由于硬度、強度均較低，生產(chǎn)中應(yīng)力求減少麻口層深度。下列元素對麻口層深度有不同程度的影響，合金元素te、c、s、p能減少麻口深度，而cr、al、mn 、mo、v等，可增加麻口層深度。
3 冷激合金鑄鐵凸輪軸的化學成分及作用
縱觀國內(nèi)、外冷激合金鑄鐵凸輪軸化學成分基本相同。但波動范圍較大。一般為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。
冷激合金鑄鐵凸輪軸中的碳是形成滲碳體的元素，碳量增加則滲碳體數(shù)量增加，因而硬度增加，但碳量增加，卻使白口層減小，引起心部灰口區(qū)石墨粗大，為兼顧白口層深度和整軸綜合性能，一般碳量取3.4%～3.7%。
硅量增加時白口層深度、硬度均下降，在一定范圍內(nèi)適當增加硅，有利于減少凸輪心部游離碳化物，可改善整軸綜合性能，過低硅量將導致白口層過深，故鐵液含硅量一般取1.6%～2.1%。
錳不作為控制白口的元素，其含量不宜過高，一般取0.5%～0.8%，硫、磷含量均應(yīng)小于0.12%。
鉻可使凸輪桃尖在較小的過冷度時容易得到萊氏體的共晶組織，使冷激區(qū)容易產(chǎn)生，同時使麻口區(qū)寬度比白口區(qū)寬度還要大，大于1%可不用冷鐵獲得白口層。鉻主要存于碳化物中，與基體之間的分配比例為3∶1，基體中的鉻抑制鐵素體形成、細化珠光體， fe3c中的鉻能提高硬度，起耐磨作用。
鉬分布在碳化物和基體之間，穩(wěn)定碳化物，細化珠光體基體，使硬度、強度有所增加，有利于改善疲勞特性，在熱處理中可改善淬火性能。
鎳和銅能促進珠光體的形成，同時抑制共晶碳化物的形成。
4 冷激合金鑄鐵凸輪軸的工藝
冷激合金鑄鐵凸輪軸的鑄造，國外大多采用高壓造型、靜壓造型及鐵模覆砂等方法，國內(nèi)一般采用合脂砂或振動造型等方法。在砂型中凸輪桃尖部位下置冷鐵，澆注時只冷激合金鑄鐵凸輪桃尖，基圓不冷激。
凸輪冷激所采用冷鐵可采用傳熱性能良好的灰口鑄鐵材質(zhì)制作，可做成單塊冷鐵，組合冷鐵，或框架式組合冷鐵，冷鐵的形狀要和凸輪硬度要求的梯度保持一致，冷鐵的大小取決于白口層的深度要求。一般取外冷鐵厚度10～15 mm，可得到凸輪白口層深度2～7 mm。冷鐵取得過大，則縮小爐前孕育處理范圍，給大批量生產(chǎn)造成困難，造成凸輪桃尖過冷度過大，冷激白口層深，凸輪桃尖處易產(chǎn)生細小裂紋；冷鐵過小，同樣會縮小孕育處理的范圍，還會因冷鐵熱容量不夠，造成過冷度小，致使冷激白口層淺、硬度低、達不到要求。
冷激合金鑄鐵凸輪軸的熔煉均采用中頻爐熔煉，這樣有利于確保鑄件合金成分或及時調(diào)整化學成分，熔煉時，鐵液過熱到1 500 ℃，立即停電降溫，到1 450 ℃，用0.4%75硅鐵（粒度5～10 mm）孕育，澆注溫度以1 300 ℃～1 350 ℃為宜。因澆注溫度高低會直接影響鑄件的冷卻速度，從而影響白口深度。
鑄鐵毛坯應(yīng)進行550 ℃保溫時間2 h的消除應(yīng)力退火。
凸輪精加工后，可進行錳鹽磷化處理或軟氮化處理，以提高初期磨合性能及耐疲勞能力。