冷激鑄鐵材料凸輪軸具有良好的耐磨性，但是工藝適用性差，這在一定程度上影響了它在汽車市場(chǎng)的應(yīng)用。而通過(guò)合理控制其化學(xué)成分，進(jìn)行型砂控制，則可以獲得穩(wěn)定合格的冷激鑄鐵凸輪軸毛坯。
        凸輪軸的材質(zhì)主要可分為冷激鑄鐵、鋼質(zhì)、合金鑄鐵（可淬硬和亞弧重熔）、球墨鑄鐵、組合式等。各種材質(zhì)的凸輪軸的工藝性、重量、耐久性、市場(chǎng)應(yīng)用情況等各不相同（詳見(jiàn)表）。
         冷激鑄鐵材料凸輪軸具有良好的耐磨性，逐漸被轎車市場(chǎng)大量應(yīng)用，但是其工藝適用性差，這在一定程度上影響了它的進(jìn)一步發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)中，材料的化學(xué)成份、型砂的控制、過(guò)程溫度控制、爐前鐵水孕育和球化的控制、模具及工藝設(shè)計(jì)等因素都會(huì)影響冷激鑄鐵凸輪軸的工藝使用性。下面從化學(xué)成份和型砂控制這兩方面談?wù)剬?duì)冷激鑄鐵凸輪軸鑄造的影響。

表 不同材質(zhì)凸輪軸的性能比較

化學(xué)成分

1、合適的碳當(dāng)量 
    決定冷激鑄鐵性能的主要因素是：冷激層碳化物的數(shù)量和形態(tài)以及石墨數(shù)量和金屬基體的性能。當(dāng)碳當(dāng)量（CE=C+1/3Si）較高時(shí)易于形成冷激層，且冷激層中的碳化物量增加，這對(duì)于獲得較高的冷激層硬度非常有利；但同時(shí)也帶來(lái)石墨數(shù)量的增加、石墨形態(tài)惡化、基體組織變得粗大等不利影響。特別是當(dāng)孕育條件不好或存在微量有害元素時(shí)，粗大石墨使金屬基體能夠承受載荷的有效面積減少，使金屬基體的強(qiáng)度不能正常發(fā)揮，從而降低鑄鐵的強(qiáng)度。

圖1：基體里的珠光體

    在鑄鐵材料中，珠光體具有較好的強(qiáng)度和硬度，而鐵素體則較軟，強(qiáng)度也較低。隨著C、Si數(shù)量的提高，會(huì)使珠光體數(shù)量減少（見(jiàn)圖1），形態(tài)變得更為粗大，同時(shí)鐵素體數(shù)量增加（見(jiàn)圖2），這些都會(huì)降低材料的抗拉強(qiáng)度。因此，在確保獲得足夠的冷激層后，要將碳當(dāng)量控制在一個(gè)較低的水平，以獲得較高的產(chǎn)品機(jī)械性能。但是，當(dāng)碳當(dāng)量過(guò)低時(shí)，除了不利于獲得好的冷激層以外，還會(huì)增加縮孔傾向，造成產(chǎn)品報(bào)廢（見(jiàn)圖3）。所以，在熔煉過(guò)程中，控制碳當(dāng)量是解決冷激鑄鐵凸輪軸材料性能的一個(gè)非常重要的因素。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，筆者認(rèn)為將CE值控制在3.9~4.2通常是比較合適的。

圖2：基體里含較多鐵素體

2、合金元素對(duì)材料性能的影響
    在冷激鑄鐵凸輪軸中，常用的合金元素主要有Cr、Cu、Ni、Mo等，這些元素在鐵水中的作用各不相同。Cr的主要作用是促進(jìn)白口的形成，與C、Fe形成復(fù)合碳化物，以提高冷激層的硬度和耐磨性。但是，Cr的加入會(huì)使非冷激區(qū)中的碳化物量增多，使材料脆性增加，鐵素體的數(shù)量減少甚至消失。同時(shí)，由于合金元素的加入，在一定程度上也細(xì)化了石墨，而且其中的鐵素體由于有一定量的合金元素而得到固溶強(qiáng)化，使鑄鐵具有較高的強(qiáng)度性能。

(CE<3.9)心部縮孔

3、爐料配比對(duì)材料的影響
    過(guò)去我們一直認(rèn)為只要化學(xué)成分符合規(guī)范要求，就應(yīng)該能夠獲得符合標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械性能的材料，實(shí)際上這種觀點(diǎn)所看到的只是常規(guī)化學(xué)成分，而忽略了一些微量元素和有害元素在其中所起的作用。如生鐵是Ti的主要來(lái)源，因此生鐵使用量的多少會(huì)直接影響材料中Ti的含量，對(duì)材料的機(jī)械性能產(chǎn)生很大的影響；廢鋼是許多合金元素的來(lái)源，因此廢鋼用量對(duì)冷激鑄鐵機(jī)械性能的影響是非常直接的。因此，爐料配比對(duì)冷激鑄鐵材料的機(jī)械性能有著直接的影響，是熔煉控制的重點(diǎn)。另外，為了減少爐料遺傳性對(duì)材料的影響，建議爐料應(yīng)分批管理，做到先進(jìn)先出。

(CE>4.2)心部縮松

型砂控制
    良好的型砂性能是生產(chǎn)出合格毛坯的必要條件，現(xiàn)在這種觀點(diǎn)正在被越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家所接受。由于在生產(chǎn)冷激鑄鐵凸輪軸的過(guò)程中需要安放大量的冷鐵，這些冷鐵在起模、轉(zhuǎn)運(yùn)和合箱過(guò)程中非常容易掉落，并且冷鐵表面不利于排氣，且易于凝結(jié)水汽，故所需的型砂要在濕壓強(qiáng)度、水份、透氣性等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。
    而要想獲得良好穩(wěn)定的型砂性能，至少應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：第一，有一套完備的砂處理系統(tǒng)和一套在線檢測(cè)系統(tǒng)；第二，應(yīng)盡量選用性能穩(wěn)定的原輔材料；第三，確定合理的混砂參數(shù)和原輔材料配比；第四，在管理上有一套對(duì)型砂性能進(jìn)行分析跟蹤的程序。

圖4：型砂圖

對(duì)于型砂性能的分析跟蹤程序包括：

1、數(shù)據(jù)的采集
    現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)和型砂檢測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)按規(guī)定的表格進(jìn)行收集，不能把這些數(shù)據(jù)僅僅作為判斷型砂好壞的標(biāo)準(zhǔn)，而是用來(lái)分析、預(yù)測(cè)未來(lái)的質(zhì)量趨勢(shì)。

2、數(shù)據(jù)的處理、分析
    對(duì)采集的數(shù)據(jù)要定期專人利用目前先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析工具進(jìn)行分析，找出規(guī)律，根據(jù)特性控制的要求，對(duì)潛在的不合格因素進(jìn)行預(yù)警，以便及時(shí)采取措施，將潛在的不合格因素加以消除。

3、跟蹤
    對(duì)采取措施后的型砂質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)記錄，并將獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)保留下來(lái)，為日后的改進(jìn)提供依據(jù)。

小結(jié)
    想要獲得穩(wěn)定合格的冷激鑄鐵凸輪軸毛坯，對(duì)化學(xué)成分、型砂加以控制是不容忽視的。通過(guò)控制好鐵水的CE值，根據(jù)金相組織和材料性能要求調(diào)整好合金的含量，同時(shí)注意對(duì)微量元素的控制，就能夠控制好鐵水的化學(xué)成份；對(duì)型砂的控制要建立一套科學(xué)的控制體系，這樣才能保證型砂的穩(wěn)定性，滿足生產(chǎn)冷激鑄鐵凸輪軸的要求。另外，再加上對(duì)過(guò)程溫度控制、爐前鐵水孕育和球化的控制、模具及工藝設(shè)計(jì)等其它因素的控制，一定能生產(chǎn)出穩(wěn)定合格的冷激鑄鐵凸輪軸毛坯。