大连工学院学报  1976年3期

    我国自行设计、自己制造的单机功率为四千马力的东风型内燃机车经过两年多的运行检验，各项指标达到了世界先进水平。它雄辩地证明，“无产阶级文化大革命是使我国杜会生产力发展的一个强大的推动力。”
    四千马力内燃机车需要有四千马力柴油机作为动力设备。曲轴是柴油机最重要的部件，通常比喻为柴油机的“脊梁骨”。柴油机的全部功率都通过曲轴传送给功率消耗者。国外生产这样的曲轴，要用合金钢材料，在六千吨以上的水压机上锻压成实心坯料，而后进行大量机械加工。这种加工方法，费工费料成本高，一根曲轴的制造成本约占整台柴油机造价的百分之十到百分之二十。
    无产阶级文化大革命以来，我厂职工遵照xxx关于“独立自主，自力更生”，“打破洋框框，走自己工业发展道路”的教导，在长期试制实践中闯出了一条用球墨铸铁铸造曲轴的新路。采用这种方案，省工省料成本低，一根曲轴的制造成本仅占整台柴油机造价的百分之二。经实际运用试验，铸造曲轴在性能和质量上可同合金钢锻压曲轴相媲美。

多快好省是辫证的统一
    采用球墨铸铁铸造四千马力柴油机曲轴，国内外没有先例。开始有人认为，“铁不如钢，铸不如锻，用铸铁做曲轴难以保证质量。”也有人认为，“小马力曲轴用球墨铸铁行，而四千马力曲轴的机械性能要求比原生产的二千马力曲轴提高百分之八十，用球墨铸铁铸造这样高性能的曲轴根本办不到。要行，外国不早干了吗?”这些观点缺少中国工人阶级的志气，违背了多快好省地建设社会主义的总路线，用孤立、静止的观点片面地看待铁与钢、铸与锻的质量优劣，从而得出错误的结论。
    “鼓足干劲，力争上游，多快好省地建设社会主义”的总路线是我们各项工作的指针。多、快、好、省是对立统一的。数量与质量、经济性与耐用性是对立的统一，是我们进行设计工作必须遵循的基本原则。采用合金钢锻压方案制造曲轴，质量较为可靠，固然有它的优点。但这种加工方法需要有大型锻压设备和与之相适应的厂房设置，在生产中要耗用十倍于制成品的高级合金钢，坯料加工周期长达月余。因此，这样建立在少、慢、费基础上的“好”是有缺陷的。采用墨球铸铁铸造方案，可以充分利用现有设备条件，坯料可制成{zh0}的设计构形，制造方便，金属利用率高，生产周期短，成本低，这是它的优点。但对于四千马力曲轴的高质量要求，原有的球墨铸铁材料性能和制取工艺暴露出明显的缺欠。但是，铁比钢性能差，铸比锻组织松，并不是固定不变的，而是相
对的，有条件的。从全局比较，在强度、塑性、韧性等指标方面铁比钢差，铸比锻组织粗松;但就局部而言，铁相比钢具有较高的屈服强度、较小的压力集中系数、较好的饱合性和较高的耐磨性，铸件也有比锻件组织紧密的部分(铸件外皮因冷却得快而得到紧密组织)。这说明“差”和“松”都不是{jd1}的，差中有好，松中有紧。
    辩证唯物主义认为，任何事物发展过程中的矛盾双方，不但在一定条件下共处于一个统一体中，而且依据一定的条件各向其相反的方面转化。因此，“差”和“松”都可以在一定的条件下向好和紧的方面转化，铁可以不断提高性能而优于钢，铸可以经过改进而胜似锻。这里的关键在于发挥人的主观能动作用，创造条件，促使事物向有利的方面转化，达到数量与质量、经济性与耐用性的辩证统一。“世上无难事，只要肯登攀。”经过分析，我们认识到，只要以唯物辩证法作指导，把冲天的革命干劲和实事求是的科学态度结合起来，就能战胜困难，多快好省地研制出大马力球墨铸铁曲轴，为社会主义祖国争光。

从加镁普通球铁到稀土镁合金球铁
    怎样使球铁材料在性能上有个飞跃呢?恩格斯说:“自然界中一切质的差别，或是荟于不同的化学成分，或是苍于运动(能)的不同的盆或不同的形式，或是—差不多总是这样—同时基于这两者。”(《自然辩证法》第四七页)合金钢所以比碳素钢性能优良，是由于合金钢的化学成分与碳素钢不同，因而使它的金属结构得到强化和细化。钢可以通过合金化提高性能，球铁是否可以通过合金化提高性能呢?一切真知都是从直接经验发源的。为了模索球铁合金化的途径，我们首先进行了一些模拟性试验。模拟试验所得参数表明，球铁可以通过合金化提高其性能。但当把模拟试验转为实物性试验时，却得不到模拟试验时的结果。开始，我们考虑实物曲轴比模拟试棒大得多，可能是合金加少了。然而，继续增加合金加入量，不但曲轴的机械性能没提高，反而在铸件内部出现了缩孔。
    为什么模拟试验效果很好，移植到实物试验就不好?为什么合金元素加多了反而产生铸件缩孔?我们从球铁内部矛盾与外部联系上寻找原因，发现球铁这种材料既有与钢相同的性质，也有与钢相异的组成。铁与钢同属铁碳系合金，具有相似的基体结构，这是它们可以合金化改变基体组织的共性。但铁比钢的含碳量高得多，并且一部分碳元素以自由碳—石墨而存在、这是铁区别于钢的个性。xxx说:“对于物质的每一种运动形式，必须注意它和其他各种运动形式的共同点。但是，尤其重要的，成为我们认识事物的基础的东西，则是必须注意它的特殊点”(《矛盾论》)。金属基体与石墨共处于球铁组织中，它们既互相区别，具有各自的特殊性，又相互联系，相互作用，影响着球铁性能的好坏。从这个方面进行分析，我们找到了失败的原因。一方面，模拟试验是在试棒上进
行的，有合适的冷凝条件，得到的石墨形态较理想，故合金化后提高了球铁的性能。而在实物试验时，由于曲轴容纳两吨多高温铁水，冷凝时间过长，促使石墨形态恶化，所以同样的合金化就得不到相同的结果。另一方面，由于我们只重视合金化提高机械性能的一面，而忽视了改善石墨形态的一面，主观地认为多加些合金能提高铸件的性能。但效果适得其反，多加了合金元素，超出了一定的质所规定的量的界限，从而增加了铸件的脆性和收缩，使铸件内部出现了缩孔。通过分析，我们用“优选法”反复调整合金元素的加入品种与加入量，使加入品种由原三种改为二种，加入量比原来降低三分之二。同时，又抓住石墨形态这个特殊性进行攻关。
    大截面铸件石墨形态之所以恶化，主要是从液态到固态转变时间间隔太长，致使石墨有充分时间向异形变化。为了解决这个问题，我们采取高温熔炼金属，以xx原生铁中粗大石墨的遗传性;球化处理时，采取低温处理，以保证球化剂的充分吸收，并在球化剂中加入防止石墨衰变的稀土金属元素，在浇注完铁水后，立即向铸型上喷水加快铸件冷却，从而改善了石墨形态。经过反复实践，我们终于把这种高质量的稀土镁合金球铁曲轴铸出来了。

从吹风正火到嘴雾吹风强化
    稀土镁合金球铁的曲轴铸出来了，但铸坯的金属晶粒粗大，必须通过热处理细化金属晶粒，强化金属基体，才能充分发掘铸坯的内在潜力，提高曲轴的机械性能。
    原二千马力曲轴用吹风正火热处理可以达到设计所要求的机械性能，但将这种方法用在四千马力曲轴上，强度却达不到要求。有人建议用油淬热处理。一经试验，油淬的曲轴，强度虽有很大提高，但塑性、韧性却达不到要求，一时成为攻关中的难题。
    在一次热处理二千马力曲轴时，正好下着毛毛细雨，一位老工人冒雨操作，却得到了超乎常规的优良性能。他建议在四千马力曲轴上试验人工细雨处理。从表面看，二千马力曲轴细雨处理得到高性能是个偶然现象，但用唯物辩证法的观点去分析则看到:偶然性与必然性是对立的统一，必然性存在于偶然性之中，偶然性中包含着必然性的因素，并在一定的条件下转化为必然性。正如恩格斯所说，凡是“在表面上是偶然性在起作用的地方，这种偶然性始终是受内部的隐蔽着的规律支配的，而问题只是在于发现这些规律”(《xxx恩格斯选集》第四卷第二四三页)。我们决定抓住“二千”的偶然，在对四千马力曲轴进行处理的实践中去发现和认识细雨处理与性能之间的内在联系，探索获得高性能曲轴热处理的规律。试验开始，我们对人工细雨的大小把握不住，小了得到的结果
与吹风正火相似，大了则出现曲轴脆裂。但大家不怕挫折，反复实践，终于摸到了细雨与性能间的规律，使强度、塑性、韧性等指标都超过设计标准。
    为什么喷雾吹风强化热处理能超出吹风正火和油淬热处理而显出其独特的优越性呢?唯物辩证法告诉我们，事物内部的矛盾运动是事物发展的根本原因，一事物和他事物的互相联系和互相影响则是事物发展的第二位原因。金属组织可以通过不同的加热和冷却条件获得不同的结构体，而各种结构体具有各自的机械性能，有的强度高，有的塑性好，有的又硬又脆。用吹风正火或油淬热处理，因冷却速度不适宜，‘得到的几乎是单一的结构体，因此性能也就顾此失彼。而喷雾吹风，其冷却速度介于吹风正火与油淬之间，得到的是几种结构的混合体，它集各结构体之利而弃单一结构体之弊。这就是新工艺取得成功的根本原因。
    新工艺使我们掌握了获得高性能曲轴的规律。然而，在控制冷却方法上却受到限制。曲轴在转动机床上作回转运动，常用的定点测温方法无法应用，只能由操作者身穿雨衣来往于风雾交加的工件周围，用化学色笔测量温度。能否寻找简便正确的方法代替这种方法呢?经过长期的观察发现，每当接近终喷温度时，工件上就有冒蒸汽、挂水滴现象。通过对这一现象的分析，我们发现终喷温度是热处理的转变点。“在这些关节点上，运动的量的增加或减少会引起该物体的状态的质的变化”(《自然辩证法》第四九页)。冒蒸汽、挂水滴是临近转变点前出现的一种物理现象。此时，曲轴表面在瞬间已冷却到水的汽化点以下，水雾粘结在表面，由于内层温度远远高于表面温度，经热传导表面温度不断升高，又使粘结的水滴迅速转化为蒸汽。这时如不终止喷雾，曲轴将继续降温而
达转变点，就会引起质的变化，造成象初试验时遇到的脆裂废品。
    掌握喷雾冷却时的这个特性，并根据气温情况，控制喷雾时间、雾量及风量，从而去掉了人工测温的方法，使我们在热处理操作中获得了自由。

从平浇立凝到低压铸造
    球铁曲轴性能达到合金钢的水平，鼓舞了我们的斗志。铁能代钢，铸也一定能顶锻。为了解决铸造工艺上的问题，我们首先对曲轴进行了解剖，看到用老工艺—平浇立凝法铸造的曲轴，内部组织疏松。对老工艺经过几次改进试验，收效仍不大。有的同志有些灰心。但多数同志认为，只有未被认识的事物，没有不能认识的事物。失效说明我们没有找到问题的根源，解决问题的方法不对。
    对于不同质的矛盾只有用不同质的方法才能解决。我们进一步剖析曲轴的结构特点，看到组织疏松的地方都是在曲轴的最粗厚处。这是由于冷凝收缩时粗厚处得不铁水补充而造成的。“锻”可以通过锻压使金属紧密，“铸”能否通过加压使“松”向“紧”转化呢?，有位老工人提出采用“低压铸造”法的建议。球墨铸铁大曲轴用低压铸造，国内外前所未有。但路是人走出来的，要知道梨子的滋味，就得变革梨子，亲口尝一尝。
    俗语说:“水往低处流。”这是水具有的位能转化为动能时的运动形式，也是一般  (重力)铸造法的铸造原理。低压铸造则相反，要让铁水往高处“流”。这就需要提供克服“吸引”所需的功。曲轴铸型长达五米，试验表明，需要用三个大气压的压缩风才能将铁水充满铸型，而后再加压到五个以上的大气压下进行结晶。事物总是一分为二的，压力可以使铸件内部组织致密，但增加压力也带来一些新的问题。
    首先遇到的是压铸出来的曲轴表面象压出来的豆并片，外面粗糙，用力一剥，便层层脱落。通过分析，这是一些被氧化的铁皮。铁水被氧化，是由于有氧的存在，氧从何而来呢?联想到转炉炼钢时的过氧化情况，从而想到供压的压缩空气是氧的来源。我们从杜绝压缩空气钻入铁水内层的通道入手，采取相应的措施，从而解决了这个问题。
    旧的矛盾解决了，又出现了新的矛盾。在检查尺寸时发现曲轴得了“膨胀病”。曲轴外形变粗说明成形的砂型发生了变形。砂型为什么会变形呢?原来在增压时，五个大气压作用于铁水，铁水将这个压力向液体各部分等压传递，这是使铸件由“松”向“紧”转变的机理。但压力同时也通过铁水向型腔传递，使型腔不能承受大于五个大气压的部分发生变形，造成了曲轴的外胀。在铁水、压力、砂型等诸方面，砂型受热变形是矛盾的主要方面。但是在浇注过程中，砂型变热发生变形是{jd1}的，保持原形尺寸才是相对的。我们只能让砂型变中求定，提高砂型紧实度，使它在受热条件下保持相对的。固定。为了解决这个问题，我们经过三个月的奋战，制成一台大型抛砂机械代替原来的手工造型，增加了砂型紧实度，xx了“胀肚子”的毛病，同时减轻了劳动强度，提高了生产效率。
    xx了曲轴外胀现象，使压力的劲使在铸件上，铸件就能越压越紧。但增强砂型紧实度，使砂型化弱为强，却促成了箱缝由强转弱的变化。有几次，受压的铁水大股从箱缝中窜出，箱缝成了“压力”钻空子的突破口。“水来土挡”，我们在箱缝间紧紧地捣固一层砂泥堵，使它“转弱为强”，这样就使“压力”听从指挥，发挥它的有利作用。
    经过反复实践，我们攻克了低压铸造的道道难关，终于使低压铸造曲轴获得了成功。用这种新工艺铸造的曲轴组织致密，没有夹渣，可以与锻压的试比高。
    四千马力大功率曲轴采用稀土镁球墨铸铁铸造的研制实践，使我们认识到，唯物辩证法对今天的自然科学是最重要的思维形式，是指导我们进行科学实验与生产实践的锐.利思想武器。我们决心进一步学好xxx主义理论，为我国铁路工业的发展贡献力量。
                                                                  (本文写于一九七六年一月)