耐磨高韌性球墨鑄鐵的研制及應(yīng)用

趙強(qiáng)++張元華++王玲玲++許曉坤++武玉海

摘 要：等溫淬火球墨鑄鐵優(yōu)異的綜合力學(xué)性能已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，并在工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。該文根據(jù)產(chǎn)品的要求，通過嚴(yán)格地控制材料的成分、熔煉工藝和熱處理工藝，采用“三明治”的球化孕育工藝，加上嚴(yán)格的過程管理，在現(xiàn)有設(shè)備及原材料的條件下，可生產(chǎn)出滿足性能要求的曲軸用等溫淬火球墨鑄鐵材料，各項指標(biāo)達(dá)到和超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵 等溫淬火 耐磨 高韌性

中圖分類號：TG255 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（a）-0057-02

隨著汽車工業(yè)的進(jìn)步，商用車、重卡朝著重載、高速、低耗、低成本及良好的舒適性等方向發(fā)展，汽車曲軸對高強(qiáng)度、高伸長率材料的綜合性能要求越來越高[1]。等溫淬火球鐵曲軸具有良好的綜合性能備受青睞，但對于汽車用曲軸不僅要求高強(qiáng)度、高伸長率，還要求較高的硬度、韌性和高疲勞性能。文章通過化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝的調(diào)整，研制滿足汽車曲軸用球墨鑄鐵材料[2]。

1 化學(xué)成分的選擇

1.1 成分設(shè)計思想

調(diào)整球鐵的C、Si含量，加入合金元素，使材料鑄態(tài)基體組織為鐵素體+珠光體混合基體組織，通過熱處理工藝獲得混合貝氏體+殘余奧氏體的組織，以提高材料的強(qiáng)度、硬度、韌性，獲得綜合力學(xué)性能較好的汽車用曲軸材料。

1.2 基本元素和合金元素的作用

碳：促進(jìn)石墨化，減少白口傾向，提高流動性。硅：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化和滲碳體分解，有利于石墨細(xì)化和圓整，增加且強(qiáng)化鐵素體。錳：穩(wěn)定且細(xì)化珠光體，提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性，降低韌性，提高淬透性。鉬：細(xì)化石墨，強(qiáng)烈促成碳化物，強(qiáng)化基體，均化組織，改善綜合性能，提高淬透性。鉬和銅合用促進(jìn)珠光體、細(xì)化組織、提高淬透性效果更明顯。銅：細(xì)化石墨球改善石墨圓整度，穩(wěn)定且細(xì)化珠光體，提高強(qiáng)度和硬度，提高耐磨性和耐蝕性。

1.3 確定化學(xué)成分

綜合分析各元素的作用，球墨鑄鐵的化學(xué)成分見表1。

2 原材料選擇及熔煉工藝

2.1 原材料的選擇

要想獲得滿足汽車曲軸用高性能球墨鑄鐵，鐵液的純凈度和化學(xué)成分必須保證，選用高純生鐵，按要求加入無銹的鋼筋頭廢鋼，并且加入Ni、Cu、Mo、B等合金元素，來降低雜質(zhì)元素的帶入。

2.2 熔煉

想要獲得穩(wěn)定的化學(xué)成分和理想的金相組織，研究人員采用100 kW容量為50 kg中頻感應(yīng)電爐熔煉，爐前用快速C、Si檢測儀檢測原鐵液的含量，通過檢測結(jié)果調(diào)整成分，按合理順序添加合金元素，保證合金元素在鐵液中的含量，用測溫槍測出出爐溫度和澆注溫度。

2.2.1 原鐵液熔煉

球墨鑄鐵的原鐵液熔煉要注意碳的燒損和氧化，需要在以下幾方面注意：（1）熔煉溫度要控制在1 550 ℃以下。過高的溫度會造成嚴(yán)重的碳燒損，最終導(dǎo)致球化不良；（2）生鐵和廢鋼的加入前，要進(jìn)行除銹處理，防止大量的夾渣，造成鑄造缺陷；（3）合金元素加入前，要進(jìn)行預(yù)熱，可以放到爐邊進(jìn)行烘烤，防止鐵液飛濺出來，產(chǎn)生安全事故；（4）在熔煉過程中會產(chǎn)生黏糊狀的雜質(zhì)，覆蓋在爐口，可以起到保溫和防止氧化的作用；（5）取樣時采用小砂鍋進(jìn)行取樣，要提前進(jìn)行預(yù)熱，防止取樣過程中，砂鍋受熱不均，破碎，造成安全事故；（6）快速檢測鐵液溫度，及時調(diào)整，防止熔煉時間過長造成元素的燒損；（7）金屬液完全熔化，及時進(jìn)行測溫，溫度達(dá)到1 520 ℃，出爐。

2.2.2 孕育球化處理

球化孕育前，要用液化氣進(jìn)行烤包，澆包采用堤壩包，球化劑、孕育劑經(jīng)過采用“三明治”孕育球化工藝，出爐溫度為1 500 ℃～1 520 ℃，澆鑄溫度為1 370 ℃～1 400 ℃。球化劑選用FeSiMg6RE2，采用堤壩式蓋包法進(jìn)行球化處理，球化劑加入量為1.7%。孕育劑選用Si-Ba孕育劑。采用包內(nèi)孕育的處理工藝，孕育劑的加入量為1.0%。

2.3 澆注

出爐，靜置、打渣后，進(jìn)行測溫和隨流孕育，并用渣棍擋渣減少夾渣缺陷的產(chǎn)生，澆注的Y型試塊，采用水玻璃砂造型。

3 熱處理工藝

不同的熱處理工藝參數(shù)，對基體組織的影響比較大，要得到滿足的性能要求，合適的加熱與保溫、等溫淬火與保溫溫度顯得尤為重要[3]。該工藝添加了合金元素，減低了奧氏體轉(zhuǎn)變臨界溫度，考慮強(qiáng)度和伸長率的整體要求，經(jīng)過多次試驗和查閱相關(guān)文獻(xiàn)[4]，確定如下熱處理工藝，見圖1所示。

等溫淬火后得到的組織為混合貝氏體+殘余奧氏體。

4 試驗結(jié)果

4.1 試樣的金相照片

（1）曲軸用球墨鑄鐵的鑄態(tài)組織，如圖2所示。

（2）球墨鑄鐵經(jīng)過等溫淬火后得到的組織為混合貝氏體+殘余奧氏體，如圖3所示。

4.2 試驗的力學(xué)性能

如表2所示，按照以上工藝生產(chǎn)等溫淬火球墨鑄鐵能滿足曲軸應(yīng)用的性能指標(biāo)。力學(xué)及金相要求：抗拉強(qiáng)度Rm≥900 MPa，伸長率A≥6%，硬度≥300 HBW，球化級別2級，球徑大小6級。

5 結(jié)語

通過嚴(yán)格控制材料的成分、熔煉工藝和熱處理工藝，采用“三明治”的球化孕育工藝，成功地試驗出滿足客戶要求的曲軸用等溫淬火球墨鑄鐵材料，各項指標(biāo)達(dá)到和超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 柳建國，曾大新.鑄態(tài)QT700-10技術(shù)初探[J].鑄造，2014，63

（5）：507-509.

[2] 王修強(qiáng)，張永亭.鑄態(tài)QT550-10材料的試驗研究[J].金屬鑄鍛焊技術(shù)，2011，40（9）：62-64.

[3] 張軍，李志華.高強(qiáng)度等溫淬火球鐵件的生產(chǎn)[J].現(xiàn)代鑄鐵，2013（5）：23-25.

[4] 朱世杰，王利國.球墨鑄鐵曲軸等溫淬火工藝的研究[J].鑄造技術(shù)，2005，26（9）：760-762.