灰鑄鐵件“料硬”問題淺析

黃金亮

（合肥鑄鍛廠，安徽合肥 23001）

灰鑄鐵件“料硬”問題淺析

黃金亮

（合肥鑄鍛廠，安徽合肥 23001）

對(duì)叉車制動(dòng)鼓實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的加工“料硬”問題進(jìn)行分析，通過金相觀察、力學(xué)性能檢測(cè)等試驗(yàn)，認(rèn)為Ti元素含量過高是鑄件加工料硬主要原因。

鈦；金相觀察；化學(xué)成分；硬度；抗拉強(qiáng)度

制動(dòng)鼓是我公司叉車制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分之一，對(duì)其硬度的要求標(biāo)準(zhǔn)較高。硬度過高剎車片磨損較快，容易使制動(dòng)系統(tǒng)失靈；硬度較低(相對(duì)剎車片)，制動(dòng)鼓自身磨損較快，也會(huì)使剎車系統(tǒng)失靈。而且，對(duì)于機(jī)加工來說，最直觀的體現(xiàn)為刀具磨損較快。

而我廠出現(xiàn)的制動(dòng)鼓加工”料硬”問題，導(dǎo)致刀具磨損情況嚴(yán)重，制動(dòng)鼓的材質(zhì)不符合加工和使用要求。本文主要針對(duì)該制動(dòng)鼓的組織和力學(xué)性能進(jìn)行分析，認(rèn)為鈦元素含量過高是造成鑄件加工”料硬”主要原因，并對(duì)鈦元素含量及熔煉工藝進(jìn)行控制，解決鑄件加工“料硬”問題。

1 制動(dòng)鼓鑄件的開發(fā)

1.1 制動(dòng)鼓鑄造工藝

圖1 鑄件三維圖

制動(dòng)鼓鑄件如圖1所示，鑄件壁厚約21~22 mm，最大盆口直徑約350 mm；鑄造工藝如圖2所示，每箱四件，鑄件澆注質(zhì)量約130 kg，材質(zhì)為HT250。靜壓生產(chǎn)線造型，中頻爐熔煉鐵液，全自動(dòng)澆注機(jī)進(jìn)行澆注。

圖2 工藝圖

1.2 合金熔煉及澆注

采用普通生鐵、廢鋼、澆冒口回爐料及增碳劑按一定比例配料、熔煉，通過光譜分析鐵液成分，并調(diào)整至要求范圍，成分如表1所示。熔煉升溫至1 480 ℃~1 500 ℃左右，靜置5 min，出鐵溫度為1 410℃~1 430 ℃，澆注溫度為1 360 ℃~1 380 ℃；一次孕育使用75SiFe，加入量0.3%~0.6%，隨流孕育使用硅鋇鈣孕育劑，加入量為0.1%~0.15%。開箱時(shí)間大于120 min，經(jīng)拋丸后用全自動(dòng)打磨機(jī)器人打磨。

表1 制動(dòng)鼓化學(xué)成分

而針對(duì)制動(dòng)鼓鑄件加工“料硬”問題，我廠技術(shù)人員對(duì)加工“料硬”制動(dòng)鼓鑄件和合格鑄件取樣分析對(duì)比，通過力學(xué)性能檢測(cè)、金相觀察以及合金成分分析，找出鑄件加工“料硬”的主要原因。

2 鑄件加工“料硬”原因分析

2.1 鑄件金相及化學(xué)成分分析

加工“料硬”鑄件和合格鑄件的金相及3%硝酸酒精腐蝕金相照片，分別如圖3.a、b和c、d所示，加工料硬鑄件的A型石墨70%，珠光體含量85%，還有少量D型和塊狀C型石墨和較多黑色顆粒狀碳化物。而合格鑄件中A型石墨95%以上，少量D型石墨，珠光體含量95%以上，碳化物含量<1%。從金相觀察分析可以看出，加工料硬鑄件中A型石墨相對(duì)較少，碳化物比合格鑄件中含量多。

圖3 鑄件石墨形態(tài)和3%硝酸酒精腐蝕態(tài)

通過光譜分析兩種鑄件化學(xué)成分，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。鐵液的五大元素都在正常范圍，但加工料硬鑄件中含有大量的Ti，有關(guān)資料研究表明，當(dāng)鐵液中Ti含量超過0.05%，對(duì)鑄件的加工性能影響比較大[1]。結(jié)合金相分析，Ti容易與石墨中C形成 TiC ，TiC熔點(diǎn)高，在鐵液中首先析出，且金屬凝固過程中，這些TiC異質(zhì)質(zhì)點(diǎn)促進(jìn)石墨形成和長大，最終形成D型石墨。當(dāng)鐵液中含鈦量增加到0.1%~0.2%時(shí)，D型石墨的比例超過95%，也因此D型石墨鑄鐵均含有一定量的鈦（0.06%~0.11%）[2]。

表2 鑄件化學(xué)成分對(duì)比 %

當(dāng)合金中Ti元素含量較高時(shí)，這些TiC硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)可能為加工料硬的主要原因，刀具在加工鑄件時(shí)，硬度差比較大，嚴(yán)重影響刀具的壽命[2]。而當(dāng)批加工“料硬”鑄件所用的生鐵，其Ti含量檢測(cè)也在0.11%左右。

因此，生產(chǎn)時(shí)采取以下措施：①調(diào)整爐料的配比，增大廢鋼用量，將鐵液中Ti含量控制在0.05%以下；②控制爐前鐵液CE，將CE量調(diào)整到3.9%左右，并加強(qiáng)孕育；③提高爐前灰鐵液的熔煉溫度，將爐前熔煉溫度提高到1 480 ℃~1 500℃，并適度高溫靜置，以消除鑄鐵中石墨的遺傳性，細(xì)化石墨及基體組織，提高強(qiáng)度；④對(duì)生鐵及其他爐料中的殘存有害微量元素進(jìn)行嚴(yán)格檢查。通過以上措施，減少鑄件中Ti元素含量，減少硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的形成。

2.2 鑄件力學(xué)性能檢測(cè)

一般情況下，HT250的的布氏硬度在170~225之間。而Ti元素含量調(diào)整前后，制動(dòng)鼓鑄件硬度檢測(cè)結(jié)果，如表3所示。通過對(duì)比可以看出，盆口位置硬度較底面硬度高；兩種鑄件同一位置的硬度或高或低，但硬度值均基本處于正常范圍內(nèi)。結(jié)合工藝分析可以看出，鑄件盆口位置冷卻速度較快，相比底面位置組織不均勻，硬質(zhì)相可能較多，導(dǎo)致鑄件硬度較高；加工料硬鑄件盆口硬度平均值約為196，底面硬度約為177；合格鑄件盆口硬度平均值約為190，底面硬度約為174，微量Ti元素所形成的硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)致鑄件的宏觀硬度略微增加。

表3 制動(dòng)鼓試樣布氏硬度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

表4 試棒的抗拉強(qiáng)度 MPa

實(shí)際上，手工硬度檢測(cè)計(jì)檢測(cè)的布什硬度是鋼球在試塊上的壓痕尺寸的反映，而鋼球尺寸相對(duì)于合金中碳化物相而言是相當(dāng)大的，外力主要作用在整個(gè)基體上，因此，鑄件同一區(qū)域硬度并沒有明顯的差別。

而微量Ti元素對(duì)鑄件抗拉強(qiáng)度影響較為明顯，如表4所示，加工料硬鑄件抗拉強(qiáng)度均大于合格鑄件。鐵液中微量Ti元素生成的高熔點(diǎn)的TiC，能夠促進(jìn)異質(zhì)形核，起到細(xì)化晶粒的作用，最終提高鑄件的抗拉強(qiáng)度。而控制Ti元素含量后，鑄件強(qiáng)度247.7 MPa仍能達(dá)到使用要求。同時(shí)，加工過程中也未出現(xiàn) “料硬”的問題。

3 結(jié)語

(1)Ti元素超標(biāo)可能是導(dǎo)致“料硬”的主要原因，通過加強(qiáng)生鐵成分檢測(cè)及原材料控制、配料調(diào)整和提高熔煉溫度，使金相組織更加均勻，可以減少硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)形成。

(2)Ti元素能夠促進(jìn)碳化物形成，促進(jìn)石墨異質(zhì)形核、析出和長大，導(dǎo)致D型石墨含量增加。

(3)微量Ti元素容易與C生成TiC硬質(zhì)相。硬質(zhì)相的增加，一方面能夠使宏觀硬度略微增加；另一方面增加異質(zhì)形核數(shù)量，可以細(xì)化晶粒，提高鑄件抗拉強(qiáng)度。

[1] 張?jiān)? 曾大新, 劉建勇, 等. 微量鈦對(duì)灰鑄鐵加工性能影響[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2004 (3).17-19.

[2] 林小瑛, 盧月美, 李樹江, 等. 鈦在灰鑄鐵中行為的研究[J]. 現(xiàn)代鑄鐵,2004(4).14-16.

[3] 程俊偉, 蔣衛(wèi)東, 柯尊錫. 鈦對(duì)灰鑄鐵力學(xué)性能的影響[J]. 鑄造技術(shù),2003 (1).18-19.

中華民族大團(tuán)結(jié)主題青銅雕塑

中華民族大團(tuán)結(jié)主題雕塑，是由著名雕塑家、清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院副院長曾成鋼歷時(shí)三年潛心創(chuàng)作，2015年完成石膏型作品，2016年完成青銅版制作。

目前完成的青銅版只是這組雕塑的部分小稿，作品大稿最終將會(huì)出現(xiàn)在北京亞運(yùn)村的民族大道兩旁，作為新中國成立70周年的獻(xiàn)禮呈現(xiàn)。

漢族

拉枯族（石膏）

侗族、漢族、羌族、高山族（從左至右） 青銅

黎族、拉枯族、達(dá)斡爾族、布朗族（從左至右） 青銅

錫伯族、俄羅斯族、哈尼族、獨(dú)龍族（從左至右）青銅

阿昌族、鄂溫克族、維吾爾族、烏孜別克族（從左至右） 青銅

朝鮮族、赫哲族、傣族、塔塔爾族（從左至右） 青銅

東鄉(xiāng)族、土家族、仫佬族、苗族（從左至右）青銅

（胡春良 供稿）

Analysis of “high-hardness” on gray cast iron

HUANG JinLiang
(Hefei Casting & Forging Factory,Hefei 23001, Anhui,China)

This paper is the study about that the hardness of brake drums exceeds its standard by machining in our factory, analyzed by means of optical microscope, mechanical properties testing, it is proved that the main reason of “high-hardness” is the high content of Ti element.

Ti；metallographic observation；chemical composition；hardness；tensile strength

TG143.2；

A；

1006-9658（2017）04-0067-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.04.020

2016-08-11

稿件編號(hào):1608-1465

黃金亮(1986—），男，助理工程師，長期從事濕型砂控制、鑄鐵熔煉工作.