高硅固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵在汽車鑄件上的應(yīng)用實(shí)踐

唐 輝 ， 鄒 衛(wèi) ， 郭之萍 ， 陳 凱 ， 張永斌

（江鈴汽車股份有限公司鑄造廠，江西 南昌 330100）

球墨鑄鐵廣泛應(yīng)用在汽車的零部件，如輪轂、差速器殼、支架、轉(zhuǎn)向節(jié)、主蓋等，為了提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度或韌性，以往通過(guò)調(diào)整球墨鑄鐵的基體組織來(lái)實(shí)現(xiàn)。近幾年，國(guó)內(nèi)有多篇文章介紹：通過(guò)高硅固溶強(qiáng)化的方法，獲得高強(qiáng)度、高韌性、全鐵素體基體的球墨鑄鐵，解決了銅或錳等合金化珠光體加鐵素體混合基體球墨鑄鐵存在的低延伸率、硬度梯度較大等問(wèn)題[1-2]。江鈴汽車股份有限公司鑄造廠為解決PUMA主蓋和V348差殼球鐵件強(qiáng)度和硬度不均勻的問(wèn)題，將硅強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵工藝技術(shù)應(yīng)用到該產(chǎn)品的實(shí)踐中，取得了不錯(cuò)的效果。

1 鑄件外形與原材質(zhì)工藝介紹

PUMA主蓋外形尺寸182mm×130mm×63.5mm，質(zhì)量5.4kg，材質(zhì)牌號(hào)要求為QT500-7，本體要求硬度HB170-241。V348差速器殼外形尺寸φ200mm×115mm，質(zhì)量5.3kg，材質(zhì)牌號(hào)要求為QT550-6，本體要求硬度HB197-255，鑄件形狀與檢測(cè)部位如圖1、圖2所示。

圖1 PUMA主蓋Fig.1 PUMA main cap casting

圖2 V348差速器殼Fig.2 V348 differential case casting

原工藝的數(shù)據(jù)狀況如表1所示。

表1 工藝的數(shù)據(jù)Tab.2 Process data

由于本體硬度波動(dòng)過(guò)大，造成鑄件加工性能差，PUMA主蓋和V348差速器殼本體硬度過(guò)程能力Cpk分別為0.51、0.74，硬度分布如圖3、圖4所示。

圖3 原工藝PUMA主蓋硬度分布與過(guò)程能力Fig.3 Process capability and distribution for hardness of PUMA main cap casting for original process

圖4 原工藝V348差速器殼硬度分布與過(guò)程能力Fig.4 Process capability and distribution for hardness of V348 differential case casting for original process

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1）通過(guò)調(diào)整原鐵水硅的含量，按沖入法球化工藝（球化劑1.4%，孕育劑1%）進(jìn)行球化，同時(shí)澆注產(chǎn)品和Y塊，所獲得的化學(xué)成分及Y塊性能如表2、表3所示。

表2 硅強(qiáng)化球墨鑄鐵試驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.2 Chemical composition data for Si solution strengthening test

表3 Y1～Y4的Y塊性能數(shù)據(jù)Tab.3 Performance data of Y type test blocks for Y1-Y4

2）硅含量的變化與Y塊性能對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 Si對(duì)強(qiáng)度的影響Fig.5 The effect of Si content on strength

圖6 Si對(duì)硬度的影響Fig.6 The effect of Si content on hardness

圖7 Si對(duì)延伸率的影響Fig.7 The effect of Si content on elongation

從以上趨勢(shì)圖可以看出：隨著Si含量增加，基體組織發(fā)生改變，但強(qiáng)度與硬度相應(yīng)遞增，延伸率相應(yīng)有所下降，說(shuō)明硅的固溶強(qiáng)化作用不斷增強(qiáng)。

3 硅固溶強(qiáng)化對(duì)鑄件本體性能的影響

1）對(duì)應(yīng)澆注Y塊鐵水澆注鑄件本體強(qiáng)度與延伸率性能如表4所示。

從表4可以看出，鑄件本體性能隨硅含量的增加強(qiáng)度相應(yīng)提高延伸率相應(yīng)下降，硅的固溶強(qiáng)化作用與Y塊體現(xiàn)作用相近。

2）對(duì)應(yīng)澆注Y塊鐵水澆注鑄件本體取同一包鐵水前、中、后鑄件不同部位檢測(cè)硬度數(shù)據(jù)如表5所示。

表4 Y塊對(duì)應(yīng)鑄件本體性能數(shù)據(jù)Tab.4 The corresponds of Y type test block to the castings body performance data

表5 Y塊對(duì)應(yīng)鑄件本體硬度數(shù)據(jù)Tab.4 The corresponds of Y type test block to the castings body hardness data

從表5可以看出，硅固溶強(qiáng)化的球墨鑄鐵PUMA主蓋鑄件本體硬度差為HB19，而合金化混合基體球墨鑄鐵PUMA主蓋鑄件本體硬度差為HB40；硅固溶強(qiáng)化的球墨鑄鐵V348差速器殼鑄件本體硬度差為HB19，而合金化混合基體球墨鑄鐵V348差速器殼本體硬度差為HB71[3-4]。

硅固溶強(qiáng)化球墨鑄鐵PUMA主蓋和V348差速器殼本體硬度過(guò)程能力Cpk分別為5.17、2.25，硬度分布如圖8、圖9所示。

圖8 固溶強(qiáng)化后的PUMA主蓋硬度分布與過(guò)程能力Fig.8 Process capability and distribution for hardness of PUMA main cap casting for solution strengthening process

圖9 V348差速器殼硬度分布與過(guò)程能力Fig.9 Process capability and distribution for hardness of V348 differential case casting for solution strengthening process

通過(guò)與原工藝的合金化混合基體球墨鑄鐵對(duì)比可以看出，硅固溶強(qiáng)化的球墨鑄鐵大大提高鑄件的本體硬度穩(wěn)定性和過(guò)程能力，對(duì)提高鑄件的加工性能具有良好的作用。鑄件批量試產(chǎn)后得到加工廠家好評(píng)。

4 結(jié)論

1）提高球墨鑄鐵硅的含量，終硅達(dá)到3.3%～4.3%，實(shí)現(xiàn)硅對(duì)球墨鑄鐵基體的固溶強(qiáng)化，從而提高鑄件的強(qiáng)度和韌性。

2）通過(guò)硅固溶強(qiáng)化，在提高強(qiáng)度和韌性同時(shí)，有效降低了鑄件的硬度梯度，降低了鑄件的壁厚敏感性，提高了鑄件的加工性能，降低了刀具磨損。

3）硅固溶強(qiáng)化球墨鑄鐵降低了實(shí)現(xiàn)高牌號(hào)球墨鑄鐵工藝難度和成本。