消失模鑄件--鑄態(tài)QT700-10技術(shù)初探

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功能介紹 鑄造相關(guān)資訊、新技術(shù)、新材料、新工藝、優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新鑄件等

         近年有關(guān)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵的研究與生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)受到相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。通過采用合理的成分設(shè)計(jì)、鐵液凈化、多元素合金固溶強(qiáng)化、晶粒細(xì)化等一系列生產(chǎn)工藝措施，探討了鑄態(tài)QT700-10工藝開發(fā)的可行性。

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，汽車底盤支架、托臂梁等零部件對(duì)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率材料的綜合性能要求也越來(lái)越高。就材料的綜合性能和成本而言，高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵備受青睞，目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于球墨鑄鐵的要求，一般是低強(qiáng)度高伸長(zhǎng)率或是高強(qiáng)度低伸長(zhǎng)率，對(duì)于那些不僅要求高強(qiáng)度、還要求高韌性、高疲勞性能等的鑄件，傳統(tǒng)國(guó)標(biāo)的球墨鑄鐵材料不能滿足性能要求。因此我公司與湖北汽車工業(yè)學(xué)院聯(lián)合開展了高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵研究工作，以滿足汽車零部件輕量化需求。

1國(guó)內(nèi)外球墨鑄鐵發(fā)展現(xiàn)狀

目前球墨鑄鐵的生產(chǎn)，都是根據(jù)GB/T 1348-2009《球墨鑄鐵件》標(biāo)準(zhǔn)，球墨鑄鐵的力學(xué)性能從QT350-22L到QT900-2共14個(gè)牌號(hào)，生產(chǎn)工藝己非常成熟，隨著鑄造企業(yè)質(zhì)量控制水平的提高，絕大多數(shù)企業(yè)都能大批量穩(wěn)定地生產(chǎn)。然而，國(guó)內(nèi)對(duì)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵技術(shù)研究與應(yīng)用的報(bào)道并不多。通過對(duì)國(guó)外球墨鑄鐵技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，SiboDur球墨鑄鐵是GF公司最新研發(fā)的鑄態(tài)高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵，對(duì)其化學(xué)成分及性能進(jìn)行解讀，SiboDur球墨鑄鐵形成了SiboDur450-17、SiboDur550-12、SiboDur700-10、SiboDur800-5系列，力學(xué)性能指標(biāo)在傳統(tǒng)球墨鑄鐵力學(xué)性指標(biāo)中分布見圖1 。

SiboDur球墨鑄鐵以Si和B作為合金化元素，其綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)珠光體-鐵素體球鐵，適合制造承受沖擊的鑄件，廣泛應(yīng)用國(guó)外汽車行業(yè)。

2化學(xué)成分對(duì)球鐵性能的影響

2.1化學(xué)成分與金相組織 

SiboDur球墨鑄鐵是以Si和B作為合金化元素，實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)球鐵高強(qiáng)度、高韌性綜合力學(xué)性能，據(jù)此我們?cè)O(shè)計(jì)鑄態(tài)QT700-10的主要化學(xué)成分見表1。金相組織：球化等級(jí)1-2級(jí)，石墨球大小6-7級(jí)，珠光體含量25%~85%。

2.2化學(xué)成分對(duì)力學(xué)性能的影響 

金屬材料的力學(xué)性能主要決定于其基體組織，要生產(chǎn)鑄態(tài)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵，首先需要分析這種球鐵應(yīng)該具有的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后考慮技術(shù)方案和措施。球墨鑄鐵的金相組織可分為石墨和金屬基體，其力學(xué)性能主要決定于金屬基體，但也受到石墨的影響，要同時(shí)獲得高強(qiáng)度和高伸長(zhǎng)率，石墨和基體組織都應(yīng)有嚴(yán)格要求。

石墨球化良好，金屬基體性能才能得到充分發(fā)揮，因此，鑄態(tài)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵生產(chǎn)要嚴(yán)格控制鐵液中球化和反球化元素，保證球化率在90%以上。

細(xì)化石墨球?qū)Ω邚?qiáng)度、高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵十分重要，一方面，細(xì)化石墨球能提高石墨的圓整度和球化率；另一方面，細(xì)化石墨球能減小晶間偏析程度，防止晶間析出脆性相，保證材料的塑性和韌性。細(xì)化石墨球的技術(shù)措施是強(qiáng)化孕育，選用高效孕育劑，如含Ba、Bi的孕育劑。

球墨鑄鐵的基體可通過合金化和熱處理調(diào)控為多種組織，從而獲得不同的性能。為使鑄態(tài)球墨鑄鐵在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)獲得高伸長(zhǎng)率，需要在不改變組織類別的條件下尋求強(qiáng)韌化方法。固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化可在鑄態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)，而且細(xì)晶強(qiáng)化在提高強(qiáng)度的同時(shí)還提高塑性。固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化通過合金化來(lái)實(shí)現(xiàn)，Si、Cu、Ni是首選的合金化元素，它們都有固溶強(qiáng)化作用，都促進(jìn)一次結(jié)晶石墨化，沒有晶間偏析。Cu、Ni促進(jìn)形成珠光體，還有細(xì)化珠光體的作用，Si是促進(jìn)鐵素體形成的元素?？刂破浜靠烧{(diào)控基體組織中珠光體和鐵素體比例，獲得不同的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

根據(jù)上述分析，選擇基體組織為珠光體+鐵素體混合基體，一定量的鐵素體保證伸長(zhǎng)率，增加固溶強(qiáng)化作用，彌補(bǔ)珠光體量減少對(duì)強(qiáng)度的影響。選擇Cu、 Si為主要合金化元素，驗(yàn)證Ni 、 B的作用。

2.3嚴(yán)格的生產(chǎn)過程控制 

生產(chǎn)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率的球墨鑄鐵，最大的工藝難度在于要保證強(qiáng)度的同時(shí)必須有-定的鐵素體含量，尤其是石墨球化良好、球徑細(xì)小，基體組織充分固溶強(qiáng)化、晶粒細(xì)化，夾雜物少、晶間偏析小，這涉及到化學(xué)成分設(shè)計(jì)、低磷低欽生鐵原料、鐵液熔煉和處理工藝、冷卻條件等因素，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率的鑄態(tài)球墨鑄鐵工藝的關(guān)鍵。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

采用生鐵和碳素廢鋼配料，100 kg無(wú)芯中頻感應(yīng)爐熔煉，稀土鎂合金球化劑、沖入法球化處理，硅鐵孕育劑進(jìn)行型內(nèi)孕育(00.1%)和隨流孕育(00.1%)，Si、Cu、Ni加入球化處理包中，B（0.0025%）在包內(nèi)或隨孕育劑加入，澆注標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 1348-2009) Y型試棒，性能測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出抗拉強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率的關(guān)系曲線見圖2。試制的球鐵力學(xué)性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

牌號(hào)，從趨勢(shì)線上看到，抗拉強(qiáng)度達(dá)到700 MPa時(shí)，伸長(zhǎng)率可達(dá)10%。加B的Si-Cu合金化球鐵力學(xué)性能指標(biāo)略低于不加B的球鐵。

Si、Cu合金化的球墨鑄鐵中加Ni的力學(xué)性能與不含Ni的比較(圖3)，加Ni能獲得更高的強(qiáng)度，且鎳對(duì)伸長(zhǎng)率影響小。另外，隨著試塊增厚，冷卻速度下降，同等抗拉強(qiáng)度下伸長(zhǎng)率略有下降。

4結(jié)論

（1）在本試驗(yàn)條件下，用Si-Cu和Si-Cu-Ni合金化生產(chǎn)鑄態(tài)球墨鑄鐵，抗拉強(qiáng)度達(dá)到700 MPa時(shí)，伸長(zhǎng)率可達(dá)10%，實(shí)際生產(chǎn)中鑄件本體及附鑄試塊性能略有下降。

（2）鐵液中各元素及交互作用非常敏感且復(fù)雜，除了通過加入合金元素來(lái)控制合適化學(xué)成分外，還須在工藝上采取純凈爐料，嚴(yán)格控制熔煉、澆注工藝及冷卻，強(qiáng)化球化及孕育處理等措施，才能穩(wěn)定生產(chǎn)高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率鑄態(tài)球墨鑄鐵。