張軍1 解戈奇2
陜西金鼎鑄造有限公司1 陜西遠(yuǎn)大新材料技術(shù)有限公司2
某重型卡車公司自主研發(fā)的一體化鑄造橋殼具有輕量化，技術(shù)要求高的特點(diǎn)。橋殼的一體化設(shè)計(jì)，大大提高其承載力，橋殼加工成本降低，因而該項(xiàng)技術(shù)具有廣泛的發(fā)展前景。
摘要：采用優(yōu)質(zhì)的原材料，廢鋼增碳的合成工藝嚴(yán)格控制Mn、P、S及雜質(zhì)元素總含量，并輔以適量Cu合金化處理，采用堤壩坑處理包、沖入法球化處理、鐵水預(yù)處理、多次孕育處理等，制定了鑄態(tài)下高強(qiáng)度高延伸率QT600-7鑄態(tài)球墨鑄鐵的熔煉工藝，在保證高強(qiáng)度的同時(shí)穩(wěn)定高延伸率。Abstract：Using high quality raw materials, the synthesis of scrap steel carburization process strictly control Mn, P, S, and total content of impurity elements, along with a moderate amount of Cu alloying processing, the dam pit processing package, into spheroidized, hot metal pretreatment, inoculation and so on for many times, made the rate of as-cast high strength Gao Yanshen under QT600-7 of as-cast nodular cast iron melting process, to ensure a stable Gao Yanshen rate of high strength at the same time.
關(guān)鍵詞： 鑄態(tài)QT600-7 高強(qiáng)度高延伸率 預(yù)處理 Cu合金化
Key Word：s-cast QT600-7 Cast state qt600-7 High strength high elongation Pretreatment Cu alloying
目前國內(nèi)外主要采用鐵型覆膜砂、添加合金及高硅鑄鐵方式進(jìn)行組織生產(chǎn)高強(qiáng)度高延伸率鑄態(tài)QT600-7，由于上述三種方式的局限性，本文將展開試驗(yàn)，旨在開發(fā)一種適用于樹脂砂型鑄造的鑄態(tài)QT600-7熔煉工藝。
QT600-7材質(zhì)機(jī)械性能
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牌號 |
抗拉強(qiáng)度Rm （Mpa） |
屈服強(qiáng)度Rp0.2
（Mpa） |
延伸率A （%） |
布氏硬度HBW |
|
QT600- 7 |
≥600 |
≥380 |
≥7 |
190-270 |
為滿足上述性能要求，必須提高球化率，細(xì)化晶粒度，增加石墨球數(shù)，并提高石墨球圓整度，因此金相應(yīng)滿足
|
球化級別 |
石墨大小 |
珠光體 |
硬度
|
|
1-3 |
5-8 |
55%—75% |
190-270 |
2.1鑄造橋殼化學(xué)成分設(shè)計(jì)
（1）碳和硅
眾所周知，碳和硅是促進(jìn)石墨化元素，在一定的冷卻速度和孕育條件下，調(diào)高碳當(dāng)量，析出的石墨球數(shù)多，石墨球小，可調(diào)高石墨圓整度，并增加自補(bǔ)縮能力，減少碳化物。條但在一定的碳當(dāng)量件下，隨著硅含量的增加，特別是大斷面，會產(chǎn)生碎塊狀石墨，同時(shí)高硅會顯著降低材料的低溫沖擊性能，基于提高球化率（增加石墨圓整度及石墨球數(shù)方面考慮），在不漂浮的條件下，應(yīng)盡可能提高碳當(dāng)量，同時(shí)保證孕育的條件下，盡量降低硅含量。試驗(yàn)要求C3.6—3.75%，Si要求2.4—2.6%。
（2）錳和銅
通常Mn、Cu、Cr、Sn都是提高珠光體的元素。有所區(qū)別的是，Mn在促進(jìn)珠光體形成的同時(shí)白口傾向增加，而Cu在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)能促進(jìn)石墨化，減少白口傾向，在共析轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)珠光體的形成，可減少促進(jìn)或完全抑制鐵素體的形成，改善斷面組織及性能的均勻性；對基體固溶強(qiáng)化，對基體沉淀硬化，不形成流離滲碳體，不與碳形成碳化物，成負(fù)偏析，銅富集在共晶團(tuán)內(nèi)部。銅的熔點(diǎn)低且在熔化過程不燒損，因此為保證延伸率試驗(yàn)中Mn含量按＜0.20%控制，同時(shí)，為促進(jìn)形成一定量的珠光體組織，Cu含量按0.55-0.65%控制
（3）磷、硫及一些反球化微量元素
在鑄態(tài)球墨鑄鐵的生產(chǎn)過程中，P含量越多，形成的磷共晶會增多，磷共晶呈多角狀分布于共晶團(tuán)邊界，會急劇惡化材料的韌性、塑性，因此要想獲得高延伸率的鑄態(tài)球鐵材料，必須嚴(yán)格控制P含量。S為反球化元素，降低其含量是為確保球化效果的前提。上述可見P和S為有害元素，應(yīng)嚴(yán)格控制其含量，按P＜0.04%，S＜0.02%，反球化元素∑＜0.12%。
鑄造橋殼的化學(xué)成分（%）
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Mg |
Cu |
|
3.60-3.75 |
2.40-2.60 |
＜0.20 |
＜0.04 |
＜0.02 |
0.035-0.045 |
0.55-0.65 |
2.2熔煉用原材料
試驗(yàn)采用球墨鑄鐵用生鐵Q10/Q12及優(yōu)質(zhì)廢鋼，并加入低S的鍛石油焦增碳劑。為提高球化率（石墨球數(shù)及圓整度），球化劑采用陜西遠(yuǎn)大新材料技術(shù)有限公司提供的含微量Sb球化劑YD722BS；為提高增加石墨球數(shù)量，提高石墨圓整度，采用預(yù)處理劑（YC-2）覆蓋球化劑，且采用含Ba、Ca等元素的長效復(fù)合孕育劑（J-10）及隨流孕育劑；為強(qiáng)化基體，采用銅合金化處理。試驗(yàn)所用原材料見下表：
YD722BS球化劑化學(xué)成分（%）
|
Mg |
Re |
Si |
Ca |
其他 |
顆粒度 |
|
7.22 |
2.12 |
44.52 |
2.19 |
適量 |
3-23mm |
YC-2預(yù)處理劑化學(xué)成分（%）
|
C |
Si |
Ca |
顆粒度 |
|
28-32 |
65-70 |
0.5-1.5 |
0.2-3.0mm |
J-10普通復(fù)合孕育劑（%）
|
Si |
Ca |
其他 |
顆粒度 |
|
60.0-66.0 |
1.0-2.0 |
8.0-10.0 |
3-10mm |
P-1T隨流孕育劑（%）
|
Si |
Ca |
顆粒度 |
|
64.0-68.0 |
1.0-2.0 |
0.1-0.7mm |
2.3采用廢鋼增碳的熔煉方式
基于廢鋼增碳工藝降低白口傾向，細(xì)化珠光體，增加珠光體數(shù)量這個(gè)特點(diǎn)，本試驗(yàn)采用廢鋼增碳工藝在6T中頻感應(yīng)電爐熔煉，按照廢鋼：回爐料：生鐵=40%：30%：30%的配比及順序加料快速熔化，為確保增碳劑的充分溶解，熔煉升溫至出爐溫度+30-50℃，靜置8—12分鐘，加料降溫出爐。采用沖入法球化處理，輔以預(yù)處理，并結(jié)合多次符合孕育工藝對所需鐵水做以處理。
球化包裝包順序依次為：含Sb球化劑+碳化硅+鐵屑+出鐵倒包孕育+澆注隨流孕育
2.4試驗(yàn)方法
用上述處理的鐵水澆注樹脂砂造型的鑄造橋殼，對所澆注橋殼對應(yīng)部位取樣，檢測對應(yīng)各部位本體的金相組織及力學(xué)性能。
3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1 Cu與Mn的影響
有關(guān)材料說明Cu與Mn共存時(shí)，Cu對強(qiáng)度的促進(jìn)作用強(qiáng)于Mn，Cu含量每增加0.1%，材料強(qiáng)度提高約50Mpa；另一方面，Mn含量較低時(shí)，延伸率普遍較高，此時(shí)增加Cu含量，材料在提高強(qiáng)度的同時(shí)對延伸率的影響不大。分析原因?yàn)镃u在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)石墨化，減少滲碳體，在共析出轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)珠光體的形成，且對基體起固溶強(qiáng)化作用，雖然Mn也促進(jìn)珠光體的形成，但由于較大的偏析傾向易富集于晶界上，影響到材料的延伸率。
4、生產(chǎn)過程的驗(yàn)證
實(shí)際生產(chǎn)中的化學(xué)成分：
|
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
|
原鐵水 |
3.89 |
1.43 |
0.202 |
0.040 |
0.026 |
0.030 |
0.007 |
0.003 |
0.015 |
|
成品 |
3.71 |
2.51 |
0.196 |
0.036 |
0.013 |
0.027 |
0.005 |
0.002 |
0.591 |
|
成品 |
3.57 |
2.59 |
0.200 |
0.034 |
0.013 |
0.015 |
0.003 |
0.001 |
0.581 |
|
成品 |
3.63 |
2.63 |
0.161 |
0.038 |
0.012 |
0.011 |
0.003 |
|
0.572 |
|
成品 |
3.60 |
2.50 |
0.192 |
0.035 |
0.012 |
0.027 |
0.007 |
0.001 |
0.53 |
|
Al |
Ti |
V |
Mg |
Sb |
Sn |
Pb |
Zn |
Ce |
La |
|
0.004 |
0.027 |
0.009 |
|
0.002 |
0.004 |
0.002 |
0.058 |
0.004 |
|
|
0.021 |
0.027 |
0.009 |
0.041 |
0.007 |
0.005 |
0.002 |
0.043 |
0.020 |
0.002 |
|
0.027 |
0.022 |
0.007 |
0.047 |
0.005 |
0.003 |
0.034 |
0.012 |
0.018 |
0.002 |
|
0.021 |
0.030 |
0.009 |
0.052 |
0.007 |
0.002 |
0.002 |
0.011 |
0.021 |
0.002 |
|
0.021 |
0.025 |
0.008 |
0.047 |
0.009 |
0.004 |
0.002 |
0.002 |
0.021 |
0.001 |
隨型冷卻Y型試塊力學(xué)性能及金相組織檢驗(yàn)結(jié)果
|
取樣部位 |
球化等級 |
石墨大小 |
珠光體 |
抗拉強(qiáng)度—延伸率 |
|
隨型冷卻試塊1 |
3 |
6 |
65 |
790-8 |
|
隨型冷卻試塊2 |
3 |
6 |
75 |
827-10 |
|
隨型冷卻試塊3 |
3 |
6 |
75 |
838-12 |
|
隨型冷卻試塊4 |
3 |
6 |
75 |
835-10 |
|
隨型冷卻試塊5 |
3 |
6 |
55 |
796-10 |
對應(yīng)本體部位力學(xué)性能及金相組織檢驗(yàn)結(jié)果
|
取樣部位 |
球化等級 |
石墨大小 |
珠光體 |
抗拉強(qiáng)度—延伸率 |
硬度 |
|
取樣1 |
3 |
6 |
65 |
686-9 |
217 |
|
取樣2 |
3 |
6 |
55 |
624-8 |
212 |
|
取樣3 |
3 |
6 |
65 |
636-8 |
207 |
|
取樣4 |
3 |
6 |
45 |
686-10 |
201 |
|
取樣5 |
3 |
6 |
55 |
585-14 |
197 |
|
取樣6 |
3 |
6 |
55 |
655-10 |
217 |
|
取樣7 |
3 |
6 |
45 |
636-8 |
207 |
|
取樣8 |
3 |
6 |
65 |
650-10 |
223 |
|
取樣 1 |
3 |
6 |
45 |
624-8 |
223 |
|
取樣2 |
3 |
6 |
45 |
636-8 |
207 |
|
取樣3 |
3 |
6 |
55 |
624-8 |
217 |
|
取樣4 |
3 |
6 |
55 |
615-9 |
223 |
|
取樣5 |
3 |
6 |
45 |
561-10 |
192 |
|
取樣6 |
3 |
6 |
55 |
612-7 |
207 |
|
取樣7 |
3 |
6 |
55 |
649-8 |
217 |
|
取樣8 |
3 |
6 |
65 |
637-10 |
229 |
金相圖片（選?。?/span>
經(jīng)過SiC預(yù)處理后使用陜西遠(yuǎn)大YD722BS球化劑的金相組織，明顯石墨球數(shù)增多，石墨球圓整度增加，球化率也增加。 采用上述工藝生產(chǎn)的鑄造橋殼，各項(xiàng)性能仍滿足技術(shù)要求,臺架試驗(yàn)中后橋雙雙通過11.5噸定額載荷100萬次的技術(shù)要求。
5、結(jié)論
5.1 含Sb球化劑，輔以SiC預(yù)處理，可以有效增加石墨球數(shù)，改善石墨圓整度，提高球化率；
5.2廢鋼增碳合成熔煉，輔以多次復(fù)合孕育處理是獲得鑄態(tài)QT600-7成分、金相及性能的保證；
5.3 充分利用Cu在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)石墨化，在共析出轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)珠光體的形成，且對基體起固溶強(qiáng)化作用在低錳的條件下保證強(qiáng)度的同時(shí)保證一定的延伸率。
參考文獻(xiàn)：
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