鑄態(tài)球墨鑄鐵QT600-7重卡橋殼的生產(chǎn)及應(yīng)用
張軍1 解戈奇2
1，陜西金鼎鑄造有限公司，陜西寶雞市 722405；2，陜西遠(yuǎn)大新材料技術(shù)有限公司，陜西咸陽(yáng)市 713800
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。
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
Production and Application ofQT600-7 Nodular Cast Iron in the as-cast State onHeavy Truck Axle Housing
Zhang Jun
1 ，Xie Geqi
2
1.Shaanxi jinding casting co. LTD；2.Shaanxi yuanda new materials technology co. LTD
Abstract：Using high quality raw materials and the synthetic process of scrap steel carburization to control the total content of Mn, P, S and impurity elements strictly,and with a moderate amount of Cu alloying treatment as well as adopting embankment pit treatment bag , impinging spheroidized, pretreatment of hot metal, inoculation for many timesand so on,this research aims to develop the melting process of high strength and high extensibility QT600-7 nodular cast iron in the as cast state, to ensure both high strength and high extensibility .
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。目前國(guó)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)材質(zhì)為QT600-7的鑄件，其力學(xué)性能要求如表1所示，組織要求如表2所示。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橋殼的熔煉工藝。
表1 QT600-7材質(zhì)機(jī)械性能
Table1 QT600-7 material mechanical properties
|
牌號(hào) |
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)滿足表2的要求。
表2 金相組織及硬度要求
Table 2Metallographic and hardness requirements
|
球化級(jí)別 |
石墨大小 |
珠光體/% |
硬度/HB |
|
1-3 |
5-8 |
55%—75% |
190-270 |
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。但在一定的碳當(dāng)量下，隨著硅含量的增加，特別是大斷面，會(huì)產(chǎn)生碎塊狀石墨，同
作者簡(jiǎn)介：張軍（1988.09-），男，漢族，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，主要從事鑄造熔煉工藝制定工作，15529005140
時(shí)高硅會(huì)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(duì)基體固溶強(qiáng)化，對(duì)基體沉淀硬化，不形成游離滲碳體，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(guò)程不燒損，因此為保證伸長(zhǎng)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
【2】。
（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(guò)程中，P含量越多，形成的磷共晶會(huì)增多，磷共晶呈多角狀分布于共晶團(tuán)邊界，會(huì)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%
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
【1】（YC-2）覆蓋球化劑，且采用含Ba、Ca等元素的長(zhǎng)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
【3】。試驗(yàn)所用原材料見表3-6。
表3 YD722BS球化劑化學(xué)成分
Table3 The chemical composition of YD722BS nodulizer w
B/%
|
Mg |
Re |
Si |
Ca |
其他 |
顆粒度 |
|
7.22 |
2.12 |
44.52 |
2.19 |
適量 |
3-23mm |
表4 YC-2預(yù)處理劑化學(xué)成分
Table4 Yc-2 pretreatment agent chemical compositionw
B/%
|
C |
Si |
Ca |
顆粒度 |
|
28-32 |
65-70 |
0.5-1.5 |
0.2-3.0mm |
表5 J-10普通復(fù)合孕育劑
Table5 J-10 common compound inoculantw
B/%
|
Si |
Ca |
Ba |
顆粒度 |
|
60.0-66.0 |
1.0-2.0 |
8.0-10.0 |
3-10mm |
表6 P-1T隨流孕育劑
Table6 P-1t is the gestating agentw
B/%
|
Si |
Ca |
顆粒度 |
|
64.0-68.0 |
1.0-2.0 |
0.1-0.7mm |
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)合多次復(fù)合孕育工藝對(duì)所需鐵水做以處理
【4】。
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
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(duì)所澆注橋殼對(duì)應(yīng)部位取樣，檢測(cè)對(duì)應(yīng)各部位本體的金相組織及力學(xué)性能。
5試驗(yàn)結(jié)果及分析
5.1 Cu與Mn的影響
有關(guān)材料說(shuō)明Cu與Mn共存時(shí)，Cu對(duì)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(duì)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(duì)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。
6生產(chǎn)過(guò)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(jí) |
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(duì)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(jí) |
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（選取）
圖1未經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的金相組織 圖2預(yù)處理后的金相組織
經(jīng)過(guò)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(tái)架試驗(yàn)中后橋雙雙通過(guò)11.5噸定額載荷100萬(wàn)次的技術(shù)要求。
7結(jié)論
7.1 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；
7.2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；
7.3 充分利用Cu在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)石墨化，在共析轉(zhuǎn)變時(shí)，促進(jìn)珠光體的形成，且對(duì)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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