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  • 消失模铸件--铸态QT700-10技术初探

  • 发布时间:2017/3/1 9:40:43 来源:互联网文字【 浏览人数:3681
  • 消失模铸件--铸态QT700-10技术初探

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    功能介绍 铸造相关资讯、新技术、新材料、新工艺、优质创新铸件等

     

     

             近年有关高强度、高伸长率球墨铸铁的研究与生产技术开发受到相关研究机构的关注。通过采用合理的成分设计、铁液净化、多元素合金固溶强化、晶粒细化等一系列生产工艺措施,探讨了铸态QT700-10工艺开发的可行性。

    随着汽车工业的进步,商用车、重卡朝着重载、高速、低耗、低成本及良好的舒适性等方向发展,汽车底盘支架、托臂梁等零部件对高强度、高伸长率材料的综合性能要求也越来越高。就材料的综合性能和成本而言,高强度、高伸长率球墨铸铁备受青睐,目前国家标准中关于球墨铸铁的要求,一般是低强度高伸长率或是高强度低伸长率,对于那些不仅要求高强度、还要求高韧性、高疲劳性能等的铸件,传统国标的球墨铸铁材料不能满足性能要求。因此我公司与湖北汽车工业学院联合开展了高强度、高伸长率球墨铸铁研究工作,以满足汽车零部件轻量化需求。

    1国内外球墨铸铁发展现状

    目前球墨铸铁的生产,都是根据GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》标准,球墨铸铁的力学性能从QT350-22L到QT900-2共14个牌号,生产工艺己非常成熟,随着铸造企业质量控制水平的提高,绝大多数企业都能大批量稳定地生产。然而,国内对高强度、高伸长率球墨铸铁技术研究与应用的报道并不多。通过对国外球墨铸铁技术检索发现,SiboDur球墨铸铁是GF公司最新研发的铸态高强度高韧性球墨铸铁,对其化学成分及性能进行解读,SiboDur球墨铸铁形成了SiboDur450-17、SiboDur550-12、SiboDur700-10、SiboDur800-5系列,力学性能指标在传统球墨铸铁力学性指标中分布见图1 。

    SiboDur球墨铸铁以Si和B作为合金化元素,其综合力学性能远远高于传统珠光体-铁素体球铁,适合制造承受冲击的铸件,广泛应用国外汽车行业。

    2化学成分对球铁性能的影响

    2.1化学成分与金相组织 

    SiboDur球墨铸铁是以Si和B作为合金化元素,实现铸态球铁高强度、高韧性综合力学性能,据此我们设计铸态QT700-10的主要化学成分见表1。金相组织:球化等级1-2级,石墨球大小6-7级,珠光体含量25%~85%。

    2.2化学成分对力学性能的影响 

    金属材料的力学性能主要决定于其基体组织,要生产铸态高强度、高伸长率球墨铸铁,首先需要分析这种球铁应该具有的组织结构特点,然后考虑技术方案和措施。球墨铸铁的金相组织可分为石墨和金属基体,其力学性能主要决定于金属基体,但也受到石墨的影响,要同时获得高强度和高伸长率,石墨和基体组织都应有严格要求。

    石墨球化良好,金属基体性能才能得到充分发挥,因此,铸态高强度、高伸长率球墨铸铁生产要严格控制铁液中球化和反球化元素,保证球化率在90%以上。

    细化石墨球对高强度、高伸长率球墨铸铁十分重要,一方面,细化石墨球能提高石墨的圆整度和球化率;另一方面,细化石墨球能减小晶间偏析程度,防止晶间析出脆性相,保证材料的塑性和韧性。细化石墨球的技术措施是强化孕育,选用高效孕育剂,如含Ba、Bi的孕育剂。

    球墨铸铁的基体可通过合金化和热处理调控为多种组织,从而获得不同的性能。为使铸态球墨铸铁在获得高强度的同时获得高伸长率,需要在不改变组织类别的条件下寻求强韧化方法。固溶强化、细晶强化可在铸态条件下实现,而且细晶强化在提高强度的同时还提高塑性。固溶强化、细晶强化通过合金化来实现,Si、Cu、Ni是首选的合金化元素,它们都有固溶强化作用,都促进一次结晶石墨化,没有晶间偏析。Cu、Ni促进形成珠光体,还有细化珠光体的作用,Si是促进铁素体形成的元素。控制其含量可调控基体组织中珠光体和铁素体比例,获得不同的强度和伸长率。

    根据上述分析,选择基体组织为珠光体+铁素体混合基体,一定量的铁素体保证伸长率,增加固溶强化作用,弥补珠光体量减少对强度的影响。选择Cu、 Si为主要合金化元素,验证Ni 、 B的作用。

    2.3严格的生产过程控制 

    生产高强度、高伸长率的球墨铸铁,最大的工艺难度在于要保证强度的同时必须有-定的铁素体含量,尤其是石墨球化良好、球径细小,基体组织充分固溶强化、晶粒细化,夹杂物少、晶间偏析小,这涉及到化学成分设计、低磷低钦生铁原料、铁液熔炼和处理工艺、冷却条件等因素,是实现稳定生产高强度、高伸长率的铸态球墨铸铁工艺的关键。

    3试验数据与结果分析

    采用生铁和碳素废钢配料,100 kg无芯中频感应炉熔炼,稀土镁合金球化剂、冲入法球化处理,硅铁孕育剂进行型内孕育(00.1%)和随流孕育(00.1%),Si、Cu、Ni加入球化处理包中,B(0.0025%)在包内或随孕育剂加入,浇注标准(GB/T 1348-2009) Y型试棒,性能测试数据绘制出抗拉强度与伸长率的关系曲线见图2。试制的球铁力学性能指标远高于国家标准

    牌号,从趋势线上看到,抗拉强度达到700 MPa时,伸长率可达10%。加B的Si-Cu合金化球铁力学性能指标略低于不加B的球铁。

    Si、Cu合金化的球墨铸铁中加Ni的力学性能与不含Ni的比较(图3),加Ni能获得更高的强度,且镍对伸长率影响小。另外,随着试块增厚,冷却速度下降,同等抗拉强度下伸长率略有下降。

     

    4结论

    (1)在本试验条件下,用Si-Cu和Si-Cu-Ni合金化生产铸态球墨铸铁,抗拉强度达到700 MPa时,伸长率可达10%,实际生产中铸件本体及附铸试块性能略有下降。

    (2)铁液中各元素及交互作用非常敏感且复杂,除了通过加入合金元素来控制合适化学成分外,还须在工艺上采取纯净炉料,严格控制熔炼、浇注工艺及冷却,强化球化及孕育处理等措施,才能稳定生产高强度、高伸长率铸态球墨铸铁。

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