灰鑄鐵件“料硬”問題淺析

黃金亮

（合肥鑄鍛廠，安徽合肥 23001）

灰鑄鐵件“料硬”問題淺析

黃金亮

（合肥鑄鍛廠，安徽合肥 23001）

對叉車制動鼓實際生產過程中產生的加工“料硬”問題進行分析，通過金相觀察、力學性能檢測等試驗，認為Ti元素含量過高是鑄件加工料硬主要原因。

鈦；金相觀察；化學成分；硬度；抗拉強度

制動鼓是我公司叉車制動系統的重要組成部分之一，對其硬度的要求標準較高。硬度過高剎車片磨損較快，容易使制動系統失靈；硬度較低(相對剎車片)，制動鼓自身磨損較快，也會使剎車系統失靈。而且，對于機加工來說，最直觀的體現為刀具磨損較快。

而我廠出現的制動鼓加工”料硬”問題，導致刀具磨損情況嚴重，制動鼓的材質不符合加工和使用要求。本文主要針對該制動鼓的組織和力學性能進行分析，認為鈦元素含量過高是造成鑄件加工”料硬”主要原因，并對鈦元素含量及熔煉工藝進行控制，解決鑄件加工“料硬”問題。

1 制動鼓鑄件的開發

1.1 制動鼓鑄造工藝

圖1 鑄件三維圖

制動鼓鑄件如圖1所示，鑄件壁厚約21~22 mm，最大盆口直徑約350 mm；鑄造工藝如圖2所示，每箱四件，鑄件澆注質量約130 kg，材質為HT250。靜壓生產線造型，中頻爐熔煉鐵液，全自動澆注機進行澆注。

圖2 工藝圖

1.2 合金熔煉及澆注

采用普通生鐵、廢鋼、澆冒口回爐料及增碳劑按一定比例配料、熔煉，通過光譜分析鐵液成分，并調整至要求范圍，成分如表1所示。熔煉升溫至1 480 ℃~1 500 ℃左右，靜置5 min，出鐵溫度為1 410℃~1 430 ℃，澆注溫度為1 360 ℃~1 380 ℃；一次孕育使用75SiFe，加入量0.3%~0.6%，隨流孕育使用硅鋇鈣孕育劑，加入量為0.1%~0.15%。開箱時間大于120 min，經拋丸后用全自動打磨機器人打磨。

表1 制動鼓化學成分

而針對制動鼓鑄件加工“料硬”問題，我廠技術人員對加工“料硬”制動鼓鑄件和合格鑄件取樣分析對比，通過力學性能檢測、金相觀察以及合金成分分析，找出鑄件加工“料硬”的主要原因。

2 鑄件加工“料硬”原因分析

2.1 鑄件金相及化學成分分析

加工“料硬”鑄件和合格鑄件的金相及3%硝酸酒精腐蝕金相照片，分別如圖3.a、b和c、d所示，加工料硬鑄件的A型石墨70%，珠光體含量85%，還有少量D型和塊狀C型石墨和較多黑色顆粒狀碳化物。而合格鑄件中A型石墨95%以上，少量D型石墨，珠光體含量95%以上，碳化物含量<1%。從金相觀察分析可以看出，加工料硬鑄件中A型石墨相對較少，碳化物比合格鑄件中含量多。

圖3 鑄件石墨形態和3%硝酸酒精腐蝕態

通過光譜分析兩種鑄件化學成分，檢測結果如表2所示。鐵液的五大元素都在正常范圍，但加工料硬鑄件中含有大量的Ti，有關資料研究表明，當鐵液中Ti含量超過0.05%，對鑄件的加工性能影響比較大[1]。結合金相分析，Ti容易與石墨中C形成 TiC ，TiC熔點高，在鐵液中首先析出，且金屬凝固過程中，這些TiC異質質點促進石墨形成和長大，最終形成D型石墨。當鐵液中含鈦量增加到0.1%~0.2%時，D型石墨的比例超過95%，也因此D型石墨鑄鐵均含有一定量的鈦（0.06%~0.11%）[2]。

表2 鑄件化學成分對比 %

當合金中Ti元素含量較高時，這些TiC硬質質點可能為加工料硬的主要原因，刀具在加工鑄件時，硬度差比較大，嚴重影響刀具的壽命[2]。而當批加工“料硬”鑄件所用的生鐵，其Ti含量檢測也在0.11%左右。

因此，生產時采取以下措施：①調整爐料的配比，增大廢鋼用量，將鐵液中Ti含量控制在0.05%以下；②控制爐前鐵液CE，將CE量調整到3.9%左右，并加強孕育；③提高爐前灰鐵液的熔煉溫度，將爐前熔煉溫度提高到1 480 ℃~1 500℃，并適度高溫靜置，以消除鑄鐵中石墨的遺傳性，細化石墨及基體組織，提高強度；④對生鐵及其他爐料中的殘存有害微量元素進行嚴格檢查。通過以上措施，減少鑄件中Ti元素含量，減少硬質質點的形成。

2.2 鑄件力學性能檢測

一般情況下，HT250的的布氏硬度在170~225之間。而Ti元素含量調整前后，制動鼓鑄件硬度檢測結果，如表3所示。通過對比可以看出，盆口位置硬度較底面硬度高；兩種鑄件同一位置的硬度或高或低，但硬度值均基本處于正常范圍內。結合工藝分析可以看出，鑄件盆口位置冷卻速度較快，相比底面位置組織不均勻，硬質相可能較多，導致鑄件硬度較高；加工料硬鑄件盆口硬度平均值約為196，底面硬度約為177；合格鑄件盆口硬度平均值約為190，底面硬度約為174，微量Ti元素所形成的硬質質點導致鑄件的宏觀硬度略微增加。

表3 制動鼓試樣布氏硬度檢測結果對比

表4 試棒的抗拉強度 MPa

實際上，手工硬度檢測計檢測的布什硬度是鋼球在試塊上的壓痕尺寸的反映，而鋼球尺寸相對于合金中碳化物相而言是相當大的，外力主要作用在整個基體上，因此，鑄件同一區域硬度并沒有明顯的差別。

而微量Ti元素對鑄件抗拉強度影響較為明顯，如表4所示，加工料硬鑄件抗拉強度均大于合格鑄件。鐵液中微量Ti元素生成的高熔點的TiC，能夠促進異質形核，起到細化晶粒的作用，最終提高鑄件的抗拉強度。而控制Ti元素含量后，鑄件強度247.7 MPa仍能達到使用要求。同時，加工過程中也未出現 “料硬”的問題。

3 結語

(1)Ti元素超標可能是導致“料硬”的主要原因，通過加強生鐵成分檢測及原材料控制、配料調整和提高熔煉溫度，使金相組織更加均勻，可以減少硬質質點形成。

(2)Ti元素能夠促進碳化物形成，促進石墨異質形核、析出和長大，導致D型石墨含量增加。

(3)微量Ti元素容易與C生成TiC硬質相。硬質相的增加，一方面能夠使宏觀硬度略微增加；另一方面增加異質形核數量，可以細化晶粒，提高鑄件抗拉強度。

[1] 張元好, 曾大新, 劉建勇, 等. 微量鈦對灰鑄鐵加工性能影響[J].中國鑄造裝備與技術,2004 (3).17-19.

[2] 林小瑛, 盧月美, 李樹江, 等. 鈦在灰鑄鐵中行為的研究[J]. 現代鑄鐵,2004(4).14-16.

[3] 程俊偉, 蔣衛東, 柯尊錫. 鈦對灰鑄鐵力學性能的影響[J]. 鑄造技術,2003 (1).18-19.

中華民族大團結主題青銅雕塑

中華民族大團結主題雕塑，是由著名雕塑家、清華大學美術學院副院長曾成鋼歷時三年潛心創作，2015年完成石膏型作品，2016年完成青銅版制作。

目前完成的青銅版只是這組雕塑的部分小稿，作品大稿最終將會出現在北京亞運村的民族大道兩旁，作為新中國成立70周年的獻禮呈現。

漢族

拉枯族（石膏）

侗族、漢族、羌族、高山族（從左至右） 青銅

黎族、拉枯族、達斡爾族、布朗族（從左至右） 青銅

錫伯族、俄羅斯族、哈尼族、獨龍族（從左至右）青銅

阿昌族、鄂溫克族、維吾爾族、烏孜別克族（從左至右） 青銅

朝鮮族、赫哲族、傣族、塔塔爾族（從左至右） 青銅

東鄉族、土家族、仫佬族、苗族（從左至右）青銅

（胡春良 供稿）

Analysis of “high-hardness” on gray cast iron

HUANG JinLiang
(Hefei Casting & Forging Factory,Hefei 23001, Anhui,China)

This paper is the study about that the hardness of brake drums exceeds its standard by machining in our factory, analyzed by means of optical microscope, mechanical properties testing, it is proved that the main reason of “high-hardness” is the high content of Ti element.

Ti；metallographic observation；chemical composition；hardness；tensile strength

TG143.2；

A；

1006-9658（2017）04-0067-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.04.020

2016-08-11

稿件編號:1608-1465

黃金亮(1986—），男，助理工程師，長期從事濕型砂控制、鑄鐵熔煉工作.