鑄態(tài)QT700-2 的生產(chǎn)控制

（太重集團(tuán)榆液液壓工業(yè)有限公司鑄造分公司，山西 榆次 030600）

球墨鑄鐵是20 世紀(jì)50 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型的鑄鐵材料，因其有較高強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性以及耐磨性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[1-2]。球墨鑄鐵按是否經(jīng)過(guò)熱處理分為鑄態(tài)球墨鑄鐵和熱處理態(tài)球墨鑄鐵。利用潮模砂型生產(chǎn)鑄態(tài)球墨鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程較簡(jiǎn)單，但是因潮模砂冷卻速度較慢，加之開(kāi)箱時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致鑄件機(jī)械性能偏低；熱處理態(tài)球墨鑄鐵的生產(chǎn)需要較高的技術(shù)要求，而且成本較高。本研究通過(guò)控制鑄造生產(chǎn)工藝，不經(jīng)過(guò)熱處理，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)鑄態(tài)QT700-2 鑄件。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

2019 年，公司開(kāi)發(fā)工程機(jī)械鑄件產(chǎn)品，材質(zhì)為QT700-2.要求力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度≥700 MPa，屈服強(qiáng)度≥420 MPa，延伸率≥2%，HB 硬度控制在210～260，金相組織球化率達(dá)到80%以上，珠光體含量穩(wěn)定在70%以上。這種材質(zhì)在鑄態(tài)條件下生產(chǎn)，很難穩(wěn)定達(dá)到機(jī)械性能要求，需增加熱處理工序，熱處理工序存在鑄件氧化、延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，浪費(fèi)能源，增加了成本等問(wèn)題。

1.1 熔煉及檢測(cè)設(shè)備

本公司采用應(yīng)達(dá)中頻感應(yīng)電爐，其生產(chǎn)效率高、能耗低、氧化少，并自帶自動(dòng)攪拌功能，安全系數(shù)高，操作簡(jiǎn)便。球化處理采用喂絲球化，可精準(zhǔn)控制球化處理過(guò)程，為穩(wěn)定生產(chǎn)高牌號(hào)球墨鑄鐵提供了保障。

組織及性能檢測(cè)設(shè)備包括：德國(guó)全進(jìn)口斯派克光譜儀、萊卡顯微鏡、鋼研納克試樣拉伸機(jī)。

1.2 熔煉現(xiàn)狀

根據(jù)以往生產(chǎn)球墨鑄鐵件的經(jīng)驗(yàn)，鐵水的化學(xué)成分控制如表1 所示。

表1 鑄件學(xué)成分控制（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

溫度控制在1 380 ℃～1 420 ℃澆注試棒，同時(shí)控制澆注時(shí)間，防止球化衰退。

1.3 檢測(cè)結(jié)果

對(duì)澆注試棒進(jìn)行檢測(cè)，試棒抗拉強(qiáng)度為674 MPa，屈服強(qiáng)度為431 MPa，延伸率為1.2%、硬度為210 HB.

鑄件本體金相為：球化率84%，石墨等級(jí)6～7級(jí)，石墨數(shù)量140 個(gè)，珠光體含量60%，金相組織如圖1 所示。

圖1 鑄件本體金相

2 原因分析及改進(jìn)措施

2.1 珠光體含量

珠光體含量偏低將會(huì)導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度偏低，試驗(yàn)中珠光體含量為60%，抗拉強(qiáng)度偏低，因此應(yīng)增加促進(jìn)珠光體產(chǎn)生的元素如銅、錫等。銅能夠細(xì)化并增加珠光體，增強(qiáng)鑄鐵的強(qiáng)度和硬度，還可以減少鑄件斷面的敏感性，降低白口傾向。Sn 元素增加珠光體數(shù)量，提高力學(xué)性能，Sn 的穩(wěn)定珠光體能力是Cu 的8～12 倍，Sn 同時(shí)對(duì)力學(xué)性能和耐磨性能有益。銅和錫配合使用，在提高強(qiáng)度的情況下，也可避免因錫使用造成鑄件白口傾向過(guò)大[3]。

2.2 Si 元素含量

在固態(tài)的鑄鐵中，Si 幾乎全部固溶于奧氏體和鐵素體，不進(jìn)入碳化物。硅原子與鐵原子可以結(jié)合成具有強(qiáng)共價(jià)鍵的含硅鐵素體，不僅促進(jìn)鐵素體形成，而且使鐵素體強(qiáng)化的作用很強(qiáng)[4]。延伸率不滿足要求是由于鐵素體含量較低，適當(dāng)增加Si 含量不僅可以提高延伸率，也可利用Si 固溶強(qiáng)化作用提高抗拉強(qiáng)度及屈強(qiáng)比。

綜合分析機(jī)械性能偏低的原因可能為鑄件硅含量偏低，促進(jìn)珠光體的元素添加量不足導(dǎo)致，可以通過(guò)提高鑄件硅含量及增加強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體的元素錫來(lái)提高鑄件機(jī)械性能，同時(shí)提高銅含量，避免因錫作用強(qiáng)烈而出現(xiàn)白口。

3 工藝改進(jìn)

經(jīng)過(guò)分析鑄件成分調(diào)整如表2，實(shí)際化學(xué)成分控制如表3.

采用隨流孕育法進(jìn)行孕育，所用Si-Ba 孕育劑粒度0.2 mm～0.7 mm，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%.

溫度控制在1 380 ℃～1 420 ℃（澆注試棒），同時(shí)控制澆注時(shí)間，防止球化衰退。

4 檢測(cè)結(jié)果及分析

對(duì)澆注試棒進(jìn)行力學(xué)性能及金相檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4，金相組織如圖2 所示。

表2 鑄件化學(xué)成分控制范圍（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表3 實(shí)際鑄件化學(xué)成分控制（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表4 鑄件機(jī)械性能及金相檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 改進(jìn)后鑄件本體金相

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在提高鑄件硅含量及添加合金錫后，抗拉強(qiáng)度由674 MPa 提升至720 MPa，屈服強(qiáng)度由431 MPa 提升至446 MPa，延伸率由1.2%提升至3.8%，HB 硬度由210 提升至232，表明機(jī)械性能整體得到提升。鑄件本體珠光體含量由60%提升至75%，基體組織更趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過(guò)添加元素錫及銅的含量在不出現(xiàn)白口的情況下可穩(wěn)定提升鑄態(tài)下鑄件基體組織中珠光體的含量從而提高抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度指標(biāo)，利用硅強(qiáng)化鐵素體及固溶強(qiáng)化的作用提高硅含量來(lái)提高延伸率的方法可使QT700-2 在鑄態(tài)條件下穩(wěn)定生產(chǎn)。