稳定铸态精铸球铁珠光体和硬度的方法探讨

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1、2010中国铸造活动周论文集稳定铸态精铸球铁（QT550-6）珠光体和硬度的方法探讨张战场，王海燕（东风精密铸造有限公司）摘要：本文通过分析铜加入量对铸态精铸球铁珠光体和硬度的影响，并在实际生产中进行分步验证，最终达到使用珠光体孕育剂替代加入铜来稳定珠光体和硬度的目的。关键词：铸态精铸球铁；铜；珠光体孕育剂；珠光体；硬度1引言影响球墨铸铁组织中珠光体含量的主要因素有凝固组织特点、通过共析区冷却速率、碳硅含量、合金元素的种类和含量等，凝固组织中石墨球少、尺寸大，不利于碳的充分扩散，有利于增加珠光体，减少铁素体；奥氏体含碳量高、铸件冷却速率大都有增

2、加珠光体的倾向；合金方面选用含有铜、锑或镍的球化剂或在铁液中加入铜、锑、镍、锡等元素，也可以稳定珠光体。在我们实际生产这种混合基体组织的球墨铸铁时，为保证稳定珠光体或铁素体含量，一般情况下靠控制浇注后铸件的冷却速率或者加入一定量的某种[1]合金元素来实现。铸态精铸球铁是采用熔模铸造工艺生产，由于浇注时型壳温度较高，在800-1000℃的范围，而且浇注后铸件冷却条件也不一致，由液态向固态转变的速率存在差异，为保证铸态条件下混合基体组织中珠光体[2]的含量，一般采取加入合金的方式与控制铸件冷却速率的措施。本文以典型产品生产为例，重点探讨铜的加入量对

3、珠光体含量与硬度的影响，并最终取消或减少铜的加入，同时克服加入铜带来的硬度偏高等负面影响。铜是作为有意加入的合金元素，广泛用于球墨铸铁，其加入量一般为0.2-2%，无论是铸态还是热处理态的球墨铸铁，其金相组织和性能都受到铜含量的影响。铜在熔化铸铁中的最大溶量为约3.5%，超过此量均是以球状不溶解的原生铜形式呈现在组织中，而且铜的溶解度还受到铁中镁含量影响而进一步降低，所以当镁含量超过约0.08%时，铜的含量低达1.5%时即出现游离铜。[3]1.1铜对基体组织的影响随铜含量的增加，无论是铸态还是正火态铸件，珠光体含量均增加，如图1所示，珠光体含量

4、从20%到80%增加速率是很快的。-1-2010中国铸造活动周论文集图1加铜对铸态球铁的珠光体含量的影响1.2铜对机械性能的影响对于铸态铸铁，随铜含量的增加而珠光体含量增加，从而提高了条件屈服应力、抗拉强度，降低了延伸率，如图2所示。图2铜含量对铸态球铁的抗拉性能的影响-2-2010中国铸造活动周论文集1.3铜对硬度的影响对于铸态珠光体球铁，随着铜含量的增加，其硬度增加，在加入铜的情况下其硬度基本在大于HB240以上的水平，如图3所示。图3铜量对铸态珠光体球铁的抗拉强度和硬度的影响2制造工艺改进过程典型产品是发动机进、排气门摇臂，材质牌号为QT

5、550-6，球化级别要求1-2级，珠光体含量55-85%，碳化物含量≤3%，硬度要求HB190-269，保证铸件加工性能优良，铸件示意图如图4所示。图4铸件示意图在该铸件生产过程中，为了稳定珠光体含量，在生产初期完全靠加入铜来保证铸态珠光体含量，但是-3-2010中国铸造活动周论文集带来的负面影响是硬度一直居高不下，严重影响后序机加工的效率和质量。随着生产工艺的逐步改善，在现有基础上减少铜的用量，从而降低铸件硬度。2.1生产初期量产工艺在工艺设计与验证过程中，根据现场多次试验结果，参照国内球铁牌号QT500-7成分，最终稳定满足球铁牌号QT55

6、0-6的性能要求的化学成分如表1所示。表1QT550-6生产所用化学成分元素CSiMnMgSCu炉前（%）3.5-3.81.2-1.5≤0.2≤0.020.7-0.8炉后（%）3.3-3.62.6-2.9≤0.2≤0.07≤0.020.6-0.8根据以上成分的要求，在调整成分时需要加入紫纯铜，现场使用的是250kg中频感应炉，平均每炉加入量为1.5kg，才能保证所需要的珠光体含量。由于铜的加入，珠光体含量满足标准的情况下，其对应的铸件硬度过高，造成后序加工过程中难度加大，实际生产中不同珠光体对应的硬度如表2所示。表2不同珠光体含量对应的硬度序号

7、铜含量（%）珠光体含量（%）硬度（HB）10.6365246-25520.7075252-26530.7475254-26040.7675256-26850.8085268-2802.2第一次改进由于加入铜导致硬度偏高，所以要寻求保证珠光体的条件下，如何降低铜的用量。通过理论分析，需要选用一种珠光体孕育剂，保证铸态珠光体含量。在试验过程中，选用型号为FYJ-5的珠光体孕育剂进行试验，降低铜含量，在现生产条件下使用普通孕育剂和珠光体孕育剂配合使用。相应对铜的成分进行调整，如表3所示。表3第一次改进化学成分元素CSiMnMgSCu炉前（%）3.5-

8、3.81.2-1.5≤0.2≤0.020.3-0.4炉后（%）3.3-3.62.6-2.9≤0.2≤0.07≤0.020.2-0.4现场验证时，球化包