铸态高强度高冲击韧性球墨铸铁机体熔炼工艺研究.pdf

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1、MateriaI&TechnoIogy材料·工艺铸态高强度高冲击韧性球墨铸铁机体熔炼工艺研究孙公军，毛正石，李泽，李凌医(中车大连机车车辆有限公司，辽宁大连116021)摘要：实际生产中高温石墨化退火是保证铁素体基球墨铸铁机体强度和冲击韧性的常用工艺方法，为了缩短生产周期，节约成本，通过控制铁液的化学成份(特别是S1和Cu的含量)和重新选择试块位置得到铸态下铸件及其附铸试块均满足其力学性能和金相组织的所有要求，经济效益显著。关键词：铸态；抗拉强度；常温冲击；球墨铸铁中图分类号：TGl43．9：T0021．2；文献标识码：A；文章编号：1006—9

2、658(2016)04—0031—04DOI：10．396眇1．1ssn．1006—9658．2016．04．0080前言我公司为某船厂生产的中低速船用柴油机机体．对抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度特别是常温下的冲击韧性要求较高(如表1)。为了满足该材料规范，原工艺中铸件都需经过高温石墨化退火，整个热处理工艺耗时较长，且高温退火后，铸件上的氧化皮增加抛丸的难度和清理时间，降低效率和产能。随着该产品订单量加大，现有工艺已不能满足客户要求。为此，我公司特别进行该球墨铸铁机体的熔炼工艺研究，以期得到铸态下的铸件及其附铸试块能满足其力学性能和金相组织的所

3、有要求，从而缩短工艺流程，降低生产成本。表1sPA型中低速船用柴油机机体材质技术要求力学性能金相要求抗拉强度屈服强度延伸布氏硬度冲击功K。石墨基体组织尺。月D02率以HBS形态平均≥14J≥390MPa≥250MPa≥15140～180V16F≥90％单值≥llJ1工艺原理球墨铸铁的化学成份、球化率和石墨球数、热处理工艺等是冲击韧性的主要因素：收稿日期：2016一Ol—18稿件编号：160l一1218作者简介：孙公军(1972一)，男，高级工程师．主要从事球墨铸铁T艺研究及技术管理工作．中国铸造装备与技术4／2016oFMT3l(1)碳含量高，石

4、墨球数多对球墨铸铁的低温冲击韧性是有利的，但对于常温环境下，石墨球数过多反而会导致冲击值的下降，因为断裂是从石墨球上形成的孔洞开始的，碳含量高，增加了由石墨形成的孑L洞的数量和尺寸，降低了孑L洞的产生和合并所需要的塑性变形量，从而降低了冲击吸收功(如图1)。(2)硅强烈影响脆性转变温度，因此对于具有冲击韧性要求的铸件硅含量应尽可能低(如图2所示)，但随硅含量的降低，抗拉强度和屈服强度也随着下降‘”。温拨／I：Hlf一链球数埘铁索体球铁冲击优得影响(3)在各类基体组织中铁素体冲击韧度最好(如表2)，因此为保证冲击韧性，需保证足够的铁素体含量，例如该

5、机体金相组织要求铁素体含量≥90％，而锰有形成珠光体和碳化物的作用而且偏析倾向严重，所以要尽可能低。材料·工艺MateriaI&TechnoIogy罔2si禽越埘铁索俸球铁冲dj’fff得影响表2各基体组织常温冲击韧度(无缺口试样)基体组织铁素体珠光体贝氏体回火索氏体冲击韧度ak，(J-cm‘2)50～15015～3530～10020～60(4)铜虽然也是促进珠光体元素，但是铜可促进石墨化，不形成碳化物，且呈负偏析圆。实际生产中，可用适量铜来强化铁素体球墨铸铁，但要严格控制含量(<0．2％)。因为铜会提高球墨铸铁脆性转变温度，使冲击值下降(如图3

6、)。沾^』盐H：罔3禽铜b强f铁索f本球博；铸铁脆性转变温瞍的影响另外，对于柴油机机体这样的大型铸件，为了保证附铸试块质量稳定且冷却条件与铸件一致从而真实反映铸件的各项理化性能，试块位置的选择必须合理。至于原材料的优选，低锰、低硫、低磷及球化孕育处理过程的控制等原工艺已经满足较高要求，在本研究中保持不变。2实施方案2．1铁液熔炼根据本项目的基本原理，铁液的化学成份调整是工艺试验的关键控制点，特别是Si和Cu的含量(见表3)。试验中根据每台铸态试块的理化检测结果可在规定范围内进行微调。表3试验的铁液化学成份控制范围％CSiMnPSCu3．75～3．

7、85l_9～2．1O．1～O．15≤O．035≤0．02O．15～O．22．2试块位置根据之前初步试验的结果，试块位置决定试块内部质量及其冷却条件，因此附铸试块的位置选择是本次工艺试验的另一个关键控制点。经过分析对比，我们确定了如下方案：(1)原工艺试块位置(8个)，试块编号为铸号，例如“021”；(2)试验位置①：机体底面端头平台处(4～6个)，试块编号为“铸号一1”，例如“021—1”；(3)试验位置②：侧面两侧中间位置(每侧各带3个)。试块编号为“铸号．2”例如“021—2”。原工Z试块位置氅7。Cf面￡一焉荔’孽滓兮～≮}i—j、、—，一

8、}∞l～。∞l一、01l一、÷舵l、77试验位置(i)一_——一1——一＼

9、试验位幽，一、j一、i7ד?7×。f，7_j¨／一、／一j