APP下载

铸态QTRSi4Mo1材料的研制

2020-06-08张欠欠陈礼年

汽车科技 2020年3期
关键词:力学性能

张欠欠 陈礼年

摘  要:通过合理的化学成分设计以及适当的熔炼过程工艺参数控制,研制了铸态QTRSi4Mo1,对其进行金相试验和常规力学性能试验。结果表明,该成分的铸态QTRSi4Mo1的性能优良,符合要求。

关键词:铸态;硅钼;球墨铸铁;力学性能

中图分类号:U465    文献标识码:A    文章编号:1005-2550(2020)03-0084-03

Abstract: The as-cast QTRSi4Mo1 was researched and developed through designing rational chemical composition and controlling proper melting process parameter. The metallographic and conventional mechanical properties of the ductile iron were tested. The results show that as-cast QTRSi4Mo1 with this composition has excellent properties and meets the requirements.

前    言

高硅钼球墨铸铁因其具有较高的高温强度、抗热疲劳性、优良的耐腐蚀性、抗氧化性、抗生长性和抗高温蠕变性能[1],被广泛的应用于汽车发动机的排气管及涡轮壳等。

本研究通过合理的化学成分设计以及熔炼过程工艺参数的控制,使得所开发的铸态QTRSi4Mo1材料的力学性能符合要求:Rm≥550 MPa、Rp0.2≥450 MPa、A≥5%。

1    化学成分设计

(1)碳。球铁中的含碳量高,则析出的石墨球量多,球径尺寸小,圆整度增加,提高碳含量可以减少缩孔和缩松,提高铸件的致密性[2]。含碳量过高时,会出现石墨开花。因此控制碳含量对于获得高质量的球墨铸铁很重要。本试验选取的碳含量为2.8%-3.2%。

(2)硅。硅是铸铁中重要元素之一,对球墨铸铁的基体影响十分显著,主要用来防止白口,控制基体。Si元素不仅可以促进石墨化还可以提高共晶转变温度使共晶含碳量降低。Si固溶于基体,通过固溶强化,可以提高铸件的强度,含硅量在4%左右的球铁,具有良好有抗高温氧化性能,较高的强度及伸长率[3]。本试验选取的硅含量范围在4%-4.5%以内。

(3)锰。锰是一种扩大奥氏体区且稳定奥氏体的元素,在球墨铸铁凝固时,少量的锰可以促进珠光体的生成。但锰含量过高时,使白口倾向增加,还容易发生偏析,如果形成的碳化物呈网状分布在共晶团边界处,会使球铁的力学性能显著下降,所以锰的质量分数一般不超过0.3%。

(4)磷和硫。P和S是随金属炉料进入球铁中的,P有微弱的石墨化作用,溶解在铁液中,会降低铁液的碳当量;S是反石墨球化元素,S与球化元素作用,会生成硫化物,使球化不稳定。因此,为了获得圆整的石墨球,铁液中的P含量应控制在0.035%以下,硫含量应控制在0.017%以下。

(5)钼。钼是既能缩小奥氏体区同时又能延缓奥氏体转变的元素,Mo是中强度的碳化物形成元素,Mo溶于铁素体基体中,可形成碳化物,稳定和细化珠光体及细化石墨,对铸铁的强化作用大,Mo的加入还可以提高铸铁的耐高温性能[4]。本试验选取的Mo含量在1.0%左右。

(6)镁和稀土元素。镁是球化能力最强的元素,但用镁做球化剂时,镁猛烈气化,不安全也不经济,一般采用稀土硅铁镁做球化剂,在铁液中具有强烈的脱氧和脱硫作用,可以抑制微量干扰球化元素的反球化作用,促进石墨球化。本试验残余Ce质量分数在0.03%以下。

2    熔炼过程工艺参数的控制

2.1   生产设备和炉料配比

生产设备采用中频感应炉熔炼;炉料选用Q10生铁,废钢选用合金元素含量较低的碳钢,回炉料选用低牌号的球墨铸铁和硅钼球墨铸铁,再加入一定含量的钼铁。

2.2   熔炼工艺

加料顺序按废钢-生铁-回炉料的顺序加入,保证材料质量稳定;熔化完成后取样检测,出炉温度控制1500℃~1530℃之间;浇注温度为1350℃~1370℃。

2.3   球化处理和孕育处理

炉料全部熔化后除去铁水上面浮渣,升温至1500~1530℃,静置、扒渣,随后出炉,出炉温度为1520℃,采用冲入法进行球化,球化包为堤坝式处理包,加入1.4%稀土镁硅铁球化剂,球化剂成分如表1所示,粒度6~25mm,上面覆盖0.4%75硅铁孕育剂,再用小块生铁将孕育剂压实,防止球化反应不充分,球化时间为60s,球化完毕将铁液转至加有0.6%75硅铁孕育剂的浇包中,加入一定量的聚渣剂进行扒渣,扒渣次数≥2次,浇注温度为1370℃,将浇包中的铁液以一定的速度浇注成Y型单铸试块,所铸Y型试块尺寸为25mm×55mm×140mm。浇注时间控制在4min以内。试验材料的化学成分见表2。

3    试验方法及结果分析

从Y型试块上截取拉伸试样,金相试样和硬度试样,通过光学显微镜分析试样的显微组织,采用CMT5305万能拉伸试验机、HB-3000-I布氏硬度计分别测定拉伸性能及硬度。

3.1   显微组织

按照上述化学成分及工艺生产的铸态QTRSi4Mo1的金相组织如图1所示,由图1(a)可知,铸态QTRSi4Mo1的球化率为90%以上,球墨圆整度较高,球化级別为2级,石墨大小6级;由图1(b)和(c)可知,铸态QTRSi4Mo1的基体为铁素体基体,铁素体含量约90%,少量碳化物分布在铁素体晶界处。因为铸铁的凝固的过程中,Mo是中强度的碳化物形成元素,Mo溶于基体中,与碳原子相结合可形成碳化物。富Mo的碳化物的熔点高、组织稳定,一定程度上有利于材料的组织稳定和性能的提高。当球铁基体的珠光体、晶间碳化物少时,能使机械强度、伸长率等力学性能得以提高[5]。

3.2   力学性能

表3为铸态QTRSi4Mo1的力学性能,由表可知,所获得的铸态QTRSi4Mo1的屈服强度为527.6MPa,抗拉强度为633.1MPa,延伸率为6.94%,布氏硬度为229HB,性能均符合要求。

4    结论

(1)通过试验,获得生产高性能铸态QTRSi4Mo1材料的最佳化学成分。

(2)通过合理的化学成分设计以及熔炼过程工艺参数的控制,所开发的铸态QTRSi4Mo1材料的力学性能均符合要求:Rm≥550MPa、Rp0.2≥450MPa、A≥5%。

参考文献:

[1]韩军,尤国庆. 硅钼球墨铸铁材料的研发[J]. 铸造设备与工艺,2017(2):37-38.

[2]中国机械工程学会铸造分会. 铸造手册第1卷: 铸铁[M]. 北京:机械工业出版社. 2002:338-371.

[3]李春海. 中硅钼球墨铸铁的研制[J]. 热加工工艺,2007,36(17):38-40.

[4]韩军,尤国庆. 高硅钼球墨铸铁的研发[J]. 金属加工:热加工,2015(13):39-40.

[5]洪新旺,邹卫,杨湘杰,等. 铸态铁素体基硅钼球墨铸铁的研制[J]. 热加工工艺,2008, 37(19):64-67.

猜你喜欢

力学性能
聚氨酯/聚磷酸铵复合泡沫阻燃性能的优化方法综述
废弃塑料制品改性沥青混凝土力学性能研究
Mg元素对A356合金力学性能影响
Mg元素对A356合金力学性能影响
再生骨料混凝土破坏机理与改性研究综述
纤维混凝土的力学性能及其在路面工程中的应用研究
热成形钢烘烤硬化性能研究
基于短纤维增强的复合气压砂轮基体性能研究
新型复合材料点阵结构的研究进展
水力锚力学性能分析