20-126 铸态QT700-10技术初探
关键词：铸态球铁；化学成分；力学性能
中图分类号：TG143.5 文献标识码：A 文章编号：1001-4977 （2014） 05-0507-03
Preliminary Discussion on Technology of Ductile Iron of As-Cast QT700-10
Abstract：In recent years， study on the ductile iron with high strength and high elongation and thedevelopment of production technology received attention of related research institutions. Through experiment,the feasibility of developing as-cast QT700 -10 technology was discussed by using a series of productionprocesses such as reasonable composition design, molten iron purification, multi-element alloy solid solutionstrengthening, grain refinement, etc.
Key words：as-cast ductile iron; chemical composition; mechanical properties
随着汽车工业的进步，商用车、重卡朝着重载、高速、低耗、低成本及良好的舒适性等方向发展，汽车底盘支架、托臂梁等零部件对高强度、高伸长率材料的综合性能要求也越来越高。就材料的综合性能和成本而言，高强度、高伸长率球墨铸铁备受青睐，目前国家标准中关于球墨铸铁的要求，一般是低强度高伸长率或是高强度低伸长率，对于那些不仅要求高强度、还要求高韧性、高疲劳性能等的铸件，传统国标的球墨铸铁材料不能满足性能要求。因此我公司与湖北汽车工业学院联合开展了高强度、高伸长率球墨铸铁研究工作，以满足汽车零部件轻量化需求。
1.国内外球墨铸铁发展现状
目前球墨铸铁的生产，都是根据GB/T 1348—2009《球墨铸铁件》 标准，球墨铸铁的力学性能从QT350-22L到QT900-2共14个牌号，生产工艺已非常成熟，随着铸造企业质量控制水平的提高，绝大多数企业都能大批量稳定地生产。然而，国内对高强度、高伸长率球墨铸铁技术研究与应用的报道并不多。通过对国外球墨铸铁技术检索发现，SiboDur球墨铸铁是GF公司最新研发的铸态高强度高韧性球墨铸铁，对其化学成分及性能进行解读， SiboDur 球 墨 铸 铁 形 成 了SiboDur450 - 17 、 SiboDur550 - 12 、 SiboDur700 - 10 、SiboDur800-5系列，力学性能指标在传统球墨铸铁力学性指标中分布见图。SiboDur球墨铸铁以Si和B作为合金化元素，其综合力学性能远远高于传统珠光体-铁素体球铁，适合制造承受冲击的铸件，广泛应用国外汽车行业。
2.化学成分对球铁性能的影响
2.1 化学成分与金相组织
SiboDur球墨铸铁是以Si和B作为合金化元素，实现铸态球铁高强度、高韧性综合力学性能，据此我们设计铸态QT700-10的主要化学成分见表。
金相组织：球化等级1-2级，石墨球大小6-7级，珠光体含量25%～85%。
| C | Si | Mn | S | P | Cu | Ni | B | Mg | V | Ti |
| 3.2-3.7 | 2.6-3.4 | ≤0.2 | ≤0.02 | ≤0.035 | 0.5-0.8 | 0.6-0.7 | 0.002-0.003 | 0.025-0.045 | ≤0.02 | ≤0.03 |
2.2 化学成分对力学性能的影响
金属材料的力学性能主要决定于其基体组织，要生产铸态高强度、高伸长率球墨铸铁，首先需要分析这种球铁应该具有的组织结构特点，然后考虑技术方
案和措施。球墨铸铁的金相组织可分为石墨和金属基体，其力学性能主要决定于金属基体，但也受到石墨的影响，要同时获得高强度和高伸长率，石墨和基体组织都应有严格要求。石墨球化良好，金属基体性能才能得到充分发挥，
因此，铸态高强度、高伸长率球墨铸铁生产要严格控制铁液中球化和反球化元素，保证球化率在90%以上。
细化石墨球对高强度、高伸长率球墨铸铁十分重要，一方面，细化石墨球能提高石墨的圆整度和球化率；另一方面，细化石墨球能减小晶间偏析程度，防止晶间析出脆性相，保证材料的塑性和韧性。细化石墨球的技术措施是强化孕育，选用高效孕育剂，如含Ba、Bi的孕育剂。
球墨铸铁的基体可通过合金化和热处理调控为多种组织，从而获得不同的性能。为使铸态球墨铸铁在获得高强度的同时获得高伸长率，需要在不改变组织
类别的条件下寻求强韧化方法。固溶强化、细晶强化可在铸态条件下实现，而且细晶强化在提高强度的同时还提高塑性。固溶强化、细晶强化通过合金化来实现，Si、Cu、Ni是首选的合金化元素，它们都有固溶强化作用，都促进一次结晶石墨化，没有晶间偏析。Cu、Ni促进形成珠光体，还有细化珠光体的作用，Si是促进铁素体形成的元素。控制其含量可调控基体组织中珠光体和铁素体比例，获得不同的强度和伸长率。
根据上述分析，选择基体组织为珠光体+铁素体混合基体，一定量的铁素体保证伸长率，增加固溶强化作用，弥补珠光体量减少对强度的影响。选择Cu、Si为主要合金化元素，验证Ni、B的作用。
2.3 严格的生产过程控制
生产高强度、高伸长率的球墨铸铁，最大的工艺难度在于要保证强度的同时必须有一定的铁素体含量，尤其是石墨球化良好、球径细小，基体组织充分固溶
强化、晶粒细化，夹杂物少、晶间偏析小，这涉及到化学成分设计、低磷低钛生铁原料、铁液熔炼和处理工艺、冷却条件等因素，是实现稳定生产高强度、高伸长率的铸态球墨铸铁工艺的关键。
3.试验数据与结果分析
采用生铁和碳素废钢配料，100 kg无芯中频感应炉熔炼，稀土镁合金球化剂、冲入法球化处理，硅铁孕育剂进行型内孕育 （0.1%） 和随流孕育 （0.1%），Si、Cu、Ni加入球化处理包中，B （0.0025%） 在包内或随孕育剂加入，浇注标准 （GB/T 1348—2009） Y型试棒，性能测试数据绘制出抗拉强度与伸长率的关系曲线见图2。试制的球铁力学性能指标远高于国家标准牌号，从趋势线上看到，抗拉强度达到700 MPa时，伸长率可达10%。加B的Si-Cu合金化球铁力学性能指标略低于不加B的球铁。
Si、Cu合金化的球墨铸铁中加Ni的力学性能与不含Ni的比较 （图3），加Ni能获得更高的强度，且镍对伸长率影响小。另外，随着试块增厚，冷却速度下降，同等抗拉强度下伸长率略有下降。
4.结论
（1） 在本试验条件下，用Si-Cu和Si-Cu-Ni合金化生产铸态球墨铸铁，抗拉强度达到700 MPa时，伸长率可达10%，实际生产中铸件本体及附铸试块性能略有下降。
（2） 铁液中各元素及交互作用非常敏感且复杂，除了通过加入合金元素来控制合适化学成分外，还须在工艺上采取纯净炉料，严格控制熔炼、浇注工艺及冷却，强化球化及孕育处理等措施，才能稳定生产高强度、高伸长率铸态球墨铸铁。
参考文献：
[1] GB/T1348—2009 球墨铸铁国家标准 [S]. 北京：中国标准出版社，2009.
[2] Larker Rmichard. 固溶强化铁素体球墨铸铁 [J]. 铸造，2010，59（6）：22-627.
[3] 柳建国. QT550-6精铸工艺的应用与研究 [J]. 铸造，2008，57（1）：1-82.
[4] 陆文华.铸造合金及其熔炼 [M]. 北京：机械工业出版社，2004.
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