張 杰，李業(yè)林，宋 巖，葉長青

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇 常州 213011）

1 鑄件的特點(diǎn)和技術(shù)要求

快速連接器（見圖1）是大型拖拉機(jī)上重載荷部位零件，最大壁厚為134 mm,最小壁厚為13 mm,在工作中需承受很大的載荷，外形尺寸為1 111 mm×899 mm×325 mm，總載荷約38 t.零件材料要求嚴(yán)格，需要采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵。鑄件材質(zhì)為QT700-3，硬度241 HB～302 HB，試樣抗拉強(qiáng)度≥700 MPa,屈服強(qiáng)度≥450 MPa,伸長率≥3%.金相組織要求球化率≥85%,珠光體含量＞90%，鐵素體含量＜5%，化學(xué)成分ω（Cu）/10+ω（Sn）≤0.08%.

圖1 快速連接器

2 工藝難度分析

快速連接器是典型的高強(qiáng)度球墨鑄鐵件，產(chǎn)品性能要求有較高的強(qiáng)度，同時(shí)還要有一定的伸長率。產(chǎn)品技術(shù)條件要求用附鑄試樣進(jìn)行材料驗(yàn)收，但由于澆注后附鑄試樣的凝固、冷卻條件較差，易造成其組織中石墨球數(shù)量少、球徑大，同時(shí)珠光體容易分解，易造成力學(xué)性能的降低，很難保證屈服強(qiáng)度≥450 MPa 的技術(shù)要求；珠光體含量的要求在鑄態(tài)情況下也很難達(dá)到；要滿足鑄件本體硬度達(dá)到241 HB～302 HB 的要求，鑄件各部位的硬度應(yīng)基本均勻，而實(shí)際澆注后鑄件各部位由于吃砂量大小、壁厚大小受熱程度等的不同將導(dǎo)致凝固冷卻速度的差異，這樣要達(dá)到硬度的要求也是一個(gè)難題。

3 試驗(yàn)方法

根據(jù)快速連接器的技術(shù)特點(diǎn)，為了達(dá)到球化率≥85%，珠光體含量＞90%，決定熔煉時(shí)加入一定量的Cu、Mo、Sn，增加其基體組織中的珠光體含量；使用珠光體型專用球化劑，加入量按偏上限控制，來提高其球化率。

3.1 化學(xué)成分的選擇

結(jié)合快速連接器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，參照公司球墨鑄鐵的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和查找相關(guān)技術(shù)資料，確定化學(xué)成分。

1）C：高的含碳量能促進(jìn)石墨化，增加石墨球數(shù)量、改善球化質(zhì)量，減少鑄件的縮松傾向，但過高易產(chǎn)生石墨飄浮缺陷。所以，ω（C）控制在3.50%～3.80%范圍內(nèi)。

2）Si：一定的Si 能促進(jìn)石墨化、防止?jié)B碳體的產(chǎn)生，但Si 會促進(jìn)鐵素體的生成，降低鑄件的強(qiáng)度和硬度，選擇ω(Si)為2.10%～2.50%.

3）Mn：Mn 能促進(jìn)珠光體的生成，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度，但容易在晶界產(chǎn)生偏析，所以不能依靠提高M(jìn)n 量來增加珠光體含量，將ω(Mn)控制在0.65%～0.70%范圍。

4）Cu ：Cu 在鑄鐵的一次結(jié)晶時(shí)促進(jìn)石墨化，共析轉(zhuǎn)變時(shí)有效增加珠光體含量，所以特別適用于斷面變化大的鑄件，使鑄件硬度趨向均勻；Cu 還促進(jìn)細(xì)化共晶團(tuán)、增加石墨球數(shù)量，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度。綜合分析Cu 含量對球墨鑄鐵性能的影響，確定ω(Cu)加入量為0.35%～0.40%.

5）Sn ：在球墨鑄鐵中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03%～0.10%的Sn，能使球墨鑄鐵基體組織中珠光體含量明顯增加，但過高的錫會降低鑄件的塑性和韌性，綜合考慮Sn 和其他元素的影響，其加入量為0.035%～0.040%.

綜合以上分析，最后確定成品化學(xué)成分如表1所示。

表1 快速連接器化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

w（Mn）≤0.70%，以免出現(xiàn)脆性，w（Cu）：0.35%～0.40%，能顯著增強(qiáng)珠光體的含量，w（Sn）:0.035%～0.040%加入量適中，在增加珠光體含量的同時(shí)不會影響延伸率。

3.2 球化處理及孕育處理

3.2.1 球化處理

選用珠光體型球化劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%～1.8%，球化處理溫度為1 450 ℃～1 480 ℃.采用倒包沖入法球化處理工藝，減小了球化處理溫度的波動，增加了鐵液傾倒的速度，減少了球化處理中球化劑的氧化和燒損，穩(wěn)定了球化質(zhì)量。

球化劑裝填時(shí)將球化劑放入凹坑底部，其上覆蓋細(xì)硅鐵粉，最上層覆蓋銅板。

3.2.2 孕育處理

采用含Ba、Bi 的長效孕育劑復(fù)合孕育工藝。

一次孕育：選用粒度為5 mm～16 mm 的含Ba孕育劑，在球化處理后補(bǔ)鐵液時(shí)加入鐵液表面，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.5%～0.7%.

二次孕育：澆注時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)孕育，采用粒度為0.8 mm～1 mm 含Bi 的孕育劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.20%.

3.2.3 溫度控制

一次孕育后溫度：1 380 ℃～1 400 ℃；產(chǎn)品澆注溫度：1 350℃～1 370 ℃.

4 試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)生產(chǎn)，所得試驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 試驗(yàn)結(jié)果

從表2 可以看出機(jī)械性能不穩(wěn)定，不能達(dá)到要求。分析認(rèn)為，通過使用珠光體型專用球化劑，提高了鑄件的球化率，但是力學(xué)性能仍不符合技術(shù)要求，主要原因是鑄件在砂型中的冷卻條件較差，容易分解珠光體，珠光體含量偏低。

5 改進(jìn)工藝

在原來熔煉工藝的基礎(chǔ)上，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.65%～0.75%的鉬，改進(jìn)工藝后試驗(yàn)結(jié)果見表3.

表3 改進(jìn)工藝后試驗(yàn)結(jié)果

改進(jìn)工藝后石墨形態(tài)如圖2，基體組織（珠光體含量85%）如圖3 所示。

圖2 石墨形態(tài)

圖3 基體組織

從表3 可以看出機(jī)械性能指標(biāo)都滿足要求。球化率90%，珠光體含量85%，符合產(chǎn)品技術(shù)要求。

6 結(jié)論

1）由于快速連接器鑄件為珠光體型球鐵件，加入一定量的Cu、Sn 來穩(wěn)定珠光體，以提高力學(xué)性能。

2）快速連接器鑄件要求球化率不低于85%，球化劑加入量按偏上限控制，并進(jìn)行兩次孕育，二次孕育時(shí)進(jìn)行隨流孕育。

3）由于快速連接器要求取附鑄樣，澆注完的鑄件附鑄樣在砂型中的冷卻條件較差，珠光體分解較多，Mo 是典型的珠光體穩(wěn)定元素，通過加入Mo 元素能細(xì)化石墨和珠光體，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度。