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固溶强化铁素体QT500-14在转向器壳体中的应用.pdf
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1、现代铸铁 圆园24/26李娄明,朱正锋,张剑云,等.废钢增碳在合成铸铁中的应用探讨J.铁道机车车辆工人,2012(4):1-3.(编辑:吕姗姗,E-mail:xdzt_)收稿日期:2023-11-06修订日期:2024-03-08作者简介:高世爽(1965.7),男,安徽宿州人,毕业于合肥工业大学,主要从事铸铁、铸钢材质研发及应用等方面的研究工作。固溶强化铁素体 QT500-14 在转向器壳体中的应用高世爽(河南广瑞汽车部件股份有限公司,河南新乡453600)摘要:介绍了 Si 固溶强化铁素体球墨铸铁 QT500-14 的化学成分设计、合理的熔炼工艺以及铁液处理工艺,对单铸 Y 型试块和转向器
2、壳体铸件本体取样分析发现,利用 Si 固溶强化的铁素体基体可以保证 QT500-14 汽车转向器壳体的基体组织和球化级别符合要求,从而满足力学性能及硬度等指标的要求。不同 w(Si)量对材料组织和性能影响的研究数据显示:随着 w(Si)量的增加,石墨有细化趋势,球径逐渐减小,固溶强化效果愈加明显,抗拉强度逐渐增强、韧性呈小幅下降趋势;Si 在共晶转变时,有利于石墨的析出,降低石墨的尺寸,提高石墨的圆整度,减少对基体的割裂作用。关键词:球墨铸铁;固溶强化;转向器壳体中图分类号:TG255文献标志码:月文章编号:员园园猿原愿猿源缘(圆园24)园2原园园16原06Application of Sol
3、id Solution Reinforced Ferrites QT500-14 in Steering HousingGAO Shi-shuang(Henan Guangrui Automotive Parts Co.,Ltd.,Xinxiang453600,China)Abstract:The chemical compositions design,rational melting process,and iron liquid treatment process of QT500-14 nodulariron were introduced.It was founded by samp
4、ling from body of separately poured test block,using Si solid solution strength-ening could ensure the matrix structure and nodularizing grade meeting requirements of QT500-14 nodular iron steeringhousing and thereby meeting mechanical properties and hardness requirement.The study data of different
5、Si contents influen-cing materials properties showed:with Si content increase,the graphite had a tendency to refine,the nodule diameter graduallyreduced,the solid strengthening effect became more obvious,the tensile strength gradually increased,toughness showed aslight decline trend.In eutectic tran
6、sformation the Si was favoring graphite separating,reducing graphite size,increasinggraphite roundness,reducing the cutting effect of the matrix.Key words:nodular iron;solid solution strengthening;steering housing根据转向器产品缸径的不同,客户对转向器壳体的材料要求也越来越高,小缸径铸件(缸径70 mm、80 mm、90 mm)以 QT450-10 为主;大缸径铸件(缸径 100 mm
7、、110 mm、120 mm、130 mm)以 QT500-7 为主,个别客户选择 QT550-6 及升级牌号 QT600-7。为了提高 QT500-7 汽车转向器壳体在生产过程中的稳定性,减小铸件本体不同部位的性能波动,特别是保持稳定的力学性能并缩小铸件本体的硬度波动范围,改善机械加工性能,进一步球墨铸铁Nodular Iron16圆园24/2现代铸铁提升刀具寿命,减少客户抱怨,寻找一种单相基体的球墨铸铁,减少硬度波动,提高球墨铸铁的机械加工性能十分必要。根据国外 Si 在固溶强化铁素体球墨铸铁方面的成功案例,结合国内汽车转向器壳体在生产、加工及使用过程中经常出现的力学性能及硬度波动大等问题
8、1-4,笔者公司决定开展 Si 固溶强化铁素体球墨铸铁 QT500-14 用于汽车转向器壳体的研发项目。1研究内容(1)在优化设计 Mn、P、S、Mg 等基本元素的基础上,通过对材料组织和性能的分析,研究固溶强化元素 Si 对材料性能的影响规律,并根据 Si的变化调整 C 元素的合理范围,从而确定 QT500-14的化学成分。(2)根据铁液冶金性能的要求设计制定合理的铁液熔炼工艺以及铁液处理工艺(球化、一次孕育以及倒包二次孕育处理和浇注随流孕育),保证固溶强化铁素体球墨铸铁 QT500-14 汽车转向器壳体的基体组织和球化级别符合要求,从而满足 QT500-14 的力学性能及硬度等指标的要求。
9、2固溶强化铁素体球墨铸铁的研制2.1成分设计铁液化学成分设计为:w(C)3.15%3.40%,w(Si)3.30%3.70%,w(Mn)臆0.5%,w(S)0.015%,w(P)臆0.05%,w(Mg残)0.030%0.060%,w(RE残)0.010%0.030%。2.2原材料的选择选用低 Mn、S、P 的 Q10、Q12 生铁,主要化学成分如表 1 所示,微量元素总和臆0.10%,w(Zn)臆0.005%,w(Ti)臆0.05%。为保证生铁成分稳定,要求供方每年提供一份生铁中微量元素分析结果,并做 w(C)量的分析。采用不含高 Mn、P 的优质碳素结构钢,主要化学成分如表 2 所示。废钢中
10、非常规化学元素不得超标,其中:w(Ti)0.05%,w(Pb)0.04%,w(Al)0.02%。2.3熔炼工艺采用 5 t、6 t 中频炉熔化铁液,要求 1 400 益以上扒渣取样,精炼温度(1 500依10)益,经高温静置 5 min 以上。2.4球化处理、孕育处理及浇注工艺选用 Mg6RE2 球化剂,粒度为 1025 mm,加入量为 1.0%依0.05%,压包孕育剂选用 75SiFe 合金,根据铁液质量不同,粒度分别为 5耀25 mm、5耀15 mm,加入量为 0.8%耀1.0%。球化包要求内径 d与包深 h 的比为 1:1.8,底部做出堤坝式球化室,球化包筑好后需使用哄包器烘干、哄透,使
11、用前用原铁液烫包至 600 益以上。采用冲入法进行球化处理,加料次序为球化剂、压包孕育剂,然后需摊平并适当压实,出炉温度选择 1 4201 480 益,球化反应时间为 5080 s,球化结束需净渣、覆盖后再转运。铁液在倒包时进行二次孕育,二次孕育剂选用 75SiFe 合金,粒度为 2耀3 mm,加入量为 0.2%。浇注前需净渣、测温并取光谱样验证终铁液的化学成分。采用生产线自动浇注机浇注铁液,每个球化包浇注时间从出铁液开始计算,不超过 10 min,从球化处理结束计算,不超过 8 min。根据铸件的大小及结构,首箱浇注温度控制在 1 3701 420益,末箱浇注温度控制在 1 3201 350
12、 益。浇注过程中采用粒度为 0.2耀0.8 mm 的 75SiFe 合金随流孕育,加入量为0.08%。3试验结果3.1单铸 Y 型试块与铸件本体取样Y 型试块粘接在转向器壳体的型板上,同包铁液在浇注铸件的同时带出 Y 型试块,其尺寸参照 GB/T 13482009 球墨铸铁件。铸件本体取样位置如图 1 所示。3.2化学成分分析浇注时取少量铁液倒入专用的铁制取样模生铁牌号Q10Q12C4.24.44.24.4Si0.501.01.01.25Mn臆0.20臆0.20P臆0.05臆0.05S臆0.02臆0.02表 2废钢的化学成分Tab.2Chemical compositions of steel
13、 scrapwB/%wB/%元素含量C臆0.5Si臆0.5Mn臆0.65P臆0.04S臆0.04表 1生铁牌号及化学成分Tab.1Grade and chemical compositionsof pig ironwB/%wB/%Nodular Iron17现代铸铁 圆园24/2图 1铸件本体取样位置Fig.1Sampling location of casting body力学性能检测按图示取自壳体本体,主缸方向纵向切取 2 根试棒中作白口化处理,试块经德国 OBLF GS1000-域直读光谱仪进行分析,化学成分检测结果如表 3所示,可见,铸件的化学成分均符合要求。3.3金相组织分析(1)石
14、墨大小及形态观察试样在未腐蚀条件下的石墨形貌,如图2 和图 3 所示,Y 表示 Y 型试块取样,本表示本体取样。根据 GB/T 94412009 球墨铸铁金相检验,对石墨球化等级以及石墨大小等级进行评定。表 4 为 Y 型试块的石墨形态统计结果,表 5为本体试样的石墨形态统计结果。从 Y 型试块及铸件本体两组试样的石墨形态可见,各组试样球化良好,石墨球化等级均在2 级或以上,球径大小相差不大,且分布均匀,石墨球大小等级均在 6 级或以上,达到了试验要求。随着试样中 w(Si)量的增加原铁液 w(Si)量一定的前提下,增加孕育量,试样铸态组织中石墨有细化趋势,球径逐渐减小。这是因为在控制碳当量(
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