生产铸态QT600-7球墨铸铁的技术讲解

时间:2022-10-07 03:47:27 作者:新利18网页版 来源:新利18登陆


  随着轨道交通行业的快速发展和列车时速的不断提升,列车的使用条件对传动系统、制动系统等关键零部件的质量提出了越来越高的要求。例如制动系统中的夹钳、吊架等零件,以往选用的QT500-7、QT600-3等传统球墨铸铁材料已经不能很好地满足使用要求,各类零部件都在不断提出既要具有高强度,又要具有高塑性的性能,因此QT600-7等高强度、高塑性的新型球墨铸铁材料应运而生。

  球铁600-7球墨铸铁的应用越来越广泛。需求也越来越大。所以,生产这方面铸件的厂也多起来。怎样控制好QT600-7质量就成为大家关心的问题。

  QT600-7生产难点在于,既要保持较高的强度,也要有较好延伸率,要获得合格的QT600-7铸态球墨件,这就需要加入铜、钼合金。

  而现在大多铸造厂都是用废钢来生产铸件,大多数废钢当中都含有较高的锰、铬,同时还含有一定量的镍、铜、等合金。所以,使用废钢生产QT600-7,选对原材料是节能提质的途径。

  生产QT600-7球墨铸件,首选熔炼炉料还是以大比例废钢(70%以上)加回炉料为上。如果买不到锰含量在0.4--0.6之间废钢料,那就将废钢加入由70%以上降至60%,其余以回炉料和生铁或其他材料。

  2、提高Si含量以获得高Si固溶强化铁素体球墨铸铁,其具有高强度和高伸长率;

  然而,上述工艺的也存在局限性:添加合金元素,成本过高;提高Si含量会显著降低材料的低温冲击性能,难以适应一些高寒列车的环境;改变铸型散热条件则工艺宽泛性较低,应用范围有限。因此,本文开展了一系列的材料熔炼试验,旨在研究一种低成本的、操作简单的、适用于普通砂型铸造的铸态QT600-7熔炼成分及工艺。

  QT600-7的力学性能要求见下表1;同时,表1也列出了GB 1348-2009中与其接近的2个牌号的材料性能要求。

  上表中可以看出,QT600-7在抗拉强度、屈服强度、伸长率等各个指标上都比传统球墨铸铁要高,兼具了珠光体的高强度和铁素体的高伸长率;

  为了满足上述性能要求,必须要细化晶粒,并努力提高石墨球的圆整度,因此,试验对QT600-7材料的金相组织做了要求,见下表2。

  对于铸态球墨铸铁件来说,只要不产生石墨漂浮,宜采用高碳当量(4.2%-4.8%之间),可有效促进石墨化,并降低缩孔、缩松倾向。考虑到材料的低温使用要求,应控制Si含量不超过3.0%,因此,试验要求C含量为3.5%-3.8%,Si含量为2.2%-2.5%。

  Mn和Cu都是稳定珠光体的元素,所不同的是,Mn在促进珠光体形成的同时,会使白口倾向增加,而Cu却能促进石墨化,减少白口倾向。因此,试验中,Mn含量不宜过高,应控制在0.3%-0.5%;同时,为促进形成一定量的珠光体组织,Cu含量设定为0.3%-0.5%左右。

  P和S为有害元素,应严格限制这两种元素的含量。本次试验要求P含量不大于0.05%,S含量不大于0.03%。

  试验采用优质的生铁和废钢作为主要原材料(其成分见表3),并加入部分低S增碳剂;其他原材料为普通低稀土球化剂,含Ba、Ca等元素的长效硅钡孕育剂,电解Cu板等。

  采用100kg的中频感应电炉熔炼,依次在炉底加入废钢与增碳剂,最后压上生铁。熔炼温度在1530-1560℃,并适当保持一定时间后出炉。出炉温度为1480-1500℃。采用操作简单的冲入法球化处理;采用预处理孕育+出铁随流孕育+浇注随流孕育的多次孕育工艺。

  用上述处理的铁水浇注树脂砂造型的标准Y型试块(GB1348-2009)若干,并在最后浇注的Y型试块上取样进行分析试验,测试试样的成分、力学性能和金相组织,所采用的检测设备有碳硫分析仪、等离子体发射光谱仪、微控电子万能试验机、金相显微镜等。

  Cu与Mn对于抗拉强度及伸长率的影响见图1。图中可见,在试验的成分范围内,Cu与Mn共存时,Cu对强度的促进作用要强于Mn,Cu含量每增加0.1%,材料强度提高约50Mpa;另一方面,Mn含量较低时,伸长率普通较高,此时增加Cu,材料在强度提高的同时,对于伸长率的影响并不太大。分析原因为, Cu在共晶转变时,促进石墨化,减少渗碳体,在共析转变时,促进珠光体的形成,且对基体起固溶强化作用;而Mn虽然促进珠光体的形成,但由于较大偏析的倾向而易富集于晶界上,影响到材料的韧塑性,因此,Mn含量的提高,强度增加不明显,但对伸长率有一定程度的影响。试验结果还表明,当Cu含量为0.4%,Mn含量为0.3%时,材料的综合性能最高,强度为662Mpa,伸长率10.5%,达到了试验目标。

  在铸态球墨铸铁中,P含量增多,形成的磷共晶会增多,磷共晶呈多角状分布于共晶团边界,会急剧恶化材料的韧塑性;因此,要想获得高伸长率的铸态球铁材料,必须严格控制P含量;S为反球化元素,降低其含量是确保球化效果的前提;试验采用了50%废钢与50%生铁配比的废钢增碳熔炼工艺,得到的P含量不到0.03%,S含量也不到0.015%,远低于设计的成分要求。同时,采用废钢增碳工艺的另一个优点还在于可降低白口倾向,细化珠光体,增加珠光体数量[4]-[5];因此,废钢增碳熔炼工艺对获得高性能的铸态球墨铸铁材料很有益处。

  将采用预处理孕育+出铁随流孕育+浇注随流孕育的复合孕育处理,与未经多次复合孕育处理的试验结果进行对比,其金相结果分别见图2 a)与b)。

  石墨球的好坏直接影响到球墨铸铁的力学性能。由于球化前对铁水进行了预处理孕育,且球化后浇注时进行随流孕育,不仅提高了铁水纯净度,为石墨析出和长大提供了良好的环境,更重要的是增加了石墨形核数量,从而减小了石墨球直径,提高了球化效果。图2也可以看出,采用了复合孕育处理的试样,球化级别达到2级以上,石墨大小在6级,无论从大小,还是圆整度方面,都要优于普通试样。因此,采用多次复合孕育处理是获得低合金高性能球墨铸铁的关键。

  采用上述工艺批量生产某QT600-7吊架铸件,铸件各项性能仍稳定的满足技术要求,其成分、金相和性能检测结果分别见表4-6。

  2) 当Cu含量为0.4%左右,Mn含量为0.3%左右时,珠光体数量为60%-70%,此时,材料具有较高的强度和伸长率。

  3) 废钢增碳熔炼、多次复合孕育处理等是获得预期化学成分和优异的铸态QT600-7材料性能的重要工艺保证。

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