球墨鑄鐵件-50℃低溫沖擊的研究

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1、-50℃低溫沖擊球墨鑄鐵件的研究與應(yīng)用摘要：隨著球墨鑄鐵的快速發(fā)展，以及優(yōu)越的物理性能和良好的經(jīng)濟(jì)效率，其應(yīng)用變得極其廣泛。目前在一些領(lǐng)域也逐步取代鋼，尤其在風(fēng)電產(chǎn)品行業(yè)，全部采用球鐵件。QT400-18在風(fēng)電產(chǎn)品中應(yīng)用非常普遍，隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，使用環(huán)境也會變得廣泛，未來較低溫度下使用也成可能。-50℃低溫沖擊的球墨鑄鐵的研究，在確保力學(xué)性能Rm≧400Mpa和＆≧18的同時，-50℃低溫沖擊韌性平均值大于12J。該材料的成功開發(fā)，將會使QT400-18風(fēng)電產(chǎn)品的應(yīng)用范圍越來越來廣泛，同時推動我公司對球鐵材料的

2、研發(fā)能力，為企業(yè)帶來廣泛的市場環(huán)境。關(guān)鍵詞：球磨鑄鐵、低溫沖擊、退火1前言低溫沖擊球墨鑄鐵材料由于在低溫下良好的沖擊性能,不但在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用頗廣,在其他機(jī)電領(lǐng)域也有較廣泛的應(yīng)用。西門子軌道交通機(jī)車用定子架產(chǎn)品為低溫沖擊球鐵材料,屬于典型薄壁球鐵殼體類鑄件,其鑄件尺寸精度、重量、內(nèi)部質(zhì)量要求都非常高,在鑄造工藝方面存在一定難度，現(xiàn)今要求達(dá)到-40℃。對于低溫要求球鐵件的不斷提高，未來更低溫度要求的產(chǎn)品將會需要的，在以后-50℃低溫沖擊產(chǎn)品的研究，不論是風(fēng)電球鐵件或是其他機(jī)電領(lǐng)域都會有需求。材料規(guī)范要求-50℃達(dá)到QT

3、400-18性能。-50℃沖擊韌性是材料生產(chǎn)難點(diǎn),如何對成分控制及其他合金元素的加入的調(diào)整,使該材料在鑄態(tài)或退火條件下達(dá)到規(guī)范要球，是研究此材料的重點(diǎn)內(nèi)容。2材料說明球墨鑄鐵風(fēng)電件要有良好的低溫沖擊，必須從成分上作調(diào)整。對于-50℃低溫韌性材料，要求是低Si、Mn、P的鐵素體基體為主（≧95%）的球鐵，并且石墨球圓整，石墨等級高。然而低Si、Mn的鐵素體球鐵，其強(qiáng)度比較低。3化學(xué)成分及控制3.1碳含量球墨鑄鐵件的碳含量比較高，過高的碳含量，其延伸率會降低。在球鐵生產(chǎn)中正常碳含量范圍內(nèi)，低溫沖擊值基本不受影響。而較高的含

4、碳量可以增加金屬的流動性，一定石墨化膨脹減少收縮缺陷。所以碳含量控制在3.4%～3.7%。3.2Si含量硅一種強(qiáng)化鐵素體的基體的元素，由于硅能固溶于Fe中阻礙了鐵原子和碳原子之間的化合，同時促進(jìn)石墨析出，從而有利于獲得鐵素體組織。對于-50℃低溫沖擊球鐵件，基體要為全鐵素體組織，所以需要一定含量的硅，但是當(dāng)Si含量高時，會提高低溫轉(zhuǎn)變溫度。根據(jù)滿足需求，控制硅的含量在1.9%～2.30%之間。3.3錳含量錳可以穩(wěn)定奧氏體區(qū)，促進(jìn)碳化物的形成，在共析轉(zhuǎn)變過程，降低共析轉(zhuǎn)變的溫度，起穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的作用。溶入奧氏體中的錳

5、有強(qiáng)烈偏析的傾向，引起網(wǎng)狀碳化物、黑色網(wǎng)狀組織、白區(qū)德形成，這些在晶界上形成的物質(zhì)嚴(yán)重降低低溫韌性。碳化物、偏析是影響球鐵低溫轉(zhuǎn)變溫度的主要因素，錳每增加0.1%，脆性轉(zhuǎn)變溫度大約提高10～12℃。所以錳要越低越好，小于0.28%。3.4磷含量球鐵中，由于其他成分的影響，磷的溶解度很小，當(dāng)含磷量超過一定值時，磷將以磷共晶形態(tài)析出。由于成分、冷卻速度、偏析等原因，球鐵中的很容易形成磷共晶。由于磷共晶熔點(diǎn)較低，在凝固時富集于共晶團(tuán)邊界處最后凝固，沿晶界析出。嚴(yán)重時形成網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀，較嚴(yán)重降低球鐵的韌性和塑性，降低低溫沖擊

6、性能，所以磷要盡可能低。針對我公司生產(chǎn)的球鐵件，磷的含量沒法進(jìn)一步降低，其含量低于0.04%。3.5鎳含量考慮-50℃低溫沖擊性能，球鐵件得需采用退火消除偏析、滲碳體和一定的珠光體，退火工藝為920℃高溫鐵素體退火工藝或920～720℃的兩階退火工藝。為了補(bǔ)償鑄件低Si下的強(qiáng)度，得加入一定的鎳，通過退火可以得到完整的鐵素體組織。并且它不影響延伸率，還降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，且在共晶團(tuán)內(nèi)分布均勻，不會因偏析而使共晶團(tuán)邊界脆化。鎳的加入量控制在0.2%～0.8%范圍內(nèi)。4試驗(yàn)結(jié)果與分析4.1試驗(yàn)方法4.1.1沖擊性能的驗(yàn)證（1）

7、-40℃低溫沖擊試驗(yàn)針對我公司做的西門子高速鐵路使用的電機(jī)殼，要求-40℃沖擊性能。剛開始想在鑄態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)，所以把Si、Mn調(diào)到很低，結(jié)果其強(qiáng)度不夠。為了增加強(qiáng)度，加入了0.25～0.60的鎳，但是這樣一來，珠光體含量增加了，致使沖擊性能不合格。還有此件產(chǎn)品為一個薄壁件，壁厚度非常不均勻。就算試塊性能合格了，但是鑄件性能很難得以保證，所以我們在產(chǎn)品不同部位切割做-40℃低溫沖擊，發(fā)現(xiàn)有的部位性能合格，而有的不合格，并且發(fā)現(xiàn)其珠光體含量較大，最后決定通過退火實(shí)現(xiàn)-40℃低溫沖擊。所以對于-50℃需經(jīng)過退火獲得。（2）-

8、50℃低溫沖擊的探索球墨鑄件-50℃的沖擊性能要求要達(dá)到-20℃的要求，先來驗(yàn)證沖擊值的可行性。如圖表一：序列號退火工藝化學(xué)成分-50℃沖擊CSiMnP123平均1920-730℃退火3.572.210.2800.026101412122920-730℃退火3.572.210.2040.031141314143920-730℃退火