銅對(duì)汽車差速器殼體QT500-7力學(xué)性能的影響

王令，李志華

格特拉克（江西）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司 江西南昌 330013

1 序言

差速器殼體是汽車差速器的重要組成部分，主要起到連接差速器各零件的作用，如行星齒輪、半軸齒輪、從動(dòng)錐齒輪、調(diào)整墊片、軸承及行星齒輪軸等，因此對(duì)連接各零件的差速器殼體的力學(xué)性能有很高的要求。球墨鑄鐵因具有較高的強(qiáng)度、硬度，同時(shí)具有良好的韌性，在機(jī)械制造行業(yè)中的得到廣泛應(yīng)用[1-3]。某汽車選擇球墨鑄鐵QT500-7作為差速器殼體材料，但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)球墨鑄鐵QT500-7的力學(xué)性能不合格，不能滿足使用要求。通過現(xiàn)場觀察和分析，主要從材料的化學(xué)成分加以改進(jìn)，通過添加銅以改善材料的顯微組織和力學(xué)性能，滿足使用要求。

2 試驗(yàn)方法

球墨鑄鐵在采用鎂做球化劑的情況下，銅的加入量應(yīng)控制在0.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）以下；若銅的加入量在0.5%～0.8%，球墨鑄鐵的硬度能得到顯著的提高，但同時(shí)銅與鎂會(huì)形成Cu-Mg合金，削弱鎂的有效球化作用，降低球墨鑄鐵的加工性能[4]。在使用稀土鎂作為球化劑的情況下，銅的加入不受限制，但不應(yīng)超過1.5%，否則銅會(huì)凝聚偏析在球狀石墨周圍。生產(chǎn)稀土鎂球墨鑄鐵時(shí)，2.0%以下的銅，對(duì)球化率、球化數(shù)目、球徑大小沒有顯著變化；銅對(duì)球墨鑄鐵基體組織有強(qiáng)珠光體化的作用，大約是鎳的10倍，加入1.5%的銅，可使珠光體的含量達(dá)到100%[5]。

銅的熔點(diǎn)為1083℃，沸點(diǎn)2566℃，在鐵液中是非常穩(wěn)定的，因此必須在球化處理前加入銅，否則易產(chǎn)生厚片狀石墨，或周邊球化，中心部位為厚片狀石墨組織，且易出現(xiàn)心部蜂窩狀疏松。

試驗(yàn)采用同一批原材料生鐵，經(jīng)脫硫工序后，應(yīng)用中頻感應(yīng)電爐熔化，在此試驗(yàn)過程中將力學(xué)性能不合格的QT500-7球墨鑄鐵作為1#試樣，2#試樣作為對(duì)比試驗(yàn)，加入0.4%的銅，然后進(jìn)行球化和孕育處理，澆注成標(biāo)準(zhǔn)試塊后，進(jìn)行材料相關(guān)性能檢測。

3 結(jié)果與討論

3.1 化學(xué)成分分析

應(yīng)用SPECTRD LAB LAVM10光譜儀對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果見表1。從表1可看出，1#和2#試塊除銅元素外，其他元素含量基本一致，且2#試塊的銅含量為0.41%，與試樣前的加入量0.4%相近。

表1 QT500-7的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3.2 力學(xué)性能分析

應(yīng)用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)1#和2#標(biāo)準(zhǔn)試塊（每種試塊取兩個(gè)標(biāo)樣）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其檢測結(jié)果見表2。從表2可看出，加Cu后的標(biāo)準(zhǔn)試樣抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及硬度都有很大的提高，伸長率略有下降，參照GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》，未加Cu的1#試塊不符合技術(shù)要求，添加0.4%Cu的2#試塊符合QT500-7的技術(shù)要求。這是因?yàn)樵诠参鲛D(zhuǎn)變過程中，銅的加入使固溶在奧氏體中的碳以共析滲碳體析出，從而促進(jìn)珠光體的形成，抑制游離碳化物的生成，細(xì)化組織，降低斷口組織的敏感性，提高QT500-7材料的力學(xué)性能。

表2 QT500-7的力學(xué)性能

3.3 金相分析

將拋光后的試樣采用4%的硝酸酒精浸蝕后，按GB/T 9441—2009《球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》檢測1#和2#試塊的珠光體數(shù)量，如圖1所示。由圖1可知，1#材料為沒有添加銅元素的QT500-7，珠光體含量在15%左右，鐵素體含量約為88%，且珠光體分布不均勻；2#材料為添加0.41%銅元素的QT500-7的金相組織，珠光體含量在55%左右，鐵素體含量約為45%，且珠光體分布較均勻。這是因?yàn)殂~能降低球墨鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度，每增加1%的銅，可降低共析溫度6～10℃，共析溫度的降低擴(kuò)大了珠光體形成區(qū)間，促進(jìn)珠光體形成和細(xì)化（當(dāng)珠光體的片層間距從0.4μm降至0.35μm時(shí)，強(qiáng)度提高25～35 MPa），還固溶強(qiáng)化了珠光體中的鐵素體，同時(shí)減少或抑制鐵素體的形成。銅的加入使QT500-7材料的整體硬度和強(qiáng)度提高，力學(xué)性能提升。

圖1 金相組織

4 結(jié)束語

在QT500-7中加入0.41%的銅，可促進(jìn)珠光體形成和細(xì)化，組織分布更均勻，并且提高了材料的力學(xué)性能。