高硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵在汽車鑄件上的應用實踐

唐 輝 ， 鄒 衛 ， 郭之萍 ， 陳 凱 ， 張永斌

（江鈴汽車股份有限公司鑄造廠，江西 南昌 330100）

球墨鑄鐵廣泛應用在汽車的零部件，如輪轂、差速器殼、支架、轉向節、主蓋等，為了提高球墨鑄鐵的強度或韌性，以往通過調整球墨鑄鐵的基體組織來實現。近幾年，國內有多篇文章介紹：通過高硅固溶強化的方法，獲得高強度、高韌性、全鐵素體基體的球墨鑄鐵，解決了銅或錳等合金化珠光體加鐵素體混合基體球墨鑄鐵存在的低延伸率、硬度梯度較大等問題[1-2]。江鈴汽車股份有限公司鑄造廠為解決PUMA主蓋和V348差殼球鐵件強度和硬度不均勻的問題，將硅強化鐵素體球墨鑄鐵工藝技術應用到該產品的實踐中，取得了不錯的效果。

1 鑄件外形與原材質工藝介紹

PUMA主蓋外形尺寸182mm×130mm×63.5mm，質量5.4kg，材質牌號要求為QT500-7，本體要求硬度HB170-241。V348差速器殼外形尺寸φ200mm×115mm，質量5.3kg，材質牌號要求為QT550-6，本體要求硬度HB197-255，鑄件形狀與檢測部位如圖1、圖2所示。

圖1 PUMA主蓋Fig.1 PUMA main cap casting

圖2 V348差速器殼Fig.2 V348 differential case casting

原工藝的數據狀況如表1所示。

表1 工藝的數據Tab.2 Process data

由于本體硬度波動過大，造成鑄件加工性能差，PUMA主蓋和V348差速器殼本體硬度過程能力Cpk分別為0.51、0.74，硬度分布如圖3、圖4所示。

圖3 原工藝PUMA主蓋硬度分布與過程能力Fig.3 Process capability and distribution for hardness of PUMA main cap casting for original process

圖4 原工藝V348差速器殼硬度分布與過程能力Fig.4 Process capability and distribution for hardness of V348 differential case casting for original process

2 試驗結果與分析

1）通過調整原鐵水硅的含量，按沖入法球化工藝（球化劑1.4%，孕育劑1%）進行球化，同時澆注產品和Y塊，所獲得的化學成分及Y塊性能如表2、表3所示。

表2 硅強化球墨鑄鐵試驗化學成分數據Tab.2 Chemical composition data for Si solution strengthening test

表3 Y1～Y4的Y塊性能數據Tab.3 Performance data of Y type test blocks for Y1-Y4

2）硅含量的變化與Y塊性能對應關系如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 Si對強度的影響Fig.5 The effect of Si content on strength

圖6 Si對硬度的影響Fig.6 The effect of Si content on hardness

圖7 Si對延伸率的影響Fig.7 The effect of Si content on elongation

從以上趨勢圖可以看出：隨著Si含量增加，基體組織發生改變，但強度與硬度相應遞增，延伸率相應有所下降，說明硅的固溶強化作用不斷增強。

3 硅固溶強化對鑄件本體性能的影響

1）對應澆注Y塊鐵水澆注鑄件本體強度與延伸率性能如表4所示。

從表4可以看出，鑄件本體性能隨硅含量的增加強度相應提高延伸率相應下降，硅的固溶強化作用與Y塊體現作用相近。

2）對應澆注Y塊鐵水澆注鑄件本體取同一包鐵水前、中、后鑄件不同部位檢測硬度數據如表5所示。

表4 Y塊對應鑄件本體性能數據Tab.4 The corresponds of Y type test block to the castings body performance data

表5 Y塊對應鑄件本體硬度數據Tab.4 The corresponds of Y type test block to the castings body hardness data

從表5可以看出，硅固溶強化的球墨鑄鐵PUMA主蓋鑄件本體硬度差為HB19，而合金化混合基體球墨鑄鐵PUMA主蓋鑄件本體硬度差為HB40；硅固溶強化的球墨鑄鐵V348差速器殼鑄件本體硬度差為HB19，而合金化混合基體球墨鑄鐵V348差速器殼本體硬度差為HB71[3-4]。

硅固溶強化球墨鑄鐵PUMA主蓋和V348差速器殼本體硬度過程能力Cpk分別為5.17、2.25，硬度分布如圖8、圖9所示。

圖8 固溶強化后的PUMA主蓋硬度分布與過程能力Fig.8 Process capability and distribution for hardness of PUMA main cap casting for solution strengthening process

圖9 V348差速器殼硬度分布與過程能力Fig.9 Process capability and distribution for hardness of V348 differential case casting for solution strengthening process

通過與原工藝的合金化混合基體球墨鑄鐵對比可以看出，硅固溶強化的球墨鑄鐵大大提高鑄件的本體硬度穩定性和過程能力，對提高鑄件的加工性能具有良好的作用。鑄件批量試產后得到加工廠家好評。

4 結論

1）提高球墨鑄鐵硅的含量，終硅達到3.3%～4.3%，實現硅對球墨鑄鐵基體的固溶強化，從而提高鑄件的強度和韌性。

2）通過硅固溶強化，在提高強度和韌性同時，有效降低了鑄件的硬度梯度，降低了鑄件的壁厚敏感性，提高了鑄件的加工性能，降低了刀具磨損。

3）硅固溶強化球墨鑄鐵降低了實現高牌號球墨鑄鐵工藝難度和成本。