翟振輝

（河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

擠壓鑄造是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種先進(jìn)的鑄造方法。液態(tài)金屬在高壓的作用下，在緊縮的模具型腔內(nèi)保壓、結(jié)晶直至凝固。它所獲得的鑄件金相組織發(fā)生了明顯變化，力學(xué)性能好，是一種生產(chǎn)效率高的精密成形工藝［1］。

2 試驗(yàn)材料與設(shè)備

2.1 試驗(yàn)材料及熔煉

利用車間內(nèi)的回爐鐵塊、廢鋼及生鐵塊等，在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化。嚴(yán)格進(jìn)行爐前化學(xué)分析檢驗(yàn)，保證各批次試件的化學(xué)成分達(dá)到規(guī)定的范圍，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分%

2.2 使用設(shè)備和模具

在Y32－100四柱通用液壓機(jī)上，采用圖1所示模具。模具材料為5CrMnMo。

2.3 壓力測(cè)試裝置

在壓力機(jī)的活動(dòng)橫梁上裝有壓力示波傳感器，利用壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)中的調(diào)壓閥來(lái)改變壓力大小。

2.4 力學(xué)性能測(cè)試

按常規(guī)材料力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試方法，對(duì)其強(qiáng)度極限b，延伸率和硬度HB進(jìn)行測(cè)試。

3 試驗(yàn)方法及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

利用圖1所示模具，在重力條件下澆鑄出5個(gè)樣件。該樣件的直徑和高度分別為70mm和120mm。然后在5 種擠壓力(57 MPa、108 MPa、152 MPa、196 MPa和225 MPa)，且每種壓力又分別取3種保壓時(shí)間(5s、10s、15s)。這樣在不同擠壓力和保壓時(shí)間的工藝參數(shù)下，在液壓機(jī)上利用圖1所示的模具進(jìn)行灰鑄鐵件的試生產(chǎn)。要求每組工藝參數(shù)下至少鍛出5個(gè)樣件，然后從每組中任意取出3個(gè)樣件進(jìn)行組織觀察分析和綜合性能檢測(cè)［2］。

3.2 結(jié)晶組織及分析

對(duì)不同的壓力、保壓時(shí)間等工藝參數(shù)得到的灰鑄鐵樣件，進(jìn)行鑄造表面、宏觀組織和微觀組織進(jìn)行觀察、分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，保壓時(shí)間對(duì)鑄鐵的組織影響不大，而擠壓力的大小是其結(jié)晶組織的主要影響因素。在壓力下結(jié)晶，不僅改變了鑄鐵共晶組織結(jié)構(gòu)的形成，而且明顯地抑制了鑄鐵晶粒的長(zhǎng)大，使石墨的形態(tài)由粗大片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的球狀，如表2所示。我們認(rèn)為，這是由于壓力結(jié)晶條件下，降低了石墨相的擇優(yōu)長(zhǎng)大傾向，使其在所得結(jié)晶方向，表現(xiàn)出同一生長(zhǎng)速度［3］，這樣使原本擇優(yōu)生長(zhǎng)條件下形成的片狀石墨，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)均衡長(zhǎng)大條件下形成的球狀石墨。

表2 壓力與石墨形狀及力學(xué)性能的關(guān)系

從樣件剖開(kāi)的橫切斷口上，我們還發(fā)現(xiàn)在重力鑄造下的樣件，而斷面中心的石墨相呈粗大的片狀，晶粒度為3～4級(jí)［4］。在57MPa壓力作用下，石墨相為渦流狀，但其直線長(zhǎng)度減少了約1/3，晶粒度為4～5級(jí)。當(dāng)壓力增加到225MPa時(shí)，石墨相呈現(xiàn)出細(xì)小的球狀，且從邊緣貫穿到樣件中心。與重力鑄造相比，225MPa高壓下結(jié)晶，鑄鐵單位面積上的晶粒數(shù)量增加了約3.7倍，并且等軸狀的樹(shù)枝晶粒減少了約1/3～1/4。

通過(guò)觀察不同保壓時(shí)間所得樣件，其金相組織相差不大。因此選擇保壓時(shí)間為10秒的樣件進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試及分析，其結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)論

1)灰鑄鐵在擠壓力作用下進(jìn)行凝固結(jié)晶，其金相組織和性能發(fā)生了明顯的變化，它的氣密性提高，石墨晶體的尺寸減小，晶核數(shù)目大大增加，微觀組織顯著細(xì)化。

2)對(duì)于受力較大的灰鑄鐵鑄件，在凝固過(guò)程中外加一定壓力，工件在壓力下結(jié)晶，減少或消除了工件內(nèi)部疏松、氣孔等缺陷，改善了內(nèi)部組織，達(dá)到了改善力學(xué)性能的目的。而且在外力為108～225MPa下，其力學(xué)性能指標(biāo)比重力鑄造提高得更加明顯。達(dá)到或超過(guò)了球墨鑄鐵。

3)灰口鑄鐵在壓力下進(jìn)行凝固結(jié)晶，特別適合于厚壁制件，厚壁即使增加到70mm以上，仍能保持高的力學(xué)性能。

［1］羅守靖，陳炳光，齊丕驤.液態(tài)模鍛與擠壓鑄造技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］葉四友，范宏訓(xùn)，何漢軍.鋼鍛模擠壓鑄造模具設(shè)計(jì)及成形工藝［J］.特種鑄造及有色合金，2011，(04).

［3］趙浩峰.現(xiàn)代壓力鑄造技術(shù)［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

［4］郝海濱.金屬材料精密壓力成形技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.