張 杰，任國波，葉長青

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇 常州 213100）

1 鑄件的特點(diǎn)和技術(shù)要求

端蓋是地鐵驅(qū)動電機(jī)上的關(guān)鍵零部件之一，其形狀為框型結(jié)構(gòu)，中間為軸承孔位置，軸承孔壁厚為22.5 mm，成“L”型熱節(jié)。在工作中需承受低溫沖擊，因此零件材料要求嚴(yán)格，采用高韌性球墨鑄鐵，鑄件材質(zhì)為QT400-18LT，硬度：130 HB～175 HB.低溫零下20 ℃沖擊平均不小于12 J，金相組織上球化率≥90%，珠光體體積含量＜10%.

2 工藝難度分析

端蓋是典型的高韌性球墨鑄鐵件，對材料的要求較高。性能上要求有較高的沖擊值和伸長率；產(chǎn)品技術(shù)條件要求用本體試樣進(jìn)行材料驗(yàn)收。由于QT400-18LT 球墨鑄鐵縮孔傾向比一般球墨鑄鐵要大，要確保產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量，滿足產(chǎn)品性能要求，在工藝上必須采用相應(yīng)的措施。國外通常采用加入一定量的鎳合金來提高其沖擊值，國內(nèi)通過熱處理的方式來改善其沖擊值，可以通過控制合理的化學(xué)成分采用鑄態(tài)工藝來滿足其性能要求。

端蓋安裝在驅(qū)動電機(jī)兩端，主要用于電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的安裝及電機(jī)內(nèi)腔密封作用，該產(chǎn)品首件必須進(jìn)行實(shí)物剖切見證試驗(yàn)，批量生產(chǎn)時(shí)均須進(jìn)行UT 和MT 探傷檢測，其中軸承孔位置、回油槽和加強(qiáng)筋（見圖1）內(nèi)部質(zhì)量要求為DIN 1690 MS2-V2，其余部位內(nèi)部質(zhì)量要求為DIN 1690 MS3-V3.

圖1 端蓋結(jié)構(gòu)

3 試驗(yàn)方法

根據(jù)端蓋的技術(shù)特點(diǎn)，要求球化率≥90%，珠光體含量＜10%，決定熔煉時(shí)采用專用的鐵素體型球化劑和含鉍的孕育劑搭配使用，來提高其球化率。

3.1 化學(xué)成分的選擇

結(jié)合端蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，參照公司球墨鑄鐵的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和查找相關(guān)技術(shù)資料，確定化學(xué)成分。

1）C：高的含碳量能促進(jìn)石墨化，增加石墨球數(shù)量、改善球化質(zhì)量，減少鑄件的縮松傾向。所以，確定C 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3.50%～3.80%范圍內(nèi)。

2）Si：一定的Si 能促進(jìn)石墨、防止?jié)B碳體的產(chǎn)生，但Si 會提高材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，降低韌性，選擇Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.20%～2.50%.

3）Mn：Mn 能促進(jìn)珠光體的生成，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度，但塑性和韌性降低，且錳提高球墨鑄鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度，鐵素體球鐵中錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加0.1%，脆性轉(zhuǎn)變溫度大約提高10 ℃～12 ℃.綜合考慮力學(xué)性能，將Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.20%～0.25%范圍。

4）P：球墨鑄鐵中，磷的溶解度很小，當(dāng)含磷量超過溶解度極限時(shí)，磷以磷共晶形態(tài)析出。由于成分、冷卻速度、偏析等原因，球鐵中含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%時(shí)就可能出現(xiàn)磷共晶，降低球墨鑄鐵韌性和塑性。因此，要嚴(yán)格限制磷含量。

5）S：低硫鐵水是保證球化穩(wěn)定，減少夾渣、皮下氣孔等缺陷的極為重要的先決條件，應(yīng)力求降低原鐵水含硫量。

綜合以上分析，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）確定為w（C）：3.50%～3.80%；w（Si）：2.20%～2.50%；w（Mn）：0.20%～0.25%；w（P）≤0.040%；w（S）≤0.020%；w（Mg 殘）：0.03%～0.06%；w（Re）：≤0.020%.

w（Si）為2.20%～2.50%，促進(jìn)鐵素體的形成，保證產(chǎn)品的延伸率和沖擊值；w（Mn）：0.20%～0.25%，保證性能的同時(shí)，以免出現(xiàn)脆性。

3.2 球化處理及孕育處理：

3.2.1 球化處理

球化劑選用鐵素體型（型號為D-2F），加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%～1.6%.

球化劑裝填時(shí)將球化劑放入凹坑底部，其上覆蓋細(xì)硅鐵粉，最上層覆蓋新生鐵。

采用倒包沖入法球化處理工藝，減小球化處理溫度的波動、增加了鐵液傾倒的速度，降低了球化處理中球化劑的氧化和燒損，穩(wěn)定了球化質(zhì)量。球化處理溫度為1 450 ℃～1 480 ℃.

3.2.2 孕育處理

采用含Ba、Bi 的長效孕育劑復(fù)合孕育工藝。

一次孕育：選用粒度為5 mm～16 mm 的含Ba孕育劑，在球化處理后補(bǔ)鐵液時(shí)加入鐵液表面，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.5%～0.7%.

二次孕育：澆注時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)孕育，采用粒度為0.81 mm～1 mm 含Bi 的孕育劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.10%～0.15%.

3.2.3 溫度控制

一次孕育后溫度：1 380 ℃～1 400 ℃，產(chǎn)品澆注溫度：1 350 ℃～1 370 ℃.

4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 試驗(yàn)結(jié)果

分析認(rèn)為，通過使用鐵素體型專用球化劑，提高了鑄件的球化率，但是有一次試樣的力學(xué)性能不符合技術(shù)要求，問題的主要原因是鑄件要求高沖擊需要碳含量高，錳含量不能過高。

5 改進(jìn)工藝

按照以上工藝進(jìn)行熔煉，在此基礎(chǔ)上，保證鐵水的碳硅當(dāng)量，適當(dāng)提高錳含量，降低硅含量。改進(jìn)工藝后試驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 改進(jìn)工藝后試驗(yàn)結(jié)果

改進(jìn)工藝后石墨形態(tài)和基體組織如圖1 所示。

圖2 金相圖片

分析認(rèn)為，含Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)按0.18%～0.22%控制。含Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)按2.00%～2.20%控制，力學(xué)性能和沖擊值均符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

6 結(jié)論

1）由于端蓋鑄件為鐵素體型球墨鑄鐵件，使用專用的鐵素體型球化劑來球化處理。

2）端蓋鑄件要求球化率大于等于90%，球化劑加入量按偏上限控制，并進(jìn)行兩次孕育，二次孕育時(shí)進(jìn)行隨流孕育。

3）由于端蓋要求高沖擊值，必須合理控制鐵水的錳含量和硅含量。