浅析高强度高韧性耐磨球铁摇臂的研制 .pdfVIP

浅析高强度高韧性耐磨球铁摇臂的研制

摘要：球墨铸铁以其成本低、力学性能高，已广泛应用于工程机械、汽车等

领域。随着汽车向轻量化、低成本、高性能方向发展，对汽车结构件（底盘支架、

平衡梁悬架）的性能要求越来越高。目前，高强度高韧性球墨铸铁的制备主要是

通过热处理来实现的，但生产过程控制非常严格，产品废品率和生产成本过高。

因此，在铸态下制备高强度、高韧性的球墨铸铁具有重要的现实意义。汽车发动

机摇臂是汽车发动机最重要的零部件之一，汽车发动机摇臂在使用过程中需要非

常高的可靠性，因此对发动机摇臂的材料要求就很高，要求有很高的强度和韧性，

我国过去设计的发动机摇臂的材料一般是45＃钢或低合金的钢锻件，随着汽车行

业的发展，国外汽车发动机的引进，汽车摇臂要求既要满足轻量化，同时要有很

高的强度和韧性，我们生产的康明斯发动机摇臂的单件重量为0.16~0.36公斤，

薄壁仅为3mm，材料为球磨铸铁，我们根据多年生产球墨铸铁件的生产经验，我

们研制和生产了满足用户要求的汽车发动机球墨铸铁摇臂.

关键词：球墨铸铁；生产工艺；摇臂

1.

化学成分的选择

铸铁中5大元素对球磨铸铁的组织和性能影响较大，C和Si是强烈促进石墨

化的元素，如果生产中，C和Si含量控制太低，我们生产的摇臂铸件属于薄壁件，

极易形成自由渗碳体，若C含量过高，浇铸温度稍高，便会出现石墨开花,影响

球墨铸铁件的强度，我们生产的球墨铸铁件摇臂要求球化率为85%以上，球铁的

牌号为QT550-6，牛眼状铁素体小于50%，珠光体50%~80%，自由渗碳体2%，我

们经过多次反复的试验，把碳硅当量控制在4.4~4.6之间，C控制在3.4~3.7Si

控制在2.4~2.9之间，锰是阻碍石墨化元素，在球墨铸铁件中Mm高于0.5以上，

有强烈促进形成珠光体的倾向。同时薄壁处形成白口组织，在铸件中最后凝固部

位易形成反白口，即形成游离渗碳体，为了保证铸件有足够的韧性和较大的冲击

值，我们把锰控制在0.3以下。P、S是生产球墨铸铁中有害元素，根据生产的

实践，我们控制在P0.04，S0.02。

通过实验证明镍的加入能够提高球墨铸铁的强度，同时对提高球墨铸铁的韧

性更加明显，铜的加入能够细化基本组织，增加基本的珠光体含量，使球墨铸铁

的强度有很大提高，球墨铸铁熔炼中加入铜能够增加珠光体，细化基本组织。特

别是热处理正火以后，能形成稳定的珠光体使球墨铸铁件的安全系数有很大的提

升，由于镍和铜合金在我国都是稀缺材料，价格较贵铜的价格相应较低，同时也

能起到合金化作用，我们以铜代镍把球墨铸铁摇臂的铜含量控制在0.4~0.6。

生铁中微量元素对球墨铸件的球化变量也有一定的影响，特别是Ti元素严

重干扰球化作用,使石墨形态恶化，我们选用优质生铁把Ti控制在0.02以下。

1.1Mn、S、P的选择

对于球墨铸铁件，应限制这三种元素，尤其是厚面和大面球墨铸铁件。即使

在珠光体球铁中，由于Mn具有严重的正偏析倾向，它集中在共晶晶界，促进了

晶界碳化物的形成，韧性低，很少用于促进珠光体的形成。特别是对于有低温性

能要求的大断面球墨铸铁，由于球墨铸铁的低温转变温度会提高1℃~20℃随

着锰含量增加0.1%，应严格控制锰含量，选择锰含量0.3%的品种。

在球墨铸铁中，P和s是严格限制的元素。磷在球墨铸铁中有严重的偏析倾

向。容易在晶界产生磷共晶，降低韧性。特别是对有低温性能要求的球墨铸铁，

应严格控制，一般P0.05%。众所周知，s是一种抗石墨化元素，它不仅消耗球

化剂，导致球化不稳定，而且增加夹杂物，导致球化迅速下降。因此，有必要尽

可能减少硫的含量。这样，由于硫含量的降低，可以减少球化剂的加入，减少稀

土的残留，避免稀土的危害。严格控制硫的含量，一般小于0.02%。

二、熔炼工艺的确定

生产球墨铸铁摇臂的铁水熔炼，我们使用0.5吨中频炉熔炼中频炉的炉衬为

石英砂酸性炉衬，中频炉熔炼合金元素烧损小，熔炼温度容易控制，为了获得优

质满足工艺要求的铁水，我们对原材料严格控制，使用的生铁为龙凤山铸业有限

公司生产的球墨铸铁专用生铁，生铁的化学成分范围为C4.2~4.5,Si

0.4~0.8,Mm0.1~0.2,P0.03,S0.025，Ti0.025，球化剂使用了3-8稀土镁

合金。

球墨铸铁的熔炼配料为生铁260公斤废钢40公斤球墨铸铁件回炉料200公

斤，把炉料