灰铸铁件“料硬”问题浅析

黄金亮

（合肥铸锻厂，安徽合肥 23001）

灰铸铁件“料硬”问题浅析

黄金亮

（合肥铸锻厂，安徽合肥 23001）

对叉车制动鼓实际生产过程中产生的加工“料硬”问题进行分析，通过金相观察、力学性能检测等试验，认为Ti元素含量过高是铸件加工料硬主要原因。

钛；金相观察；化学成分；硬度；抗拉强度

制动鼓是我公司叉车制动系统的重要组成部分之一，对其硬度的要求标准较高。硬度过高刹车片磨损较快，容易使制动系统失灵；硬度较低(相对刹车片)，制动鼓自身磨损较快，也会使刹车系统失灵。而且，对于机加工来说，最直观的体现为刀具磨损较快。

而我厂出现的制动鼓加工”料硬”问题，导致刀具磨损情况严重，制动鼓的材质不符合加工和使用要求。本文主要针对该制动鼓的组织和力学性能进行分析，认为钛元素含量过高是造成铸件加工”料硬”主要原因，并对钛元素含量及熔炼工艺进行控制，解决铸件加工“料硬”问题。

1 制动鼓铸件的开发

1.1 制动鼓铸造工艺

图1 铸件三维图

制动鼓铸件如图1所示，铸件壁厚约21~22 mm，最大盆口直径约350 mm；铸造工艺如图2所示，每箱四件，铸件浇注质量约130 kg，材质为HT250。静压生产线造型，中频炉熔炼铁液，全自动浇注机进行浇注。

图2 工艺图

1.2 合金熔炼及浇注

采用普通生铁、废钢、浇冒口回炉料及增碳剂按一定比例配料、熔炼，通过光谱分析铁液成分，并调整至要求范围，成分如表1所示。熔炼升温至1 480 ℃~1 500 ℃左右，静置5 min，出铁温度为1 410℃~1 430 ℃，浇注温度为1 360 ℃~1 380 ℃；一次孕育使用75SiFe，加入量0.3%~0.6%，随流孕育使用硅钡钙孕育剂，加入量为0.1%~0.15%。开箱时间大于120 min，经抛丸后用全自动打磨机器人打磨。

表1 制动鼓化学成分

而针对制动鼓铸件加工“料硬”问题，我厂技术人员对加工“料硬”制动鼓铸件和合格铸件取样分析对比，通过力学性能检测、金相观察以及合金成分分析，找出铸件加工“料硬”的主要原因。

2 铸件加工“料硬”原因分析

2.1 铸件金相及化学成分分析

加工“料硬”铸件和合格铸件的金相及3%硝酸酒精腐蚀金相照片，分别如图3.a、b和c、d所示，加工料硬铸件的A型石墨70%，珠光体含量85%，还有少量D型和块状C型石墨和较多黑色颗粒状碳化物。而合格铸件中A型石墨95%以上，少量D型石墨，珠光体含量95%以上，碳化物含量<1%。从金相观察分析可以看出，加工料硬铸件中A型石墨相对较少，碳化物比合格铸件中含量多。

图3 铸件石墨形态和3%硝酸酒精腐蚀态

通过光谱分析两种铸件化学成分，检测结果如表2所示。铁液的五大元素都在正常范围，但加工料硬铸件中含有大量的Ti，有关资料研究表明，当铁液中Ti含量超过0.05%，对铸件的加工性能影响比较大[1]。结合金相分析，Ti容易与石墨中C形成 TiC ，TiC熔点高，在铁液中首先析出，且金属凝固过程中，这些TiC异质质点促进石墨形成和长大，最终形成D型石墨。当铁液中含钛量增加到0.1%~0.2%时，D型石墨的比例超过95%，也因此D型石墨铸铁均含有一定量的钛（0.06%~0.11%）[2]。

表2 铸件化学成分对比 %

当合金中Ti元素含量较高时，这些TiC硬质质点可能为加工料硬的主要原因，刀具在加工铸件时，硬度差比较大，严重影响刀具的寿命[2]。而当批加工“料硬”铸件所用的生铁，其Ti含量检测也在0.11%左右。

因此，生产时采取以下措施：①调整炉料的配比，增大废钢用量，将铁液中Ti含量控制在0.05%以下；②控制炉前铁液CE，将CE量调整到3.9%左右，并加强孕育；③提高炉前灰铁液的熔炼温度，将炉前熔炼温度提高到1 480 ℃~1 500℃，并适度高温静置，以消除铸铁中石墨的遗传性，细化石墨及基体组织，提高强度；④对生铁及其他炉料中的残存有害微量元素进行严格检查。通过以上措施，减少铸件中Ti元素含量，减少硬质质点的形成。

2.2 铸件力学性能检测

一般情况下，HT250的的布氏硬度在170~225之间。而Ti元素含量调整前后，制动鼓铸件硬度检测结果，如表3所示。通过对比可以看出，盆口位置硬度较底面硬度高；两种铸件同一位置的硬度或高或低，但硬度值均基本处于正常范围内。结合工艺分析可以看出，铸件盆口位置冷却速度较快，相比底面位置组织不均匀，硬质相可能较多，导致铸件硬度较高；加工料硬铸件盆口硬度平均值约为196，底面硬度约为177；合格铸件盆口硬度平均值约为190，底面硬度约为174，微量Ti元素所形成的硬质质点导致铸件的宏观硬度略微增加。

表3 制动鼓试样布氏硬度检测结果对比

表4 试棒的抗拉强度 MPa

实际上，手工硬度检测计检测的布什硬度是钢球在试块上的压痕尺寸的反映，而钢球尺寸相对于合金中碳化物相而言是相当大的，外力主要作用在整个基体上，因此，铸件同一区域硬度并没有明显的差别。

而微量Ti元素对铸件抗拉强度影响较为明显，如表4所示，加工料硬铸件抗拉强度均大于合格铸件。铁液中微量Ti元素生成的高熔点的TiC，能够促进异质形核，起到细化晶粒的作用，最终提高铸件的抗拉强度。而控制Ti元素含量后，铸件强度247.7 MPa仍能达到使用要求。同时，加工过程中也未出现 “料硬”的问题。

3 结语

(1)Ti元素超标可能是导致“料硬”的主要原因，通过加强生铁成分检测及原材料控制、配料调整和提高熔炼温度，使金相组织更加均匀，可以减少硬质质点形成。

(2)Ti元素能够促进碳化物形成，促进石墨异质形核、析出和长大，导致D型石墨含量增加。

(3)微量Ti元素容易与C生成TiC硬质相。硬质相的增加，一方面能够使宏观硬度略微增加；另一方面增加异质形核数量，可以细化晶粒，提高铸件抗拉强度。

[1] 张元好, 曾大新, 刘建勇, 等. 微量钛对灰铸铁加工性能影响[J].中国铸造装备与技术,2004 (3).17-19.

[2] 林小瑛, 卢月美, 李树江, 等. 钛在灰铸铁中行为的研究[J]. 现代铸铁,2004(4).14-16.

[3] 程俊伟, 蒋卫东, 柯尊锡. 钛对灰铸铁力学性能的影响[J]. 铸造技术,2003 (1).18-19.

中华民族大团结主题青铜雕塑

中华民族大团结主题雕塑，是由著名雕塑家、清华大学美术学院副院长曾成钢历时三年潜心创作，2015年完成石膏型作品，2016年完成青铜版制作。

目前完成的青铜版只是这组雕塑的部分小稿，作品大稿最终将会出现在北京亚运村的民族大道两旁，作为新中国成立70周年的献礼呈现。

汉族

拉枯族（石膏）

侗族、汉族、羌族、高山族（从左至右） 青铜

黎族、拉枯族、达斡尔族、布朗族（从左至右） 青铜

锡伯族、俄罗斯族、哈尼族、独龙族（从左至右）青铜

阿昌族、鄂温克族、维吾尔族、乌孜别克族（从左至右） 青铜

朝鲜族、赫哲族、傣族、塔塔尔族（从左至右） 青铜

东乡族、土家族、仫佬族、苗族（从左至右）青铜

（胡春良 供稿）

Analysis of “high-hardness” on gray cast iron

HUANG JinLiang
(Hefei Casting & Forging Factory,Hefei 23001, Anhui,China)

This paper is the study about that the hardness of brake drums exceeds its standard by machining in our factory, analyzed by means of optical microscope, mechanical properties testing, it is proved that the main reason of “high-hardness” is the high content of Ti element.

Ti；metallographic observation；chemical composition；hardness；tensile strength

TG143.2；

A；

1006-9658（2017）04-0067-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.04.020

2016-08-11

稿件编号:1608-1465

黄金亮(1986—），男，助理工程师，长期从事湿型砂控制、铸铁熔炼工作.