高硅固溶强化铁素体球墨铸铁在汽车铸件上的应用实践

唐 辉 ， 邹 卫 ， 郭之萍 ， 陈 凯 ， 张永斌

（江铃汽车股份有限公司铸造厂，江西 南昌 330100）

球墨铸铁广泛应用在汽车的零部件，如轮毂、差速器壳、支架、转向节、主盖等，为了提高球墨铸铁的强度或韧性，以往通过调整球墨铸铁的基体组织来实现。近几年，国内有多篇文章介绍：通过高硅固溶强化的方法，获得高强度、高韧性、全铁素体基体的球墨铸铁，解决了铜或锰等合金化珠光体加铁素体混合基体球墨铸铁存在的低延伸率、硬度梯度较大等问题[1-2]。江铃汽车股份有限公司铸造厂为解决PUMA主盖和V348差壳球铁件强度和硬度不均匀的问题，将硅强化铁素体球墨铸铁工艺技术应用到该产品的实践中，取得了不错的效果。

1 铸件外形与原材质工艺介绍

PUMA主盖外形尺寸182mm×130mm×63.5mm，质量5.4kg，材质牌号要求为QT500-7，本体要求硬度HB170-241。V348差速器壳外形尺寸φ200mm×115mm，质量5.3kg，材质牌号要求为QT550-6，本体要求硬度HB197-255，铸件形状与检测部位如图1、图2所示。

图1 PUMA主盖Fig.1 PUMA main cap casting

图2 V348差速器壳Fig.2 V348 differential case casting

原工艺的数据状况如表1所示。

表1 工艺的数据Tab.2 Process data

由于本体硬度波动过大，造成铸件加工性能差，PUMA主盖和V348差速器壳本体硬度过程能力Cpk分别为0.51、0.74，硬度分布如图3、图4所示。

图3 原工艺PUMA主盖硬度分布与过程能力Fig.3 Process capability and distribution for hardness of PUMA main cap casting for original process

图4 原工艺V348差速器壳硬度分布与过程能力Fig.4 Process capability and distribution for hardness of V348 differential case casting for original process

2 试验结果与分析

1）通过调整原铁水硅的含量，按冲入法球化工艺（球化剂1.4%，孕育剂1%）进行球化，同时浇注产品和Y块，所获得的化学成分及Y块性能如表2、表3所示。

表2 硅强化球墨铸铁试验化学成分数据Tab.2 Chemical composition data for Si solution strengthening test

表3 Y1～Y4的Y块性能数据Tab.3 Performance data of Y type test blocks for Y1-Y4

2）硅含量的变化与Y块性能对应关系如图5、图6、图7所示。

图5 Si对强度的影响Fig.5 The effect of Si content on strength

图6 Si对硬度的影响Fig.6 The effect of Si content on hardness

图7 Si对延伸率的影响Fig.7 The effect of Si content on elongation

从以上趋势图可以看出：随着Si含量增加，基体组织发生改变，但强度与硬度相应递增，延伸率相应有所下降，说明硅的固溶强化作用不断增强。

3 硅固溶强化对铸件本体性能的影响

1）对应浇注Y块铁水浇注铸件本体强度与延伸率性能如表4所示。

从表4可以看出，铸件本体性能随硅含量的增加强度相应提高延伸率相应下降，硅的固溶强化作用与Y块体现作用相近。

2）对应浇注Y块铁水浇注铸件本体取同一包铁水前、中、后铸件不同部位检测硬度数据如表5所示。

表4 Y块对应铸件本体性能数据Tab.4 The corresponds of Y type test block to the castings body performance data

表5 Y块对应铸件本体硬度数据Tab.4 The corresponds of Y type test block to the castings body hardness data

从表5可以看出，硅固溶强化的球墨铸铁PUMA主盖铸件本体硬度差为HB19，而合金化混合基体球墨铸铁PUMA主盖铸件本体硬度差为HB40；硅固溶强化的球墨铸铁V348差速器壳铸件本体硬度差为HB19，而合金化混合基体球墨铸铁V348差速器壳本体硬度差为HB71[3-4]。

硅固溶强化球墨铸铁PUMA主盖和V348差速器壳本体硬度过程能力Cpk分别为5.17、2.25，硬度分布如图8、图9所示。

图8 固溶强化后的PUMA主盖硬度分布与过程能力Fig.8 Process capability and distribution for hardness of PUMA main cap casting for solution strengthening process

图9 V348差速器壳硬度分布与过程能力Fig.9 Process capability and distribution for hardness of V348 differential case casting for solution strengthening process

通过与原工艺的合金化混合基体球墨铸铁对比可以看出，硅固溶强化的球墨铸铁大大提高铸件的本体硬度稳定性和过程能力，对提高铸件的加工性能具有良好的作用。铸件批量试产后得到加工厂家好评。

4 结论

1）提高球墨铸铁硅的含量，终硅达到3.3%～4.3%，实现硅对球墨铸铁基体的固溶强化，从而提高铸件的强度和韧性。

2）通过硅固溶强化，在提高强度和韧性同时，有效降低了铸件的硬度梯度，降低了铸件的壁厚敏感性，提高了铸件的加工性能，降低了刀具磨损。

3）硅固溶强化球墨铸铁降低了实现高牌号球墨铸铁工艺难度和成本。