2019年 第11期热加工
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C
铸造
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汽车零件精铸QT450-10低温高冲击性能研究
■ 柳建国，陈娟，李乔
汽车底盘配件
摘要：球墨铸铁在低温环境下使用易发生脆断，为提高精铸QT450-10低温冲击韧性，通过正交试验研究化学元素Si 、Ni 对铸件力学性能影响，并对铸件进行正火处理，获得铁素体+珠光体（10%）基体组织，抗拉强度≥450MPa ，-40℃低温冲击吸收能量≥5J 。
关键词：球墨铸铁；化学成分；热处理；低温冲击
随着汽车零件对球墨铸铁件性能要求的提高，其材料牌号和性能超出我国国家标准，现有国标中Q T450-10牌号铁素体基体球墨铸铁-40℃冲击吸收能量不足3J ，难以满足高寒地区行驶的汽车对其低温冲击性能的要求。例如汽车底盘安保转向类铸件抗拉强度和-40℃低温冲击吸收能量分别达到450M P a 和5J ，这在国家标准中还没有明确对应的牌号。因此，同时具有低温高韧性和高强度的球墨铸铁材料有很大开发价值，是很多企业及科研机构研究的重点，也将是低温球墨铸铁未来发展趋势之一。
1. 化学成分设计
（1）碳含量 碳是石墨化元素，可提高球墨铸铁的石墨化程度。碳含量高时，则析出石墨数量多，球径尺寸小，圆整度增加，有利于降低球体低温韧-脆转变温度，提高低温冲击韧性，但会造成石墨漂浮和球爆炸现象。因此，碳含量（质量分数，
下同）应控制在3.6%～3.8%。
（2）硅含量 硅是强烈促进石墨化元素，有利于铁素体体积分数的增加，同时固溶强化铁素体基体，提高铸件抗拉强度、屈服强度和硬度，但硅对球墨铸铁的低温冲击韧性有显著影响，当其含量超过2.5%时，每提高0.1%，韧-脆转变温度提高10～15℃，硅含量过高的球墨铸铁，即使能获得全部铁素体基体组织，也很难在低温冲击载荷的条件下使用， 因此一般低温冲击球墨铸铁的硅含量应在1.9%～2.3%。
（3）锰含量 Mn 是促进白口化的元素，在球墨铸铁凝固时，增加形成白口和碳化物倾向，强烈促进珠光体和渗碳体的形成，对低温球墨铸铁的冲击韧性损害十分严重。M n 易在晶间产生偏析，产生晶间化合物，降低冲击值。对于高韧性低温球墨铸铁，Mn 含量每增加0.1%，韧-脆转变温度提高10～12℃，严重
损害低温球墨铸铁冲击韧性，因此锰含量应控制在0.3%以下。
（4）镍含量 N i 能够降低奥氏体转变温度的同时也降低了球墨铸铁韧-脆转变温度，其具有稳定和细化珠光体组织的作用，但强化基体和促进珠光体的倾向最小。在低温高韧性球墨铸铁中加入适量镍可强化铁素体基体，提高强度、硬度。加Ni 后，一般来讲需要进行退火处理，使珠光体分解，同时退火又可降低球墨铸铁脆性转变温度，提高低温冲击吸收能量。因此，Ni 一般加入量为0.3%～0.6%。
综合以上各元素对球墨铸铁组织及性能的影响，设计低温高韧性QT450-10的化学成分及金相组织要求见表1、表2。
2. 试验方法
（1）试验方案 为了探究Si 、Ni 含量对QT450-10组织及性能影响，设计了正交试验，设计方案见表3。
（2）试验工艺参数 金属