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        銅對汽車差速器殼體QT500-7力學(xué)性能的影響

        2020-07-08 08:11:02王令李志華
        金屬加工(熱加工) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能

        王令,李志華

        格特拉克(江西)傳動系統(tǒng)有限公司 江西南昌 330013

        1 序言

        差速器殼體是汽車差速器的重要組成部分,主要起到連接差速器各零件的作用,如行星齒輪、半軸齒輪、從動錐齒輪、調(diào)整墊片、軸承及行星齒輪軸等,因此對連接各零件的差速器殼體的力學(xué)性能有很高的要求。球墨鑄鐵因具有較高的強度、硬度,同時具有良好的韌性,在機械制造行業(yè)中的得到廣泛應(yīng)用[1-3]。某汽車選擇球墨鑄鐵QT500-7作為差速器殼體材料,但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)球墨鑄鐵QT500-7的力學(xué)性能不合格,不能滿足使用要求。通過現(xiàn)場觀察和分析,主要從材料的化學(xué)成分加以改進,通過添加銅以改善材料的顯微組織和力學(xué)性能,滿足使用要求。

        2 試驗方法

        球墨鑄鐵在采用鎂做球化劑的情況下,銅的加入量應(yīng)控制在0.4%(質(zhì)量分數(shù),下同)以下;若銅的加入量在0.5%~0.8%,球墨鑄鐵的硬度能得到顯著的提高,但同時銅與鎂會形成Cu-Mg合金,削弱鎂的有效球化作用,降低球墨鑄鐵的加工性能[4]。在使用稀土鎂作為球化劑的情況下,銅的加入不受限制,但不應(yīng)超過1.5%,否則銅會凝聚偏析在球狀石墨周圍。生產(chǎn)稀土鎂球墨鑄鐵時,2.0%以下的銅,對球化率、球化數(shù)目、球徑大小沒有顯著變化;銅對球墨鑄鐵基體組織有強珠光體化的作用,大約是鎳的10倍,加入1.5%的銅,可使珠光體的含量達到100%[5]。

        銅的熔點為1083℃,沸點2566℃,在鐵液中是非常穩(wěn)定的,因此必須在球化處理前加入銅,否則易產(chǎn)生厚片狀石墨,或周邊球化,中心部位為厚片狀石墨組織,且易出現(xiàn)心部蜂窩狀疏松。

        試驗采用同一批原材料生鐵,經(jīng)脫硫工序后,應(yīng)用中頻感應(yīng)電爐熔化,在此試驗過程中將力學(xué)性能不合格的QT500-7球墨鑄鐵作為1#試樣,2#試樣作為對比試驗,加入0.4%的銅,然后進行球化和孕育處理,澆注成標(biāo)準(zhǔn)試塊后,進行材料相關(guān)性能檢測。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 化學(xué)成分分析

        應(yīng)用SPECTRD LAB LAVM10光譜儀對兩個標(biāo)準(zhǔn)試塊進行化學(xué)成分分析,檢測結(jié)果見表1。從表1可看出,1#和2#試塊除銅元素外,其他元素含量基本一致,且2#試塊的銅含量為0.41%,與試樣前的加入量0.4%相近。

        表1 QT500-7的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) (%)

        3.2 力學(xué)性能分析

        應(yīng)用拉伸試驗機對1#和2#標(biāo)準(zhǔn)試塊(每種試塊取兩個標(biāo)樣)進行拉伸試驗,其檢測結(jié)果見表2。從表2可看出,加Cu后的標(biāo)準(zhǔn)試樣抗拉強度、屈服強度以及硬度都有很大的提高,伸長率略有下降,參照GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》,未加Cu的1#試塊不符合技術(shù)要求,添加0.4%Cu的2#試塊符合QT500-7的技術(shù)要求。這是因為在共析轉(zhuǎn)變過程中,銅的加入使固溶在奧氏體中的碳以共析滲碳體析出,從而促進珠光體的形成,抑制游離碳化物的生成,細化組織,降低斷口組織的敏感性,提高QT500-7材料的力學(xué)性能。

        表2 QT500-7的力學(xué)性能

        3.3 金相分析

        將拋光后的試樣采用4%的硝酸酒精浸蝕后,按GB/T 9441—2009《球墨鑄鐵金相檢驗》檢測1#和2#試塊的珠光體數(shù)量,如圖1所示。由圖1可知,1#材料為沒有添加銅元素的QT500-7,珠光體含量在15%左右,鐵素體含量約為88%,且珠光體分布不均勻;2#材料為添加0.41%銅元素的QT500-7的金相組織,珠光體含量在55%左右,鐵素體含量約為45%,且珠光體分布較均勻。這是因為銅能降低球墨鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度,每增加1%的銅,可降低共析溫度6~10℃,共析溫度的降低擴大了珠光體形成區(qū)間,促進珠光體形成和細化(當(dāng)珠光體的片層間距從0.4μm降至0.35μm時,強度提高25~35 MPa),還固溶強化了珠光體中的鐵素體,同時減少或抑制鐵素體的形成。銅的加入使QT500-7材料的整體硬度和強度提高,力學(xué)性能提升。

        圖1 金相組織

        4 結(jié)束語

        在QT500-7中加入0.41%的銅,可促進珠光體形成和細化,組織分布更均勻,并且提高了材料的力學(xué)性能。

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