淺析QT600-10 材料

張百堂，孫 浩

（1.濟(jì)南山川機(jī)械制造有限公司，山東 長清 250301；2.濟(jì)南潤龍冶金爐料有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

某公司承接了一種車用行星輪殼產(chǎn)品（見圖1），盡管圖紙材料牌號規(guī)定為QT550-6 或QT600-10，然而a 用戶直接選擇了QT600-10，而不接受QT550-6.之前該公司因沒有直接生產(chǎn)過QT600-10牌號的經(jīng)驗(yàn)，因此對這個材料進(jìn)行了試驗(yàn)。通過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在正常調(diào)配錳、銅、錫合金的情況下，隨爐澆注試棒的抗拉強(qiáng)度時常在600 MPa 之下，或者延伸率也會在10%以下徘徊，而一次性兩指標(biāo)都合格的概率約為50%.在這種情況下，依據(jù)雙方事先達(dá)成的一致意見：此時再檢測本體，若本體硬度合格則依然判定材料為合格。但為了盡快扭轉(zhuǎn)這個情況，便廣泛征求意見，結(jié)果獲取了一種可以滿足QT600-10 材料要求的方法，并且這種方法為EN1 563-2018 標(biāo)準(zhǔn)，所以決定立即采納并安排試驗(yàn)。

圖1 行星輪殼成品圖

接下來的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨爐試棒確實(shí)可以很容易的獲得抗拉強(qiáng)度不低于600 MPa、延伸率不低于10%的要求。同時還發(fā)現(xiàn)，一是試棒與本體金相中的珠光體含量、硬度值卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)；二是原先的易割冒口，每件需要錘擊3～4 錘，有的甚至5～6 錘才能敲下來的，現(xiàn)在1 錘子錘下1 個冒口，有的甚至1 錘子可以錘下2 個冒口的事情，且常常根部還帶肉即損傷了本體。那么，這到底是怎么一回事呢？究竟能不能用這個EN1563-2018 標(biāo)準(zhǔn)中的QT600-10 替代QT600-10 生產(chǎn)車用行星輪殼呢？隨后查閱了所有能夠找到的有關(guān)資料并結(jié)合發(fā)生的現(xiàn)象認(rèn)為，EN1563-2018 中的QT600-10 屬于高硅固溶鐵素體基體組織材質(zhì)，其并非傳統(tǒng)意義上的QT600-10 材料。

1 車用行星輪殼材質(zhì)的規(guī)定

表1 為圖紙規(guī)定的兩種牌號的材質(zhì)，用戶告知需采用CH60/38/10 即QT600-10，執(zhí)行VEDITAB.301.11.0227 標(biāo)準(zhǔn)即表2.同時參照D550 6 材料——執(zhí)行SAEJ434-CASTING 標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示，盡管不按這個材料做，但是可以看出所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)明顯嚴(yán)于D550 6 規(guī)定的硅含量在3.0%以內(nèi)，所以該車用行星輪殼的材料應(yīng)該為正常的QT600-10 牌號，即要求硬度在190 HB～250 HB 范圍、硅含量在2.65%以內(nèi)，以珠光體為主的基體組織。

表1 圖紙規(guī)定的牌號

表2 CH60/38/10 成分與性能要求

表3 D5506 材質(zhì)成分與部分性能要求

2 研發(fā)常規(guī)的QT600-10

實(shí)際研發(fā)該鑄件材料時，執(zhí)行的是常規(guī)也就是硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2.65%的球鐵材料，具體要求以及多次試驗(yàn)的結(jié)果見表4 與表5 的內(nèi)容?？紤]成本問題，研發(fā)時沒有采用加鎳，而是用了銅錫合金。

表4 成分要求與試驗(yàn)的結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表格5 球化率等金相與性能要求

表格中加下劃線的數(shù)據(jù)說明在過程控制中有些成分確實(shí)還不能完全到達(dá)預(yù)期，因此有些爐次的性能同樣不能完全達(dá)到規(guī)定要求，這個材料的試驗(yàn)與控制基本處在臨界狀態(tài)，控制好了則完全合格，稍微一疏忽則會發(fā)生不合格，盡管因?yàn)楸倔w硬度合格而得以放行，但是這個狀態(tài)是不穩(wěn)定的，同時也引起客戶對該材料不穩(wěn)定的擔(dān)心，因此尋求更穩(wěn)妥的方法或如何改進(jìn)勢在必行。

3 高硅QT600-10

基于上述情況，組織發(fā)動了內(nèi)外部資源并獲取了一種有效生產(chǎn)QT600-10 的方法，且該方法即在EN1563-2018 版本的標(biāo)準(zhǔn)中是規(guī)定了的，如表6 所示。

通過表6 看出，該材料屬于高硅固溶強(qiáng)化鐵素體基體的QT600-10，其特點(diǎn)是珠光體含量低，有大量的固溶體固化鐵素體，屬于鐵素體基體，而非珠光體+少量鐵素體的組織，同時硬度低。其高硅含量帶來的低溫脆性在原標(biāo)準(zhǔn)中也有提示，因而屬于特殊材料，而非常規(guī)的球鐵QT600-10 牌號。

表6 EN1563-2018 版本的標(biāo)準(zhǔn)部分——QT600-10 性能

4 采用高硅QT600-10 試驗(yàn)的結(jié)果

試驗(yàn)要求與結(jié)果如表7 與表8 所示。

表7 高硅QT600-10 成分要求與試驗(yàn)的3 次化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表8 高硅QT600-10 試驗(yàn)的3 次球化率等金相與性能

該成分使抗拉強(qiáng)度與延伸率很容易獲得合格的結(jié)果，同時還有兩個意外收獲，一是本體硬度與正常材質(zhì)的相比確實(shí)低，而珠光體含量更低；二是在錘擊冒口過程中發(fā)現(xiàn)，中間的四個易割冒口，非常容易的被錘擊掉，有時1 錘可錘擊掉2 個冒口，冒口清理變得異常容易，這與之前的狀態(tài)完全不一致。圖2 兩種材料的鑄件冒口被錘擊后的對比狀態(tài)。于是，暫停了這個材料的試驗(yàn)，并要求臨時隔離了這三個試驗(yàn)批次的高硅球鐵件。

圖2 兩種材料的鑄件冒口被錘擊后的對比狀態(tài)

5 高硅QT600-10 的相關(guān)資料介紹

資深鑄造專家李傳軾關(guān)于“硅在鑄鐵中的固溶強(qiáng)化作用”一文中明確提出了高硅QT600-10 材料使用的限制性條件是，凡在結(jié)構(gòu)上有應(yīng)力集中部位的鑄件不易使用，尤其不宜用于在低溫條件下承受沖擊載荷的鑄件[1]。

楊萬虎等在“QT500-14，QT600-10 高硅球墨球鐵”一文中明確指出[2]，應(yīng)用此類材質(zhì)生產(chǎn)的高硅球墨鑄鐵件，其低溫和常溫環(huán)境下抗沖擊性較差，必須引起足夠的重視，若不經(jīng)過特殊處理，勢必存在一定的安全隱患，因此這類材料不適用于運(yùn)作在低溫環(huán)境下的球墨鑄鐵件上。

可見該材料限制性使用的條件是——高應(yīng)力高沖擊載荷與低溫條件是不能使用的，否則鑄件極易發(fā)生脆斷。

7 結(jié)論

車用行星輪殼的使用特點(diǎn)是：鑄件首先要受到高應(yīng)力與反復(fù)疲勞沖擊的，另外工作時的環(huán)境溫度，沒有辦法保證其不在零下環(huán)境里長時間工作。結(jié)合已獲知高硅QT600-10 材料的使用特點(diǎn)，以及在現(xiàn)常溫下試驗(yàn)的鑄件易割冒口與常規(guī)QT600-10的對比更容易被錘擊下來的事實(shí)，認(rèn)為車用行星輪殼不適合采用高硅QT600-10，而必須是常規(guī)的QT600-10，生產(chǎn)中材料不穩(wěn)定是需要持續(xù)改進(jìn)的問題比如提高球化率、調(diào)整合金比例或合金品種等措施。

只要是在高應(yīng)力高沖擊載荷以及低溫下工作的鑄件，當(dāng)需高強(qiáng)度高韌性時，均不能采用高硅球鐵，而必須是常規(guī)球鐵。相反，常規(guī)QT600-10 可以替代高硅QT600-10.兩者雖然都是QT600-10，但因由不同成分引發(fā)的基體組織的巨大差異，由此又決定了各自材料的特性，這個特性不僅僅體現(xiàn)在均可以滿足常溫抗拉強(qiáng)度以及延伸率的要求，同時又決定了各自的固有特性。高硅的存在使得鑄件不耐受高沖擊高應(yīng)力，且對低溫非常敏感，相反常規(guī)的則無此顯著特點(diǎn)。

由此得出，在選用材料時清晰地了解材料的固有特性以及鑄件的使用條件，對正確選用材料具有重要意義，因?yàn)榕铺栂嗤?、抗拉?qiáng)度、延伸率相同，卻因成分不同、金相不同，實(shí)際結(jié)果卻大相徑庭。