本文探討研究了蠕墨鑄鐵壓鑄模的相關(guān)特性。

　　用高頻電爐熔化，以稀土鎂鈣合金作蠕化劑，采用陶瓷型精鑄工藝，試生產(chǎn)了蠕鐵壓鑄模。結(jié)果表明：蠕鐵不僅有較高的杭拉強(qiáng)度、硬度及延伸率，而且還有優(yōu)于其它石基形態(tài)鑄鐵的抗熱疲勞性能，在使用壽命相近的情況下，陶瓷型精鑄蠕鐵壓鑄模成本僅為3Cr2W8V鋼成本的1/3，具有較高的壽命價格比。

　　目前，壓鑄模材料發(fā)展處于不斷完善階段，在美、日、德國曾做過用18Ni250T，18N300和鎢基材料的試驗(yàn)，尚未普遍推廣，而大量采用的是H-13鋼。我國壓鑄模材料大都是3Cr2W8V和2Cr2W8合金鋼及H-13鋼，但其壽命價格比都不高，且生產(chǎn)周期長。探索高性價比的壓鑄模替代材料已成為壓鑄行業(yè)普遍關(guān)心的問題。本文介紹的是采用陶瓷型工藝鑄造電影機(jī)燈箱零件的蠕鐵壓鑄模的試驗(yàn)。

　　1 試驗(yàn)條件、內(nèi)容與方法

　　熔煉采用高頻電爐、鐵水出爐溫度為1420℃-1450℃，爐料由Z15、廢鋼和回爐料組成。孕育劑采用75#Si-Fe，采用兩種蠕化劑，其化學(xué)成分如表1。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RE-Mg合金加人量低于0.5%、RE-Mg-Ca合金加人量低于0.9%時，石墨的形態(tài)為過冷石墨和少量蠕蟲狀石墨;當(dāng)RE-Mg合金加人量大于0.6%、RE-Mg-Ca合金加人量大于1.39%時，石墨呈團(tuán)球狀。為了穩(wěn)定獲得蠕墨鑄鐵，選擇RE-Mg合金加人量為0.55%、RE-Mg-Ca合金加人量為1.1%。

表1兩種紹化荊的化學(xué)成分

　　蠕化、球化處理采用包底沖人法。每次處理后，爐前用V型試塊來檢驗(yàn)蠕化和球化效果，然后澆注各種試樣，用以測定抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度、金相組織、化學(xué)成分及熱疲勞性能。

　　鐵水的化學(xué)成分對能否穩(wěn)定地獲得蠕蟲狀石墨組織并保證其性能有重要的影響。蠕鐵的化學(xué)成分(以下均以質(zhì)量百分含量計(jì))確定如下，C：3.6%-3.8%,Si：2.6%-2.9%, Mn<0.4%, S：<0.03%，其余為Fe。

　　熱疲勞試樣加工成直徑為20mm，長為10mm的圓樣，在450℃管式爐中保溫15s，然后放人水中(室溫)激冷15s，循環(huán)操作直至出現(xiàn)肉眼可見的裂紋為止。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1化學(xué)成分與力學(xué)性能

　　蠕鐵與灰鐵、球鐵的化學(xué)成分及性能的比較與分析見表2。

表2灰鐵、蠕鐵、球鐵力學(xué)性能的比較

　　由表2可知，蠕鐵的抗拉強(qiáng)度比灰鐵高很多，有的高出近一倍;蠕鐵的延伸率是灰鐵的3-5倍，硬度也高于灰鐵。可見蠕鐵的綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)高于灰鐵。與球鐵相比，蠕鐵的上述力學(xué)性能與之相差的幅度不大，而蠕鐵由于石墨形態(tài)為蠕蟲狀，其導(dǎo)熱性能要比球鐵好得多，所以在高溫下，蠕鐵具有良好的力學(xué)性能。

　　2.2 熱疲勞性能

　　分別對灰鐵、蠕鐵、球鐵進(jìn)行了熱疲勞試驗(yàn)，其循環(huán)次數(shù)分別為：219、380、360(4個試樣平均值)。

　　上述3種材質(zhì)中蠕墨鑄鐵有最好的耐熱疲勞性能，這是材質(zhì)的導(dǎo)熱率與力學(xué)性能綜合作用的結(jié)果：球墨鑄鐵力學(xué)性能雖好，但彈性模量大，導(dǎo)熱率低，在激冷激熱作用下產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大，易促使裂紋出現(xiàn);灰口鑄鐵的導(dǎo)熱率雖高，但力學(xué)性能太低，故而熱疲勞性能最差。蠕墨鑄鐵有接近球鐵的力學(xué)性能，又有和灰口鑄鐵相似的良好導(dǎo)熱性，因而在激冷激熱作用下表現(xiàn)出最好的耐熱疲勞性能。

　　2.3 鐵素體含量對熱疲勞性能的影響

　　表3給出了不同基體組織的蠕鐵熱疲勞試驗(yàn)結(jié)果。從表3可知：鐵素體基體的耐熱疲勞性能優(yōu)于珠光體基體，這是由于鐵素體是單相組織，高溫?zé)o相變，較珠光體穩(wěn)定，抗氧化能力及塑性都較珠光體好。可見，壓鑄模采用以鐵素體為主的基體組織為宜。

表3不同基體組織的蠕鐵熱疲勞試驗(yàn)結(jié)果

　　3 蠕鐵壓鑄模的生產(chǎn)試驗(yàn)

　　選用范圍較寬的RE-Mg-Ca作蠕化劑，其加人量為1.1%。分別采用陶瓷和普通砂兩種材料造型，澆注蠕鐵壓鑄模。

　　下圖為蠕鐵壓鑄模的金相組織，可見：石墨形態(tài)以蠕蟲狀為主，蠕化效果良好;蠕鐵壓鑄模的基體組織以鐵素體為主體，這可以保證對壓鑄模耐沖擊韌性的要求。

　　對比陶瓷和普通砂兩種造型材料鑄造出的蠕鐵壓鑄模，陶瓷型生產(chǎn)的蠕鐵壓鑄模的表面質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于砂型生產(chǎn)的蠕鐵壓鑄模，_且在型腔內(nèi)有一層致密的硬化表層，使得硬度更高，耐磨性更好。陶瓷型生產(chǎn)的蠕鐵壓鑄模除必要的定位尺寸外，其余都不需要進(jìn)行加工，可鑄態(tài)使用。由于陶瓷型工藝生產(chǎn)的壓鑄模的型腔不需加工，從而與3Cr2W8V鋼相比節(jié)省了大量的機(jī)加和熱處理工時，可大大降低生產(chǎn)成本。

　　陶瓷型精鑄蠕鐵壓鑄模經(jīng)裝人壓鑄機(jī)試用，運(yùn)行結(jié)果表明：該壓鑄模的使用壽命接近1.6萬次，其破損的形式是熱疲勞，其使用壽命是3Cr2W8V鋼壓鑄模的3/4，且略高于球鐵壓鑄模，而其成本只有3Cr2W8V鋼的1/3。因此，采用蠕鐵壓鑄模代替3Cr2W8V鋼壓鑄模，使用性能可靠，成本低廉。

　　4 結(jié)論

　　蠕鐵不僅有較高的抗拉強(qiáng)度、硬度及延伸率，而且還有優(yōu)于其它石墨形態(tài)鑄鐵的抗熱疲勞性能，具有較高的壽命價格比。在使用壽命相近的情況下，陶瓷型精鑄蠕鐵壓鑄模成本僅為3Cr2W8V鋼成本的1/3，用蠕鑄鐵代替3Cr2W8V鋼作壓鑄模材料是可行的。且蠕鐵壓鑄模無需大量加工和熱處理，生產(chǎn)周期短，尤其在單件小批量生產(chǎn)時，更能體現(xiàn)出蠕鐵壓鑄模的優(yōu)越性。

　　作者簡介：孫宇(1980-)，男，哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，研究方向?yàn)殍T造合金及工藝。