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，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燈箱零件的蠕鐵壓鑄模的試驗。

　　1 試驗條件、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)試驗發(fā)現(xiàn)，當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型試塊來檢驗蠕化和球化效果，然后澆注各種試樣，用以測定抗拉強度、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)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?？梢娙滂F的綜合力學(xué)性能遠高于灰鐵。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、球鐵進行了熱疲勞試驗，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，高溫無相變，較珠光體穩(wěn)定，抗氧化能力及塑性都較珠光體好?？梢?，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結(jié)果

　　3 蠕鐵壓鑄模的生產(chǎn)試驗

　　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)量遠遠優(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)裝人壓鑄機試用，運行結(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，研究方向為鑄造合金及工藝。