淺析QT600-10 材料

張百堂，孫 浩

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

某公司承接了一種車用行星輪殼產品（見圖1），盡管圖紙材料牌號規定為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過QT600-10牌號的經驗，因此對這個材料進行了試驗。通過多次試驗發現，在正常調配錳、銅、錫合金的情況下，隨爐澆注試棒的抗拉強度時常在600 MPa 之下，或者延伸率也會在10%以下徘徊，而一次性兩指標都合格的概率約為50%.在這種情況下，依據雙方事先達成的一致意見：此時再檢測本體，若本體硬度合格則依然判定材料為合格。但為了盡快扭轉這個情況，便廣泛征求意見，結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 標準，所以決定立即采納并安排試驗。

圖1 行星輪殼成品圖

接下來的試驗發現，隨爐試棒確實可以很容易的獲得抗拉強度不低于600 MPa、延伸率不低于10%的要求。同時還發現，一是試棒與本體金相中的珠光體含量、硬度值卻遠遠低于常規；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 標準中的QT600-10 替代QT600-10 生產車用行星輪殼呢？隨后查閱了所有能夠找到的有關資料并結合發生的現象認為，EN1563-2018 中的QT600-10 屬于高硅固溶鐵素體基體組織材質，其并非傳統意義上的QT600-10 材料。

1 車用行星輪殼材質的規定

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

表1 圖紙規定的牌號

表2 CH60/38/10 成分與性能要求

表3 D5506 材質成分與部分性能要求

2 研發常規的QT600-10

實際研發該鑄件材料時，執行的是常規也就是硅質量分數低于2.65%的球鐵材料，具體要求以及多次試驗的結果見表4 與表5 的內容?？紤]成本問題，研發時沒有采用加鎳，而是用了銅錫合金。

表4 成分要求與試驗的結果（質量分數，%）

表格5 球化率等金相與性能要求

表格中加下劃線的數據說明在過程控制中有些成分確實還不能完全到達預期，因此有些爐次的性能同樣不能完全達到規定要求，這個材料的試驗與控制基本處在臨界狀態，控制好了則完全合格，稍微一疏忽則會發生不合格，盡管因為本體硬度合格而得以放行，但是這個狀態是不穩定的，同時也引起客戶對該材料不穩定的擔心，因此尋求更穩妥的方法或如何改進勢在必行。

3 高硅QT600-10

基于上述情況，組織發動了內外部資源并獲取了一種有效生產QT600-10 的方法，且該方法即在EN1563-2018 版本的標準中是規定了的，如表6 所示。

通過表6 看出，該材料屬于高硅固溶強化鐵素體基體的QT600-10，其特點是珠光體含量低，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準中也有提示，因而屬于特殊材料，而非常規的球鐵QT600-10 牌號。

表6 EN1563-2018 版本的標準部分——QT600-10 性能

4 采用高硅QT600-10 試驗的結果

試驗要求與結果如表7 與表8 所示。

表7 高硅QT600-10 成分要求與試驗的3 次化學成分（質量分數，%）

表8 高硅QT600-10 試驗的3 次球化率等金相與性能

該成分使抗拉強度與延伸率很容易獲得合格的結果，同時還有兩個意外收獲，一是本體硬度與正常材質的相比確實低，而珠光體含量更低；二是在錘擊冒口過程中發現，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。于是，暫停了這個材料的試驗，并要求臨時隔離了這三個試驗批次的高硅球鐵件。

圖2 兩種材料的鑄件冒口被錘擊后的對比狀態

5 高硅QT600-10 的相關資料介紹

資深鑄造專家李傳軾關于“硅在鑄鐵中的固溶強化作用”一文中明確提出了高硅QT600-10 材料使用的限制性條件是，凡在結構上有應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]，應用此類材質生產的高硅球墨鑄鐵件，其低溫和常溫環境下抗沖擊性較差，必須引起足夠的重視，若不經過特殊處理，勢必存在一定的安全隱患，因此這類材料不適用于運作在低溫環境下的球墨鑄鐵件上。

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

7 結論

車用行星輪殼的使用特點是：鑄件首先要受到高應力與反復疲勞沖擊的，另外工作時的環境溫度，沒有辦法保證其不在零下環境里長時間工作。結合已獲知高硅QT600-10 材料的使用特點，以及在現常溫下試驗的鑄件易割冒口與常規QT600-10的對比更容易被錘擊下來的事實，認為車用行星輪殼不適合采用高硅QT600-10，而必須是常規的QT600-10，生產中材料不穩定是需要持續改進的問題比如提高球化率、調整合金比例或合金品種等措施。

只要是在高應力高沖擊載荷以及低溫下工作的鑄件，當需高強度高韌性時，均不能采用高硅球鐵，而必須是常規球鐵。相反，常規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在均可以滿足常溫抗拉強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力，且對低溫非常敏感，相反常規的則無此顯著特點。

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，因為牌號相同、抗拉強度、延伸率相同，卻因成分不同、金相不同，實際結果卻大相徑庭。