汽车拖钩是汽车上较重要的部件，主要应用在汽车发生故障时靠其它车辆牵引用。拖钩在工作时承受 一定的拉力，并受到磨损，若在工作时拖钩强度不够发生断裂，有可能发生拖钩上钢丝绳飞出伤人 事故。同时对拖钩的硬度和冲击韧性也有一定要求，以防止断裂、磨损。目前，拖钩采用锻造生产 ，但由于锻件尺寸具有精度较低、表面光洁度差、冷加工项目多、金属材料利用率低和成本高等缺 点，我们试制用熔模铸造代替锻造生产。 熔模铸造是利用易熔材料（我们采用蜡料）制成可熔 性模型，在其上涂挂若干层耐火涂料，经干燥和硬化而形成一个整体型壳，再从型壳中熔掉蜡型后 进行浇注，得到尺寸精度和表面光洁度都较高的铸件［１］。１ 试验过程１－１ 拖钩的原生产 工艺与性能要求 原拖钩用材料为４５＃钢，其化学成分见表１。表１ 原拖钩用４５＃钢化学 成分（单位：％）成分ＣＳｉＭｎＳＰＦｅ４５＃钢０－４２～０－５００－１７～０－３７０－ ５０～０－８０≤０－０４≤０－０４其余 锻造拖钩生产的工艺流程： ４５＃钢棒料（Φ ４８×３６０ｍｍ）剪切下料→加热（１２００～１２６０℃）→模锻（滚挤→预锻→终锻）→切 边→压弯→正火（工艺如图１ａ所示）→喷丸→冷加工→淬火＋回火（工艺如图１ｂ所示）→成品 。１－２ 铸造拖钩的试制 铸造拖钩原材料及其化学成分见表２。表２ 铸造拖钩用原材料化 学成分（单位：％）材料ＣＳｉＭｎＳＰＲｅＦｅＺＧ３５０－３２～０－４２０－２０～０－４ ５０－５０～０－８０≤０－０５≤０－０５其余ＺＧ３５Ｒｅ０－３２～０－４２０－２０～０ －４５０－５０～０－８０≤０－０５≤０－０５０－０２～０－０３其余ＺＧ４５Ｒｅ０－４２ ～０－５２０－２０～０－４５０－５０～０－８０≤０－０５≤０－０５０－０２～０－０３其 余 铸造拖钩生产的工艺流程： 熔炼→出炉（１５６０～１５８０℃）→浇注（１５４０～ １５６０℃）→落砂→脱壳→清理（去冒口、碱煮、去内浇口和余根）→热处理→检验→成品。 铸造生产拖钩热处理工艺采用两种方案，即退火和淬火＋回火，工艺曲线如图２所示。）正火工 艺曲线（ｂ）淬火＋回火工艺曲线图１ 原拖钩生产的热处理工艺曲线（ａ）退火工艺曲线（ｂ） 淬火＋回火工艺曲线图２ 铸造拖钩生产的热处理工艺曲线１－３ 性能测试１－３－１ 拉伸试 验 用螺栓把拖钩固定在拖钩的固定板上，然后把拖钩固定板的一端夹在３０ｔ液压万能材料试 验机的上卡具上，另一端用拉板套住拖钩，拉板的另一端固定在试验机的下卡具上，施加载荷，直 到拖钩断裂，记录下最高拉力值。１－３－２ 硬度测试 在每个拖钩上取三个不同位置，每个 位置取三个点，用布氏硬度计测试硬度，测出压痕，查手册得出硬度值，最后取平均值。１－３－ ３ 冲击韧性测试 冲击试样在拖钩心部截取，并加工成１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ的Ｕ型 缺口标准冲击试样，在冲击试验机上进行冲击试验，记录下冲击功ＡＫＵ，并通过计算得出冲击韧 性值αＫ。１－３－４ 金相检验 金相试样的切取部位是在距拖钩拉伸实验断裂２～３ｃｍ处 ，然后进行磨制和抛光、腐蚀，最后进行组织观察，选取有特点的进行照相。２ 试验结果２－１ 力学性能试验结果 拉伸试验、硬度测试及冲击韧性测试结果对比见表３。２－２ 金相组织 照片 原锻造生产拖钩热处理后的组织如图３所示，正火后的组织为珠光体＋铁素体，淬火＋回 火后组织为回火索氏体。 铸造生产拖钩（ＺＧ３５，ＺＧ３５Ｒｅ）经退火处理后的金相照片 如图４所示，组织为珠光体＋铁素体。 铸造生产拖钩经淬火＋回火处理后金相组织如图５所示 ，组织为回火索氏体。３ 结果分析３－１ 制造工艺对拖钩性能的影响 从表３可以看出，原 工艺生产拖钩抗拉力、硬度及冲击韧性均高于用铸造方法生产的拖钩。原因是锻造加工可以使钢内 部的疏松和气孔被焊合，使工件受拉过程中减少了产生裂纹的策源地；同时由于塑性变形和再结晶 ，改变粗大组织，细化晶粒，因而拖钩的抗拉性能较高。但铸造生产的拖钩各项性能指标均满足设 计和使用要求表３ 力学性能试验结果材料加工方式热处理方式平均拉力／ｋＮ平均硬度／ＨＢ平 均冲击韧性／（Ｊ／ｃｍ２）４５＃钢锻造淬火＋回火１３８２８８６９ＺＧ３５铸造退火１０４ １８７３３ＺＧ３５铸造淬火＋回火１０９２４３４２ＺＧ３５Ｒｅ铸造退火１１０１９１３９Ｚ Ｇ３５Ｒｅ铸造淬火＋回火１１６２３２４７ＺＧ４５Ｒｅ铸造退火１１８２０１３６ＺＧ４５Ｒ ｅ铸造淬火＋回火１１２２６４４１（ａ）正火后金相组织（ｂ）淬火＋回火后金相组织图３ 锻 造生产拖钩金相组织 ４００×腐蚀剂：４％硝酸酒精３－２ 碳含量对精铸拖钩性能的影响 从表３中可以看出，在相同热处理条件下，ＺＧ４５Ｒｅ拖钩的抗拉力、硬度高于ＺＧ３５Ｒｅ拖 钩的，但ＺＧ４５Ｒｅ拖钩的冲击韧性不如ＺＧ３５Ｒｅ拖钩的。原因在于：ＺＧ３５Ｒｅ的含碳 量在０－３５％左右，而ＺＧ４５Ｒｅ的含碳量在０－４５％左右，二者退火组织均为珠光体＋铁 素体，如图４所示，但随含碳量的不同，其珠光体、铁素体的含量也不同。根据杠杆定律［２］计 算可得，ＺＧ４５Ｒｅ珠光体含量为５７－２３％，ＺＧ３５Ｒｅ珠光体含量为４３－８７％。由 此可见，ＺＧ４５Ｒｅ珠光体含量高于ＺＧ３５Ｒｅ珠光体含量，而珠光体的强度、硬度高于铁素 体。因此，ＺＧ４５Ｒｅ拖钩的抗拉力、硬度稍高于ＺＧ３５Ｒｅ拖钩，但冲击韧性还是ＺＧ３５ Ｒｅ比较高。（ａ）ＺＧ３５退火后金相组织（ｂ）ＺＧ３５Ｒｅ退火后金相组织图４ 铸造生产 拖钩经退火处理金相组织 ４００×腐蚀剂：４％硝酸酒精３－３ 稀土的加入对组织性能的影响 稀土元素具有表面活性的特性，在铸钢结晶过程中，稀土大部分富集在枝晶的结晶前沿，吸附 在枝晶表面，阻碍铁原子的扩散，从而延缓结晶过程。使结晶过冷度增大，晶粒细化［３］，如图 ４所示为ＺＧ３５和ＺＧ３５Ｒｅ的金相组织，（ａ）中晶粒比较粗大，而（ｂ）中晶粒明显细化 。这些作用导致加稀土铸钢性能的提高（见表３），因此加入少量稀土元素对组织和性能都有一定 好处，但考虑到生产成本，稀土的加入量不宜过多，只要组织和性能达到要求即可。３－４ 热处 理工艺对精铸拖钩性能的影响 相同材料采用不同的热处理工艺，拖钩性能是不一样的，例如Ｚ Ｇ３５Ｒｅ拖钩经过退火处理后的抗拉力与经过淬火＋回火的同种材料拖钩相差不多，而硬度和冲 击韧性是经淬火＋回火处理的比较高，见表３。原因是：淬火＋回火的拖钩组织为回火索氏体＋少 量的铁素体，如图５所示；而退火后组织为珠光体＋铁素体。回火索氏体的硬度、强度高于珠光体 的，因此表现出上述特征。４ 结 论 （１）采用熔模铸造拖钩的抗拉力、硬度、冲击韧性均 低于锻造生产的拖钩，但精铸拖钩的抗拉力等指标均满足设计要求。 （２）ＺＧ４５Ｒｅ材料 拖钩的抗拉力、硬度是高于ＺＧ３５Ｒｅ拖钩的，但ＺＧ４５Ｒｅ的冲击韧性低于ＺＧ３５Ｒｅ拖 钩的冲击韧性。 （３）同种材料的拖钩经过淬火＋回火处理后的性能高于其退火后的性能。 （４）采用ＺＧ３５Ｒｅ熔模铸造，再经淬火＋回火工艺制造的拖钩代替原工艺生产的拖钩，使 用效果良好，达到预期性能。 （５）经试生产一段时间，生产成本降低１５％，节约大量资金 。汽车拖钩以铸代锻试制@赵宇$吉林工学院材料工程系!吉林长春130012@柳吉华$吉林市广播电视大学!吉林吉林132002熔模铸造;;铸钢;;拖钩采用加稀土的ＺＧ３５熔模铸造，再进行热处理，代替原来用４５＃钢锻造方法生产的拖钩，其硬度、韧性虽稍有不足，但性能完全满足使用要求，生产成本可降低１５％。<1> 曾昭昭- 特种铸造
- 杭州:浙江大学出版社,1990-
<2> 崔忠圻- 金属学与热处理- 北京:机械工业出版社,1989-
<3> 李隆盛- 铸造合金及熔炼- 北京:机械工业出版社,1989-在０－４５％左右，二者退火组织均为珠光体＋铁素体，如图４ 所示，但随含碳量的不同，其珠光体、铁素体的含量也不同。根据杠杆定律［２］计算可得，ＺＧ ４５Ｒｅ珠光体含量为５７－２３％，ＺＧ３５Ｒｅ珠光体含量为４３－８７％。由此可见，ＺＧ ４５Ｒｅ珠光体含量高于ＺＧ３５Ｒｅ珠光体含量，而珠光体的强度、硬度高于铁素体。因此，Ｚ Ｇ４５Ｒｅ拖钩的抗拉力、硬度稍高于ＺＧ３５Ｒｅ拖钩，但冲击韧性还是ＺＧ３５Ｒｅ比较高。 （ａ）ＺＧ３５退火后金相组织（ｂ）ＺＧ３５Ｒｅ退火后金相组织图４ 铸造生产拖钩经退火处 理金相组织 ４００×腐蚀剂：４％硝酸酒精３－３ 稀土的加入对组织性能的影响 稀土元素 具有表面活性的特性，在铸钢结晶过程中，稀土大部分富集在枝晶的结晶前沿，吸附在枝晶表面， 阻碍铁原子的扩散，从而延缓结晶过程。使结晶过冷度增大，晶粒细化［３］，如图４所示为ＺＧ ３５和ＺＧ３５Ｒｅ的金相组织，（ａ）中晶粒比较粗大，而（ｂ）中晶粒明显细化。这些作用导 致加稀土铸钢性能的提高（见表３），因此加入少量稀土元素对组织和性能都有一定好处，但考虑 到生产成本，稀土的加入量不宜过多，只要组织和性能达到要求即可。３－４ 热处理工艺对精铸 拖钩性能的影响 相同材料采用不同的热处理工艺，拖钩性能是不一样的，例如ＺＧ３５Ｒｅ拖 钩经过退火处理后的抗拉力与经过淬火＋回火的同种材料拖钩相差不多，而硬度和冲击韧性是经淬 火＋回火处理的比较高，见表３。原因是：淬火＋回火的拖钩组织为回火索氏体＋少量的铁素体， 如图５所示；而退火后组织为珠光体＋铁素体。回火索氏体的硬度、强度高于珠光体的，因此表现 出上述特征。４ 结 论 （１）采用熔模铸造拖钩的抗拉力、硬度、冲击韧性均低于锻造生产 的拖钩，但精铸拖钩的抗拉力等指标均满足设计要求。 （２）ＺＧ４５Ｒｅ材料拖钩的抗拉力、硬度是高于ＺＧ３５Ｒｅ拖钩的，但ＺＧ４５Ｒｅ的冲击韧性低于ＺＧ３５Ｒｅ拖钩的冲击韧性。
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