專利名稱：薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路客車球墨鑄鐵齒輪箱鑄件的所有冶煉和澆注過程，具體地說是一 種薄壁球鐵齒輪箱鑄件的冶煉方法，它適用于鐵路客車轉(zhuǎn)向架齒輪箱鑄件的冶煉和澆注過程。
背景技術(shù)：
鐵路客車轉(zhuǎn)向架齒輪箱是客車關(guān)鍵部件，長期掛在列車外部，工作條件惡劣；齒輪 箱是傳動軸和傘齒輪的保護(hù)殼，承受一定量的動載荷，容易產(chǎn)生疲勞破壞；為了鐵路運(yùn)營的 安全，需要開發(fā)抗疲勞，耐低溫的齒輪箱鑄件。國外列車大部分在-20°C以上溫度運(yùn)行，材料 的抗低溫性能要求不高，而我國地域遼闊，列車在冬季運(yùn)行，經(jīng)常在-20°C以下或更低溫度， 甚至達(dá)到_40°C，必須開發(fā)適用于我國自然條件的客車關(guān)鍵部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，解決了薄壁球墨鑄鐵件 的低溫沖擊韌性低及石墨球化效果不好問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，嚴(yán)格控制冶煉溫度、澆注溫度；合理設(shè)計(jì)合金成 分，采用三級孕育方式進(jìn)行孕育處理，選用正確的球化方法來保證鑄件組織和性能。其中1、控制冶煉溫度和澆注溫度，重點(diǎn)控制鐵水的出爐溫度及停留時(shí)間。采用酸性感 應(yīng)爐出爐溫度控制在1550°C以下，鐵水在1450°C以上應(yīng)快速升溫，如果鐵水溫度過高或在 高溫停留時(shí)間過長，碳元素?zé)龘p嚴(yán)重，不利于鐵水的成分控制；同時(shí)，溫度過高，不利于鐵水 的孕育處理。澆注溫度控制在1420 1450°C，澆注溫度不宜過高，否則容易引起孕育衰退， 溫度太低，澆注薄壁齒輪箱鑄件，容易出現(xiàn)冷隔或澆不足等缺陷。2、采用三級孕育處理。三級孕育處理是指包內(nèi)孕育、隨流孕育和型內(nèi)孕育，孕育劑 為 75FeSi。(1)包內(nèi)孕育，孕育劑加入量占鋼水重量的0. 4 0. 6 %，孕育劑粒度在8 15mm。 將孕育劑按重量比2 1分成兩部分，少的部分置于包底，與球化劑放在一起，用薄鐵板或 碎鐵末蓋好，鐵板不超過1mm厚；多的部分等出鐵水時(shí)，隨鐵水流加入，孕育劑隨鐵水進(jìn)入 包中，在鐵水包中沖混。(2)隨流孕育，孕育劑加入量占鋼水重量的0. 3 0. 5%，孕育劑粒度在3 8mm。 孕育劑在澆注過程中加到金屬液流上，隨金屬液流入型腔，起到孕育作用。(3)型內(nèi)孕育，孕育劑加入量占鋼水重量的0.3 0.5%，孕育劑為塊狀。孕育劑 放在橫澆道上，當(dāng)金屬液流過橫澆道時(shí)，將孕育劑逐漸沖入型腔，起到孕育作用。3、進(jìn)行球化處理，采用稀土鎂球化劑。正確進(jìn)行球化處理是指將球化劑，按比例稱 重，加入量占鋼水重量的1. 6 2. 0%，置于鐵水包底，放在圓坑中。球墨鑄鐵包不同于一般 的鋼包或鐵水包，這種鐵水包比較長，底部砌有圓坑，或在中間加一道矮隔墻，在出鐵水時(shí)，鐵水不直接沖到球化劑上，這樣保證球化劑有較長的反應(yīng)時(shí)間，使鐵水球化充分。4、合理設(shè)計(jì)和控制成分，按重量百分含量計(jì)，合金的主要成分如下C3. 0 3. 9， Si2. 0 2. 9,Mn ( 0. 2。主要是控制鐵水的碳、硅含量，由于碳含量是通過加球鐵原生鐵保 證，所以將原生鐵碳含量測量準(zhǔn)確，就可以控制碳含量。硅含量通過控制爐前成分進(jìn)行，由 于硅在熔化時(shí)有燒損，所以控制較困難，并且在后續(xù)的孕育處理時(shí)，加入了大量硅，所以控 制硅含量，需要控制每一個(gè)階段的鐵水硅含量，最終才能保證Si2. 0 2. 9的成分要求。球 墨鑄鐵中，錳不作為合金元素單獨(dú)加入，但在加回爐料等材料時(shí)，有可能帶入錳。錳在球墨 鑄鐵中有提高材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度的作用，所以錳含量必須控制在較低水平，一般Mn ( 0. 2。 在熔化和冶煉過程中，去除錳比較困難，只有控制爐料成分，保證爐料中含有較少的錳，才 能保證鐵水中錳含量處在較低水平。本發(fā)明的有益效果如下1.由于本發(fā)明采取控制冶煉溫度、澆注溫度、材料化學(xué)成分，采用三級孕育方式和 選用正確的球化方法，使薄壁球鐵件球化等級達(dá)到5級，球化率90%以上，鐵素體含量90% 以上，-40°C低溫沖擊功彡12J。2.本發(fā)明的關(guān)鍵在于解決了薄壁球墨鑄鐵件的低溫沖擊韌性低的問題，提高了材 料韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使齒輪箱鑄件的工作溫度可以達(dá)到-40°C，為以后的齒輪箱的大批生產(chǎn)， 提供了技術(shù)指導(dǎo)。3.本發(fā)明重點(diǎn)在于開發(fā)球墨鑄鐵件的冶煉和組織控制方法，有助于其它品種球墨 鑄鐵件的冶煉工藝開發(fā)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1試生產(chǎn)鐵路客車轉(zhuǎn)向架球墨鑄鐵齒輪箱鑄件，材質(zhì)QT400-18AL，重量153kg，充型 時(shí)間15s，澆注溫度1420-1430°C。本發(fā)明鐵路客車轉(zhuǎn)向架齒輪箱冶煉工藝方案如下1)嚴(yán)格控制成分，從配料入手，原生鐵加入量90 %，廢鋼加入量10 %，爐料熔 化后，進(jìn)行爐前檢測，調(diào)節(jié)成分，重點(diǎn)控制硅含量使前硅含量在1. 6 %以內(nèi)，測試結(jié)果為 1. 5%。2)熔化溫度控制在1545°C 士5°C。3)采用三級孕育處理。三級孕育是指包內(nèi)孕育、隨流孕育和型內(nèi)孕育，孕育劑加入 量比例為4 3 3，孕育劑為75FeSi。爐前孕育和球化處理在包內(nèi)進(jìn)行，爐前孕育的孕育劑加入量占鋼水重量的0. 4%, 孕育劑粒度在8 15mm，球化處理采用稀土鎂球化劑。將孕育劑按重量比2 1分成兩部 分，少的部分置于包底，與球化劑放在一起，用鐵板蓋好；多的部分等出鐵水時(shí)，隨鐵水流加 入，孕育劑隨鐵水進(jìn)入包中，在鐵水包中沖混。隨流孕育，孕育劑加入量占鋼水重量的0.3%，孕育劑粒度在3 8mm。孕育劑在 澆注過程中加到金屬液流上，隨金屬液流進(jìn)入型腔。型內(nèi)孕育，孕育劑加入量占鋼水重量的0.3%，孕育劑為塊狀，孕育劑放在橫澆道 上。
4)進(jìn)行正確球化處理。本實(shí)施例中，采用稀土鎂球化劑(FeSiMg7RE3)，球化劑加入量占鋼水重量的 1. 8%，置于鐵水包底，放在圓坑中。球墨鑄鐵包不同于一般的鋼包或鐵水包，這種鐵水包比 較長，底部砌有圓坑，或在中間加一道矮隔墻，在出鐵水時(shí)，鐵水不直接沖到球化劑上。這 樣，保證球化劑有較長的反應(yīng)時(shí)間，使鐵水球化充分。最終，檢測結(jié)果為:C3. 4，Si2. 6，Mn ( 0. 2，滿足材料成分要求。低溫沖擊分別 是-20°C 14J、14J、13J，-40°C 12J、12J、11J，滿足使用要求。由于本發(fā)明工藝方案確定的比較合理，所采取的各項(xiàng)措施都起到了相應(yīng)的作用， 其工作過程及結(jié)果如下1)嚴(yán)格控制冶煉溫度和澆注溫度，合理配料，保證了鐵水的化學(xué)成分。2)三級孕育方法進(jìn)行孕育處理，鐵水孕育效果良好，沒有衰退現(xiàn)象發(fā)生。3)采用稀土鎂球化劑，殘留鎂量< 0. 04wt%，鑄件組織良好，沒有白口組織出現(xiàn)， 也沒大量夾雜出現(xiàn)。本實(shí)施實(shí)例澆入鑄鐵液態(tài)金屬重量為230kg，鑄件重量為155kg，充型時(shí)間為15s， 澆注過程采用隨流孕育，孕育劑熔化充分，沖混均勻；從冒口觀察，發(fā)現(xiàn)金屬液潔凈、上升平 穩(wěn)。澆注13h之后打箱，鑄件表面質(zhì)量良好。比較例客車轉(zhuǎn)向架球鐵鑄件國外企業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)過，外觀質(zhì)量良好，尺寸精確，但經(jīng)探傷檢 測，發(fā)現(xiàn)鑄件內(nèi)部質(zhì)量并不致密，有明顯的疏松。經(jīng)力學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)鑄件低溫沖擊只有 7J，沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。組織檢測發(fā)現(xiàn)，其鑄件組織中珠光體含量偏高，不符合QT400-18AL 的組織要求。
權(quán)利要求
一種薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于，具體如下(1)澆注溫度控制在1420～1450℃，熔煉溫度控制在1550℃以下；(2)采用三級孕育方法進(jìn)行孕育處理，包內(nèi)孕育、隨流孕育和型內(nèi)孕育，孕育劑為75FeSi。
2.按照權(quán)利要求1所述的薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于包內(nèi)孕育，孕育劑 加入量占鋼水重量的0.4 0.6%，孕育劑粒度在8 15mm;將孕育劑按重量比2 1分 成兩部分，少的部分置于包底，與球化劑放在一起，用薄鐵板或碎鐵末蓋好，鐵板不超過Imm 厚；多的部分等出鐵水時(shí)，隨鐵水流加入，孕育劑隨鐵水進(jìn)入包中，在鐵水包中沖混。
3.按照權(quán)利要求2所述的薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于球化劑選用稀土 鎂合金，球化劑加入量占鋼水重量的1. 6 2. 0%，置于鐵水包底，放在圓坑中。
4.按照權(quán)利要求1所述的薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于隨流孕育，孕育劑 加入量占鋼水重量的0. 3 0. 5%，孕育劑粒度在3 8mm ；孕育劑在澆注過程中加到金屬 液流上，隨金屬液流入型腔，起到孕育作用。
5.按照權(quán)利要求1所述的薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于型內(nèi)孕育，孕育劑 加入量占鋼水重量的0. 3 0. 5%，孕育劑為塊狀；孕育劑放在橫澆道上，當(dāng)金屬液流過橫 澆道時(shí)，將孕育劑逐漸沖入型腔，起到孕育作用。
6.按照權(quán)利要求1所述的薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于球鐵的合金成分 重點(diǎn)控制C、Si含量，按重量百分含量計(jì)，C3. 0 3. 9，Si2. 0 2. 9，Mn≤0. 2。
7.按照權(quán)利要求1所述的薄壁球鐵齒輪箱的冶煉方法，其特征在于包內(nèi)孕育、隨流孕 育和型內(nèi)孕育中，孕育劑的重量比例為4 3 3。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵路客車球墨鑄鐵齒輪箱鑄件的所有冶煉和澆注過程，具體地說是一種薄壁球鐵齒輪箱鑄件的冶煉方法，它適用于鐵路客車轉(zhuǎn)向架齒輪箱鑄件的冶煉和澆注過程。本發(fā)明采用嚴(yán)格控制冶煉溫度、澆注溫度的方法，來保證球鐵成分均勻，組織均勻；合理設(shè)計(jì)合金成分，采用三級孕育方式進(jìn)行孕育處理，選用正確的球化方法，來保證鑄件組織和性能，控制薄壁球鐵件球化等級5級，球化率90％以上，鐵素體含量90％以上，-40℃低溫沖擊功≥12J，為生產(chǎn)低溫強(qiáng)度和沖擊韌性好的齒輪箱批打下了基礎(chǔ)，本發(fā)明解決了薄壁球墨鑄鐵件的低溫沖擊韌性低及石墨球化效果不好等問題。
文檔編號C22C33/08GK101805868SQ20091030041
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者劉宏偉, 夏立軍, 李依依, 李殿中, 桑寶光 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所