CN104988382B - 具有超低温高冲击韧性的球墨铸铁齿轮箱及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的具有超低温高冲击韧性的球墨铸铁齿轮箱，其化学成份及质量百分比为：C3.50％～3.80％,Si1.7～1.9％,Mn0.10％～0.15％,P≤0.035％,S≤0.015％,Ni1.0％～1.3％余量为Fe和不可避免的杂质。制造时将高纯Q10生铁、Q235碳素结构钢和回炉料用中频感应电炉熔化，加入镍板，调整各化学成分的百分比；采用敞口包冲入法球化，将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次分层装包；采用出炉时的一次随流孕育+包内孕育+浇注时的二次随流孕育。提高了伸长率和低温冲击韧性，强化了基体组织，保证合理的石墨球数和较高的球化率，提高了韧塑性，无需石墨化退火热处理，节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有超低温高冲击韧性的球墨铸铁齿轮箱及其制造方法,属于铸造技术领域。
背景技术
球墨铸铁的韧性一般随着温度的降低而降低，当低于一定温度时会因韧性急剧降低而出现脆性断裂，即所谓韧脆转变。近年来，我国轨道交通业快速发展，电力机车运行的地域辽阔，纬度跨度很大，寒冷地区冬季的温度可达到-40℃以下，基于机车运行速度及安全上的考虑，对电力机车用球墨铸铁齿轮箱低温冲击韧性的要求亦越来越高。中国铁路总公司的TJ/JW 065-2015《交流传动机车球铁齿轮箱暂行技术条件》就规定，球墨铸铁齿轮箱不仅要求具备国标GB/T1348-2009规定的QT500-7A的机械性能，而且还要求兼具较高的伸长率和低温冲击韧性，即：伸长率A≥8％，-40℃冲击功均值≥4J、单值≥3J。传统的QT500-7A球墨铸铁材料不能满足这个要求。国标GB/T1348-2009中虽然另有一个具有较高低温冲击韧性的QT400-18AL，所得铸件及其附铸试块-40℃低温冲击韧性一般可达12J以上，伸长率也较高18％以上，但其强度指标距离QT500-7A相差甚远，仅抗拉Rm≥380MPa，屈服Rp0.2≥240MPa，且经过球化孕育处理后，还需要进行高温石墨化退火处理。中国201310114040.4号发明专利申请披露了一种低温高韧性球墨铸铁轴承座及其制造方法，据称可以提高球铁铸件的低温冲击韧性，但是该技术方案同样在铸造过程的球化处理和孕育处理后，还需要对铸件进行高温、低温两个阶段的石墨化退火处理，工艺过程复杂，加大了制造成本。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种具有超低温高冲击韧性的球墨铸铁齿轮箱及其制造方法，无需进行高温退火热处理，缩短工艺流程、降低生产成本，且能保证强度性能指标。
本发明的目的是这样实现的：一种具有超低温高冲击韧性的球墨铸铁齿轮箱，其特征在于其化学成份及质量百分比为：C3.50％～3.80％,Si 1.7～1.9％,Mn0.10％～0.15％,P≤0.035％,S≤0.015％,Ni1.0％～1.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种上述超低温冲击韧性铸态球墨铸铁齿轮箱的制造方法，其特征在于采取下列步骤：
A.熔炼处理：将高纯Q10生铁、Q235碳结构钢和回炉料用中频感应电炉熔化，铁液熔清后，加入镍板，使铁液的化学成分及其质量百分比为：C3.80％～3.85％,Si 0.6～0.7％,Mn0.10％～0.15％,P≤0.035％,S≤0.02％,Ni1.2％～1.3％，余量为Fe和不可避免的杂质，然后将炉温升至1510～1530℃，静置1～3分钟后出炉；
B.球化处理：采用敞口包冲入法球化，将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次分层装包，球化剂选用低稀土镁硅铁，加入量为铁液质量的1.2％；
C.孕育处理：出炉时的一次随流孕育+包内孕育+浇注时的二次随流孕育，其中：
出炉时的一次随流孕育采用粒度为5-10mm的Y3硅钡孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t；
包内孕育采用粒度为5-20mm的硅钡复合孕育剂，相对于铁液的加入量为3kg/t；
浇注时二次随流孕育采用粒度为0.2-0.7mm的含铋的硅钡复合孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t。
为了更好地实现本发明的目的，上述步骤A中，所述高纯Q10生铁为60％～70％质量份、Q235优质碳素结构钢为10％～20％质量份，回炉料为20％～30％质量份，镍板加入量为铁液质量的1.3％。
为了更好地实现本发明的目的，上述步骤B中覆盖剂采用FeSi20低硅覆盖剂配合适量珍珠岩来覆盖球化材料，FeSi20低硅覆盖剂分两次覆盖在球化剂上，加入量分别为铁液质量的0.3％和0.6％。
本发明的技术方案，铸件通过高碳低硅，在保证石墨化的同时降低其脆性转变温度，提高低温冲击韧性；通过镍元素强化了基体组织；通过先进的球化孕育技术，保证合理的石墨球数和较高的球化率，提高了韧塑性；与GB/T1348-2009中规定的QT500-7A球墨铸铁件相比，具有-40℃低温冲击韧性，其附铸试块抗拉强度保持500-510MPa，伸长率达10-20％的同时冲击值可达到7-9J，各项性能指标完全符合中国铁路总公司的TJ/JW 065-2015《交流传动机车球铁齿轮箱暂行技术条件》的最新规定。无需石墨化高温退火热处理，从而大大缩短了工艺流程，避免了热处理过程和高温后表面清理的能源和人工投入，有效节约了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例的敞口包冲入法球化处理的分层装包示意图。
图中标记为：1-铁水包，2-堤坝，3-球化材料及装包顺序。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1.生产步骤
(1)熔炼处理
将高纯Q10生铁60％～70％质量份、Q235优质碳素结构钢10％～20％质量份、回炉料为20％～30％质量份，用中频感应电炉熔化。铁液熔清后，加入镍板，其加入量为铁液质量的1.3％。然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，根据检测结果进行调整后，升温到1500℃再次取样化验，调整铁液化学成分及其质量百分的控制范围为：C3.80％～3.85％,Si 0.6～0.7％,Mn0.10％～0.15％,P≤0.035％,S≤0.02％,Ni1.2％～1.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。成份合格后升温至1510～1530℃，扒渣，保温静置1～3分钟后出炉。
(2)球化处理
采用敞口包冲入法球化。将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次分层装包，球化剂选用低稀土镁硅铁，加入量为铁液质量的1.2％。覆盖剂采用FeSi20低硅覆盖剂配合适量珍珠岩来覆盖球化材料，FeSi20低硅覆盖剂分两次覆盖在球化剂上，加入量分别为铁液质量的0.3％和0.6％。
(3)孕育处理
出炉时的一次随流孕育+包内孕育+浇注时的二次随流孕育。其中：
出炉时的一次随流孕育采用粒度为5-10mm的Y3硅钡孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t；
包内孕育采用粒度为5-20mm的硅钡复合孕育剂，相对于铁液的加入量为3kg/t；
浇注时二次随流孕育采用粒度为0.2-0.7mm的含铋的硅钡复合孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t。
2.产品结果
对按上述生产步骤重复进行的其中六个批次的齿轮箱产品进行了化学成分、金相组织和机械性能检测，结果如下。
(1)化学成分检测结果
(2)机械性能及金相组织检测结果
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种超低温冲击韧性铸态球墨铸铁齿轮箱的制造方法，其特征在于采取下列步骤：
A.熔炼处理：将高纯Q10生铁、Q235碳素结构钢和回炉料用中频感应电炉熔化，铁液熔清后，加入镍板，使铁液的化学成分及其质量百分比为：C3.80％～3.85％,Si 0.6～0.7％,Mn0.10％～0.15％,P≤0.035％,S≤0.02％,Ni 1.2％～1.3％，余量为Fe和不可避免的杂质，然后将炉温升至1510～1530℃，静置1～3分钟后出炉；
B.球化处理：采用敞口包冲入法球化，将球化剂、孕育剂、覆盖剂依次分层装包，球化剂选用低稀土镁硅铁，加入量为铁液质量的1.2％；
C.孕育处理：出炉时的一次随流孕育+包内孕育+浇注时的二次随流孕育，其中：
出炉时的一次随流孕育采用粒度为5-10mm的Y3硅钡孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t；
包内孕育采用粒度为5-20mm的硅钡复合孕育剂，相对于铁液的加入量为3kg/t；
浇注时二次随流孕育采用粒度为0.2-0.7mm的含铋的硅钡复合孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t；
D.最后产出具有超低温高冲击韧性的球墨铸铁齿轮箱，其化学成份及质量百分比为：C3.50％～3.80％,Si 1.7～1.9％,Mn0.10％～0.15％,P≤0.035％,S≤0.015％,Ni 1.0％～1.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的超低温冲击韧性铸态球墨铸铁齿轮箱的制造方法，其特征在于所述步骤A中，所述高纯Q10生铁为60％～70％质量份、Q235优质碳素结构钢为10％～20％质量份，回炉料为20％～30％质量份，镍板加入量为铁液质量的1.3％。
3.根据权利要求1所述的超低温冲击韧性铸态球墨铸铁齿轮箱的制造方法，其特征在于所述步骤B中覆盖剂采用FeSi20低硅覆盖剂配合适量珍珠岩来覆盖球化材料，FeSi20低硅覆盖剂分两次覆盖在球化剂上，加入量分别为铁液质量的0.3％和0.6％。
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