CN108914022A - 一种铸造烧结滑床台板的制备方法 - Google Patents

一种铸造烧结滑床台板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铸造烧结滑床台板的制备方法，表面烧结合金与滑床台板母体是采用铸造烧结方法形成冶金结合；所述的滑床台板母体材料为铸钢，所述的表面烧结合金的化学成分按重量比为：Cr 15‑20、Ni 7‑10、Si 2‑4、B 1.5‑3.5、C＜0.15、余量为Fe；本发明的优点是：1、表面烧结合金与滑床台板母体的结合强度较高；2、具有优异的综合性能：母体韧性和焊接性能良好，烧结合金具有表面硬度高、耐磨防锈、无润滑减摩和抗冲击性能良好；3、具有良好的减摩性能。

Description

一种铸造烧结滑床台板的制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体说是一种滑床台板的制备方法。
背景技术
滑床台板是承载铁路道岔尖轨和心轨的重要部件，由于道岔处于露天环境，现有铸钢滑床台板承载和起滑动作用的工作表面，存在硬度低、摩擦力大、容易上锈和耐磨性差的问题，导致尖轨和心轨在道岔转换时发生不足位移，不能与道岔基本轨实现安全密贴，直接影响道岔转换和列车运行安全。
发明内容
本发明的目的是解决现有铸钢滑床台板所存在的问题，提供一种铸造烧结滑床台板及其生产方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种铸造烧结滑床台板的制备方法，表面烧结合金与滑床台板母体是采用铸造烧结方法形成冶金结合；
所述的滑床台板母体材料为铸钢，所述的表面烧结合金的化学成分按重量比为：Cr 15-20、Ni 7-10、Si 2-4、B 1.5-3.5、C＜0.15、余量为Fe；
制备方法包括以下步骤：
一种铸造烧结滑床台板的制备方法，其特征在于：表面烧结合金与滑床台板母体是采用铸造烧结方法形成冶金结合；
所述的滑床台板母体材料为铸钢，所述的表面烧结合金的化学成分按重量比为：Cr 15-20、Ni 7-10、Si 2-4、B 1.5-3.5、C＜0.15、余量为Fe；
制备方法包括以下步骤：
(1).表面烧结合金的完全预合金化：预先将表面烧结合金的各种合金成分按上述比例配料混合后，采用电炉加热，加热温度为 1480-1580℃，将合金钢液倒入钢包保温25-45分钟，然后再将形成液相的合金采用雾化喷粉工艺制成粉末，形成完全预合金化的表面烧结合金；铬和镍在合金中形成固溶体，铬还与合金中的碳生成碳化铬、与硼生成硼化铬硬质相；镍与硅生成硅化镍、镍与硼生成硼化镍；
(2).将完全预合金化的表面烧结合金粉末制成压坯；
(3).铸造烧结：
制作滑床台板母体铸型，合模时将压坯固定于滑床台板母体铸型下部；在电炉中将滑床台板母体材料加热至1580-1650℃，然后浇注，利用浇注钢水的热量，将压坯烧结在滑床台板母体表面上，整个烧结过程是与铸造滑床台板时同时完成，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体,铸造冶金结合。
铸造烧结采用叠型浇注***。
采用射芯机制作滑床台板母体铸型，覆膜砂耐火度要求： 1900-2000℃。
所述压坯的制作方法：采用液压机制作压坯；
压坯压力：15-25MPa；
压坯厚度：3.5-5.5mm；
合金粉末粒度要求：200-325目。
采用粘接剂将压坯固定在滑床台板母体铸型下部表面；组成叠型浇注***：一层型腔2-4件，叠型5-9层。
本发明的优点是：
表面烧结合金与滑床台板母体的结合强度较高；
具有优异的综合性能：母体韧性和焊接性能良好，烧结合金具有表面硬度高、耐磨防锈、无润滑减摩和抗冲击性能良好；具有良好的减摩性能。
具体实施方式
实施例1
(1).表面烧结合金的完全预合金化：预先将表面烧结合金的各种合金成分按重量比为：Cr 17、Ni 8、Si 3、B 2.5、C＜0.15、余量为Fe；上述比例配料混合后，采用电炉加热，加热温度为1480-1580℃，保温25分钟，铬和镍在合金中形成固溶体，铬还与合金中的碳生成碳化铬、与硼生成硼化铬硬质相；镍与硅生成硅化镍、镍与硼生成硼化镍；然后将形成液相的合金采用雾化喷粉工艺制成粉末，形成完全预合金化的表面烧结合金；
(2).将完全预合金化的表面烧结合金粉末制成压坯；
(3).铸造烧结：
制作滑床台板母体铸型，合模时将压坯固定于滑床台板母体铸型下部；在电炉中将滑床台板母体材料加热至1580-1650℃，然后浇注，利用浇注钢水的热量，将压坯烧结在滑床台板母体表面上，整个烧结过程是与铸造滑床台板时同时完成，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体铸造冶金结合。
铸造烧结采用叠型浇注***。
采用射芯机制作滑床台板母体铸型，覆膜砂耐火度要求： 1900-2000℃。
所述压坯的制作方法：采用液压机制作压坯；
压坯压力：25MPa；
压坯厚度：3.5mm；
合金粉末粒度要求：200目。
采用粘接剂将压坯固定在滑床台板母体铸型下部表面；组成叠型浇注***：一层型腔2件，叠型5层。
实施例2
(1).表面烧结合金的完全预合金化：预先将表面烧结合金的各种合金成分按重量比为：Cr 15、Ni 10、Si 3、B 1.5、C＜0.15、余量为Fe；上述比例配料混合后，采用电炉加热，加热温度为 1480-1580℃，保温45分钟，铬和镍在合金中形成固溶体，铬还与合金中的碳生成碳化铬、与硼生成硼化铬硬质相；镍与硅生成硅化镍、镍与硼生成硼化镍；然后将形成液相的合金采用雾化喷粉工艺制成粉末，形成完全预合金化的表面烧结合金；
(2).将完全预合金化的表面烧结合金粉末制成压坯；
(3).铸造烧结：
制作滑床台板母体铸型，合模时将压坯固定于滑床台板母体铸型下部；在电炉中将滑床台板母体材料加热至1580-1650℃，然后浇注，利用浇注钢水的热量，将压坯烧结在滑床台板母体表面上，整个烧结过程是与铸造滑床台板时同时完成，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体铸造冶金结合。
铸造烧结采用叠型浇注***。
采用射芯机制作滑床台板母体铸型，覆膜砂耐火度要求： 1900-2000℃。
所述压坯的制作方法：采用液压机制作压坯；
压坯压力：25MPa；
压坯厚度：5.5mm；
合金粉末粒度要求：325目。
采用粘接剂将压坯固定在滑床台板母体铸型下部表面；组成叠型浇注***：一层型腔4件，叠型9层。
实施例3
(1).表面烧结合金的完全预合金化：预先将表面烧结合金的各种合金成分按重量比为：Cr20、Ni 7、Si 4、B3.5、C＜0.15、余量为Fe；上述比例配料混合后，采用电炉加热，加热温度为 1480-1580℃，保温35分钟，铬和镍在合金中形成固溶体，铬还与合金中的碳生成碳化铬、与硼生成硼化铬硬质相；镍与硅生成硅化镍、镍与硼生成硼化镍；然后将形成液相的合金采用雾化喷粉工艺制成粉末，形成完全预合金化的表面烧结合金；
(2).将完全预合金化的表面烧结合金粉末制成压坯；
(3).铸造烧结：
制作滑床台板母体铸型，合模时将压坯固定于滑床台板母体铸型下部；在电炉中将滑床台板母体材料加热至1580-1650℃，然后浇注，利用浇注钢水的热量，将压坯烧结在滑床台板母体表面上，整个烧结过程是与铸造滑床台板时同时完成，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体铸造冶金结合。
铸造烧结采用叠型浇注***。
采用射芯机制作滑床台板母体铸型，覆膜砂耐火度要求： 1900-2000℃。
所述压坯的制作方法：采用液压机制作压坯；
压坯压力：20MPa；
压坯厚度：4mm；
合金粉末粒度要求：250目。
采用粘接剂将压坯固定在滑床台板母体铸型下部表面；组成叠型浇注***：一层型腔3件，叠型7层。
本发明中，所述的表面烧结合金其化学成分按重量比为：Cr 15-20、Ni 7-10、Si2-4、B 1.5-3.5、C＜0.15、余量为Fe，表面烧结合金粉末是以铁元素为主要成分，添加铬镍硅硼碳等化学元素组成铁铬镍硅硼合金，在合金中添加铬、镍元素的效果是，铬和镍在合金中形成固溶体，增强合金的强度和防锈耐蚀性能，铬还与合金中的碳和硼生成碳化铬与硼化铬硬质相；镍与硅、硼生成的硅化镍与硼化镍一起提高合金的硬度和耐磨性能，在合金中添加硅和硼元素的效果是，含硅、硼元素的合金粉末熔点较低和具有良好的脱氧和造渣性能，硼的含量对预合金粉末熔点的影响，见表1，由于硼、硅元素含量的增加，合金硬度随之增加，还可根据合金中硼、硅元素含量的增减来调整合金的硬度，硼和硅对预合金粉末硬度的影响，见表2和表3，
表1硼对预合金粉末熔点的影响(Cr20、Ni 7、Si 4、B1.5-3.5、 C 0.12、余量为Fe)
表2硼对预合金粉硬度的影响(Cr20、Ni 7、Si 2.0、B1.5-3.5、 C 0.12、余量为Fe)
表3硅对预合金粉硬度的影响(Cr20、Ni 7、Si 2.0-4.0、B1.5、 C 0.12、余量为Fe)
表面烧结合金粉末的制备方法是，按照设计好的合金成分配比，预先将各种合金成分熔炼成合金熔炼工艺：采用电炉加热，加热温度为1480-1580摄氏度，该温度能保证合金成分形成液相(其实，熔化温度为980-1130摄氏度，但温度低不能形成完全液相，也不能形成前面分析的金属成分，如铬和镍在合金中形成固溶体，铬还与合金中的碳生成碳化铬、与硼生成硼化铬硬质相；镍与硅生成硅化镍、镍与硼生成硼化镍)，然后将含有各种合金元素的合金采用雾化喷粉工艺制成完全预合金化的粉末，由于每个合金粉末颗粒都包含组成合金的各种元素及受热时形成的碳化铬与硼化铬等相，因此表面烧结合金粉末的合金成分均匀性很好，共熔点比合金中单元素熔点要低得多，在铸造过程中，只要钢水温度达到表面烧结合金粉的液相线以上时，即引发整个预合金粉末烧结与致密化过程；表面烧结合金粉末作为滑床台板表面烧结合金的效果是：与滑床台板母体形成一体铸造冶金结合，烧结温度低，烧结性能好、表面平整和厚度易控，表面硬度较高、摩擦力较小、防锈耐磨和良好冲击性能；
雾化喷粉工艺是指气体雾化法、超声雾化法、普通离心雾化法的一种，雾化的目标是产出更多的粒径在20～45μm粉末。雾化粉末材料具有以下特征：
材料颗粒细，容易形成匀质材料；
粉末材料的生产过程：雾化是一个快速凝固过程，粉末具有过冷材料的特性；
液态材料在雾化过程中的形核、晶体生长在瞬间(毫秒级)完成，因为外部的强冷却及其他表面与界面因素影响(如雾化过程中表面形成的氧化膜一般就是形核核心)，雾化液滴一般的形核与晶体生长会从表面开始。但当液滴内部具有强大的形核质点时，会产生内部形核，生成匀质材料。
表面或内部匀质形核的粉末颗粒具有十分美观的粉末形貌，成分均匀；而表面异质形核生长会形成粉末颗粒内部大量的树枝晶和成分偏析，影响功能粉末材料的性能。
液态材料净化能减少雾化液滴不均质性核，提高粉末材料性能。
在同样冷却速度的外部驱动力推动下，大小液滴实际具有不同的冷却速度及凝固过程，小液滴实际历经更大的冷却速度，所以小粒径粉末颗粒的组织更细甚至是准晶、非晶等，大粒晶颗粒一般为多晶组织。
所以，大小粉末颗粒所具有的相及组织结构也不一样，因相结构不同引起的材料性能差异也很大。
本发明的设备可采用湖州慧金材料科技有限公司的金属粉末雾化制粉***。
所述的滑床台板铸造烧结方法是，将表面烧结合金粉末制成压坯，制作滑床台板母体铸型，合模时将压坯固定于铸型内并组成叠型浇注***，在电炉中将金属铸钢材料加热至1550-1650摄氏度，然后浇注，在铸造滑床台板母体时，利用浇注过热(指超过熔点)钢水的热量，将压坯烧结在滑床台板母体表面上，整个烧结过程是与铸造滑床台板时同时完成，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体铸造冶金结合及致密化，所用设备简单、工序少，成本低，可用于生产各型铁路道岔铸造烧结尖轨和心轨滑床台板，为铸钢滑床台板表面强化提供一条新的途径。
本发明铸造烧结滑床台板生产方法，包括以下步骤：
1、制作滑床台板母体铸型。
2、制作表面烧结合金粉末压坯。
3、合模固定压坯组成叠型浇注***。
4、铸钢熔炼和铸造滑床台板与烧结合金。
5、表面烧结合金性能检验。
6、铸造烧结滑床台板机加工。
铸钢熔炼和铸造滑床台板与烧结合金
铸钢熔炼方法：采用电炉熔炼铸钢ZG230-450：
铸造滑床台板：钢水浇铸温度1580-1650℃；
铸造烧结合金：利用钢水过热温度引发整个压坯烧结与致密化过程，待钢水凝固后，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体铸造冶金结合。
进一步，步骤5)中，表面烧结合金性能检验
外观检验：表面平整和无裂纹，厚度2.5-3.5mm，砂眼直径＜5mm、深度＜0.5m；
性能检验：结合强度≥230Mpa，表面硬度HB：320-420，耐蚀性：中性盐雾试验48-120h不锈，表面无润滑摩擦系数＜0.15。
进一步，步骤:6)中，铸造烧结滑床台板机加工
采用数控铣、磨削设备对铸造烧滑床台板进行机加工，合金表面磨削方向应保持与尖轨和心轨滑动方向一致。
上述实施例仅用于说明本申请，而非对本发明申请的限定，只要在本发明申请实质技术和方法范围内对以上所述实施例的变化、增减都将落入本发明权力要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种铸造烧结滑床台板的制备方法，其特征在于：表面烧结合金与滑床台板母体是采用铸造烧结方法形成冶金结合；
所述的滑床台板母体材料为铸钢，所述的表面烧结合金的化学成分按重量比为：Cr15-20、Ni 7-10、Si 2-4、B 1.5-3.5、C＜0.15、余量为Fe；
制备方法包括以下步骤：
(1).表面烧结合金的完全预合金化：预先将表面烧结合金的各种合金成分按上述比例配料混合后，采用电炉加热，加热温度为1480-1580℃，将合金钢液倒入钢包保温25-45分钟，然后再将形成液相的合金采用雾化喷粉工艺制成粉末，形成完全预合金化的表面烧结合金；铬和镍在合金中形成固溶体，铬还与合金中的碳生成碳化铬、与硼生成硼化铬硬质相；镍与硅生成硅化镍、镍与硼生成硼化镍；
(2).将完全预合金化的表面烧结合金粉末制成压坯；
(3).铸造烧结：
制作滑床台板母体铸型，合模时将压坯固定于滑床台板母体铸型下部；在电炉中将滑床台板母体材料加热至1580-1650℃，然后浇注，利用浇注钢水的热量，将压坯烧结在滑床台板母体表面上，整个烧结过程是与铸造滑床台板同时完成，表面烧结合金与滑床台板母体形成一体,采用铸造烧结方法形成冶金结合。
2.根据权利要求1所述的铸造烧结滑床台板的制备方法，其特征在于：铸造烧结采用叠型浇注***。
3.根据权利要求1所述的铸造烧结滑床台板的制备方法，其特征在于：采用射芯机制作滑床台板母体铸型，覆膜砂耐火度要求：1900-2000℃。
4.根据权利要求1所述的铸造烧结滑床台板的制备方法，其特征在于：所述压坯的制作方法：采用液压机制作压坯；
压坯压力：15-25MPa；
压坯厚度：3.5-5.5mm；
合金粉末粒度要求：200-325目。
5.根据权利要求1所述的铸造烧结滑床台板的制备方法，其特征在于：采用粘接剂将压坯固定在滑床台板母体铸型下部表面；组成叠型浇注***：一层型腔2-4件，叠型5-9层。
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