专利名称：薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法
技术领域：
本发明涉及铁路客车球墨铸铁齿轮箱铸件的所有冶炼和浇注过程，具体地说是一 种薄壁球铁齿轮箱铸件的冶炼方法，它适用于铁路客车转向架齿轮箱铸件的冶炼和浇注过程。
背景技术：
铁路客车转向架齿轮箱是客车关键部件，长期挂在列车外部，工作条件恶劣；齿轮 箱是传动轴和伞齿轮的保护壳，承受一定量的动载荷，容易产生疲劳破坏；为了铁路运营的 安全，需要开发抗疲劳，耐低温的齿轮箱铸件。国外列车大部分在-20°C以上温度运行，材料 的抗低温性能要求不高，而我国地域辽阔，列车在冬季运行，经常在-20°C以下或更低温度， 甚至达到_40°C，必须开发适用于我国自然条件的客车关键部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，解决了薄壁球墨铸铁件 的低温冲击韧性低及石墨球化效果不好问题。本发明的技术方案是一种薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，严格控制冶炼温度、浇注温度；合理设计合金成 分，采用三级孕育方式进行孕育处理，选用正确的球化方法来保证铸件组织和性能。其中1、控制冶炼温度和浇注温度，重点控制铁水的出炉温度及停留时间。采用酸性感 应炉出炉温度控制在1550°C以下，铁水在1450°C以上应快速升温，如果铁水温度过高或在 高温停留时间过长，碳元素烧损严重，不利于铁水的成分控制；同时，温度过高，不利于铁水 的孕育处理。浇注温度控制在1420 1450°C，浇注温度不宜过高，否则容易引起孕育衰退， 温度太低，浇注薄壁齿轮箱铸件，容易出现冷隔或浇不足等缺陷。2、采用三级孕育处理。三级孕育处理是指包内孕育、随流孕育和型内孕育，孕育剂 为 75FeSi。(1)包内孕育，孕育剂加入量占钢水重量的0. 4 0. 6 %，孕育剂粒度在8 15mm。 将孕育剂按重量比2 1分成两部分，少的部分置于包底，与球化剂放在一起，用薄铁板或 碎铁末盖好，铁板不超过1mm厚；多的部分等出铁水时，随铁水流加入，孕育剂随铁水进入 包中，在铁水包中冲混。(2)随流孕育，孕育剂加入量占钢水重量的0. 3 0. 5%，孕育剂粒度在3 8mm。 孕育剂在浇注过程中加到金属液流上，随金属液流入型腔，起到孕育作用。(3)型内孕育，孕育剂加入量占钢水重量的0.3 0.5%，孕育剂为块状。孕育剂 放在横浇道上，当金属液流过横浇道时，将孕育剂逐渐冲入型腔，起到孕育作用。3、进行球化处理，采用稀土镁球化剂。正确进行球化处理是指将球化剂，按比例称 重，加入量占钢水重量的1. 6 2. 0%，置于铁水包底，放在圆坑中。球墨铸铁包不同于一般 的钢包或铁水包，这种铁水包比较长，底部砌有圆坑，或在中间加一道矮隔墙，在出铁水时，铁水不直接冲到球化剂上，这样保证球化剂有较长的反应时间，使铁水球化充分。4、合理设计和控制成分，按重量百分含量计，合金的主要成分如下C3. 0 3. 9， Si2. 0 2. 9,Mn ( 0. 2。主要是控制铁水的碳、硅含量，由于碳含量是通过加球铁原生铁保 证，所以将原生铁碳含量测量准确，就可以控制碳含量。硅含量通过控制炉前成分进行，由 于硅在熔化时有烧损，所以控制较困难，并且在后续的孕育处理时，加入了大量硅，所以控 制硅含量，需要控制每一个阶段的铁水硅含量，最终才能保证Si2. 0 2. 9的成分要求。球 墨铸铁中，锰不作为合金元素单独加入，但在加回炉料等材料时，有可能带入锰。锰在球墨 铸铁中有提高材料韧脆转变温度的作用，所以锰含量必须控制在较低水平，一般Mn ( 0. 2。 在熔化和冶炼过程中，去除锰比较困难，只有控制炉料成分，保证炉料中含有较少的锰，才 能保证铁水中锰含量处在较低水平。本发明的有益效果如下1.由于本发明采取控制冶炼温度、浇注温度、材料化学成分，采用三级孕育方式和 选用正确的球化方法，使薄壁球铁件球化等级达到5级，球化率90%以上，铁素体含量90% 以上，-40°C低温冲击功彡12J。2.本发明的关键在于解决了薄壁球墨铸铁件的低温冲击韧性低的问题，提高了材 料韧脆转变温度，使齿轮箱铸件的工作温度可以达到-40°C，为以后的齿轮箱的大批生产， 提供了技术指导。3.本发明重点在于开发球墨铸铁件的冶炼和组织控制方法，有助于其它品种球墨 铸铁件的冶炼工艺开发。
具体实施例方式实施例1试生产铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱铸件，材质QT400-18AL，重量153kg，充型 时间15s，浇注温度1420-1430°C。本发明铁路客车转向架齿轮箱冶炼工艺方案如下1)严格控制成分，从配料入手，原生铁加入量90 %，废钢加入量10 %，炉料熔 化后，进行炉前检测，调节成分，重点控制硅含量使前硅含量在1. 6 %以内，测试结果为 1. 5%。2)熔化温度控制在1545°C 士5°C。3)采用三级孕育处理。三级孕育是指包内孕育、随流孕育和型内孕育，孕育剂加入 量比例为4 3 3，孕育剂为75FeSi。炉前孕育和球化处理在包内进行，炉前孕育的孕育剂加入量占钢水重量的0. 4%, 孕育剂粒度在8 15mm，球化处理采用稀土镁球化剂。将孕育剂按重量比2 1分成两部 分，少的部分置于包底，与球化剂放在一起，用铁板盖好；多的部分等出铁水时，随铁水流加 入，孕育剂随铁水进入包中，在铁水包中冲混。随流孕育，孕育剂加入量占钢水重量的0.3%，孕育剂粒度在3 8mm。孕育剂在 浇注过程中加到金属液流上，随金属液流进入型腔。型内孕育，孕育剂加入量占钢水重量的0.3%，孕育剂为块状，孕育剂放在横浇道 上。
4)进行正确球化处理。本实施例中，采用稀土镁球化剂(FeSiMg7RE3)，球化剂加入量占钢水重量的 1. 8%，置于铁水包底，放在圆坑中。球墨铸铁包不同于一般的钢包或铁水包，这种铁水包比 较长，底部砌有圆坑，或在中间加一道矮隔墙，在出铁水时，铁水不直接冲到球化剂上。这 样，保证球化剂有较长的反应时间，使铁水球化充分。最终，检测结果为:C3. 4，Si2. 6，Mn ( 0. 2，满足材料成分要求。低温冲击分别 是-20°C 14J、14J、13J，-40°C 12J、12J、11J，满足使用要求。由于本发明工艺方案确定的比较合理，所采取的各项措施都起到了相应的作用， 其工作过程及结果如下1)严格控制冶炼温度和浇注温度，合理配料，保证了铁水的化学成分。2)三级孕育方法进行孕育处理，铁水孕育效果良好，没有衰退现象发生。3)采用稀土镁球化剂，残留镁量< 0. 04wt%，铸件组织良好，没有白口组织出现， 也没大量夹杂出现。本实施实例浇入铸铁液态金属重量为230kg，铸件重量为155kg，充型时间为15s， 浇注过程采用随流孕育，孕育剂熔化充分，冲混均勻；从冒口观察，发现金属液洁净、上升平 稳。浇注13h之后打箱，铸件表面质量良好。比较例客车转向架球铁铸件国外企业已经生产过，外观质量良好，尺寸精确，但经探伤检 测，发现铸件内部质量并不致密，有明显的疏松。经力学性能测试，发现铸件低温冲击只有 7J，没有达到标准要求。组织检测发现，其铸件组织中珠光体含量偏高，不符合QT400-18AL 的组织要求。
权利要求
一种薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于，具体如下(1)浇注温度控制在1420～1450℃，熔炼温度控制在1550℃以下；(2)采用三级孕育方法进行孕育处理，包内孕育、随流孕育和型内孕育，孕育剂为75FeSi。
2.按照权利要求1所述的薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于包内孕育，孕育剂 加入量占钢水重量的0.4 0.6%，孕育剂粒度在8 15mm;将孕育剂按重量比2 1分 成两部分，少的部分置于包底，与球化剂放在一起，用薄铁板或碎铁末盖好，铁板不超过Imm 厚；多的部分等出铁水时，随铁水流加入，孕育剂随铁水进入包中，在铁水包中冲混。
3.按照权利要求2所述的薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于球化剂选用稀土 镁合金，球化剂加入量占钢水重量的1. 6 2. 0%，置于铁水包底，放在圆坑中。
4.按照权利要求1所述的薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于随流孕育，孕育剂 加入量占钢水重量的0. 3 0. 5%，孕育剂粒度在3 8mm ；孕育剂在浇注过程中加到金属 液流上，随金属液流入型腔，起到孕育作用。
5.按照权利要求1所述的薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于型内孕育，孕育剂 加入量占钢水重量的0. 3 0. 5%，孕育剂为块状；孕育剂放在横浇道上，当金属液流过横 浇道时，将孕育剂逐渐冲入型腔，起到孕育作用。
6.按照权利要求1所述的薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于球铁的合金成分 重点控制C、Si含量，按重量百分含量计，C3. 0 3. 9，Si2. 0 2. 9，Mn≤0. 2。
7.按照权利要求1所述的薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法，其特征在于包内孕育、随流孕 育和型内孕育中，孕育剂的重量比例为4 3 3。
全文摘要
本发明涉及铁路客车球墨铸铁齿轮箱铸件的所有冶炼和浇注过程，具体地说是一种薄壁球铁齿轮箱铸件的冶炼方法，它适用于铁路客车转向架齿轮箱铸件的冶炼和浇注过程。本发明采用严格控制冶炼温度、浇注温度的方法，来保证球铁成分均匀，组织均匀；合理设计合金成分，采用三级孕育方式进行孕育处理，选用正确的球化方法，来保证铸件组织和性能，控制薄壁球铁件球化等级5级，球化率90％以上，铁素体含量90％以上，-40℃低温冲击功≥12J，为生产低温强度和冲击韧性好的齿轮箱批打下了基础，本发明解决了薄壁球墨铸铁件的低温冲击韧性低及石墨球化效果不好等问题。
文档编号C22C33/08GK101805868SQ20091030041
公开日2010年8月18日 申请日期2009年2月16日 优先权日2009年2月16日
发明者刘宏伟, 夏立军, 李依依, 李殿中, 桑宝光 申请人:中国科学院金属研究所