一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔及其制备方法与流程

本发明涉及一种重载货车回火马氏体斜楔及其制备方法。

背景技术：

球墨铸铁是近年来国内外一直关注和深入研究的一种应用面越来越广的新型材料。其具有优异的力学性能，如高的韧性、抗拉强度、断裂韧性和疲劳强度，以及优于钢的耐磨性和减震降噪性能等。在市场经济竞争激烈的环境下，高性能、低成本的材料正是人们追求的目标，而球墨铸铁就是这种材料之一。近年来在铁路货车领域，球墨铸铁被用来替代锻钢或铸钢等零部件，可减重10％～30％，降低相对成本15％～30％，并可从源头上降低噪音，减轻废气排放，提高驱动比。

然而普通的球墨铸铁难以同时获得高强度、高硬度和高的韧性和塑性。对于希望高强度、高韧性并兼具高耐磨性的应用场合就不能满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有球墨铸铁难以同时获得高强度、高硬度、高的韧性和塑性，且不兼具高耐磨性的问题，而提供一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔及其制备方法。

一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.30％～3.70％、mn：0.25％～0.50％、si：2.40％～2.90％、mg：0.030％～0.060％、mo：0.20％～0.30％、cu：0.5％～1.0％、s：≤0.014％、p：≤0.050％和余量fe组成。

进一步的，一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.40％、mn：0.26％、si：2.40％、mg：0.052％、mo：0.25％、cu：0.78％、s：0.014％、p：0.032％和余量fe组成。

进一步的，一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.45％、mn：0.27％、si：2.48％、mg：0.048％、mo：0.22％、cu：0.70％、s：0.012％、p：0.031％和余量fe组成。

进一步的，一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.55％、mn：0.27％、si：2.56％、mg：0.045％、mo：0.26％、cu：0.75％、s：0.014％、p：0.027％和余量fe组成。

进一步的，所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度≥1200mpa，屈服强度≥900mpa，延伸率≥5％，冲击功≥60j，硬度：350hb～450hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数≥0.25。

进一步的，所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度为1280mpa，屈服强度为920mpa，延伸率为5.5％，冲击功为66j，硬度为420hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数为0.28。

进一步的，所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度为1260mpa，屈服强度为910mpa，延伸率为6.0％，冲击功为65j，硬度为415hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数为0.27。

进一步的，所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度为1270mpa，屈服强度为915mpa，延伸率为5.5％，冲击功为64j，硬度为421hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数为0.26。

一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、熔炼铁液：

①、按重量份数称取60份～65份q10生铁、25份～30份球铁回炉料和10份～15份废钢，得到原料ⅰ；

②、称取电解铜和钼铁；

步骤一②所述的电解铜与原料ⅰ的质量比为(0.6～1.0):100；

步骤一②所述的钼铁与原料ⅰ的质量比为(0.3～0.6):100；

③、将原料ⅰ、电解铜和钼铁加入到中频炉中，再将中频炉从室温升温至1500℃～1550℃，再在1500℃～1550℃下静置保温2min～4min，出炉，得到铁液；

二、球化及孕育处理：

①、称取fesimg8re3球化剂、fesi75孕育剂和硅钡孕育剂；

步骤二①中所述的fesimg8re3球化剂与原料ⅰ的质量比为(1.5～1.7):100；

步骤二①中所述的fesi75孕育剂与原料ⅰ的质量比为(0.7～0.9):100；

步骤二①中所述的硅钡孕育剂与原料ⅰ的质量比为(0.08～0.15):100；

②、首先将fesimg8re3球化剂放在浇注包的包底，然后将fesi75孕育剂均匀覆盖在fesimg8re3球化剂上，再在温度为1420℃～1450℃的条件下保温0.4min～0.6min，最后将步骤一③得到的铁液在温度为1340℃～1390℃下进行浇注，浇注过程中随铁液流加入硅钡孕育剂，得到球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样；

三、制备回火马氏体斜楔：

①、pag淬火剂淬火：

首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至890℃～900℃，然后在890℃～900℃下保温1.5h～2h，再将试样出炉转移到25℃～35℃的pag淬火剂中保温10min～20min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；

②、低温回火：

将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为180℃～200℃的箱式炉中保温3h～4h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

进一步的，步骤三①首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至895℃，然后在895℃下保温2h，再将试样出炉转移到30℃的pag淬火剂中保温15min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；步骤三②将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为190℃的箱式炉中保温3.5h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

本发明的原理及优点：

一、本发明针对铁路重型货车的特性要求，通过加入cu元素和mo元素，提高球化级别，在获得高性能球墨铸铁基础上，热处理技术采取pag淬火剂淬火加低温回火工艺，最终得到的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的基体组织主要为细针状马氏体，并含有少量的贝氏体混合组织；

二、本发明加入的cu元素是稳定化元素，起合金化或微合金化作用；在球铁中加入适量的铜能消除碳化物形成元素的激冷倾向，还能改善基体显微组织的均匀性，使组织细密、分布均匀，提高球铁的综合性能；

三、本发明加入的mo元素是稳定化元素，同时能够强化固溶体，有效提高铸铁强度，细化组织，改善组织均匀性；

四、本发明制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度≥1200mpa，屈服强度≥900mpa，延伸率≥5％，冲击功≥60j，硬度：350hb～450hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数≥0.25，内部韧性好，强度高，表面硬度高、抗磨性好，内部组织和表面组织分布均匀、致密；同时制造成本低，技术工艺重现性好，制备工艺也不复杂，完全可以满足重载铁路货车的技术要求。

本发明可获得一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

附图说明

图1为实施例一制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的金相组织检查结果；

图2为实施例一制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的球化级别检测结果。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.30％～3.70％、mn：0.25％～0.50％、si：2.40％～2.90％、mg：0.030％～0.060％、mo：0.20％～0.30％、cu：0.5％～1.0％、s：≤0.014％、p：≤0.050％和余量fe组成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.40％、mn：0.26％、si：2.40％、mg：0.052％、mo：0.25％、cu：0.78％、s：0.014％、p：0.032％和余量fe组成。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.45％、mn：0.27％、si：2.48％、mg：0.048％、mo：0.22％、cu：0.70％、s：0.012％、p：0.031％和余量fe组成。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的化学成分按照元素质量分数由c：3.55％、mn：0.27％、si：2.56％、mg：0.045％、mo：0.26％、cu：0.75％、s：0.014％、p：0.027％和余量fe组成。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度≥1200mpa，屈服强度≥900mpa，延伸率≥5％，冲击功≥60j，硬度：350hb～450hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数≥0.25。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度为1280mpa，屈服强度为920mpa，延伸率为5.5％，冲击功为66j，硬度为420hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数为0.28。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度为1260mpa，屈服强度为910mpa，延伸率为6.0％，冲击功为65j，硬度为415hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数为0.27。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度为1270mpa，屈服强度为915mpa，延伸率为5.5％，冲击功为64j，硬度为421hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数为0.26。其它步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式是一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的制备方法是按以下步骤完成的：

一、熔炼铁液：

①、按重量份数称取60份～65份q10生铁、25份～30份球铁回炉料和10份～15份废钢，得到原料ⅰ；

②、称取电解铜和钼铁；

步骤一②所述的电解铜与原料ⅰ的质量比为(0.6～1.0):100；

步骤一②所述的钼铁与原料ⅰ的质量比为(0.3～0.6):100；

③、将原料ⅰ、电解铜和钼铁加入到中频炉中，再将中频炉从室温升温至1500℃～1550℃，再在1500℃～1550℃下静置保温2min～4min，出炉，得到铁液；

二、球化及孕育处理：

①、称取fesimg8re3球化剂、fesi75孕育剂和硅钡孕育剂；

步骤二①中所述的fesimg8re3球化剂与原料ⅰ的质量比为(1.5～1.7):100；

步骤二①中所述的fesi75孕育剂与原料ⅰ的质量比为(0.7～0.9):100；

步骤二①中所述的硅钡孕育剂与原料ⅰ的质量比为(0.08～0.15):100；

②、首先将fesimg8re3球化剂放在浇注包的包底，然后将fesi75孕育剂均匀覆盖在fesimg8re3球化剂上，再在温度为1420℃～1450℃的条件下保温0.4min～0.6min，最后将步骤一③得到的铁液在温度为1340℃～1390℃下进行浇注，浇注过程中随铁液流加入硅钡孕育剂，得到球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样；

三、制备回火马氏体斜楔：

①、pag淬火剂淬火：

首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至890℃～900℃，然后在890℃～900℃下保温1.5h～2h，再将试样出炉转移到25℃～35℃的pag淬火剂中保温10min～20min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；

②、低温回火：

将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为180℃～200℃的箱式炉中保温3h～4h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

将本实施方式使用原料的化学成分列于表1。

表1

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式针对铁路重型货车的特性要求，通过加入cu元素和mo元素，提高球化级别，在获得高性能球墨铸铁基础上，热处理技术采取pag淬火剂淬火加低温回火工艺，最终得到的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的基体组织主要为细针状马氏体，并含有少量的贝氏体混合组织；

二、本实施方式加入的cu元素是稳定化元素，起合金化或微合金化作用；在球铁中加入适量的铜能消除碳化物形成元素的激冷倾向，还能改善基体显微组织的均匀性，使组织细密、分布均匀，提高球铁的综合性能；

三、本实施方式加入的mo元素是稳定化元素，同时能够强化固溶体，有效提高铸铁强度，细化组织，改善组织均匀性；

四、本实施方式制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的抗拉强度≥1200mpa，屈服强度≥900mpa，延伸率≥5％，冲击功≥60j，硬度：350hb～450hb，作为副摩擦铁时的动摩擦系数≥0.25，内部韧性好，强度高，表面硬度高、抗磨性好，内部组织和表面组织分布均匀、致密；同时制造成本低，技术工艺重现性好，制备工艺也不复杂，完全可以满足重载铁路货车的技术要求。

本实施方式可获得一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤三①首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至895℃，然后在895℃下保温2h，再将试样出炉转移到30℃的pag淬火剂中保温15min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；步骤三②将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为190℃的箱式炉中保温3.5h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。其它与具体实施方式九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、熔炼铁液：

①、按重量份数称取60份q10生铁、30份球铁回炉料和10份废钢，得到原料ⅰ；

②、称取电解铜和钼铁；

步骤一②所述的电解铜与原料ⅰ的质量比为0.9:100；

步骤一②所述的钼铁与原料ⅰ的质量比为0.57:100；

③、将原料ⅰ、电解铜和钼铁加入到中频炉中，再将中频炉从室温升温至1540℃，再在1540℃下静置保温4min，出炉，得到铁液；

二、球化及孕育处理：

①、称取fesimg8re3球化剂、fesi75孕育剂和硅钡孕育剂；

步骤二①中所述的fesimg8re3球化剂与原料ⅰ的质量比为1.5:100；

步骤二①中所述的fesi75孕育剂与原料ⅰ的质量比为0.9:100；

步骤二①中所述的硅钡孕育剂与原料ⅰ的质量比为0.13:100；

②、首先将fesimg8re3球化剂放在浇注包的包底，然后将fesi75孕育剂均匀覆盖在fesimg8re3球化剂上，再在温度为1450℃的条件下保温0.6min，最后将步骤一③得到的铁液在温度为1390℃下进行浇注，浇注过程中随铁液流加入硅钡孕育剂，得到球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样；

三、制备回火马氏体斜楔：

①、pag淬火剂淬火：

首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至890℃，然后在890℃下保温2h，再将试样出炉转移到25℃的pag淬火剂中保温20min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；

②、低温回火：

将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为200℃的箱式炉中保温4h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

实施例二：一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、熔炼铁液：

①、按重量份数称取62份q10生铁、25份球铁回炉料和13份废钢，得到原料ⅰ；

②、称取电解铜和钼铁；

步骤一②所述的电解铜与原料ⅰ的质量比为0.85:100；

步骤一②所述的钼铁与原料ⅰ的质量比为0.55:100；

③、将原料ⅰ、电解铜和钼铁加入到中频炉中，再将中频炉从室温升温至1530℃，再在1530℃下静置保温3min，出炉，得到铁液；

二、球化及孕育处理：

①、称取fesimg8re3球化剂、fesi75孕育剂和硅钡孕育剂；

步骤二①中所述的fesimg8re3球化剂与原料ⅰ的质量比为1.55:100；

步骤二①中所述的fesi75孕育剂与原料ⅰ的质量比为0.86:100；

步骤二①中所述的硅钡孕育剂与原料ⅰ的质量比为0.14:100；

②、首先将fesimg8re3球化剂放在浇注包的包底，然后将fesi75孕育剂均匀覆盖在fesimg8re3球化剂上，再在温度为1440℃的条件下保温0.5min，最后将步骤一③得到的铁液在温度为1385℃下进行浇注，浇注过程中随铁液流加入硅钡孕育剂，得到球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样；

三、制备回火马氏体斜楔：

①、pag淬火剂淬火：

首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至895℃，然后在895℃下保温1.8h，再将试样出炉转移到30℃的pag淬火剂中保温15min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；

②、低温回火：

将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为195℃的箱式炉中保温3.5h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

实施例三：一种高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、熔炼铁液：

①、按重量份数称取65份q10生铁、20份球铁回炉料和15份废钢，得到原料ⅰ；

②、称取电解铜和钼铁；

步骤一②所述的电解铜与原料ⅰ的质量比为0.88:100；

步骤一②所述的钼铁与原料ⅰ的质量比为0.60:100；

③、将原料ⅰ、电解铜和钼铁加入到中频炉中，再将中频炉从室温升温至1535℃，再在1535℃下静置保温3.5min，出炉，得到铁液；

二、球化及孕育处理：

①、称取fesimg8re3球化剂、fesi75孕育剂和硅钡孕育剂；

步骤二①中所述的fesimg8re3球化剂与原料ⅰ的质量比为1.6:100；

步骤二①中所述的fesi75孕育剂与原料ⅰ的质量比为0.83:100；

步骤二①中所述的硅钡孕育剂与原料ⅰ的质量比为0.15:100；

②、首先将fesimg8re3球化剂放在浇注包的包底，然后将fesi75孕育剂均匀覆盖在fesimg8re3球化剂上，再在温度为1430℃的条件下保温0.6min，最后将步骤一③得到的铁液在温度为1380℃下进行浇注，浇注过程中随铁液流加入硅钡孕育剂，得到球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样；

三、制备回火马氏体斜楔：

①、pag淬火剂淬火：

首先将步骤二得到的球化率大于90％的铸态球墨铸铁试样装入热处理炉中，将热处理炉升温至900℃，然后在900℃下保温2h，再将试样出炉转移到35℃的pag淬火剂中保温20min，最后将试样取出放入水中漂洗去盐渍，冷却至室温，得到马氏体的球墨铸铁试样；

②、低温回火：

将马氏体的球墨铸铁试样放入温度为200℃的箱式炉中保温4h，再取出自然冷却至室温，得到高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔。

根据gb/t14203-1993发射光谱分析标准，利用意大利f20发射光谱仪，对实施例一、实施例二和实施例三制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔试样进行化学成分分析，分析结果如表2。

表2

根据国家标准gb/t228-2007、gb/t229-2007和gb/t230-2007利用css-88300电子拉力试验机、jb-300冲击试验机、hb3000c硬度试验机、ft1摩擦系数测试仪，对实施例一、实施例二和实施例三制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔试样进行拉力试验、冲击试验、布氏硬度试验和动摩擦系数试验，试验结果如表3。

表3

图1为实施例一制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的金相组织检查结果；

从图1可知，实施例一制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的基体组织主要为细针状马氏体，并含有少量的贝氏体混合组织。

图2为实施例一制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的球化级别检测结果。

从图2可知，实施例一制备的高动摩擦系数的重载货车回火马氏体斜楔的球化级别为2级。