一种等温淬火铸造列车配件的方法
【专利摘要】本发明公开了一种等温淬火铸造列车配件的方法，其包括熔炼、球化处理、二次孕育、浇注、清理打磨、奥氏体化过程处理和等温淬火六个步骤。所述等温淬火包括取出处理后的产品，在5s内转移至300℃的硝酸钾和硝酸钠的混合盐浴中，等温淬火温度为300℃，时间2h，然后取出空炉冷却至室温，再放入清水中漂洗去盐渍，即制得下贝氏体?残存奥氏体球墨铸铁。本发明提供的等温淬火铸造列车配件的方法，对推广QTD 1200?3材料的应用有积极意义，能稳定提供抗拉强度达1200MPa以上,延伸率达3％以上，硬度370～420HB之间的高强度的球墨铸铁件。
【专利说明】
一种等温淬火铸造列车配件的方法
技术领域
[0001] 本发明特别涉及一种等温淬火铸造列车配件的方法，属于机械铸造领域。
【背景技术】
[0002] 等温淬火(ADI)球墨铸铁件，因基体为奥氏体加贝氏体，强度高，塑性好，耐疲劳， 正在高强度要求的承载构件方面，取代锻钢件，成本降低20%以上。虽然等温淬火在上世纪 七十年代，就进入商业化应用，且每年10%以上规模增长，但我国现有生产质量不稳定性阻 碍了该类产品的广泛应用。
[0003] 4级等温淬火(ADI)列车配件，材料牌号为QTD1200-3，抗拉强度为彡1200MPa，屈服 强度多850MPa，延伸率多3 %。其产品能稳定生产，首要条件是铸件本体的质量，铸件要求金 相达2级以上，疏松控制在1级以内，石墨球数多150个/mm 2，无气孔、夹渣等缺陷。其次，是严 格的等温淬火热处理过程。因此如何通过等温淬火制造列车配件成为人们研究的热点。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种等温淬火铸造列车配件的方 法。
[0005] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
[0006] -种等温淬火铸造列车配件的方法，其包括以下步骤：
[0007] (1)熔炼:将原材料熔炼，熔炼期间加入辅助材料，待原材料完全熔炼成铁水后除 渣，并将铁水中的成份按质量百分比调整为：C 3.65~3.75%，Si 1.3~1.5%，Mn 0.20~ 0.35%，然后进行出炉，所述铁水的出炉温度控制在1500~1520°C ;
[0008] (2)球化处理：向球化包内依次加入球化剂、孕育剂和覆盖剂，之后向球化包内注 入铁水进行孕育处理；
[0009] (3)二次孕育、浇注:在步骤(2)处理后的铁水表面添加覆盖剂，在将铁水倒入浇注 机内浇注时除去铁水表面的浮渣，且在浇注的同时加入孕育剂;对浇注后的铁水取样，所述 铁水中含有如下如下质量百分比的组分：C 3.65~3.75%，Si 2.3~2.5%，Mn 0.20~ 0.35%，P彡0.035%，S彡0.02%，Mg 0.035~0.045%，且对浇注后的铸件实物金相分析，达 到球化级别2级以上要求；
[0010] (4)清理打磨：清除步骤(3)处理后的铸件浇冒口，再经抛丸清理、打磨后，进行产 品检验，除去不合格的广品；
[0011] (5)奥氏体化过程处理:将检验后合格的产品进行奥氏体化过程处理，处理条件为 炉中升温50~100°C/h，奥氏体化温度控制在900~920°C，保温2小时；
[0012] (6)等温淬火:取出步骤(5)处理后的产品，在5s内转移至300°C的硝酸钾和硝酸钠 的混合盐浴中，等温淬火温度为300°C，时间2h，然后取出空炉冷却至室温，再放入清水中漂 洗去盐渍，即制得下贝氏体-残存奥氏体球墨铸铁。
[0013] 在一些实施方案之中，所述原材料包括生铁和/或低碳钢，所述的辅助材料包括石 墨态增碳剂、球化剂、铸造熔炼添加剂、SiC、覆盖剂和孕育剂中的任意一种或两种以上的组 合。
[0014] 在一些较为具体的实施方案之中，SiC占原料和辅助材料总重的1%。
[0015] 在一些实施方案之中，所述原材料包括按质量百分比计算的如下组分:C:3.65~ 3.75%，Si:2.3~2.5%，Μη:0·20~0.35%，P彡0.035%，S彡0.02%，Mg:0.035~0.045% ; 且所述原材料的碳当量CE为4.4~4.5%。
[0016] 在一些实施方案之中，所述覆盖剂加入量为铁水重量的0.15~0.2%。
[0017]在一些实施方案之中，所述的孕育剂至少选自75SiFe孕育剂，且该孕育剂在球化 包中加入时粒度为3~8mm，转包时粒度为1~2mm。
[0018]在一些实施方案之中，所述铸造熔炼添加剂为铁水重量的〇.〇2%。
[0019] 在一些实施方案之中，铁水在浇注时的温度为1370~1400°C。
[0020]在一些实施方案之中，所述球化包为堤坝式球化处理包。
[0021]在一些实施方案之中，所述SiC为97~98%结晶的碳化硅，且SiC晶体中C与Si质量 比为3:7。
[0022] 与现有技术相比，本发明的优点包括:本发明提供的等温淬火铸造列车配件的方 法，对推广QTD1200-3材料的应用有积极意义，能稳定提供抗拉强度达1200MPa以上，延伸率 达3%以上，硬度370~420HB之间的高强度的球墨铸铁件。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一典型实施方案之中等温淬火的示意图；
[0024] 图2为本发明一典型实施方案之中未进行等温淬火前的铸件金相图；
[0025] 图3为本发明一典型实施方案之中等温淬火后的产品金相图；
【具体实施方式】
[0026] 鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的 技术方案，其主要涉及一种等温淬火铸造列车配件的方法。
[0027] -种等温淬火铸造列车配件的方法，其包括以下步骤：
[0028] (1)熔炼:将原材料熔炼，熔炼期间加入辅助材料，待原材料完全熔炼成铁水后除 渣，并将铁水中的成份按质量百分比调整为：C 3.65~3.75%，Si 1.3~1.5%，Mn 0.20~ 0.35%，然后进行出炉，所述铁水的出炉温度控制在1500~1520°C ;
[0029] (2)球化处理：向球化包内依次加入球化剂、孕育剂和覆盖剂，之后向球化包内注 入铁水进行孕育处理；
[0030] (3)二次孕育、浇注:在步骤(2)处理后的铁水表面添加覆盖剂，在将铁水倒入浇注 机内浇注时除去铁水表面的浮渣，且在浇注的同时加入孕育剂;对浇注后的铁水取样，所述 铁水中含有如下如下质量百分比的组分：C 3.65~3.75%，Si 2.3~2.5%，Mn 0.20~ 0.35%，P彡0.035%，S彡0.02%，Mg 0.035~0.045%，且对浇注后的铸件实物金相分析，达 到球化级别2级以上要求；
[0031] (4)清理打磨：清除步骤(3)处理后的铸件浇冒口，再经抛丸清理、打磨后，进行产 品检验，除去不合格的广品；
[0032] (5)奥氏体化过程处理:将检验后合格的产品进行奥氏体化过程处理，处理条件为 炉中升温50~100°C/h，奥氏体化温度控制在900~920°C，保温2小时；
[0033] (6)等温淬火:取出步骤(5)处理后的产品，在5s内转移至300°C的硝酸钾和硝酸钠 的混合盐浴中，等温淬火温度为300°C，时间2h，然后取出空炉冷却至室温，再放入清水中漂 洗去盐渍，即制得下贝氏体-残存奥氏体球墨铸铁。
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0035] -、铸造工艺：
[0036] 1)成分的选择：
[0037]适当提高碳当量，有利于ADI的制取，碳当量高时，铸件石墨球径大，热处理后抗拉 强度难达到要求。选择碳当量CE4.4~4.5%。
[0038]硅量的选择:硅使铁素体量增加，抗拉强度下降，奥氏体稳定性提高。而4级AD I产 品，其强度要求高，因此，选择Si量按下限控制。这样，则选择C: 3.65~3.75%，Si :2.3~ 2.5%，生产的铸件基体，石墨球径大小能控制在6~7级；
[0039] 锰，对稳定和强化珠光体作用明显，一定的Μη量对提高铸态抗拉强度效果明显，但 锰易产生偏析，影响最终产品的强度、冲击韧性及延伸率，为此选择Μη: 0.20~0.35%， [0040]磷容易偏析，在热节部位，磷共晶数量多，磷共晶熔点低，呈多角状分布于共晶团 边界，急剧恶化球墨铸铁件的力学性能。S是反球化元素，它的数量对球化效果影响大。因此 等温淬火中的P、S都作为有害物质，力求降低。选择PS0.035%，SS0.02%，
[0041]残留一定量的镁及稀土，是保证球化的必要条件，而高的镁量，碳化物上升，影响 最终产品的冲击韧性及延伸率，选择Mg: 0.035~0.045% ;
[0042] 2)原材料选择：
[0043] P、S主要来自原材料，选择生铁时，选用低硫、低磷生铁，或在配料中不使用生铁， 降低P、S含量；
[0044] 低碳钢，控制Μη，本料时确保Μη在要求的范围；
[0045] 选用石墨态增碳剂，选用低S型的；
[0046] 选用低稀土的球化剂，如QRMg6HRE2。
[0047] 选用铸造熔炼添加剂，其成分以多种氧化物组成，呈碱性，碱性的提高是靠增加低 熔点的氧化钠、氧化钾，遇热后，精炼添加剂中的氧化钠迅速熔化、气化，能加快Na 20、Si02、 Al2〇3等高熔点氧化手的结合，生成低熔点的硅酸盐，且能迅速吸附铁液中非金属夹杂物构 成复杂化合物，上浮，通过扒渣去除。这样的铁水更纯净，对减少产品疏松、渣孔等有利。
[0048] SiC，97~98 %结晶碳化硅，SiC晶体C含量30 %，Si含量70 %。
[0049] 高效覆盖剂（主要成分碱性物质，如似20、3102^1203、0 &0等），具有脱硫除渣之功 效，加入量铁水重量的〇. 15~0.2%，能增加石墨球数，提高球化剂的吸收率。
[0050] 75SiFe孕育剂，二次孕育方式，一次在堤坝式球化包中加入，粒度3~8mm，
[0051] -次在转包时，瞬时加入，粒度1~2mm。
[0052] 3)铸造熔炼添加剂、SiC、高效覆盖剂加入方式：
[0053]铸造熔炼添加剂，加入量为0.02%，在电炉金属炉料首次加满炉膛后，倒入中部， 不得放置炉壁边，以免蚀损炉壁。
[0054] SiC在配料中按铁水总量1 %配入，在炉膛铁水已熔化有1/3铁水时，加在炉膛中 心，作孕育预处理。Sic对铁液中氧化铁有脱氧还原作用，提高石墨球的圆整度，提高球化 率，提高组织致密性。
[0055] 覆盖剂:在堤坝式球化处理包中加入，其顺序为加入球化剂后，用75SiFe孕育剂覆 盖，并倒实，再覆盖一层高效覆盖剂，因用此覆盖剂后，冲入法球化处理时，时间短，孕育效 果好，球化剂加入量少，疏松程度有明显降低。
[0056] 4)孕育方式及浇注温度控制：
[0057]在炉中加入SiC，作为孕育预处理;在球化包中加入的孕育剂，属第一次孕育;在浇 注时采用瞬时孕育，属二次孕育。
[0058] 浇注温度控制在1370~1400°C，较高的浇注温度时，Mg耗损量大，所需球化剂量 大，而过低的浇注温度，气孔、渣孔、砂眼等缺陷上升。
[0059] 5)工艺流程:a)熔炼:将生铁、废钢、回炉料作为主要原材料，并加入硅铁、增碳剂、 SiC、铸造熔炼添加剂等辅助材料，按化学成分要求配料后，在电炉内熔炼，熔炼好的铁水表 面加入粘渣剂除渣，通过光谱分析其化学成份，通过测温仪测定铁水温度，将原铁水成份调 整在C:3.65~3.75%，Si: 1.3~1.5%，Mn:0.20~0.35%范围内。S、P成份由原材料控制，不 必调整。铁水出炉温度控制在1500~1520 °C内。
[0060] b)球化处理:在堤坝式球化包内，先加入铁水重量的1.5%的QRMg6HRE2球化剂，捣 实;再加入铁水重量的0.4% 75SiFe孕育剂，再捣实;表面再覆盖一层铁水重量0.15 %高效 覆盖剂后，接铁水进行球化孕育处理。
[0061] c)二次(瞬时）孕育、浇注:球化孕育处理后铁水，先表面再加一层覆盖剂，运至浇 注段，扒净表面浮渣，此时，垂直分开无箱挤压造型机已造好型，铁水倒入自动浇注机进行 浇注，在浇注同时，瞬时加入约铁水重量的0.15 %的Si-Ba孕育剂。此时对浇注后的铁水取 样，其化学成份应达到C:3.65~3.75%，Si:2.3~2.5%，Μη:0·20~0.35%，P彡0.035%，S 彡0.02%，Mg: 0.035~0.045%。对实物金相分析，应达到球化级别2级以上要求。
[0062] d)后续清理、打磨:对冷却后的铸件，清除其浇冒口，再经抛丸清理、打磨后，产品 再全部检验合格后，转入热处理工序。
[0063] 二、热处理工艺：
[0064] 1)第一阶段，奥氏体化过程：炉中升温50~100°C/h，奥氏体化温度控制在900~ 920 °C，保温2小时，
[0065] 2)第二阶段，等温淬火，获得下贝氏体-残存奥氏体组织:迅速淬火，在已保温二小 时的高温加热炉中，迅速取出实物，在5秒内，转移至300 °C的硝酸钾和硝酸钠的混合盐浴 中，等淬温度300°C，时间2小时，然后取出空炉冷至室温，再放入清水中漂洗去盐渍，得到下 贝氏体-残存奥氏体球墨铸铁。
[0066] 较高的奥氏体化温度下，有利于奥氏体转变，保温时间过长，石墨球大，强度受影 响。而等温淬火在马氏体转变温度以上进行，过高时强度低，我们控制温度在300°C，时间2 小时，时间延长，空耗能量。
[0067] 三、检测：
[0068] 1)铸件金相检测，在未进行等温淬火前铸态产品检测其金相组织，需球化级别在2 级以上，球化率达90 %以上，石墨大小在6~7级。见附图2。
[0069] 2)等温淬火后的产品金相检测:组织为下贝氏体-残存奥氏体。见附图3。
[0070] 3)机械性能及硬度检测。
[0071]
[0072] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的思想和原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 熔炼:将原材料熔炼，熔炼期间加入辅助材料，待原材料完全熔炼成铁水后除渣，并 将铁水中的成份按质量百分比调整为<3.65~3.75%，311.3~1.5%^11〇.20~ 0.35%，然后进行出炉，所述铁水的出炉温度控制在1500~1520°C ; (2) 球化处理：向球化包内依次加入球化剂、孕育剂和覆盖剂，之后向球化包内注入铁 水进行孕育处理； (3) 二次孕育、浇注:在步骤(2)处理后的铁水表面添加覆盖剂，在将铁水倒入浇注机内 浇注时除去铁水表面的浮渣，且在浇注的同时加入孕育剂;对浇注后的铁水取样，所述铁水 中含有如下如下质量百分比的组分4 3.65~3.75%，512.3~2.5%，]?11〇.20~0.35%，？ 彡0.035%，S彡0.02%，Mg 0.035~0.045%，且对浇注后的铸件实物金相分析，达到球化级 另IJ2级以上要求； (4) 清理打磨：清除步骤（3)处理后的铸件浇冒口，再经抛丸清理、打磨后进行产品检 验，除去不合格的产品； (5) 奥氏体化过程处理:将检验后合格的产品进行奥氏体化过程处理，处理条件为炉中 升温50~100°C/h，奥氏体化温度控制在900~920°C，保温2小时； (6) 等温淬火:取出步骤(5)处理后的产品，在5s内转移至300°C的硝酸钾和硝酸钠的混 合盐浴中，等温淬火温度为300°C，时间2h，然后取出空炉冷却至室温，再放入清水中漂洗去 盐渍，即制得下贝氏体-残存奥氏体球墨铸铁。2. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:所述原材料包括生 铁和/或低碳钢，所述的辅助材料包括石墨态增碳剂、球化剂、铸造熔炼添加剂、SiC、覆盖剂 和孕育剂中的任意一种或两种以上的组合。3. 根据权利要求2所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于：SiC占原料和辅助 材料总重的1 %。4. 根据权利要求1或2所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于，所述原材料包 括按质量百分比计算的如下组分:C 3.65~3.75%，Si 2.3~2.5%，Mn 0.20~0.35%，P彡 0.035%，S彡0.02%，Mg 0.035~0.045% ;且所述原材料的碳当量CE为4.4~4.5%。5. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:所述覆盖剂加入量 为铁水重量的0.15~0.2%。6. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:所述的孕育剂至少 选自75SiFe孕育剂，且该孕育剂在球化包中加入时粒度为3~8mm，转包时粒度为1~2mm。7. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:所述铸造熔炼添加 剂为铁水重量的0.02 %。8. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:铁水在浇注时的温 度为 1370 ~1400°C。9. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:所述球化包为堤坝 式球化处理包。10. 根据权利要求1所述等温淬火铸造列车配件的方法，其特征在于:所述SiC为97~ 98 %结晶的碳化硅，且SiC晶体中C与Si质量比为3:7。
【文档编号】C21D1/20GK105886888SQ201610329582
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】牛家胜, 俞保平, 丽姜
【申请人】芜湖市和蓄机械股份有限公司