[发明专利]薄壁球铁齿轮箱的冶炼方法

说明书

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℃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℃以下或更低温度，甚至达到-40℃，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℃以下，铁水在1450℃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℃，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℃低温冲击功≥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℃，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℃。

本发明铁路客车转向架齿轮箱冶炼工艺方案如下：