張杰，鄧曉金，葉長青（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州 213011）

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牽引輪的鑄造生產(chǎn)技術(shù)

張杰，鄧曉金，葉長青
（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州 213011）

摘要：介紹了牽引輪鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，根據(jù)技術(shù)要求確定了熔煉工藝方案。熔煉時，加入一定量的合金，球化處理時，使用專用的球化劑，孕育處理時，進(jìn)行二次孕育。經(jīng)過試驗(yàn)生產(chǎn)，澆注的鑄件的力學(xué)性能、金相組織等均符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：牽引輪鑄件；熔煉工藝；球化處理；孕育處理；試驗(yàn)；力學(xué)性能；金相組織

稿件編號:1512-1162

1 鑄件的特點(diǎn)和技術(shù)要求

牽引輪是電梯設(shè)備上的關(guān)鍵零部件，最大壁厚為138.5 mm,最小壁厚為21 mm,在工作中需承受很大的載荷，因此零件材料要求嚴(yán)格，需要采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵，鑄件材質(zhì)為QT700-2，硬度：225～305 HB，硬度偏差不大于20 HB，本體試樣抗拉強(qiáng)度≥700 MPa, 屈服強(qiáng)度≥400 MPa,伸長率≥2%。金相組織上球化率≥90%,珠光體含量＞90%，鐵素體＜5%。

2 工藝難度分析

牽引輪是典型的高強(qiáng)度球墨鑄鐵件，產(chǎn)品性能上要求有較高的強(qiáng)度，同時還要有一定的伸長率；產(chǎn)品技術(shù)條件要求用本體試樣進(jìn)行材料驗(yàn)收，但由于澆注后本體試樣與單鑄試樣的凝固、冷卻條件較差，易造成其組織中石墨球數(shù)量少、球徑大，同時珠光體容易分解，易造成使力學(xué)性能的降低；金相上組織中珠光體含量的要求在鑄態(tài)情況下很難達(dá)到要求；要滿足鑄件本體硬度偏差不大于20 HB的要求，鑄件各部位的硬度應(yīng)基本均勻，而實(shí)際澆注后由于鑄件吃砂量大小不一、壁厚大小懸殊、鑄件中心與邊緣的散熱差異、澆冒口的布置使各部位受熱程度不均等的不同，導(dǎo)致凝固和冷卻速度的差異較大，其最終的造成表面硬度也將產(chǎn)生差異，很難達(dá)到硬度差不大于20 HB的要求。造成鑄件各部位的硬度差大于20 HB，這樣硬度的要求也是一個難點(diǎn)問題。

3 試驗(yàn)方法

根據(jù)牽引輪的技術(shù)特點(diǎn)，要求球化率≥90%,珠光體含量＞90%，決定熔煉時加入一定量的Cu、Mo、Sn,增加其基體組織中的珠光體含量，并利用銅元素；使用珠光體型專用球化劑，加入量按偏上限控制，來提高其球化率。

3.1 化學(xué)成分的選擇

結(jié)合牽引輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，參照公司球墨鑄鐵的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和查找相關(guān)技術(shù)資料，確定化學(xué)成分。

(1)C：高的含碳量能促進(jìn)石墨化，增加石墨球數(shù)量、改善球化質(zhì)量、減少鑄件的縮松傾向，但過高易產(chǎn)生石墨飄浮缺陷。所以，確定w（C）控制在3.5%～3.8%范圍內(nèi)。

(2)Si：一定的Si能促進(jìn)石墨、防止?jié)B碳體的產(chǎn)生，但Si會促進(jìn)鐵素體的生成，降低鑄件的強(qiáng)度和硬度，選擇w（Si）為2.1%～2.6%。

(3)Mn：Mn能促進(jìn)珠光體的生成，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度，但容易在晶界產(chǎn)生偏析，所以不能依靠提高M(jìn)n量來增加珠光體含量，將w（Mn）控制在0.3%～0.4%范圍。

(4)Cu：Cu在鑄鐵的一次結(jié)晶時促進(jìn)石墨化，共析轉(zhuǎn)變時有效增加珠光體含量，所以特別適用于斷面變化大的鑄件，使鑄件硬度趨向均勻；Cu在球墨鑄鐵細(xì)化共晶團(tuán)、增加石墨球數(shù)量，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度。綜合分析不同Cu含量對球墨鑄鐵性能的影響，w（Cu）為0.8%～1.1%。

(5)Mo：Mo是典型的珠光體穩(wěn)定元素，且能細(xì)化石墨和珠光體，所以Mo能提高鑄件的強(qiáng)度和硬度，w（Mo）為0.15%～0.20%。

(6)Sn：在球墨鑄鐵中添加0.04%～0.10% 的Sn，能使球墨鑄鐵基體組織中珠光體含量明顯增加，但過高的錫會降低鑄件的塑性和韌性，綜合考慮Sn和其它元素的影響，其添加量為0.04%～0.06%。

綜合以上分析，成品化學(xué)成分為w(C):3.5% ~3.8%；w(Si)：2.1%~2.6%；w(Mn)：0.4%~0.45%；w(P)≤0.15%；w(S)≤0.02%；w(Mg殘)：0.03%~0.06%； w(Re)：0.03%~0.05%；w(Cu)：0.9%~1.1%；w(Mo):0.15%~0.20%；w(Sn):0.04%~0.06%。

w(Mn)≤0.5%,以免出現(xiàn)脆性，w(Cu)：0.9~1.1，能顯著增強(qiáng)珠光體的含量，w(Mo):0.15~0.20和w(Sn):0.04~0.06加入量適中，在增加珠光體含量的同時不會影響延伸率。

3.2 球化處理及孕育處理

3.2.1 球化處理

采用倒包沖入法球化處理工藝，減小了球化處理溫度的波動、增加了鐵液傾倒的速度，減少了球化處理中球化劑的氧化和燒損，穩(wěn)定了球化質(zhì)量。選用珠光體型球化劑（型號為D-3），加入量為1.3%~1.5%，球化處理溫度為1 450~1 480 ℃。

球化劑裝填時將球化劑放入凹坑底部，其上覆蓋細(xì)硅鐵粉，最上層覆蓋銅板。

3.2.2 孕育處理

采用含Ba、Bi的長效孕育劑復(fù)合孕育工藝。

一次孕育：選用粒度為5~16 ㎜的含Ba孕育劑，在球化處理后補(bǔ)鐵液時加入鐵液表面，加入量：0.5%～0.7%。

二次孕育：澆注時進(jìn)行瞬時孕育，采用粒度為0.8～1 ㎜含Bi的孕育劑，加入量：0.1%～0.15%。

3.2.3 溫度控制

一次孕育后溫度：1 380～1 400 ℃；產(chǎn)品澆注溫度：1 350～1 370 ℃。

4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

分析認(rèn)為，通過使用珠光體型專用球化劑，提高了鑄件的球化率，但是兩次本體試樣的力學(xué)性能不符合技術(shù)要求，問題的主要原因是鑄件在砂型中的冷卻條件較差，容易分解珠光體。

5 改進(jìn)工藝

按照以上工藝進(jìn)行熔煉，在此基礎(chǔ)上，將澆注好的鑄件進(jìn)行提前開箱，具體工藝如下：鑄件澆注完畢30 min以后開箱，將上箱吊離，下箱向下懸空平穩(wěn)架住擺放自然冷卻。

改進(jìn)工藝后試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 改進(jìn)工藝后試驗(yàn)結(jié)果

改進(jìn)工藝后基體組織和石墨形態(tài)如圖1。

圖1 基體組織和石墨形態(tài)圖

分析認(rèn)為，提前將鑄件開箱，相當(dāng)于對鑄件表面進(jìn)行了正火處理，保證珠光體含量符合技術(shù)要求，硬度均勻，經(jīng)過提前開箱后力學(xué)性能符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

6 試驗(yàn)結(jié)論與總結(jié)

(1)由于牽引輪鑄件為珠光體型球鐵件，加入一定量的Cu、Mo、Sn來穩(wěn)定珠光體，以提高力學(xué)性能。

(2)牽引輪鑄件要求球化率大于等于90%，球化劑加入量按偏上限控制，并進(jìn)行兩次孕育，二次孕育時進(jìn)行隨流孕育。

(3)由于牽引輪要求本體取樣，澆注完的鑄件在砂型中的冷卻條件較差，珠光體分解較多，通過提前開箱來提高鑄件的珠光體含量，鑄件本體硬度偏差不大于20 HB，硬度均勻。

參考文獻(xiàn)

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Traction wheel casting manufacture technology

ZHANG Jie, DENG XiaoJin, YE ChangQin
(CRRC Qishuyan locomotive co.,Ltd.,Changzhou 213011,Jiangsu,China)

Abstract:Structural features and technical requirement of traction wheel casting were introduced.According to technical requirement, formulate melting process scheme.when melting, add a certain amount alloy.When Spheroidizing treatment we use private nodulant, when inoculation treatment we keep on late inoculation.Through production test, the poured casting which mechanical property、microstructures were all conform to production technical requirement.

Keywords：traction wheel casting；melting process；spheroidizing；inoculation；test；mechanical property；microstructures

中圖分類號：TG255；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0045-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.014

收稿日期:2015-12-17

作者簡介：張杰（1982年—），男，工程師 , 主要從事鑄造熔煉工藝的工作.