牵引轮的铸造生产技术

张杰，邓晓金，叶长青（中车戚墅堰机车有限公司，江苏常州 213011）



牵引轮的铸造生产技术

张杰，邓晓金，叶长青
（中车戚墅堰机车有限公司，江苏常州 213011）

摘要：介绍了牵引轮铸件的结构特点和技术要求，根据技术要求确定了熔炼工艺方案。熔炼时，加入一定量的合金，球化处理时，使用专用的球化剂，孕育处理时，进行二次孕育。经过试验生产，浇注的铸件的力学性能、金相组织等均符合产品的技术要求。

关键词：牵引轮铸件；熔炼工艺；球化处理；孕育处理；试验；力学性能；金相组织

稿件编号:1512-1162

1 铸件的特点和技术要求

牵引轮是电梯设备上的关键零部件，最大壁厚为138.5 mm,最小壁厚为21 mm,在工作中需承受很大的载荷，因此零件材料要求严格，需要采用高强度球墨铸铁，铸件材质为QT700-2，硬度：225～305 HB，硬度偏差不大于20 HB，本体试样抗拉强度≥700 MPa, 屈服强度≥400 MPa,伸长率≥2%。金相组织上球化率≥90%,珠光体含量＞90%，铁素体＜5%。

2 工艺难度分析

牵引轮是典型的高强度球墨铸铁件，产品性能上要求有较高的强度，同时还要有一定的伸长率；产品技术条件要求用本体试样进行材料验收，但由于浇注后本体试样与单铸试样的凝固、冷却条件较差，易造成其组织中石墨球数量少、球径大，同时珠光体容易分解，易造成使力学性能的降低；金相上组织中珠光体含量的要求在铸态情况下很难达到要求；要满足铸件本体硬度偏差不大于20 HB的要求，铸件各部位的硬度应基本均匀，而实际浇注后由于铸件吃砂量大小不一、壁厚大小悬殊、铸件中心与边缘的散热差异、浇冒口的布置使各部位受热程度不均等的不同，导致凝固和冷却速度的差异较大，其最终的造成表面硬度也将产生差异，很难达到硬度差不大于20 HB的要求。造成铸件各部位的硬度差大于20 HB，这样硬度的要求也是一个难点问题。

3 试验方法

根据牵引轮的技术特点，要求球化率≥90%,珠光体含量＞90%，决定熔炼时加入一定量的Cu、Mo、Sn,增加其基体组织中的珠光体含量，并利用铜元素；使用珠光体型专用球化剂，加入量按偏上限控制，来提高其球化率。

3.1 化学成分的选择

结合牵引轮的结构特点和技术要求，参照公司球墨铸铁的生产经验和查找相关技术资料，确定化学成分。

(1)C：高的含碳量能促进石墨化，增加石墨球数量、改善球化质量、减少铸件的缩松倾向，但过高易产生石墨飘浮缺陷。所以，确定w（C）控制在3.5%～3.8%范围内。

(2)Si：一定的Si能促进石墨、防止渗碳体的产生，但Si会促进铁素体的生成，降低铸件的强度和硬度，选择w（Si）为2.1%～2.6%。

(3)Mn：Mn能促进珠光体的生成，提高铸件的强度和硬度，但容易在晶界产生偏析，所以不能依靠提高Mn量来增加珠光体含量，将w（Mn）控制在0.3%～0.4%范围。

(4)Cu：Cu在铸铁的一次结晶时促进石墨化，共析转变时有效增加珠光体含量，所以特别适用于断面变化大的铸件，使铸件硬度趋向均匀；Cu在球墨铸铁细化共晶团、增加石墨球数量，提高铸件的强度和硬度。综合分析不同Cu含量对球墨铸铁性能的影响，w（Cu）为0.8%～1.1%。

(5)Mo：Mo是典型的珠光体稳定元素，且能细化石墨和珠光体，所以Mo能提高铸件的强度和硬度，w（Mo）为0.15%～0.20%。

(6)Sn：在球墨铸铁中添加0.04%～0.10% 的Sn，能使球墨铸铁基体组织中珠光体含量明显增加，但过高的锡会降低铸件的塑性和韧性，综合考虑Sn和其它元素的影响，其添加量为0.04%～0.06%。

综合以上分析，成品化学成分为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残)：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%,以免出现脆性，w(Cu)：0.9~1.1，能显著增强珠光体的含量，w(Mo):0.15~0.20和w(Sn):0.04~0.06加入量适中，在增加珠光体含量的同时不会影响延伸率。

3.2 球化处理及孕育处理

3.2.1 球化处理

采用倒包冲入法球化处理工艺，减小了球化处理温度的波动、增加了铁液倾倒的速度，减少了球化处理中球化剂的氧化和烧损，稳定了球化质量。选用珠光体型球化剂（型号为D-3），加入量为1.3%~1.5%，球化处理温度为1 450~1 480 ℃。

球化剂装填时将球化剂放入凹坑底部，其上覆盖细硅铁粉，最上层覆盖铜板。

3.2.2 孕育处理

采用含Ba、Bi的长效孕育剂复合孕育工艺。

一次孕育：选用粒度为5~16 ㎜的含Ba孕育剂，在球化处理后补铁液时加入铁液表面，加入量：0.5%～0.7%。

二次孕育：浇注时进行瞬时孕育，采用粒度为0.8～1 ㎜含Bi的孕育剂，加入量：0.1%～0.15%。

3.2.3 温度控制

一次孕育后温度：1 380～1 400 ℃；产品浇注温度：1 350～1 370 ℃。

4 试验结果

试验结果见表1。

表1 试验结果

分析认为，通过使用珠光体型专用球化剂，提高了铸件的球化率，但是两次本体试样的力学性能不符合技术要求，问题的主要原因是铸件在砂型中的冷却条件较差，容易分解珠光体。

5 改进工艺

按照以上工艺进行熔炼，在此基础上，将浇注好的铸件进行提前开箱，具体工艺如下：铸件浇注完毕30 min以后开箱，将上箱吊离，下箱向下悬空平稳架住摆放自然冷却。

改进工艺后试验结果见表2。

表2 改进工艺后试验结果

改进工艺后基体组织和石墨形态如图1。

图1 基体组织和石墨形态图

分析认为，提前将铸件开箱，相当于对铸件表面进行了正火处理，保证珠光体含量符合技术要求，硬度均匀，经过提前开箱后力学性能符合产品的技术要求。

6 试验结论与总结

(1)由于牵引轮铸件为珠光体型球铁件，加入一定量的Cu、Mo、Sn来稳定珠光体，以提高力学性能。

(2)牵引轮铸件要求球化率大于等于90%，球化剂加入量按偏上限控制，并进行两次孕育，二次孕育时进行随流孕育。

(3)由于牵引轮要求本体取样，浇注完的铸件在砂型中的冷却条件较差，珠光体分解较多，通过提前开箱来提高铸件的珠光体含量，铸件本体硬度偏差不大于20 HB，硬度均匀。

参考文献

[1] 陆文华.铸造合金及其熔炼[M].机械工业出版社 ,2012.1.

[2] 孔作谦.球墨铸铁链轮铸造工艺的改进[J].中国铸造装备与技术,1998(1).

[3] 王晓妍,李会珍.球铁轮毂的生产工艺[J].中国铸造装备与技术,2007(2).

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

中图分类号：TG255；

文献标识码：A；

文章编号:1006-9658（2016）03-0045-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.014

收稿日期:2015-12-17

作者简介：张杰（1982年—），男，工程师 , 主要从事铸造熔炼工艺的工作.