CN101381837A - 高速动车组牵引电机壳体新材料及其制造技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速动车组牵引电机壳体新材料及其制造技术，成品组分及其质量比例为C：3.35～3.80，Si：2.0～2.5，P≤0.055，S≤0.025，Mn≤0.2，Ti＜0.015，杂质＜0.02％，余量为铁。产品的耐低温和抗冲击性能达到在－40℃、－50℃、－60℃下冲击功均≥12J，室温抗拉强度均≥400MPa，延伸率均≥18％，其它主要力学性能指标合格。

Description

高速动车组牵引电机壳体新材料及其制造技术

技术领域 本发明涉及一种新型铸件材料及其制造技术，特别涉及一种高速动车组牵引电机壳体新材料及其制造技术。

背景技术 由于动车组时速高，跨越地区温差大，运行环境要求高，包括牵引电机壳体在内的动力牵引部分必须具有耐低温抗冲击特性。高速动车组牵引电机壳体材质要求QT400-18L，抗拉强度400MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率之18％，球化率≥80％，且在-50℃时，需达到12J冲击功。X射线检测允许缺陷等级不得超过ASTME446/ASTME186标准中规定等级，超声波检测内部不能有超过规定的缩松。因产品结构复杂，大型内腔型芯排气不畅，特别是低温条件下的耐冲击合格，室温抗拉强度要求及其它性能同时达标，是产品的生产难点。

国内现有的产品不能达到此标准的要求，目前我国高速机车的动力牵引部分全部依赖进口，由德国西门子、庞巴迪等公司引进。

-50℃抗冲击高速动车组牵引电机壳体材料生产技术在国际上也只有少数几个企业掌握，由于其技术垄断，能够借鉴的经验几乎没有，国内更是没有企业能够掌握其生产工艺。

发明内容 本发明所要解决的技术问题是，提供一种高速动车组牵引电机壳体材料及其制造技术，通过严格选择、控制其化学成份，优化制备工艺，使产品的耐低温抗冲击性能达到在-40℃、-50℃、-60℃下冲击功均≥12J，室温抗拉强度均≥400MPa，延伸率均≥18％，其他主要力学性能指标均达标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高速动车组牵引电机壳体材料，其特征是：成品组分及其质量比例为C：3.35～3.80，Si：2.0～2.5，P≤0.055，S≤0.025，Mn≤0.2，Ti<0.015，杂质<0.02％，余量为铁。

高速动车组牵引电机壳体材料的制造技术，其特征是：

(1)、投料质量比例：生铁80％，废钢10％，锑0.015～0.02％，回炉铁9.985％；

(2)、熔炼：出炉温度1500～1520℃；

(3)、造型：采用树脂自硬砂以芯代型造型，在壁厚不均匀情况下，内部质量无缺陷，成品率高。

(4)、浇注到砂型型腔中，浇注温度在1420～1450℃之间；

(5)、保温12小时打开砂型；

(6)、清砂；

(7)、打磨；

(8)、热处理：高温退火、雾化正火、回火、保温。

其中关键技术：

新材料成分配比及孕育方式选择是本发明的第一项关键技术。碳和硅是促进石墨化元素。在一定的冷却速度和孕育条件下，碳当量增加可以提高球铁的石墨化程度，碳化物形态存在的数量减少，石墨形态存在的数量增加，在组织上表现为白口倾向减小，铸态渗碳体和珠光体数量减少。由于球化处理后的铁水过冷倾向增大，为消除铸态渗碳体，球铁需要有较高的碳当量。由于石墨化引起球铁铸件在结晶过程中体积膨胀，含碳量提高，体积膨胀增大，在铸型刚度较大的条件下，可以使铸件致密，减少缩松，在铸型松软的条件下则增大缩松。在铸型刚度足够大时铸件体积膨胀达到最高值。过分提高碳量或碳也不必要，碳高，镁的吸收率高，有利于球化。球铁达到共晶成分时流动性最好。适当提高碳当量使其接近共晶成分，可提高流动性。由于石墨呈球状，对基体的削弱作用减小，提高碳量对机械性能不产生明显的不利影响，而且还会改善减震性、减摩性。碳量或碳当量过高会引起石墨漂浮。碳量提高使脆性转变温度略有降低。

在硅量较低时，硅对石墨化的影响较大，例如高碳低硅球铁白口倾向较大，这时只要少量增硅就可明显地减小白口倾向。以孕育剂方式加入的硅比炉料中的硅，石墨化作用更为强烈，其影响远不止碳对石墨化作用能力的三分之一。如果充分利用饱和孕育状态(加入孕育剂后，铁水中结晶核心很快增加，然后逐渐减少，结晶核心达到最高数量，称为饱和孕育状态)，不很高的碳当量和少量的孕育增硅也可以消除铸态渗碳体。孕育处理不仅促进石墨化，更重要的意义在于细化共晶团，改善石墨圆整度。在上述情况下，硅量增加，使渗碳体、珠光体减少，铁素体增多，共晶团细化、石墨圆整，冲击韧性则提高。低锰、低硫、低磷、低锑等有害成分值为最小化。

造型新工艺的选择是本发明的第二项关键技术。采用全新的自硬树脂砂以芯代型造型工艺，产品外形尺寸好，不变形，表面光洁，组织致密，做到了壁厚不均匀情况下综合品质好、成品率高。

热处理新工艺的选择是本发明的第三项关键技术。热处理工艺的进行对于改善基体组织、力学性能起到重要作用。采用高温退火、雾化正火、回火、保温的热处理新工艺，保证了材料基体组织及主要力学性能的符合性。

产品浇注完成后，经清磨、抛丸处理，检测人员对其外观、尺寸进行了检测。结果显示外观和尺寸方面满足要求。根据产品要求要进行热处理，热处理完成后进行低温冲击试验及其它性能试验。结果显示：-40℃、-50℃、-60℃冲击功均≥12J，室温抗拉强度、硬度、化学成分、金相均合格。

低温抗冲击性能及主要力学性能与国家标准和现有产品的对比结果如表如下：

本发明还具有以下特点：

(1)采用树脂自硬砂造型，新铸造工艺，以芯代型，避免了砂型铸造的变形问题，外部轮廓清晰，表面光洁，内部质量好，组织致密，虽壁厚不均匀但综合品质高。

(2)-40℃、-50℃、-60℃低温耐冲击：之前的低温耐冲击铸件仅是零下20℃耐冲击，本发明的产品具有-40℃、-50℃、-60℃耐冲击特性，并且其他性能均达标，满足了客户需求，填补了国内空白，主要技术指标达国际先进水平。

(3)较大温差环境产品外形尺寸无变化：列车的运行环境温差较大，该产品能够在这种环境中保证外形尺寸无变化，避免了由于产品变形导致的电机烧损。

(4)推进高速动车的国产化程度：该材料产品安装于京沪高速京津段高速动车组及奥运“和谐号”动车组上，替代了原由德国西门子进口的产品。

具体实施方式 下面结合具体实施方式进一步说明本发明。

下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，所述百分比含量如无特别说明均为质量百分含量。

成品组分及其质量比例为C：3.35～3.80，Si：2.0～2.5，P≤0.055，S≤0.025，Mn≤0.2，Ti<0.015，杂质<0.02％，余量为铁。

制造方法如下：

(1)、投料质量比例：生铁80％，废钢10％，锑0.015～0.02％，回炉铁9.985％；

(2)、熔炼：出炉温度1500～1520℃；

(3)、造型：采用树脂自硬砂以芯代型造型。

(4)、浇注到砂型型腔中，浇注温度在1420～1450℃之间；

(5)、保温12小时后打开砂型；

(6)、清砂；

(7)、打磨；

(8)、热处理：高温退火、雾化正火、回火、保温。

生产过程中不仅控制炉子的金属液温度，还要控制浇注温度、记录浇注温度，浇包还要加保温盖以减少浇注过程中的温差。重要件还要每件编号，测每件的实际浇注温度，每包金属重量记录。除去了人为因素的影响后可以做到配比严格、熔炼温度精确，生产的铸件产品才能够满足性能的要求。

配比上严格控制在如下范围内：化学成分C：3.35～3.80，Si：2.0～2.5，P≤0.055，S≤0.025，Mn≤0.2，Ti<0.015，杂质<0.02％

在原料的配比方面要求废钢必须除锈，各种原材料分析化验成分，一一记录元素配比，以保证铁水各成份配比精确、无杂质，在普通QT400-18L的原料配比基础上，分析碳、硅、锰、磷、硫、镁、稀土等的含量，降低碳当量，提高球化率，并调整稀有金属加入量，在浇注温度方面严格控制在1420-1450℃，球化剂两次孕育保证硅的含量在2.0％～2.5％，从而保证其抗冲击性，及各项力学性能的符合性。

Claims (2)

1、一种高速动车组牵引电机壳体新材料，其特征是：成品组分及其质量比例为C：3.35～3.80，Si：2.0～2.5，P≤0.055，S≤0.025，Mn≤0.2，Ti<0.015，杂质<0.02％，余量为铁。

2、根据权利要求1所述的高速动车组牵引电机壳体新材料的制造技术，其特征是：

(1)、投料质量比例：生铁80％，废钢10％，锑0.015～0.02％，回炉铁9.985％；

(2)、熔炼：出炉温度1500～1520℃；

(3)、造型：采用树脂自硬砂以芯代型造型。

(4)、浇注到砂型型腔中，浇注温度在1420～1450℃之间；

(5)、保温12小时后打开砂型；

(6)、清砂；

(7)、打磨；

(8)、热处理：高温退火、雾化正火、回火、保温。