CN105568125B - 城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，具有如下的成分及质量百分比（%）：C：3.3‑3.9，Si：2.3‑2.9，Ni：0.6‑4.0，Mn<0.6，Mo：0.1‑1.5，Cr：0.1‑1.5，S<0.025，P<0.08，Mg：0.02‑0.04，Ce：0.02‑0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。该合金具有良好的强度、硬度和塑性的配合，比传统材料降低噪音5‑10分贝以上，同时降低车轮与钢轨之间的摩擦，增加车轮使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市轨道交通车轮子用高强塑球墨铸铁合金材料，属钢铁合金材料技术领域。
背景技术
随着城镇化进程不断加快，城市轨道交通开发力度将不断加大。运行于市区街道和高架线路上的轻轨车辆及城市地铁车辆，对其噪声的控制提出更高的要求，而轮轨噪声是其主要噪声源之一。所以国外在发展轻轨及地铁车辆的同时，都十分重视降低噪声的研究，并从车轮、钢轨乃至轨枕等方面采取相应措施，以期改善轮轨噪声，其中对车轮材料及结构的改进是主要途径之一。
目前，轻轨、地铁上使用的车轮均为钢制车轮。钢制车轮按制造方法可分为辗钢车轮和铸钢车轮。无论是辗钢车轮还是铸钢车轮，在运行过程中，钢车轮和钢轨间都存在摩擦不匹配、不耐磨、噪声大、不环保、安全性能差等因素。因此，各国纷纷研制和生产新的列车车轮用材料，以提高其抗疲劳、抗磨损性能，同时降低运行中的噪音。
球墨铸铁基本满足上述各方面要求。球墨铸铁由于具有良好的铸造性能、优异的力学性能，成本又低，广泛受到应用。因为其基体组织中有石墨的存在，一方面降低了它的密度，减轻了重量；另一方面使其具有良好的吸震性，可以降低零件工作时的噪音。同时，由于石墨具有润滑作用，在车轮和轨道的接触面扮演润滑剂的角色，可以提高车轮的耐磨性能，从而使其使用寿命大大提高，并对钢轨起到有效的保护。
球墨铸铁有许多牌号，有高强度牌号（σb>800MPa，δ为2%），也有高塑性牌号（δ>17%，σb为350MPa），而作为城市轨道交通车轮用材料时，则必须同时具有较高的强度、硬度和较好的塑韧性。鉴于此，在QT500-7的基础上，通过优化成分和改进工艺，发明了一种城市轨道交通轮子用高强塑球墨铸铁合金材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的强度、硬度和塑性的配合，比传统材料降低噪音5-10分贝以上，同时降低车轮与钢轨之间的摩擦，增加车轮使用寿命的城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，具有如下的成分及质量百分比（%）：C：3.3-3.9，Si：2.3-2.9，Ni：0.6-4.0，Mn<0.6，Mo：0.1-1.5，Cr：0.1-1.5，S<0.025，P<0.08，Mg：0.02-0.04，Ce：0.02-0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法包括以下步骤：采用常规的熔炼方法，在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；浇注温度1380-1450℃，采用包内冲入法球化孕育，冷却后得到球墨铸铁；再将冷却后的球墨铸铁加热至880-950℃，保温1-3小时，然后在540-620℃保温1-3小时，取出后空冷，得到城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金材料。
该合金的室温拉伸断裂强度在500 MPa以上，布氏硬度为180-230HBW，断裂延伸率在10%以上。
本发明的机理如下所述：
镍是奥氏体稳定化元素，在相变时总是会减缓相变进程，使相变过冷度加大，因此共析转变产物的层片间距减小，即珠光体层片间距减小，从而使强度和硬度提高。钼的加入延长奥氏体转变孕育期，强烈推迟奥氏体向珠光体转变，有助于具有较好塑性的铁素体形成。铬可以提高共析转变温度，缩小γ区和形成特殊碳化物。镍和钼、铬的复合应用，再加上合适的热处理工艺，通过调整基体中的组织，达到强度、硬度和塑性的良好配合。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明具有良好的强度、硬度和塑性的配合，可以应用于轻轨的轮子材料；由于其中含有石墨，可以比传统材料降低噪音5-10分贝以上；同时由于石墨的存在，可以降低车轮与钢轨之间的摩擦，增加车轮使用寿命。
2、本发明的合金材料室温拉伸断裂强度在500 MPa以上，布氏硬度为180-230HBW，断裂延伸率在10%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一：
一种城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，具有如下的成分及质量百分比（%）：
C 3.72%
Si 2.41%
Ni 2.26%
Mn 0.20%
Mo 0.67%
Cr 0.72%
S 0.005%
P 0.033%
Mg 0.03%
稀土Ce 0.03%
Fe 余量
其制备方法包括以下步骤：采用常规的熔炼方法，在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；浇注温度1380-1450℃，采用包内冲入法球化孕育，冷却后得到球墨铸铁；再将冷却后的球墨铸铁加热至880-950℃，保温1-3小时，然后在540-620℃保温1-3小时，取出后空冷，得到城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金材料。其基体为铁素体+珠光体+石墨球，组织中铁素体晶粒大小均匀，石墨球大小和分布也很均匀，球化等级达到l级，石墨球大小等级≥6级；按照GB/T 1348-2009制取拉伸试样，该合金的室温拉伸断裂强度为548 MPa，布氏硬度为211HBW，断裂延伸率为15%。
实施例二：
一种城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，具有如下的成分及质量百分比（%）：
C 3.61%
Si 2.37%
Ni 3.32%
Mn 0.25%
Mo 0.73%
Cr 0.69%
S 0.005%
P 0.036%
Mg 0.03%
稀土Ce 0.03%
Fe 余量
其制备方法包括以下步骤：采用常规的熔炼方法，在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；浇注温度1380-1450℃，采用包内冲入法球化孕育，冷却后得到球墨铸铁；再将冷却后的球墨铸铁加热至880-950℃，保温1-3小时，然后在540-620℃保温1-3小时，取出后空冷，得到城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金材料。其基体为铁素体+珠光体+石墨球，组织中铁素体晶粒大小均匀，石墨球大小和分布也很均匀，球化等级达到l级，石墨球大小等级≥6级；按照GB/T 1348-2009制取拉伸试样，该合金的室温拉伸断裂强度为560 MPa，布氏硬度为222HBW，断裂延伸率为14%。
该城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金材料由于具有良好的强度、硬度和塑性的配合，可以应用于轻轨的轮子材料。由于其中含有石墨，可以比传统材料降低噪音5-10分贝以上，同时由于石墨的存在，可以降低车轮与钢轨之间的摩擦，增加车轮使用寿命。
实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。
Claims (3)
1.城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，其特征在于：具有如下的成分及质量百分比（%）：C：3.3-3.9，Si：2.3-2.9，Ni：2.26-4.0，Mn<0.6，Mo：0.1-1.5，Cr：0.69-1.5，S<0.025，P<0.08，Mg：0.02-0.04，Ce：0.02-0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，其制备方法包括以下步骤：采用常规的熔炼方法，其特征在于：在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；浇注温度1380-1450℃，采用包内冲入法球化孕育，冷却后得到球墨铸铁；再将冷却后的球墨铸铁加热至880-950℃，保温1-3小时，然后在540-620℃保温1-3小时，取出后空冷，得到城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金材料。
3.根据权利要求2所述的城市轨道交通车轮用高强塑球墨铸铁合金，其特征在于：该合金的室温拉伸断裂强度在500MPa以上，布氏硬度为180-230HBW，断裂延伸率在10%以上。
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