CN1064412C - 稀土高磷铸铁闸瓦及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁路车辆制动闸瓦及其制造方法，所述闸瓦在其外观四角处设有到限换瓦槽线，在保证运用安全可靠的前提下，取消了补强钢背、简化了生产工艺，降低了制造成本和修车成本。通过在高磷铸铁中采用稀土合金孕育变质处理及微合金化处理，使高磷铸铁强度及冲击韧性大幅度提高，脆性降低，在保持其原有硬度范围及良好磨耗制动性能前提下，铸铁瓦体强度综合指标有大幅度提高。
Description
本发明涉及一种铁路车辆制动闸瓦及其制造方法，特别是一种稀土高磷铸铁闸瓦及其制造方法。
当前铸铁闸瓦主要分两大系列，一种为高磷铸铁闸瓦，另一种是合金铸铁闸瓦，前者以改善铸铁磨擦性能、强化钢背为主攻研究方向，后者以加入合金元素，提高铸铁耐磨性能为主要研究目标。
磷在铸铁闸瓦的基体组织中以磷共晶的形式存在。当闸瓦处于制动工况时，在其工作面上形成一层熔融状态的簿膜，对提高磨擦制动性能，增加耐磨性，抑制火花有独特的优点。但是磷共晶的大量存在，形成网状组织，使铸铁的脆性大大增加，使闸瓦整体性能下降，不安全因素加大。
当前，广泛应用的钢背补强高磷铸铁闸瓦，具有良好的磨擦、磨耗、制动性能，被普遍采用。但是目前的高磷闸瓦制造需有15道工序，制造工艺复杂、生产成本偏高，因此，如何在此基础上，更进一步提高闸瓦整体性能、简化生产工艺、降低生产成本，引起人们的广泛关注。
本发明的目的是要提供一种稀土高磷铸铁闸瓦及其制造方法，通过在高磷铸铁中采用稀土合金孕育变质处理及微合金化处理，从而使高磷铸铁强度及冲击韧性大幅度提高，脆性得以降低，在保持其原有硬度范围及良好的磨擦制动性能的前提下，使闸瓦的铸铁瓦体强度综合指标有大幅度提高，因此，在闸瓦结构上取消了补强钢背。此外，在闸瓦外观四角处设有到限换瓦槽线，可方便列检职工检车换瓦时掌握限度。在保证运行安全可靠的前提下，取消补强钢背简化了生产工艺，降低了制造成本和修车成本。
本发明的目的是这样实现的：本发明的稀土高磷铸铁闸瓦为弧形，在其两端部的横截面为“凸”字型，在“凸”字型下面的两侧边处分别设有到限换瓦槽线，所述闸瓦的化学成份(重量百分比)为碳(C)3．0-3．5％，硅(Si)1．1-1．7％，锰(Mn)0．8-1．0％，磷(P)1．0-1．5％，硫(S)≤0．15％，其余为铁(Fe)。
制造上述稀土高磷铸铁闸瓦的方法包括以下步骤：
a、造型 以100份新砂(粘土砂)加5-6份膨润土、加8-10份煤粉做为面砂，以100份新砂(硅砂)加1-2份膨润土、加8-10份糖浆做为芯砂，干混2-3分钟，湿混5-8分钟，制备型板芯盒，采用人工湿型、有箱造型的方法，砂芯采用预下芯法进行造型，其中面砂层厚度5-10mm，均匀包住铸件。
b、熔炼 以生铁、硅铁、锰铁、磷铁、熔剂和废铁、废钢进行备料，放入冲天炉内熔炼，出铁温度＞1400℃。
c、孕育 在出铁过程中加入粒度为5-8mm的稀土合金孕育剂，加入稀土元素总量是出铁总量的0．05-0．15％(重量百分比)。稀土合金使用前经过600-800℃预热0．5-1．0小时。
d、浇注 在箱型内将步骤b所获得的铁水进行浇注，浇注后保温2小时。
e、表面清理 浇注后开箱，清除闸瓦浇、冒口及表面浮砂，对表面的飞边毛刺和不易剔除的多肉、凸瘤用砂轮打磨平整。
本发明提出的稀土高磷闸瓦经对高磷铸铁进行稀土合金孕育处理后起到了脱硫、除气、净化铁水的作用，增加了铸铁共晶团的数量，改善了石墨形态，强化了基体组织，经稀土合金孕育后的基体组织为细珠光体加少量铁素体，片状珠光体明显细化，“打”散了网状磷共晶，使磷共晶为均匀断网，提高了铸铁冲击韧性和承载性能，降低了脆性，在保持了高磷铸铁闸瓦良好磨擦、磨耗制动性能的前提下，提高了闸瓦的整体强度，它既有普通高磷铸铁闸瓦耐磨、火花量小、寿命高的优点，又有普通中磷铸铁闸瓦不易断裂(特别是不易发生横向贯穿性裂纹)的优点。在相同铸造条件下，由于稀土高磷铸铁闸瓦取消了补强钢背，简化了生产工艺，从而使闸瓦生产成本大幅度降低。此外，在闸瓦侧面两端部设有到限换瓦标志线，更便于列检职工检车换瓦时掌握限度，在保证列车安全运行的前提下，相对延长了闸瓦使用寿命，减少了浪费。
本发明的具体结构及实现方法由以下的附图及最佳实施例给出。
图1是本发明提出的稀土高磷铸铁闸瓦的主视图；
图2是图1中沿B-B线的剖视示意图。
下面结合附图对本发明的最佳实施例做进一步的描述。
如图1、图2所示本发明提出的稀土高磷铸铁闸瓦1为弧形，在其两端的横截面为“凸”字型，在“凸”字型下面的两测边处分别设有到限换瓦槽线2、3，所述的到限换瓦槽线2、3在上述的两侧边分别形成两个台阶。
近代研究证明磷含量在7％的范围内，磷含量愈高，耐磨性愈好，但脆性也迅速增加。从80年代起，英、美、苏、日、中等国在铁道线路上使用的高磷铸铁闸瓦磷含量的范围是O．5—3．O％。
本发明提出的稀土高磷铸铁闸瓦，具有表1所示的化学成份(重量百分比)和表2所示的机械性能。实物闸瓦的金相组织，石墨形态以B型为主，可有少量E型和A型，石墨片分枝端部钝化，珠光体基体，其中铁素体数量不大于10％，磷共晶呈断续网状分布。
表1
| 稀土高磷铸铁闸瓦化学成份重量百分比(％) | |||||
| C | Si | Mn | P | S | Fe |
| 3.0～3.5 | 1.1～1.7 | 0.8～1.0 | 1.0～1.5 | ＜0.15 | 其余 |
表2
| 稀土高磷铸铁闸瓦机械性能 | ||
| 70KN保压1分钟 | 破断压力KN | 布氏硬度HB |
| 不允许变形及断裂 | ≥90KN | 187～260 |
制造上述稀土高磷铸铁闸瓦的方法包括以下步骤：
a、造型 首先根据型砂配比配制面砂及芯砂，各种原料的重量百分比见表3，原料按顺序定量加入，干混2—3分钟，湿混5-8分钟；制备型板芯盒，采用人工湿型、有箱造型的方法，砂芯采用预下芯法造型，其中面砂层厚度5-10mm，均匀包住铸件。
表3
| 新砂 | 膨润土 | 煤粉 | 水 | 糖 | 湿压强度 | 透气性 | 水份 | |
| 面砂 | 100(粘土砂) | 5-6 | 8-10 | 0.03-0.05 | ≥20 | 4.5-6 | ||
| 芯砂 | 100(硅砂) | 1-2 | 8-10 | 0.03-0.05 |
b、熔炼 以生铁、硅铁、锰铁、磷铁、熔剂和废铁、废钢进行备料，放入冲天炉内熔炼，出铁温度＞1380℃。
上述生铁为F08、Z-14使用前破断，硅铁为FeSi75、块度40-80mm，锰铁为FeMn65、块度40-80mm，磷铁为FeP18、FeP15、块度40-80mm，熔剂为石灰石、块度25-50mm，废铁、废钢块度不大于炉堂直径的1／3，不允许混入密封体。
c、孕育 在出铁过程中加入粒度为5-8mm的稀土合金孕育剂，加入稀土元素总量是出铁总量的0．05-0．15％(重量百分比)。稀土合金使用前经过600-800℃预热0．5-1．0小时。
d、浇注 从步骤C所获得的铁水进行浇注，浇注后保温2小时。
e、表面清理 浇注后开箱，清除闸瓦浇、胃口及表面浮砂，对表面的飞边毛刺和不易剔除的多肉、凸瘤用砂轮打磨平整。
实施例1
稀土高磷铸铁闸瓦的制造方法，及在出铁温度为1400℃时所获得的稀土高磷铸铁闸瓦。
a、造型 首先根据型砂配比配制面砂及芯砂，各种原料的重量百分比见表3，原料按顺序定量加入，干混2-3分钟，湿混5-8分钟；制备型板芯盒，采用人工湿型、有箱造型的方法，砂芯采用预下芯法造型，其中面砂层厚度5-10mm，均匀包住铸件。
b、熔炼 以生铁、硅铁、锰铁、磷铁、熔剂和废铁、废钢进行备料，放入冲天炉内熔炼，出铁温度为1400℃。
上述生铁为Fe8、Z-14，使用前破断，硅铁为FeSi75、块度40-80mm，锰铁为FeMn65、块度40-80mm，磷铁为FeP18、FeP15、块度40-80mm，熔剂为石灰石、块度25-50mm，废铁、废钢块度不大于炉堂直径的1／3，不允许混入密封件。
c、孕育 在出铁过程中加入粒度为5-8mm的稀土硅铁合金属孕育剂，加入稀土元素RE的总量是出铁总量的0．085％。(重量百分比)，稀土硅铁合金使用前经过800℃烘烤0．5小时后均匀撒入出铁槽中。
d、浇注 从步骤C所获得的铁水进行浇注，浇注后保温2小时。
e、表面清理 浇注后开箱，清除闸瓦浇、冒口及表面浮砂，对表面的飞边毛刺和不易剔除的多肉、凸瘤用砂轮打磨平整。
通过上述步骤获得的稀土高磷铸铁闸瓦的化学成份和机构性能见表4。
表4
| 稀土高磷铸铁闸瓦化学成份重量百分比(%) | 机械性能 | |||||
| C | Si | Mn | P | S | 破断压力KN | 布氏硬度HB |
| 3.38 | 1.50 | 0.81 | 1.06 | 0.067 | 118 | 207 |
实施例2
根据上述稀土高磷铸铁闸瓦的制造方法，当熔炼后，出铁温度为1420℃时，加入粒度为5-8mm的稀土硅铁合金孕育剂，加入稀土元素RE的总量是出铁总量的0．065％(重量百分比)，稀土硅铁合金使用前经过800℃烘烤0．5小时后均匀撒入出铁槽中，由此获得的稀土高磷铸铁闸瓦的化学成份和机械性能见表5。
表5
| 稀土高磷铸铁闸瓦化学成份重量百分比(%) | 机械性能 | |||||
| C | Si | Mn | P | S | 破断压力KN | 布氏硬度HB |
| 3.29 | 1.40 | 0.88 | 1.18 | 0.073 | 128 | 217 |
实施例3
根据上述稀土高磷铸铁闸瓦的制造方法，当熔炼后，出铁温度为1380℃时，加入粒度为5-8mm的稀土硅铁合金孕育剂，加入稀土元素RE的总量是出铁总量的0．085％(重量百分比)，稀土硅铁合金使用前经过800℃烘烤0．5小时后均匀撒入出铁槽中，由此获得的稀土高磷铸铁闸瓦的化学成份和机械性能见表6。
表6
| 稀土高磷铸铁闸瓦化学成份重量百分比(%) | 机械性能 | |||||
| C | Si | Mn | P | S | 破断压力KN | 布氏硬度HB |
| 3.43 | 1660 | 0.73 | 1.14 | 0.065 | 104 | 197 |
Claims (2)
1、一种稀土高磷铸铁闸瓦，其特征是：所述稀土高磷铸铁闸瓦的化学成份(重量百分比)为碳(C)3．0-3．5％，硅(Si)1．1-1．7％，锰(Mn)0．8-1．0％，磷(P)1．0-1．5％，硫(S)≤0．15％，其余为铁(Fe)；该闸瓦的金相组织，石墨形态以B型“为主”，可有少量E型和A型，石墨片分枝端部钝化，珠光体基体，其中铁素体数量不大于10％，磷共晶呈断续网状分布。
2、一种稀土高磷铸铁闸瓦的制造方法，其中孕育步骤为：在出铁过程中加入粒度为5-8mm的稀土合金孕育剂，加入稀土元素总量是出铁总量的0．05-0．15％(重量百分比)。
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