城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種城市軌道交通輪子用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，屬鋼鐵合金材料技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著城鎮化進程不斷加快，城市軌道交通開發力度將不斷加大。運行于市區街道和高架線路上的城市軌道交通車輛及城市地鐵車輛，對其噪聲的控制提出更高的要求，而輪軌噪聲是其主要噪聲源之一。所以國外在發展城市軌道交通及地鐵車輛的同時，都十分重視降低噪聲的研究，并從車輪、鋼軌乃至軌枕等方面采取相應措施，以期改善輪軌噪聲，其中對車輪材料及結構的改進是主要途徑之一。
[0003]目前，城市軌道交通、地鐵上使用的車輪均為鋼制車輪。鋼制車輪按制造方法可分為輾鋼車輪和鑄鋼車輪。無論是輾鋼車輪還是鑄鋼車輪，在運行過程中，鋼車輪和鋼軌間都存在摩擦不匹配、不耐磨、噪聲大、不環保、安全性能差等因素。因此，各國紛紛研制和生產新的列車車輪用材料，以提高其抗疲勞、抗磨損性能，同時降低運行中的噪音。
[0004]球墨鑄鐵基本滿足上述各方面要求。球墨鑄鐵由于具有良好的鑄造性能、優異的力學性能，成本又低，廣泛受到應用。因為其基體組織中有石墨的存在，一方面降低了它的密度，減輕了重量;另一方面使其具有良好的吸震性，可以降低零件工作時的噪音。同時，由于石墨具有潤滑作用，在車輪和軌道的接觸面扮演潤滑劑的角色，可以提高車輪的耐磨性能，從而使其使用壽命大大提高，并對鋼軌起到有效的保護。
[0005]等溫淬火球墨鑄鐵(簡稱ADI)是近30多年發展起來的新一代球墨鑄鐵材料，被譽為材料領域的新科技產物，用其生產的鑄件具有強度高、韌性好、綜合性能優良，密度與抗拉強度的比值低，吸震性和降噪性能好，抗磨損、低溫性能好以及生產成本低，經濟效益好等公認的許多獨特優點。鑒于此，在QT400-15的基礎上，通過優化成分和改進工藝，發明了一種城市軌道交通輪子用ADI合金材料，既具有高的抗拉強度，又具有良好的塑性和硬度。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種既具有高的抗拉強度，又具有良好的塑性和硬度，比傳統材料降低噪音5-10分貝以上，同時降低車輪與鋼軌之間的摩擦，增加車輪使用壽命的城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料。
[0007]本發明是通過如下技術方案來實現的:
城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，具有如下的成分及質量百分比(％):C:3.3-4.0，S1:2.3-3.5，Nb:0J-1.5，Mn〈0.3，Cu:0.2-0.65，N1:0.3-1.0，Mo〈0.3，S〈0.025，P〈0.08，Mg: 0.02-0.04，Ce: 0.02-0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0008]城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料的制備方法包括以下步驟:采用常規的熔煉方法，在感應爐中冶煉時，噴吹氬氣凈化鐵水;澆注溫度1400_1480°C，采用包內沖入法球化孕育，冷卻后得到球墨鑄鐵;再將冷卻后的球墨鑄鐵加熱至880-950°C，保溫1-3小時，然后迅速將其淬入320-400°C的鹽浴中保溫1-3小時，取出后空冷，得到城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料。
[0009]該合金材料的室溫拉伸斷裂強度為700 MPa以上，布氏硬度為180-270HBW，斷裂延伸率在10%以上。
[0010]本發明的機理如下所述:
鈮具有細化晶粒的作用，在本發明中，加入一定量的鈮，形成細小的碳化鈮，在貝氏體轉變過程中，阻礙晶界迀移，從而形成細小的奧貝組織，不但提高強度，使塑性也有大幅提尚O
[0011]本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
1、本發明既具有高的抗拉強度，又具有良好的塑性和硬度，可以應用于城市軌道交通輪子材料；由于其中含有石墨，可以比傳統材料降低噪音5-10分貝以上；同時由于石墨的存在，可以降低車輪與鋼軌之間的摩擦，增加車輪使用壽命。
[0012]2、本發明的合金材料室溫拉伸斷裂強度為700 MPa以上，布氏硬度為180-270HBW，斷裂延伸率在10%以上。
[0013]3、本發明中含有一定量的鈮，形成細小的碳化鈮，在貝氏體轉變過程中，阻礙晶界迀移，從而形成細小的奧貝組織，不但提高強度，使塑性也有大幅提高。
【具體實施方式】
[0014]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0015]實施例一:
一種城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，具有如下的成分及質量百分比
(%):
C3.92%
Si2.81%
Nb0.81%
Mn0.18%
Cu0.45%
Ni0.31%
Mo0.21%
S0.005%
P0.031%
Mg0.03%
稀土 Ce0.03%
Fe余量
其制備方法包括以下步驟:采用常規的熔煉方法，在感應爐中冶煉時，噴吹氬氣凈化鐵水;澆注溫度1400-1480°C，采用包內沖入法球化孕育(其中孕育劑放置于球化劑上面)，冷卻后得到球墨鑄鐵;將冷卻后的球墨鑄鐵加熱至880-950°C，保溫1-3小時，然后迅速將其淬入320-400°C的鹽浴中保溫1-3小時，取出后空冷，得到本發明所述的含Nb城市軌道交通輪用ADI材料;其基體為奧貝組織，并且組織細小，石墨球大小和分布也很均勻，球化等級達到I級，石墨球大小等級2 6級;按照GB/T 1348-2009制取拉伸試樣，該合金材料的室溫拉伸斷裂強度為890 MPa，布氏硬度為255HBW，斷裂延伸率為11.0%。
[0016]實施例二:
一種城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，具有如下的成分及質量百分比
(%):
C3.51%
Si2.75%
Nb0.54%
Mn0.20%
Cu0.49%
Ni0.67%
Mo0.24%
S0.005%
P0.033%
Mg0.03%
稀土 Ce0.03%
Fe余量
其制備方法包括以下步驟:采用常規的熔煉方法，在感應爐中冶煉時，噴吹氬氣凈化鐵水;澆注溫度1400-1480°C，采用包內沖入法球化孕育(其中孕育劑放置于球化劑上面)，冷卻后得到球墨鑄鐵;將冷卻后的球墨鑄鐵加熱至880-950°C，保溫1-3小時，然后迅速將其淬入320-400°C的鹽浴中保溫1-3小時，取出后空冷，得到本發明所述的含Nb城市軌道交通輪用ADI材料;其基體為奧貝組織，并且組織細小，石墨球大小和分布也很均勻，球化等級達到I級，石墨球大小等級2 6級;按照GB/T 1348-2009制取拉伸試樣，該合金材料的室溫拉伸斷裂強度為790 MPa，布氏硬度為238HBW，斷裂延伸率為13.0%。
[0017]本發明中含有一定量的鈮，形成細小的碳化鈮，在貝氏體轉變過程中，阻礙晶界迀移，從而形成細小的奧貝組織，不但提高強度，使塑性也有大幅提高。該類含Nb城市軌道交通輪用ADI材料由于具有良好的強度、硬度和塑性的配合，可以應用于城市軌道交通的輪子材料，并且由于其中含有石墨，可以比傳統材料降低噪音5-10分貝以上，同時由于石墨的存在，可以降低車輪與鋼軌之間的摩擦，增加車輪使用壽命。
[0018]實施例只是為了便于理解本發明的技術方案，并不構成對本發明保護范圍的限制，凡是未脫離本發明技術方案的內容或依據本發明的技術實質對以上方案所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明保護范圍之內。
【主權項】
1.城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，其特征在于:具有如下的成分及質量百分比(％):C:3.3-4.0，S1:2.3-3.5，Nb:0.卜I.5，Μη〈0.3，Cu:0.2-0.65，N1:0.3-1.0，Μο〈0.3，S〈0.025，P〈0.08，Mg:0.02-0.04，Ce:0.02-0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，其制備方法包括以下步驟:采用常規的熔煉方法，其特征在于:在感應爐中冶煉時，噴吹氬氣凈化鐵水；澆注溫度1400-1480°C，采用包內沖入法球化孕育，冷卻后得到球墨鑄鐵;再將冷卻后的球墨鑄鐵加熱至880-950°C，保溫1-3小時，然后迅速將其淬入320-400°C的鹽浴中保溫1-3小時，取出后空冷，得到城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料。3.根據權利要求2所述的城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，其特征在于:該合金材料的室溫拉伸斷裂強度為700 MPa以上，布氏硬度為180-270HBW，斷裂延伸率在10%以上。
【專利摘要】本發明公開了一種城市軌道交通輪用等溫淬火球墨鑄鐵合金材料，具有如下的成分及質量百分比（%）：C：3.3-4.0，Si：2.3-3.5，Nb：0.1-1.5，Mn<0.3，Cu：0.2-0.65，Ni：0.3-1.0，Mo<0.3，S<0.025，P<0.08，Mg：0.02-0.04，Ce：0.02-0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。該合金材料既具有高的抗拉強度，又具有良好的塑性和硬度，比傳統材料降低噪音5-10分貝以上，同時降低車輪與鋼軌之間的摩擦，增加車輪使用壽命。
【IPC分類】C22C37/04, C21D1/20, C22C37/10, C22C33/08
【公開號】CN105543642
【申請號】CN201610072936
【發明人】李鈞, 肖學山, 徐裕來, 冉慶選, 武昭妤, 彭偉, 張華偉, 陳偉明, 吉利文, 楊弋濤, 華勤, 劉鴻才
【申請人】上海大學興化特種不銹鋼研究院, 興化市天泰合金制品科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月3日