超低温高韧性球墨铸铁QT400-18AL的研究及应用

转向架轴箱为CRH300型高速列车核心部件,要求采用QT400-18AL(-40℃)球铁制造。在分析了生产这种球铁的技术难度及影响因素后,采用高纯生铁及综合技术措施研制成功全铁素体球铁转向架轴箱,其缺口冲击值分别为:20.8 J(20℃)、19.4 J(0℃)、19.2 J(-20℃)、16.8 J(-40℃)、13.6 J(-50℃),并首次给出这种铸铁的韧性、塑性转变曲线。     

低温铁素体球墨铸铁的生产与研究

介绍了低温铁素体球铁的发展概况,阐述了生产-40℃、-50℃低温球铁的生产要点,并对低温铁素体球铁的力学性能进行试验研究,研究表明:(1)温度降至-20℃时,韧-脆性转变速度不变或变化很小,但温度降至-40℃、-50℃、-60℃时,韧-脆性转变对应于温度的应变速率都会出现大幅度的提高;(2)FATT50与技术标准最低要求的冲击功12 J之间并不存在直接的关系;(3)将-40℃QT400-18AL、-50℃QT400-18AL低温铁素体球墨铸铁技术标准的冲击功定为12J,能使低温球铁的冲击性能可靠地控制在韧性断裂区域;(4)试验表明,-60℃QT400-18AL也能稳定生产。     

高速列车转向架轴箱铸件的生产试验——-40℃超低温高韧性球墨铸铁件的生产技术

介绍了高速列车球铁转向架轴箱铸件的技术要求,其中包括要求该铸件在-40℃、甚至-50℃超低温下必须有足够高的冲击韧度;对生产该铸件的技术难点进行了分析,并详细描述了试块试验和铸件生产试验的方法、控制要点和结果.检测铸件本体:基体组织100％为铁素体,球化率1～2级,球墨大小6级;抗拉强度超过400 MPa最高达420 MPa伸长率超过18％最高达26％;在-40 ℃的条件下冲击韧度最高可达16J.     

热处理对QT400-18AL低温韧性球墨铸铁力学性能的影响

研究了热处理对低温球墨铸铁QT400-18AL性能的影响。结果表明,热处理后试样在常温下的抗拉强度和屈服强度比铸态试样略有降低,伸长率和-40℃的低温冲击功比铸态试样有所增加,热处理后试样的冲击断口形貌由铸态的解理断裂演变成韧窝断裂。热处理改善低温韧性球墨铸铁QT400-18AL的韧性。     

Si和热处理对-40℃低温球铁QT400-18L组织与性能的影响

研究了Si和热处理对QT400-18L力学性能和冲击功的影响。结果表明:随着Si含量的增加,铸态QT400-18L抗拉强度、屈服强度和布氏硬度提高,冲击功和伸长率降低,但是铸态达不到-40℃冲击功的技术要求。通过热处理,抗拉强度、屈服强度和布氏硬度降低,冲击功和伸长率有大幅提高,分别达到了14.3J和21.4%,从而达到了技术要求。最终确定Si的最优加入量为2.05%~2.15%。     

大断面低温铁素体球墨铸铁的试验研究

以QT400-18L大断面低温铁素体球墨铸铁为研究对象,通过合理选择原材料,严格控制铁液化学成分,选用低镁球化剂进行盖包法球化处理,采用多次孕育和含Sb孕育剂进行随流孕育的复合孕育方式,控制合适的浇注温度等工艺措施,生产出各项指标合格的铸件。试样的抗拉强度不低于370 MPa,屈服强度不低于230 MPa,伸长率不低于24%,硬度约为140 HB,-20℃冲击功平均值不低于为13 J。     

QT400-18高韧性球墨铸铁的生产

介绍了QT400-18的生产过程，用所介绍的工艺生产的球墨铸铁抗拉强度大于400MPa，伸长率大于18％，-20℃冲击韧度大于12J／cm^2。     

基于MATLAB分析C、Si、Mn元素对风电球铁性能的影响

应用MATLAB数学软件对风电球铁QT400-18L铸件的生产数据进行统计拟合。利用拟合后的数据和曲线分析了C、Si、Mn元素对球铁件的抗拉强度、伸长率、屈服强度和冲击功的影响,确定三种元素对各力学性能影响的程度及较适合的含量。C元素对屈服强度影响最大,对冲击功影响最小;Si元素对屈服强度的影响最大,对伸长率的影响最小;Mn含量变化对屈服强度的影响最大,对抗拉强度影响次之,对球化率的影响最小。     

铸态下具有-40℃冲击韧性的QT500-7AL齿轮箱熔炼工艺研究

HXD3C型交流传动电力机车是我国铁路线上主力机型之一,其关键的走行部分驱动装置齿轮箱体铸件的材质由QT500-7升级为QT500-7AL,要求具有-40℃低温冲击。通过合理的化学成分设计及铁水球化孕育处理工艺研制成功铸态下具有-40℃冲击韧性的QT500-7AL齿轮箱,其抗拉强度可达500~530MPa,伸长率可达10%~20%,-40℃冲击值可达7~9J。     

超低温地铁传动箱用铁素体球墨铸铁的开发

通过调整成分、优化冶炼工艺和热处理工艺,改善球墨铸铁铸态QT400-18的显微组织,进而提高其综合力学性能。分析球墨铸铁组织性能,检测试样热处理后力学性能。结果表明,优化冶炼和热处理工艺后,球墨铸铁QT400-18的组织和力学性能有明显的改善,抗拉强度和伸长率高于牌号标准,硬度135～180 HB,-60℃低温冲击性能达到12 J以上。     

镂空铸型对QT400-18组织和力学性能的影响

本文研究了密实和镂空铸型对QT400-18组织和力学性能的影响。两种铸型浇注的QT400-18试块的基体组织、石墨平均尺寸、石墨数量都变化不大,但是球化率有差别,密实铸型的球化率为82%,镂空后的球化率为91%.用镂空铸型浇注的QT400-18试块的布氏硬度从152HBW提高至161HBW,抗拉强度从498 MPa提高至508 MPa,断后伸长率从17.7%提高到18.5%.本文的研究结果为铸件冷却速率的调控提供了一种新的思路。     

等温淬火球铁(ADI)对毛坯铸件的要求

经过等温淬火处理的球铁与普通球铁相比,同等伸长率时,抗拉强度几乎提高一倍以上;同等强度时,伸长率提高数倍以上。如美国ASTMA897M—06标准中的1200/850/4牌号,伸长率为≥4%,抗拉强度为≥1200MPa,与普通球铁QT600—3相比,塑韧性比后者略高，而抗拉强度提高一倍；     

风电机用低温球墨铸铁疲劳性能和断裂韧度试验的研究

对一种强度相近而低温性能优于QT400-18球铁的新型低温球墨铸铁进行了疲劳性能测试和断裂韧度测试,得到了旋转弯曲条件下的S-N曲线及断裂韧度KI C。通过经验公式转换得到了拉压状态下的S-N曲线及P-S-N曲线。将试验结果与G-L规范的设计曲线和GB／T 1348中规定的球铁性能相比较表明,该新型低温球铁的疲劳性能和断裂韧度均达到了QT400-18球铁的水平。     

QT400-18AL低温球墨铸铁力学性能的优化试验研究

为了使QT400-18AL(-40℃)低温球墨铸铁达到更优的力学性能,采用退火、正火+回火、淬火+回火的热处理方法进行试验。结果表明,当采用860～880℃正火+640～660℃回火的工艺热处理,能在保证低温球铁伸长率和低温冲击性能的前提下提高其抗拉强度,使其屈强比达到较好匹配,从而优化其力学性能。本研究对低温球墨铸铁力学性能的研究和应用有一定的参考价值。     

低温铁素体球墨铸铁的特性及质量稳定性研究

探讨了低温铁素体球墨铸铁的理论基础。详细介绍了低温铁素体球墨铸铁的生产技术,包括化学成分、金相组织、力学性能以及生产流程的控制。成功生产了抗拉强度≥400 MPa,伸长率≥18%,-40℃、-50℃、-60℃时的冲击功大于12 J的低温铁素体球墨铸铁,满足了用户的要求。     

编者的话

今年4月,我得到了本刊顾问马敬仲先生"超低温、高韧性球墨铸铁(-40℃)QT400-18AL的研究及在高速列车转向架轴箱上的应用"一文的手稿,也得知了此项目背后的故事.稿件是近年来少见的好论文,不仅有内容、有数据,而且有鲜明的观点.按我的个性,恨不得马上就排版印刷,以飨读者;可我又很想与读者分享感动着我的项目背后的故事,但这个故事的完善和表达却需要一定的时间,于是,我只好先抑住自己的性子了.     

SNCM439钢

正SNCM439合金结构钢,执行标准:JIS G4053—2003。对应国产牌号:40CrN iM o A,美国牌号:4340,英国牌号:817M40,816M40。力学性能:抗拉强度σb≥980 MPa;屈服强度σs≥835 MPa;伸长率δ5≥12%;断面收缩率ψ≥55%;冲击功Akv≥78 J;冲击韧性值αkv≥98 J/cm2;硬度268 HB。试样毛坯尺寸为25 mm。     

风电底座球铁铸件力学性能与金相组织的研究

对比分析了QT400-18AL风电球墨铸铁件底座的本体以及附铸试块的力学性能、金相组织,结果表明：珠光体以及夹杂物的存在对铸件本体力学性能有不利影响,使本体性能与附铸试块相比存在很大的差异,需要对生产过程作严格的质量控制;珠光体体积分数越高,低温冲击值及其伸长率越低;石墨球直径越小,石墨分布越均匀,低温冲击值、伸长率以及抗拉强度越高;石墨球数增加,低温冲击值以及伸长率呈增加的趋势.     

高速机车用球墨铸铁连杆的试制

采用覆砂铁型铸造工艺试制了美国EMD高速机车用的球墨铸铁连杆。通过合理设计浇注系统,严格控制化学成分和浇注工艺,获得了满意的结果:(1)铸件的表面质量及尺寸精度均满足技术指标要求,球化级别达到2级;热处理后铸件本体基体组织中铁素体体积分数达94%;(2)铸件力学性能达到美国ASTM A 536-84标准,符合牌号65-45-12标准要求,即抗拉强度≥448 MPa,屈服强度≥310 MPa,伸长率≥12%,-20℃低温冲击值≥12 J/cm2。     

C-Mn-Cr-B系低合金耐磨钢组织性能的研究

针对五矿营口中板有限责任公司对耐磨钢的开发，设计采用了C-Mn-Cr-B低合金化学成分体系，试验研究了淬火、回火工艺对30 mm厚钢板组织性能的影响，得到了最佳的热处理工艺，即加热时间42 min、在920 ℃保温15 min 淬火，可以得到均匀的板条马氏体组织；再经过加热时间50 min、400 ℃回火处理后，得到回火马氏体组织，钢板综合力学性能良好，屈服强度为1 080 MPa，抗拉强度为1 190 MPa，断后伸长率为25.5%，-20 ℃冲击功均值为39 J，硬度为399HB，满足GB/T 24186-2009标准对NM400耐磨钢的要求。