車輛用低合金鋼半固態(tài)形成工藝研究.pdf

1、隨著軌道車輛向高速和重載方向發(fā)展，車輛用鑄鋼件的工作狀況更加惡劣。在材料由碳鋼升級為低合金鋼后，重力鑄造件的內(nèi)部缺陷率高，仍將不能滿足使用要求。在眾多材料成形方法中，鋼鐵材料的半固態(tài)成形技術(shù)有其可行性，很有希望全面提升軌道車輛鑄鋼件質(zhì)量水平。但低合金鋼的半固態(tài)成形研究尚屬空白，必須首先掌握低合金鋼半固態(tài)熔體的制備方法、充型能力和成形性等半固態(tài)成形的工藝基礎(chǔ)才可使這項(xiàng)技術(shù)在車輛用低合金鋼領(lǐng)域得以應(yīng)用。 本文對車輛用低合金鋼半固態(tài)成

2、形工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的探索性研究，提出了感應(yīng)爐近液相線保溫法制備低合金鋼半固態(tài)熔體的新方法，研究了擠壓鑄造工藝下近液相線低合金鋼熔體的充型能力和成形性，探討了成形工藝參數(shù)對鑄件質(zhì)量的影響規(guī)律。力學(xué)性能測試表明近液相線擠壓鑄造工藝的確可獲得性能優(yōu)異的鑄件，驗(yàn)證了半固態(tài)成形工藝的優(yōu)越性，為該技術(shù)在車輛用低合金鋼領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。主要成果如下： 使用中頻感應(yīng)爐研究了近液相線保溫制備低合金鋼半固態(tài)熔體的方法。其工藝參數(shù)為：保溫溫

3、度1508℃，保溫時間5min。其機(jī)理是：在小過冷(近液相線)溫度保溫時，熔體內(nèi)易形成大量準(zhǔn)固相原子團(tuán)簇并發(fā)展為游離晶均勻分布在熔體內(nèi)，并在鑄件凝固時顯著細(xì)化、勻化晶粒，得到良好的鑄態(tài)組織。由于感應(yīng)爐的電磁攪拌作用，短時保溫即可獲得理想效果，并且熔體狀態(tài)不會隨著保溫時間增長而改變。 使用2000kN擠壓鑄造機(jī)和螺旋線試樣模具，研究了近液相線低合金鋼熔體的充型能力。結(jié)果表明：充型壓力越大，充型速度越快，模具預(yù)熱溫度越高，充型能力越

4、好。在15～40mm/s充型速度下，近液相線熔體的最大充填長度為393mm，平均充填長度為300.4mm，高于同類鑄鋼砂型鑄造時的上限200mm。近液相線擠壓鑄造適用于那些結(jié)構(gòu)上符合擠壓鑄造工藝，形狀復(fù)雜程度大于或等于砂型鑄造的鑄鋼件。 使用軸箱體和鉤舌擠壓鑄造用模具，配合擠壓鑄造機(jī)及中頻感應(yīng)爐，進(jìn)行了近液相線擠壓鑄造成形研究。結(jié)果表明，在壓力損失較大，模具預(yù)熱溫度低和充型速度慢的情況下，該工藝易產(chǎn)生表面皺皮和澆不足缺陷。對形狀

5、復(fù)雜零件，為提高充型能力和鑄件質(zhì)量，模具預(yù)熱溫度應(yīng)高于400℃，擠壓鑄造所需充型壓力應(yīng)大于100MPa，充型速度應(yīng)大于40mm/s，擠壓方式的選擇及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以流程短、壓力損失小為原則。 使用箱式熱處理爐、材料試驗(yàn)機(jī)和金相分析設(shè)備，研究了近液相線擠壓鑄造ZG25MnCrNiMo件的組織與力學(xué)性能。近液相線擠壓鑄造件的鑄態(tài)組織比液態(tài)金屬型和液態(tài)擠壓鑄造件顯著細(xì)小，該鑄態(tài)組織經(jīng)正火+回火后的力學(xué)性能優(yōu)良。分析表明，近液相線擠壓鑄