[发明专利]高速动车组牵引电机壳体新材料及其制造技术

说明书

技术领域  本发明涉及一种新型铸件材料及其制造技术，特别涉及一种高速动车组牵引电机壳体新材料及其制造技术。

背景技术  由于动车组时速高，跨越地区温差大，运行速度要求高，包括牵引电机壳体在内的动力牵引部分必须具有耐低温抗冲击特性。高速动车组牵引电机壳体材质要求QT400-18L，抗拉强度400MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥18％，球化率≥80％，且在-50℃时，需达到12J冲击功。X射线检测允许缺陷等级不得超过ASTME446/ASTME186标准中规定等级，超声波检测内部不能有超过规定的缩松。因产品结构复杂，大型内腔型芯排气不畅，特别是低温条件下的耐冲击合格，室温抗拉强度要求及其它性能同时达标，是产品的生产难点。

国内现有的产品不能达到此标准的要求，目前我国高速机车的动力牵引部分全部依赖进口，由德国西门子、庞巴迪等公司引进。

-50℃抗冲击高速动车组牵引电机壳体材料生产技术在国际上也只有少数几个企业掌握，由于其技术垄断，能够借鉴的经验几乎没有，国内更是没有企业能够掌握其生产工艺。

发明内容  本发明所要解决的技术问题是，提供一种高速动车组牵引电机壳体材料及其制造技术，通过严格选择、控制其化学成份，优化制备工艺，使产品的耐低温抗冲击性能达到在-40℃、-50℃、-60℃下冲击功均≥12J，室温抗拉强度均≥400MPa，延伸率均≥18％，其他主要力学性能指标均达标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高速动车组牵引电机壳体材料，其特征是：成品组分及其质量比例为C： 3.35～3.80，Si：2.0～2.5，P≤0.055，S≤0.025，Mn≤0.2，杂质＜0.02％，余量为铁。

高速动车组牵引电机壳体材料的制造技术，其特征是：

(1)、投料质量比例：生铁80％，废钢10％，锑0.015～0.02％，回炉铁9.985％；

(2)、熔炼：出炉温度1500～1520℃；

(3)、造型：采用树脂自硬砂以芯代型造型，在壁厚不均匀情况下，内部质量无缺陷，成品率高。

(4)、浇注到砂型型腔中，浇注温度在1420～1450℃之间；

(5)、保温12小时打开砂型；

(6)、落砂；

(7)、打磨；

(8)、热处理：炉内加热至900～920℃，保温3.5小时；随炉自然冷却至600℃，出炉；自然冷却至室温后回炉，炉内加热到500℃，保温2.5小时；随炉自然冷却至300℃，出炉；自然冷却至室温。

其中关键技术：新材料成分配比及孕育方式选择是本发明的第一项关键技术。碳和硅是促进石墨化元素。在一定的冷却速度和孕育条件下，碳当量增加可以提高球铁的石墨化程度，碳化物形态存在的数量减少，石墨形态存在的数量增加，在组织上表现为白口倾向减小，铸态渗碳体和珠光体数量减少。由于球化处理后的铁水过冷倾向增大，为消除铸态渗碳体，球铁需要有较高的碳当量。由于石墨化引起球铁铸件在结晶过程中体积膨胀，含碳量提高，体积膨胀增大，在铸型刚度较大的条件下，可以使铸件致密，减少缩松，在铸型松软的条件下则增大缩松。在铸型刚度足够大时铸件体积膨胀达到最高值。过分提高 碳量或碳也不必要，碳高，镁的吸收率高，有利于球化。球铁达到共晶成分时流动性最好。适当提高碳当量使其接近共晶成分，可提高流动性。由于石墨呈球状，对基体的削弱作用减小，提高碳量对机械性能不产生明显的不利影响，而且还会改善减震性、减摩性。碳量或碳当量过高会引起石墨漂浮。碳量提高使脆性转变温度略有降低。

在硅量较低时，硅对石墨化的影响较大，例如高碳低硅球铁白口倾向较大，这时只要少量增硅就可明显地减小白口倾向。以孕育剂方式加入的硅比炉料中的硅，石墨化作用更为强烈，其影响远不止碳对石墨化作用能力的三分之一。如果充分利用饱和孕育状态(加入孕育剂后，铁水中结晶核心很快增加，然后逐渐减少，结晶核心达到最高数量，称为饱和孕育状态)，不很高的碳当量和少量的孕育增硅也可以消除铸态渗碳体。孕育处理不仅促进石墨化，更重要的意义在于细化共晶团，改善石墨圆整度。在上述情况下，硅量增加，使渗碳体、珠光体减少，铁素体增多，共晶团细化、石墨圆整，冲击韧性则提高。低锰、低硫、低磷、低锑等有害成分值为最小化。

造型新工艺的选择是本发明的第二项关键技术。采用全新的自硬树脂砂以芯代型造型工艺，产品外形尺寸好，不变形，表面光洁，组织致密，做到了壁厚不均匀情况下综合品质好、成品率高。