[發明專利]新型奧貝球鐵火車輪材料合金及其冶煉工藝

無效

• 申請號: 201410202561.X
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103952617A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 趙毅紅;陳榮發;李志龍;陸華鋒;楊華;李青青;吳龍;趙杰
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C22C37/04
• 分類號: C22C37/04;C22C37/10;C22C33/08
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 孫忠明

技術領域

本發明涉及一種新型奧貝球鐵火車輪材料合金及其冶煉工藝,?屬于金屬材料技術領域。

背景技術

鐵路運輸有著其它運輸方法所不能比擬的優點。和其它運輸方法相比，鐵路運輸的環境污染少，運輸量大，節省能源。因此，各發達國家都在大力發展本國的鐵路運輸事業。車輪作為影響列車安全性的關鍵部件之一，在運轉過程中，因支撐車體的重量或車輪制動會與鐵軌產生摩擦而造成各種磨損和擦傷。當車輪制動時，除產生滑動摩擦以外，還會產生熱裂紋。因此，對車輪用材料來說，既要求高強度、高硬度和耐磨性，又要求高的韌性和耐熱性等多種性能的組合。隨著列車的提速，在高速行駛時出現的各種影響安全性的問題(如車輪踏面的剝離、車輪的裂損等)尚未得到解決，現有車輪材料已經越來越不能滿足要求。為滿足列車高速行駛的安全性、可靠性需求，研制和開發新一代高速車輪材料有著重要意義。

從各國的標準來看，用于生產車輪的材料主要是中高碳鋼，以Si、Mn為主要強化元素。歐洲各國早些年普遍采用的車輪材料是UIC812-3標準的R7鋼，后來由于高速車輪在運行中不斷出現剝離等種種問題，特別是1998年德國高速車輪斷裂導致高速列車出軌多人死亡以后，歐洲各國加大了對新型高速列車用車輪鋼的研究，重點研究在保證材料的強度和硬度降低不大的前提下，提高車輪鋼的韌性。到目前為止,我國高速鐵路用車輪100%依賴進口。韌性不足是高速車輪國產化最大的難點,因此,如何提高車輪鋼的韌性,實現高速車輪國產化,是發展我國高速鐵路的重要研究課題。在過去數十年中,車輪鋼的材料研究主要集中在化學元素的合金化機理和提高鋼質的潔凈度等方面。

本項發明突破傳統的車輪材料用鋼，采用近年來發展的新興鑄鐵材料溫淬火球墨鑄鐵（Austempered?Ductile?Iron，簡稱?ADI）。它是通過等溫淬火熱處理和加入合金元素使球墨鑄鐵基體組織由鐵素體、珠光體變為針狀鐵素體、富碳奧氏體等組織。ADI重量輕,成本低,能源消耗低,強度高,韌性好,具有優越的耐疲勞性,好的減震性,硬度高,特有的應變強化能力,具有優越的耐磨性。這些獨特優點使它得到了各行業的設計工程師們矚目并優先選用。

我國鐵路上應用ADI新材料首先從重載貨車走行部分的鈄楔入手,?并擴大應用于鐵路車輛轉向架的各型號襯套、磨耗板、貨車心盤。近幾年,?又推廣至內燃機車和電力機車轉向架的各型號襯套、心盤以及內燃機車柴油機燃燒室重大部件—氣缸套等摩擦部件上。

采用ADI車輪與通常采用的輾鋼車輪和鑄鋼車輪相比，不僅能提高車輪材料的綜合力學性能，延長使用壽命，而且能節約能源降低成本。由鋼錠制成輾鋼車輪一般要經過一次或幾次加熱和多次碾軋，比直接鑄造車輪消耗更多的熱能和碾軋成本，但鑄鋼車輪與輾鋼車輪相比其塑性、密實度指標較低，鑄鋼車輪的重量比輾鋼車輪重15%左右。ADI車輪則可以兼顧以上兩種材料的優勢，避免了它們的劣勢，ADI材料的生產由球墨鑄鐵的鑄造和等溫淬火熱處理兩部分工藝組成，鑄件較好的鑄造性和生產的靈活性使得更易設計最優的零件，ADI因為含有球狀石墨，同樣尺寸的零件一般較鋼件輕10%，同時保證較高的強度，材料輕而堅固，能滿足產品輕量化的要求，降低列車運行能耗。

ADI作為列車車輪材料的應用在各個國家得到了很高的關注，但目前還未有大量投入使用的實例，ADI在列車車輪上的應用目前還處在研究階段，芬蘭國家鐵路公司在使用ADI車輪方面具有一定的經驗，從車輪的試驗中可以看到其壽命成本降低了30%，然而，ADI車輪在芬蘭國家鐵路的使用仍然沒有較大突破。德國Bahn研究與技術中心致力于對ADI在鐵路系統中可行性試驗研究，但是還未見投入實際運用的報道。但是基于ADI材料的優越性能，它被認為是一種有望代替輾鋼、鑄鋼用于鐵路列車車輪制造的材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型奧貝球鐵火車輪材料合金及其冶煉工藝，?解決現有輾鋼和鑄鋼列車車輪還存在的一些不足，通過本發明實現在保證相應強度和硬度性能指標下，提高材料的韌性，并且有利于耐磨減震降噪，提高列車運行的安全可靠性，延長輪軌使用壽命，節約大量原材料和檢修費用，每年可為國家節省數億元。