[發(fā)明專利]一種高鐵齒輪箱用高性能鋁合金材料與制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810191965.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN108467978A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐海強(qiáng);儲(chǔ)君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州市南方驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C22C21/04
• 分類號(hào): C22C21/04;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發(fā)明公開了一種高鐵齒輪箱用高性能鋁合金材料及其制備方法，鋁合金材料按質(zhì)量百分比其組成為：Si：6.4～7.2％，F(xiàn)e：0～0.15％，Mg:0.35～0.40％,Ti:0.15～0.18％，稀土元素:0.1～0.3％,Al:90～93％。通過控制微量金屬元素的添加方法和添加時(shí)機(jī)，保證了鋁水的微量金屬結(jié)晶分布均勻，保證了鋁水密度，從而保證了產(chǎn)品的機(jī)械性能；鋁水微量金屬元素添加完畢后，需要除氣除氫，以消除針孔。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高鐵齒輪箱用高性能鋁合金 材料與制備工藝。

背景技術(shù)

近幾年我國(guó)高速鐵路建設(shè)高速發(fā)展，據(jù)中國(guó)鐵路總公司報(bào)道，截止到2017 年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.7萬公里，其中高速鐵路2.5萬公里，占鐵路 營(yíng)業(yè)里程的20％，高鐵運(yùn)營(yíng)里程世界第一。

齒輪箱是高速列車的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，是高速列車的核心部件之一，其工作 性能的好壞直接影響到高速動(dòng)車組運(yùn)行的可靠性和安全性。國(guó)外高速動(dòng)車組齒 輪箱生產(chǎn)、應(yīng)用較成熟，而國(guó)內(nèi)運(yùn)行的高速列車主要為引進(jìn)消化吸收國(guó)外技術(shù) 的CRH2、CRH3系列及自主研發(fā)的CRH380系列，其齒輪箱箱體主要依賴進(jìn)口。近 年來，部分進(jìn)口齒輪箱故障頻發(fā)，漏油、裂紋等質(zhì)量問題長(zhǎng)期得不到解決，影 響到行車安全和運(yùn)行效率。同時(shí)，進(jìn)口齒輪箱的價(jià)格昂貴、長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月的開發(fā) 周期跟不上中國(guó)高鐵的發(fā)展速度，極大地制約了中國(guó)高速動(dòng)車組關(guān)鍵零部件的 技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。另外，中國(guó)的CRH動(dòng)車組技術(shù)是采用外國(guó)多家公司合作設(shè)計(jì)與制造，使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，如CRH1(加拿大龐巴迪公司)，CRH2 (日本川崎重工公司)，CRH3(德國(guó)西門子公司)，CRH5(法國(guó)阿爾斯通公司)， 而CRH6是中國(guó)南車集團(tuán)(南京和青島)研制生產(chǎn)，CRH380系列是自主研制生產(chǎn)。 因此，各個(gè)CRH動(dòng)車組關(guān)鍵核心零部件兼容差，給使用和維護(hù)帶來極大困難。

隨著我國(guó)時(shí)速350km/h京滬和諧號(hào)高速動(dòng)車組的運(yùn)行，2016年7月15日上 午，時(shí)速420km/h中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組在鄭徐高鐵上進(jìn)行綜合試驗(yàn)成功，標(biāo)志著中 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。然而動(dòng)車組動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件齒輪箱 的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)制約了我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組技術(shù)的發(fā)展，首先是齒輪箱鑄造鋁合 金材料性能不能滿足要求，其次是鋁合金齒輪箱的鑄造工藝技術(shù)不足，存在密 度低、氣孔、針孔夾砂、夾渣、凹凸、錯(cuò)邊、裂紋、縮松等缺陷，使得鋁合金 齒輪箱的可靠性嚴(yán)重不足。

目前我國(guó)CRH380動(dòng)車組使用的鋁合金齒輪箱的鋁合金材料為Al Si7Mg0.3， 其力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度Rm≥230MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2≥190MPa，斷裂伸長(zhǎng) 率A≥2％。鑄件內(nèi)部檢測(cè)要求全部按百分之百射線探傷，判定標(biāo)準(zhǔn)為 ISO9915-1992的C級(jí)以上。據(jù)沈陽工業(yè)大學(xué)研究報(bào)道，時(shí)速350km動(dòng)車組的齒 輪箱，在電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)最大的等效應(yīng)力為195.58MPa，已經(jīng)大于材料屈服強(qiáng)度 190MPa，安全系數(shù)不到1，動(dòng)車組運(yùn)行存在安全隱患。

由此可見，研發(fā)高性能鑄造鋁合金材料和設(shè)計(jì)制造滿足中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組技 術(shù)的鋁合金齒輪箱是目前中國(guó)動(dòng)車組的重大核心關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有動(dòng)車組使用的鋁合金齒輪箱用鋁合金材料存在的技術(shù)問題， 本發(fā)明提供了一種高鐵齒輪箱用高性能鋁合金材料與制備方法。

本發(fā)明提供的高鐵齒輪箱用高性能鋁合金材料以國(guó)標(biāo)鋁A356.2為基礎(chǔ)材 料，熔煉時(shí)添加Ti、Mg合金元素和稀土元素制備出了高性能的鋁合金材料，鋁 合金材料按質(zhì)量百分比其組成為：Si：6.4～7.2％，F(xiàn)e：0～0.15％，Mg:0.35～ 0.40％,Ti:0.15～0.18％，稀土元素:0.1～0.3％,Al:90～93％。

本發(fā)明提供的高鐵齒輪箱用高性能鋁合金材料的具體制備工藝如下：

(1)熔煉管控

①在熔煉前，先對(duì)熔煉爐進(jìn)行梯度升溫烘烤，至潮氣完全排出，保證爐膛 干燥，杜絕熔煉過程中的鋁液吸氣而導(dǎo)致鑄件內(nèi)部有氣孔；