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原文传递车辆用低合金钢半固态形成工艺研究

论文题名：	车辆用低合金钢半固态形成工艺研究
关键词：	半固态成形工艺;低合金钢;半固态熔体制备;感应炉;近液相线保温法
摘要：	随着轨道车辆向高速和重载方向发展，车辆用铸钢件的工作状况更加恶劣。在材料由碳钢升级为低合金钢后，重力铸造件的内部缺陷率高，仍将不能满足使用要求。在众多材料成形方法中，钢铁材料的半固态成形技术有其可行性，很有希望全面提升轨道车辆铸钢件质量水平。但低合金钢的半固态成形研究尚属空白，必须首先掌握低合金钢半固态熔体的制备方法、充型能力和成形性等半固态成形的工艺基础才可使这项技术在车辆用低合金钢领域得以应用。本文对车辆用低合金钢半固态成形工艺进行了较系统的探索性研究，提出了感应炉近液相线保温法制备低合金钢半固态熔体的新方法，研究了挤压铸造工艺下近液相线低合金钢熔体的充型能力和成形性，探讨了成形工艺参数对铸件质量的影响规律。力学性能测试表明近液相线挤压铸造工艺的确可获得性能优异的铸件，验证了半固态成形工艺的优越性，为该技术在车辆用低合金钢领域的应用奠定了一定的基础。主要成果如下：使用中频感应炉研究了近液相线保温制备低合金钢半固态熔体的方法。其工艺参数为：保温温度1508℃，保温时间5min。其机理是：在小过冷(近液相线)温度保温时，熔体内易形成大量准固相原子团簇并发展为游离晶均匀分布在熔体内，并在铸件凝固时显著细化、匀化晶粒，得到良好的铸态组织。由于感应炉的电磁搅拌作用，短时保温即可获得理想效果，并且熔体状态不会随着保温时间增长而改变。使用2000kN挤压铸造机和螺旋线试样模具，研究了近液相线低合金钢熔体的充型能力。结果表明：充型压力越大，充型速度越快，模具预热温度越高，充型能力越好。在15～40mm/s充型速度下，近液相线熔体的最大充填长度为393mm，平均充填长度为300.4mm，高于同类铸钢砂型铸造时的上限200mm。近液相线挤压铸造适用于那些结构上符合挤压铸造工艺，形状复杂程度大于或等于砂型铸造的铸钢件。使用轴箱体和钩舌挤压铸造用模具，配合挤压铸造机及中频感应炉，进行了近液相线挤压铸造成形研究。结果表明，在压力损失较大，模具预热温度低和充型速度慢的情况下，该工艺易产生表面皱皮和浇不足缺陷。对形状复杂零件，为提高充型能力和铸件质量，模具预热温度应高于400℃，挤压铸造所需充型压力应大于100MPa，充型速度应大于40mm/s，挤压方式的选择及浇注系统设计应以流程短、压力损失小为原则。使用箱式热处理炉、材料试验机和金相分析设备，研究了近液相线挤压铸造ZG25MnCrNiMo件的组织与力学性能。近液相线挤压铸造件的铸态组织比液态金属型和液态挤压铸造件显著细小，该铸态组织经正火+回火后的力学性能优良。分析表明，近液相线挤压铸造具有细化晶粒，抑制气孔、缩孔和缩松缺陷的产生，提高铸件的致密度，减少铸件内非金属夹杂，消除宏观偏析等优点。
作者：	李海开
专业：	车辆工程
导师：	张励忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文