铌贝氏体球墨铸铁齿轮的铸造技术
球墨铸铁铸件的铸造过程及要点注意
球墨铸铁铸件的铸造过程及要点注意球墨铸铁铸件是一种使用球墨铸铁材料制造的重要铸件，广泛应用于工程机械、汽车及石油天然气等行业。
为了保证球墨铸铁铸件的质量和性能，铸造过程中需遵循一定的要点和注意事项。
本文将详细介绍球墨铸铁铸件的铸造过程及要点注意。
一、球墨铸铁铸件的铸造过程1. 原料配制：球墨铸铁的主要原材料包括铁水、石墨、球墨化剂等。
在铸造过程中，按照一定比例将这些原料进行配制，以确保最终产品的质量。
2. 铸型制作：根据铸件的形状和尺寸要求，采用砂型铸造或金属型铸造的方式制作铸型。
其中，砂型铸造是最常用的方法，通过将铁水注入砂型中，使其在砂型中凝固形成铸件。
3. 浇注：在铸造过程中，通过将预热后的铁水倒入铸型中，使铁水充分充塞铸型的腔体，并保证铸件的内部结构均匀。
4. 固化：在浇注完成后，铁水逐渐冷却凝固形成球墨铸铁铸件。
在固化过程中，需要确保铸件充分冷却，以避免产生缺陷和应力集中。
5. 毛坯处理：将固化成型的球墨铸铁铸件进行下线、分条、去砂等处理，得到初步的球墨铸铁毛坯。
6. 热处理：对球墨铸铁毛坯进行正火或表面淬火等热处理，以改善其组织和性能，并消除内部应力。
7. 机械加工：对热处理后的球墨铸铁铸件进行车削、铣削、钻孔等机械加工工艺，使其达到最终的尺寸和形状要求。
8. 表面处理：球墨铸铁铸件表面通常需要进行喷砂、研磨或喷漆等处理，以提高其外观质量和耐腐蚀性能。
9. 检验及修磨：通过对球墨铸铁铸件进行尺寸、硬度、力学性能等多项检测，确保其符合设计要求。
如有不合格的铸件，需要进行修磨或返工处理。
二、球墨铸铁铸件铸造的要点注意1. 熔炼与浇注温度控制：在整个铸造过程中，熔炼温度和浇注温度的控制至关重要。
熔炼温度过高会导致铸件孔洞增加，熔炼温度过低则容易形成夹杂物，浇注温度过高会导致铸件变形，浇注温度过低则容易导致铸件凝固不完全。
2. 浇注方式：合理选择适当的浇注方式对于球墨铸铁铸件的质量具有重要影响。
一种奥氏体
专利名称：一种奥氏体‑贝氏体球墨铸铁磨球的制备方法专利类型：发明专利
发明人：李祖来,杨阳,冯焕钦,山泉,蒋业华
申请号：CN201710206653.9
申请日：20170331
公开号：CN107142353A
公开日：
20170908
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种奥氏体‑贝氏体球墨铸铁磨球的制备方法，按照成分重量比：C:3.5~3.8%；Si:2.0~2.5%；Mn:2.0~2.5%；Mg:0.04~0.06%；Cr:0.5~0.8%；Mo:0.15~0.3%；
Re:0.02~0.03%；P≤0.03%；S≤0.03%，Fe及不可避免的杂质配料并熔炼，通过喂丝球化法进行球化孕育处理，浇铸出球墨铸铁磨球，然后采用等温盐浴淬火进行热处理，最后进行清洗和低温回火，得到奥氏体‑贝氏体球墨铸铁磨球；本方法制备的磨球显微组织主要为石墨、残余奥氏体、碳化物、针状贝氏体及少量马氏体，所生产出不同直径的磨球硬度为HRC55‑62，而且内外硬度差值小于5，冲击韧性αk为5~16J/cm，落球次数>20000次，具有良好的耐磨性、冲击韧性和较好的综合力学性能。
申请人：昆明理工大学
地址：650093 云南省昆明市五华区学府路253号
国籍：CN
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球墨铸铁铸件的锻造过程及要点注意[宝典]
![球墨铸铁铸件的锻造过程及要点注意[宝典]](https://img.taocdn.com/s3/m/37d91212cd1755270722192e453610661ed95a6c.png)
球墨铸铁铸件的铸造过程及要点注意1.铸铁—球墨铸铁国家标准(GB1348-2009)2.生产工艺流程(电炉生产球墨铸铁件)生铁――入炉熔炼――铁水加入合金球化\孕育处理――浇注型腔――打箱清理――热处理(如果需要的话)3.定购信息。
根据本规范定购材料应该包孕下列信息：(1)产品名称，(2)所需的球墨铸铁牌号;(3)要是需要，其它特殊性能;(4)是否需要不同数目的试样;(5)要是需要，需供给保证书;(6)要是需要，其它的交付物。
4.拉伸性能要求。
5.热处理。
牌号60-40-18通常需要完全铁素体化退火。
牌号120-90-02和100-70-03一般需要淬火回火或正火回火或等温热处理。
其它牌号可以铸态或热处理状态交付。
颠末淬火到马氏体再回沸热处理的球墨铸铁比相同硬度的铸态材料有低患上多的委顿强度。
6.实验试样。
(1)用来机加工成拉伸实验试样的单铸实验试块应该铸造成图1和图2指定的尺寸和形状。
由图3所示的模具铸造的改良龙骨型铸锭可以替代1英寸的Y型铸锭或1英寸的龙骨型铸锭。
实验试样应该在由合适的型砂制成的敞口铸模中铸造，并且对于0.5英寸(12.5mm)和1英寸(25mm)尺寸的试样应该具有最小1.5英寸(38mm)的铸模壁厚，对于3英寸尺寸的试样应该具有最小3英寸(75mm)的铸模壁厚。
试样应该在铸模中冷却至出现黑色(接近482℃或更低)。
代表铸件的试样铸锭的尺寸应该由购买方选择。
要是购买方没有选择，则由生产商选择。
⑵当根据本规范举行熔模铸造时，生产商可以用铸件的熔液在铸模中浇铸实验试样，或在与生产铸件相同的热环境下用同样类型的铸模零丁浇铸。
实验试块应该由其代表的铸件同1个铸桶或熔炉中浇铸。
7.特殊要求。
特殊要求，如硬度，化学成分，微观结构，压力密封性，X光不变性，磁粉尺寸检验和表面状态。
8.工艺，表面和外观。
(1)铸件应该是光滑的，无有害缺陷，并应该完全符合图纸或购买方供给的范例的尺寸要求。
(2)在后续需要机加工的地区范围，铸件不应该存在冷区。
常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法
常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法铸造齿轮因其加工性能好、耐磨性高、噪声低及成本低等优点，在机械制造行业得到广泛应用。
常用铸造齿轮材料主要包括铸铁及铸钢。
常用齿轮铸铁材料是灰铸铁和球墨铸铁，因铸铁中存在游离石墨和多孔性结构，故齿轮的耐磨性良好、噪声小。
与铸铁齿轮材料相比，铸钢材料具有较高强度、硬度和耐磨性能，可用于负荷较大的大型齿轮。
一、铸铁齿轮材料及其热处理铸铁齿轮常用材料为灰铸铁及球墨铸铁。
1.齿轮用灰铸铁灰铸铁抗拉强度低，脆性较高，抗弯及耐冲击能力很差，但它易于铸造，易切削，具有良好的耐磨性、缺口敏感性小、减振性及成本低特点，可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。
（1）齿轮用灰铸铁的牌号及力学性能齿轮用灰铸铁的牌号及抗拉强度见表1。
（2）灰铸铁齿轮表面硬度和耐磨性灰铸铁表面热处理前最好先正火处理。
表面热处理，如高中频感应淬火及化学热处理等，其中高中频感应淬火应用最多。
高中频感应淬火温度通常采用850~950℃加热淬火，由于铸铁导热性差，因此加热速度不易太快，单位功率要比同样的钢件小一些。
否则，会产生裂纹和熔化现象。
铸铁经高频感应加热后，淬火冷却介质一般采用水、PAG进行冷却。
回火温度一般在200~400℃，铸铁齿轮经淬火、回火后硬度为40~50HRC。
灰铸铁齿轮金相检验执行GB/T7216《灰铸铁金相检验》标准。
2.齿轮用球墨铸铁球墨铸铁的性能介于钢和灰铸铁之间，强度比灰铸铁高很多，具有良好的韧性和塑性，在冲击不大的情况下，可代替钢制齿轮。
齿轮制造主要使用珠光体和贝氏体球墨铸铁，牌号在QT500以上，热处理一般采用正火+回火。
（1）球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能及其各热处理状态下的力学性能球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能见表2。
（2）球墨铸铁热处理铸造齿轮毛坯的预处理一般采用退火、正火，也可进行正火+回火，或调质处理。
球墨铸铁齿轮的常用热处理工艺见表3。
（3）球墨铸铁金相检验执行GB/T9441《球墨铸铁金相检验》标准。
奥贝球铁齿轮的研发及应用
奥贝球铁（等温淬火球铁）包括两个阶段的热 处理，首先是铸铁在８５０．９５０℃范围内进行充分的 奥氏体化（指铸铁组织全部都转变成ＦＣＣ，并含饱 和碳量的奥氏体）。第二阶段。铸铁快速淬人２３９— ３９９℃范围的介质中，并在此温度范围内保温Ｏ．５４ ｈ，等温处理之后，将铸件空冷至室温罔。 在奥氏体等温淬火过程中，通过等温淬火热处 理或加入合金元素使球墨铸铁基体组织由铁素铁、 珠光体变为奥氏体、贝氏体和残余奥氏体。根据不 同的等温温度和时间，其最终基体组织可以分为马
公司装客车路试，在运行６个月后，对其中一台总
成解剖，发现由轮完好无损。 ２
ＡＤＩ材料齿轮的应用
ＡＤＩ材料的齿轮研究开发ｍ以后，开始若下将
达一新材料批量的应用于生产中。首先进择齿轮铸
造毛坯厂家，齿轮铸造毛坯要求铸坯的球化优良 （球化率达９ｎ％以ｒ，石暴大小为６．８缎）铸环外 观不允许有疏松、气孔、砂眼、夹砂等缺陷。
Ｍａ矧ａＩ
Ｓｃｉｅｌｌｃｅ
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球铁齿轮箱体铸造工艺的优化
ｏ ｅｄｒ ｕｄ ｏ ｂ ｄａ ｄｌ ｍ ｔ ｎｏ ｒ ｋ ｇ ｅ ｔ Ｂ ｄｐｉ ｅｓｒｓｉ ｌｄｎ ｄｕｔ ｇ ｆ ｍ ｔｅｆｅｅ ｏ ｌ ｎｔ ｅｆ ｎ ｄｔ ｔｅｆｒ ａｉ ｆ ｈ ｎ ａｅｄｆｃ ． ｙａ ｏｔ ｇｔｅｍ ａｕｅ ｃｕ ｉｇａｊｓｎ ｒ ｈ ｃ ｅ ｅ ｏｈ ｏ ｏ ｓｉ ｅｓ ｎ ｈ ｎ ｉ
球铁 齿轮箱体铸 造工艺的优化
吴来发 ， 刘 伟 ， 史文 东
（ 安徽合力股份有限公司 合肥铸 锻厂 ， 安徽 合肥 ２０２ ） ３ ０ ２
星 蓄
摘要 ： 采用带气流预紧实的 Ｋ 高压造型机生产地铁齿轮箱上箱体球铁件。 由于按原工艺方案生产 的铸件多处厚大部 Ｗ
位均 现 了缩孔 、 松缺陷 ， 缩 利用 华铸 Ｃ Ｅ软件进行 了工 艺模 拟 ， 果显示 ： Ａ 结 由于 冒口颈凝 固封闭的时间过早 ， 远离冒 口处 的热 节不 能补缩 ， 导致缩松 、 Ｌ 缩孑 缺陷 的形成。通过调整 冒口尺寸 和冒 口颈尺寸 ， 在砂芯中部设置冷铁以及 进行 浇 注系统改进等工艺措施 ， 延长了冒 口补缩通道 畅通 时间， 提高 了补缩效率 。试产铸件经解剖和 Ｘ光探伤确认 ， Ｌ 缩孑 和缩
（ ｆｉ ａ ｔ ｇ ｆｒｉｇＰａ ｔ ｆＡｎ ｕ ｏｋｉ ｒｃ ｏ ｐ Ｃ ｍｐ ｎ ， ｆｉ ２ ０ ２ ， ｉａ Ｈｅｅ ｓｉ —ｏｇｎ ｌｎ ｈ ｉ ｒｌ ｔ ｕ ｋ Ｇｒｕ ｏ ａ ｙ Ｈｅｅ ３ ０ ２ Ｃｈｎ ） Ｃ ｎ ｏ Ｆ ｆＴ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｕ ｔ ｅ ｉ ｎ ｕ ｐ ｒｇ ａ ｏ ｏ ｙ ｕ ｅ ｏ ｎ ｅｇ ｏ ｎ ａｌ ｙ ｌ ｃ ｍｏｉ ｅ ｗ ｓ ｐ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ＫＷ ｕ ｏ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｄ ｃ ｉ ｒ ｐ ｅ ｅ ｒｂ ｘ ｂ ｄ ｓ ｄ ｆ ｒｕ ｄ ｒ ｒ ｕ ｄ ｒ ｉ ｌ ｏ ｗａ ｏ ｏ ｔ ａ ｒ ｄ ｃ ｄ ｏ ｈ ｖ ａ ｔ ｍａｉ ｃ ａｒ ｐ ｅ ｏ ａ ｔ ｎ ＋ ｈ ｄ ａ ｌ ｑ ｅ ｚｎ ｕ ｄ ｎ ｃ ｉ ｅ ．ｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｒｎ ａ ｅ ｃ ｖｔ ｓ ａ ｄ ｐ ｒ ｓｔ ｓ ｆ ｕ ｄ ｉ ｉ — ｒ ｃ ｍｐ ｅｉ ｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｓ ｕ ｅ ｉ ｇ ｍｏ ｌ ｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ Ｓ ｎ ｅ ｔ ｅ ｅ ｗ ｒ ｈ ｉ ｋ ｇ ａ ｉ ｅ ｎ ｏ ｏ ｉ ｅ ｎ ｎ ｃ ｉ ｉ ｏ ｍｕ ｔ ｌ ｈ ａ ｙ ｓ ｃ ｉｎ ｆ ｔ ｅ ｃ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｗ ｔ ｒ ｉ ａ ａ ｔ ｇ ｍｅｈ ｄ ｈ ｎ ｅ ＡＳ ｏ ｔ ａ ｅ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｏ ｄ ｃ ｌ ｐ ｅ ｅ ｖ ｅ ｔ ｓ ｏ ｈ ａ ｔ ｇ ｐ ｏ ｕ ｅ ｉ ｏ ｇｎ ｌｃ ｓｉ ｔ ｏ ，ｔ ｅ Ｉ ｔＣ Ｔ ｓ ｆ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｃ ｎ ｕ ｔ ｉ ｏ ｉ ｈ ｉ ｎ ｗ ｃ ｓｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓｍｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｏ ａ ｌ ｒ ｚ ｎ ａ ｄ ｂ ｏ ｋ ｄ ｆ ｅ ｅ ｅ ｋ ｃ ｕ ｅ ｈ ｏ ｐ ｔ ｆ ｒ ａ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉ ｌｔ ｎ ｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｔ ｏ ｅ ｒｙ ｆｏ ｅ ｎ ｌｃ ｅ ｅ ｄ ｒ ｎ ｃ ａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｈ ｔｓ ｏｓ ａ ｎ ｏ
一种低合金贝氏体球墨铸铁磨球的制备方法
(10)申请公布号 CN109182636B (43)申请公布日2020. 06.19
(19 )中华人民共和国国彖知识产权局
(21)申请号 CN201811131258.X
(22 )申请日 2018.09.27
(71)申请人北京科技大学
地址100083北京市海淀区学院路30号
(72 )发明人宋仁伯;黄良;张应超
(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司
代理人张仲波
(51) Inta
(54 )发明名称
—种低合全贝氏体球墨铸铁磨球的制备方
法
(57 )摘要
本发明公开•种贝氏体球墨铸铁磨球的制
备方法，属于金属材料领域。
该贝氏体球墨铸铁
磨球的成分重量比为：C ： 2. 5〜3.0%； Si ：
3. 5〜
4.0%； Mn ： 1. 5〜2.0%： Mg ： 0. 03〜
0.07%： RE ： 0.01 〜0.03%： FW0. 1%：
SW0.05%；余量为铁。
其制备方法为：首先将原
料放入中频感应炉中进行熔炼并利用金属型铸造 制备铸态球墨铸铁磨球，接若运用连续冷却淬火 和低温回火工艺对铸态磨球进行热处理，得到贝 (12 )发明专利说明
权利要求说明书说明书幅图。
球墨铸铁铸造工艺
球墨铸铁锻造工艺1、金属炉料的要求各样入炉金属炉料一定明确成份，除回炉铁和废钢由炉前配料人员依据炉料状况确立外，螺纹钢不准加入球铁中。
其余炉料一定具备化学成份化验单方可使用，同时应保证炉料、合金干燥。
防备有密闭容器混入炉猜中。
全部炉料应按配料单过称。
球墨铸铁化学成分牌号 C Si Mn P S Cu Ni Re MgQT400LT < <QT400 < < <QT450 < <QT500 < <QT600 < <QT700 < <QT800 < < 正火 +回火QT900 < < 正火 +回火备注厚壁铸件厚壁铸件厚壁铸件取下限，薄取下限，取上限，薄壁铸件取薄壁铸件壁铸件取上限取上限下限球墨铸铁单铸试样力学性能（GB/T1348-1988 ）牌号抗拉强度折服强度断后伸长率硬度U 型缺口试样在 -20 ℃冲击汲取功 /J 主要组织σ b/MPa≥σ b/MPa≥δ（ %）HBSQT400LT 400 250 18 130-170 3 个均匀大于 12，单个大于 9 铁素体〉 95%QT400-18 400 250 18 130-170 铁素体〉 90%QT400-15 400 250 15 130-180 铁素体〉 90%QT450-10 450 310 10 160-210 铁素体QT500-7 500 320 7 170-230 铁素体 +珠光体QT600-3 600 370 3 190-270 珠光体 +铁素体QT700-2 700 420 2 225-305 珠光体QT800-2 800 480 2 245-335 珠光体或回火组织QT900-2 900 600 2 280-360 贝氏体或回火马氏体3.熔炼过程化学成分和机械性能控制范围：熔炼过程化学成分控制范围球墨铸铁熔炼过程化学成分控制范围牌号 C Si Mn P S Cu Ni Re Mg QT400LT 成品铁水< <原铁水< <QT400 成品铁水< < <原铁水< < <QT450 成品铁水< <原铁水< <QT500 成品铁水< <原铁水< <QT600 成品铁水< <原铁水< <QT700 成品铁水< <原铁水< <QT800 成品铁水< <原铁水< <QT900 成品铁水< <原铁水< <机械性能控制范围切合、标准配料：加料按（ 2200kg）依据材质和回炉料状况选择下表此中一种配比。
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图 2 合金淬火态显微组织 100 ×
213 Nb ( C , N) 硬质相的微区分析 Nb (C , N) 硬质相的微区分析在山东省分析测
试中心的 J AX2733 型电子探针仪和山东省冶金设计 院 MM6 金相显微镜上进行 。图 3～图 5 分别为 Nb (C , N) 质点形貌及其 Nb 面扫描和深腐蚀后二次电 子图像 。由图 3 可以看出 , Nb ( C , N) 硬质相质点
力学性能超过上述合金贝氏体球铁齿轮外 , 更重要的 是其基体中含有高显微硬度的Nb (C ,N) 硬质相 ,因而
收稿日期 : 2004201202 收到初稿 , 2004202214 收到修订稿 。 作者简介 : 陈言俊 (1956 - ) , 男 , 安徽省砀山县人 , 高级工程师 , 主要研究方向为材料液态结构 。E2mail : cyj @sdu1edu1cn
出 , 铸态石墨球化级别达 1～3 级 , 石墨球球径在 5 ～8 级 , 铸态铁素体基体在 20 %～50 %的范围 , 其余 50 %～ 80 %为 珠 光 体 基 体 , 而 磷 共 晶 + 碳 化 物 < 1 %〔5〕; Nb ( C , N) 相硬质点在 400 倍下每个视场 不少于 2 粒 。
Vol153 No15 May 2004
铸造
FOUNDRY
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铌贝氏体球墨铸铁齿轮的铸造技术
陈言俊1 , 梁如国1 , 刘 健1 , 刘 新1 , 洪新伟1 , 刘保国1 , 田长文2 , 王世建2
(11 山东大学工程训练中心 , 山东济南 250061 ; 21 山东省科学院新材料研究所 , 山东济南 250041 )
图 6 铌球铁试样摩檫示意图
图 3 铌质点二次电子像 图 4 Nb (C , N) X 面扫描
不是网状分布 , 有利于保护润滑油膜的连续性 , 镶嵌 于基体中而不是沿晶界分布 , 使之不易脱落和破碎。 以上都决定了铌贝氏球墨铸铁齿轮具有优良的耐磨性 。
215 力学性能 铌贝氏体球墨铸铁齿轮材质的力学性能检测结果
见表 4 , 试样取自同包铁液浇注的楔形试棒 , 并与齿 轮同炉热处理 。由表 4 可见 , 铌贝氏体球墨铸铁齿轮 经过等温淬火 , 完全能达到 Q T120021 牌号材料的力 学性能要求 。
锰提高过冷奥氏体的稳定性 , 使 S2曲 线 右 移 , 增加 白 亮 区 。锰 在 贝 氏 体 的 溶 解 度 大 约 015 % 左 右〔4〕, 超过此限 , 锰将富集于共晶团边界 。
铜能细化石墨和提高石墨球的圆整度细化贝氏体 针 , 增加组织均匀性 , 降低断面敏感性 , 并起到固溶 强化 的 作 用 , 提 高 韧 性 和 耐 磨 性 。铜 取 014 % ～ 016 %。硫是有害元素 , 原铁液中 S < 0108 % , 球化 后铁液中 S < 0103 %。
铌铸铁是山东省科学院和山东大学共同研究的新 型耐磨铸铁合金材料 , 研究试验的铌贝氏体球墨铸铁 齿轮〔2〕的力学性能已超过 Q T120021 牌号的规定 。山 东省是全国拖拉机生产大省 , 尤其泰山 12 型 、15 型 、18 型小拖拉机生产量占全国首位 , 圆柱从动齿 轮年 需 要 量 在 35 ～ 45 万 只 。若 将 齿 轮 用 材 料 由 20CrMn Ti 合金钢改为铌贝氏体球墨铸铁 , 将节约大 量合金钢 , 降低生产成本 。为此 , 作者开发了泰山 12 型 NQ T120022 (生产厂内定牌号) 铌贝氏体球墨 铸铁齿轮 , 从材质 、工艺 、生产等方面进行了工作 , 现已将高质量产品推广应用并投放市场 。
镁和稀土〔3～5〕, 在保证球化良好的前提下 , 残 余镁 量 应 控 制 在 0103 % ～ 0106 % , 残 余 稀 土 量 在 0102 %～0105 %。
铌为强碳化物 、氮化物形成元素 。铌加入铸铁 中 , 能与碳 、氮结合形成独立富铌相 ———Nb (C , N) 硬质相 , 这些相一般呈规则的正方体 , 尺寸为 2 ～ 8μm , 弥散 、均匀分布于基体中 , 有极高的显微硬度 (大于 HV 2500) 。这些硬质相较大幅度地提高了铸铁 的耐磨性 , 为提高齿轮பைடு நூலகம்命提供了基础。铌同时还能起 到固溶强化和净化晶界的作用 , 在一定程度上提高了材 质强度和韧性。考虑到原材料成本 , 铌取 0115 %～ 0130 %。铌贝氏体球墨铸铁齿轮化学成分归纳在表 2。
表 1 NQT120022 和 QT120021 齿轮的力学性能
名 称
最大载荷 正常载荷
弯曲疲劳 应力
接触疲劳 应力
计算应力力σW / MPa Q T120021 , 力σW / MPa NQ T120022 , 力σW / MPa
计算应力σJ / MPa Q T120021 , σJ / MPa NQ T120022 , σJ / MPa
泰山 12 型 、15 型 、18 型等小拖拉机圆柱从动齿 轮是拖拉机传动驱动力的一个重要齿轮 。它的原材质 为 20CrMn Ti 合金钢 , 经锻压制坯 、机加工 、渗碳 、 热处理等工序加工完成 。贝氏体球铁自问世以来 , 一 直将齿轮件作为重要应用方向之一 。上世纪 70 到 80 年代 , 国外已将贝氏体球铁成功的应用到汽车 、拖拉 机传动齿轮上〔1〕。几乎同时 , 我国也研制成功了贝 氏体球铁齿轮 , 并进行了批量生产与装机应用 。
112 选材依据 泰山 12 圆柱从动齿轮的受力形式以弯曲疲劳应
力σW和接触疲劳应力力σj为代表 。根据资料〔6〕, 齿 轮的最大计算弯曲疲劳应力力σW为 270～280 M Pa , 最大计算接触疲劳应力σj为 1200～1220 M Pa 。按交 变载荷计算 , 齿轮的齿根弯曲疲劳应力为 270 MPa 左右 , 齿面接触疲劳折算应力为 980 MPa 左右 。而 球铁弯曲疲劳应力力σW一般为 350 M Pa , 而球铁的 最大接触疲劳许用应力 〔σ〕j = 1200～1270M Pa 时 , 可满足齿面接触疲劳性能的计算要求 。表 1 统计了两 种球铁牌号的各种力学性能有关数据 。由此可见 , NQ T120022 铌贝氏体球墨铸铁齿轮的弯曲疲劳强度 在 350 ～ 400 M Pa , 最大接触疲劳许用应力为 2160 MPa , 完全可以满足齿轮的要求 。从理论上讲 , 用铌 贝氏体球铁制造泰山 12 型 齿轮是安全可靠的 。
铸造
陈言俊等 : 铌贝氏体球墨铸铁齿轮的铸造技术
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截面形貌一般为规则的四边形 、三角形或多边形 。深 腐蚀后 (图 5) 可以看到 , 它们的空间形貌一般为正 方体 , 六个面很光滑 。由 Nb (C , N) X 面扫描 (图 4) 可以看出大的光亮区 , 说明 Nb ( C , N) 块状质 点的形成 , 而密密麻麻的小亮点说明形成了许多小的 Nb (C , N) 质点或碳化物 , 弥散 、均匀分布于基体 中 。也就是说 , Nb ( C , N) 硬质相大小质点固溶于 铌球铁的基体或以碳化物弥散分布于基体中 , 起到了 固溶强化的作用 , 可提高强度 、硬度 、耐磨性和抗点 蚀的能力 。硬度测试结果显示 , Nb ( C , N) 质点的 显微硬度平均为 HV 2500～3000 。
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Ca st Iron Gear
CHEN Yan2jun1 , LIANG Ru2guo1 , LIU J ian1 , LIU Xin1 , HONG Xin2wei1 , LIU Bao2guo1 , TIAN Chang2wen2 , WANG Shi2jian2
1 试验主要技术路线
111 齿轮受力状况及失效形式 圆柱从动齿轮是传动驱动力的齿轮 , 因而受力较
大 , 主要受工作应力 、弯曲应力 、接触疲劳应力 、多 冲击摩擦力等作用 。其中以弯曲疲劳应力 、接触疲劳 应力和摩擦力为主 。齿轮的失效形式主要是由于其弯 曲疲劳强度不够引起的断点 、破裂 , 以及由于接触疲 劳强度 、耐磨性不够引起的过早尺寸超差而失效 。
(11Centre Training Engine ering Shandong University , J inan , 250061 , Shandong , China ; 21New Material Institute of Shandong Academy of Science s , J inan 25004 , Shandong , China )
2 试验结果及性能分析
211 化学成分的选择 碳是强石墨化形成元素 , 有利于石墨的析出和球
化 , 减少和消除铸态渗碳体 。在球铁的贝氏体转变 中 , 贝氏体晶核首先在奥氏体/ 石墨边界生核 , 因而 提高球铁含碳量 , 可以增加石墨球数 , 从而促进贝氏 体转变 , 有利于提高淬透性和力学性能 。在不引起石 墨漂浮的前提下碳量应尽量高一些 , 碳取 314 %～ 319 %。硅降低过冷奥氏体的稳定 性 , 使 S2曲 线 左 移 , 加速贝氏体的转变 , 从而减少组织中的白亮区 (淬火马氏体与残余奥氏体) , 并细化贝氏体 , 使材料 的强度和韧性均有提高 。但硅也使淬透性降低 , 尤其 Si > 310 %时 , 淬透性急剧下降 , 强度和韧性也开始 下降 。此外 , 硅也是强石墨元素 , 能有效地防止和消 除白口 , 增加铸态铁素体含量 , 利于齿轮的加工 。硅 取 216 %～310 %。碳当量 CE = 415 %～417 %为宜 。
摘要 : 通过试验研究了铌贝氏体球墨铸铁齿轮化学成分 、熔炼工艺 、淬火工艺的变化及特性 。试验和生产应用结果表
明 , 铌贝氏体球铁齿轮的可靠性和寿命完全可以达到 20CrMn Ti 合金钢的力学性能 , 是其理想的替代材料 。
关键词 : 铌铸铁 ; 贝氏体球墨铸铁 ; 齿轮 中图分类号 : T G255 文献标识码 : B 文章编号 : 100124977 (2004) 0520399204