[发明专利]高淬低温高韧性返回塔整体铸件材料及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够解决轮斗挖掘机返回塔铸件在铸造成型过程中材料内部性能下降和低温冲击韧性差的高淬透性、低温高韧性返回塔整体铸件材料及制作方法，属铸钢材料制造领域。 

背景技术

传统的SRs2000轮斗挖掘机装配用零部件为了满足工作性能需要和保障结构的安全，在结构设计上往往采用保守设计，增大结构尺寸与重量来保证材料的强度。其中的起主支撑作用的返回塔部件为了满足结构设计要求，往往采用返回塔塔体铸件和传动轴锻件通过键的装配来满足结构工作要求，具体结构形状见图3。一是由于传动采用的是键联接，因此工作的平稳性很难得到保障，同时对于外部环境的适应性也很差，很难做到在不同的作业环境中，使结构处于良好的工作状态；二是传统的轮斗挖掘机材料采用的是标准为BS EN10293中的GE300铸钢材料，往往受强度性能的影响，在抗低温冲击韧性方面相对较差，很难适应作业环境的要求，其GE300化学成分(质量分数)和标准试样力学性能如下： 

C：0.25～0.35%，Si: 0.60～0.80%，Mn:1.20～1.50%,S:≤0.030%,P:≤0.030%,Cr: ≤0.30%, Ni: ≤0.40%，Mo: ≤0.15%,Cu: ≤0.25%

力学性能：R_p0.2≥300N/㎜²，R_m: ≥600N/㎜²,A₅%≥16%,Ψ≥30%,AKv≥30J(20℃)。性能测试标准试样为U型试块，试验试样规格为一个￠14mm×150mm拉伸试样和三个10mm×10mm×55mm冲击试样，具体形状尺寸见图4。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种能够解决轮斗挖掘机返回塔在铸造成型过程中材料内部性能下降和低温冲击韧性差的高淬低温高韧性返回塔整体铸件材料及制作方法。 

设计方案：为了实现上述设计目的。本申请的关键在于解决采用整体铸钢材料铸造成型代替键联接结构件结构，如何保证铸钢件材料的整体性能满足设计要求的问题，其解决这一问题采用的技术方案是：一是通过降低三大主体元素的含量来减小对材料冲击性能的负面影响，并通过添加微合金元素来弥补三大主体元素含量降低带来的强度性能下降的问题，并且通过添加微合金元素来改变钢液结晶的过程，使金属的结晶更有利于获得细小晶粒，从而提高材料的强度和韧性；二是根据调整后的组分构成，并结合合金元素对热处理的影响，对调质热处理的工艺参数也进行调整，大大加深了调质热处理的淬火深度，提高了材料的内部性能。 

1、本申请在结构设计上，对轮斗挖掘机部件结构在使用中存在的缺陷进行了新的改进设计，新结构采用铸钢整体铸造代替了返回塔塔体铸件和轴锻件键联接结构，同时为了满足铸造的工艺性，将原来轴锻件部分采用中空设计，其铸钢整体铸造结构如图1。 

2、为了保证结构的工作性能要求，选用的铸钢材料必须保证结构部件内性能也能达到设计要求，并且要求能适应零下20℃的工作环境。根据结构工作性能的要求，对选用的铸钢材料力学性能提出了如下的技术指标和测试要求：a.力学性能指标：R_p0.2≥300N/㎜²，R_m: ≥600N/㎜²,A₅%≥18%,Ψ≥30%,AKv≥31J(-20℃)；b.力学性能测试要求：为了保证产品内部性能，测试用试样从140mm×140mm×300mm试块中选取，选取位置为表面向内35mm为试样中心，具体形状尺寸见图2。 

3、技术难点分析： 

用传统化学组分构成的GE300浇注的140mm×140mm×300mm试块，通过调质热处理后进行力学性能试验，分别对试块表面、距离表面向内15mm、距离表面向内35mm三个位置取样试验，所获得的力学性能值见图13。 

从图13测试的结果可以看出，传统GE300材料在20℃常温试验温度下，随着距离表面深度的加深，强度性能和冲击韧性都明显下降，当距离表面深度达到35mm时，强度和冲击韧性都已经无法满足设计工作性能要求；而在-20℃的试验温度下，距离表面深度达到15mm时，冲击性能就已经不能满足设计要求。造成材料性能由表及里下降的主要原因在于：钢液在结晶凝固过程中，由于表面温度下降速率快于中间温度下降速率，造成中间部分奥氏体晶粒长大速度相对较快，因此由表及里晶粒的大小也呈现由细到粗的分布（见图5）。