本發(fā)明屬于裝甲車輛履帶板加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高錳鋼履帶板的鑄造工藝。

　　背景技術(shù)

　　高錳鋼鑄造履帶板是我國陸軍履帶式系列坦克行動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件。現(xiàn)有高錳鋼履帶板通常采用鑄造，我國高錳鋼鑄造履帶板在不同組別試車過程中均發(fā)生不同程度的斷裂問題。以2007年千公里c組試驗(yàn)為例，行車1000公里后，履帶板的裂紋率為29.4％，1500公里后，履帶板的裂紋率為90.7％，2000公里后，履帶板的裂紋率高達(dá)99.5％，無法達(dá)到履帶板3000公里的壽命要求。裂紋主要集中在左右連接臂、中間銷耳兩側(cè)加強(qiáng)筋、誘導(dǎo)齒根部四周，在2000公里試車后連接臂裂紋率在41％以上，從1500公里到2000公里試車后加強(qiáng)筋處裂紋由細(xì)微裂紋迅速擴(kuò)展、增加、延伸。一致以來，履帶板斷裂問題仍未徹底解決。針對(duì)歷年來的坦克履帶板裂紋率居高不下，甚至經(jīng)常發(fā)生斷裂問題，特別是當(dāng)受到突變應(yīng)力作用偶發(fā)因素時(shí)，承受更大的擠壓、彎曲應(yīng)力，極容易引起失效隨之產(chǎn)生疲勞破壞，出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，影響履帶板的使用壽命和車輛的正常行駛，進(jìn)而影響戰(zhàn)術(shù)性能。因此必須具備良好的使用性能和耐用性，以滿足其極端狀態(tài)下的裝備使用要求。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明的目的是提出一種高錳鋼履帶板的鑄造工藝，降低了高錳鋼鑄造履帶板裂紋率和斷裂幾率，顯著提高了使用壽命。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高錳鋼履帶板的鑄造工藝的具體步驟如下：

　　第一步，確定制造模具；

　　第二步，制造砂型、下芯合箱；利用上述模具，采用靜壓造型工藝制造砂型；在上砂型和下砂型的四角和型芯的頂部增加排氣棒，下芯采用覆膜砂工藝，覆膜砂采用天然石英砂為原砂；

　　第三步，冶煉廢鋼，制備澆注鋼水；

　　1)在冶煉之前加入合金元素釩和鈦?zhàn)錾藙幌葘⑶盟榈拟C、鈦合金顆粒，并將敲碎的釩和鈦合金顆粒預(yù)先放入鋼水包內(nèi)，用鋼液流沖化；

　　2)在冶煉還原期過程中連續(xù)造白渣，并控制磷含量應(yīng)在0.035％以下；

　　第四步，澆注；澆注鋼水的出鋼溫度1590-1620度，并且澆注前導(dǎo)包一次，使?jié)沧囟仍?415～1435度；

　　1)在橫澆道兩處放置陶瓷過濾網(wǎng)，陶瓷過濾網(wǎng)的圓形孔均勻一致；

　　2)將原圓柱形冒口改進(jìn)為與連接臂端面形狀一致，且加大體積的側(cè)方形冒口；

　　3)將每小澆注包的澆注箱數(shù)為4箱，澆注時(shí)間為6s～11s；

　　第五步，開箱，澆注后50分鐘后開箱。

　　第一步中的模具滿足下列要求，

　　(1)履帶板連接臂與其相連的著地筋處做平，加強(qiáng)了連接臂強(qiáng)度；

　　(2)履帶板連接臂與板體內(nèi)側(cè)相連的銷耳加強(qiáng)筋厚度為10mm～11mm；

　　(3)履帶板連接臂著地筋的著地面向上抬高2mm；

　　(4)履帶板連接臂從1/3長度開始向上傾斜7mm～8mm；

　　(5)主動(dòng)銷耳圓弧面高度增加1mm～1.5mm，且履翼與主動(dòng)銷耳外邊半圓過渡連接；

　　(6)嚙合銷耳部位設(shè)置一條加強(qiáng)筋，即為雙加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)；

　　(7)拉臂位于連接臂與嚙合銷耳之間，拉臂壁厚度為14mm；

　　(8)誘導(dǎo)齒高度為110mm。

　　第二步中，原砂選用粒度為50～140目，透氣率為100～140。

　　本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過采用鑄造結(jié)構(gòu)改進(jìn)、鑄造工藝提升、鋼水質(zhì)量優(yōu)化提升了陸軍履帶式坦克高錳鋼鑄造履帶板可靠性，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益；提升我國陸軍高錳鋼鑄造履帶板質(zhì)量水平，提高了整車可靠性，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)工藝性上采用連接臂—嚙合銷耳—著地筋“三位一體化”，控制高錳鋼鑄造履帶板裂紋，提高可靠性；本發(fā)明采用高強(qiáng)度、極低發(fā)氣量覆膜砂型芯成型、連接臂“梯度法”熱節(jié)，控制高錳鋼鑄造履帶板裂紋的有效措施；本發(fā)明采取加入微合金元素，還原期連續(xù)造白渣，降低非金屬夾雜物及有害元素磷含量的“三者互補(bǔ)法”，避免高錳鋼鑄造履帶板產(chǎn)生裂紋傾向；采用本發(fā)明的高錳鋼鑄造履帶板裂紋控制方法，有效地解決了每條履帶千公里行車裂紋率不超過25％，高錳鋼鑄造履帶板3000km跑車無斷裂問題。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明一種高錳鋼履帶板的鑄造工藝的具體步驟如下：

　　第一步，確定制造模具。

　　模具滿足下列要求，

　　(1)履帶板連接臂與其相連的著地筋處做平，加強(qiáng)了連接臂強(qiáng)度；

　　(2)履帶板連接臂與板體內(nèi)側(cè)相連的銷耳加強(qiáng)筋厚度為10mm～11mm，加強(qiáng)此處強(qiáng)度與可靠性；

　　(3)履帶板連接臂著地筋的著地面向上抬高2mm，從而降低連接臂直接著地，瞬間承受交變載荷的幾率；

　　(4)履帶板連接臂從1/3長度開始向上傾斜7mm～8mm，使1/3長度處受力分配更加合理；

　　(5)主動(dòng)銷耳圓弧面高度增加1mm～1.5mm，且履翼與主動(dòng)銷耳外邊半圓過渡連接，使主動(dòng)輪齒圈齒尖反復(fù)作用在主動(dòng)銷耳內(nèi)側(cè)壁時(shí)提高此處疲勞強(qiáng)度；

　　(6)嚙合銷耳為主動(dòng)輪輪齒嚙合部位，直接承受主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力及車速變化產(chǎn)生的沖擊力。為增加該位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，嚙合銷耳部位增設(shè)一條加強(qiáng)筋，即側(cè)面單筋結(jié)構(gòu)優(yōu)化為雙加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，提升銷耳處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及相互連接可靠性；

　　(7)拉臂在連接臂與嚙合銷耳之間，承受主動(dòng)輪輪齒拉力，相對(duì)載荷較大。拉臂壁厚度由原來的12mm增加到14mm，增加拉臂抗拉強(qiáng)度；

　　(8)為了進(jìn)一步提升履帶板的耐久性及可靠性，對(duì)著地筋進(jìn)行整體加強(qiáng)，高度均增加2mm，提升履帶板著地筋的耐磨性，對(duì)連接臂及拉臂、嚙合銷耳起到一定的保護(hù)作用。另外根據(jù)部隊(duì)在實(shí)際使用中對(duì)履帶防脫軌的實(shí)際要求，將誘導(dǎo)齒高度由100mm增加到110mm。

　　第二步，制造砂型、下芯合箱，利用上述模具，采用靜壓造型工藝制造砂型。原砂選用粒度在50/140目、透氣率集中在100-140范圍。

　　靜壓造型工藝是指首先氣流預(yù)緊壓實(shí)，然后多觸頭補(bǔ)壓；預(yù)先緊實(shí)效果，然后再由感應(yīng)多觸頭壓實(shí)，保證不同深度型腔的砂型緊實(shí)度分布均勻。靜壓造型工藝集中了氣沖造型和高壓多觸頭造型的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)效率高、鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好，并有效減少鑄件砂眼缺陷和侵入性氣孔缺陷，提高了鑄件內(nèi)部質(zhì)量，并降低了由此產(chǎn)生的影響履帶板強(qiáng)度和裂紋源因素。

　　在上砂型和下砂型的四角和型芯的頂部增加了排氣棒，使?jié)沧⑦^程中砂型中產(chǎn)生的氣體能夠及時(shí)排出，防止產(chǎn)生氣孔、冷隔等鑄造缺陷。

　　下芯采用覆膜砂工藝。因桐油砂中的黏土、糊精等水溶性附加物需要加水潤濕，烘干時(shí)水分會(huì)使溫度上升比較緩慢，砂芯不易烘透，型芯發(fā)氣量增大；水分在烘干時(shí)的蒸發(fā)破壞油膜的連續(xù)性，使干強(qiáng)度降低，導(dǎo)致履帶板誘導(dǎo)齒內(nèi)腔及履帶板關(guān)鍵部位連接臂表層粗糙、形成微觀氣孔，降低強(qiáng)度，進(jìn)而成為裂紋源。覆膜砂采用優(yōu)質(zhì)精選天然石英砂為原砂。覆膜砂工藝方法是熱塑性酚醛樹脂加潛伏性固化劑(烏洛托品)和潤滑劑通過一定的覆膜工藝配置成覆膜砂，當(dāng)覆膜砂受熱時(shí)包覆在砂粒表面的樹脂熔融，在烏洛托覆膜砂品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹脂由線性結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變成不熔融的體型結(jié)構(gòu)，從而使覆膜砂固化成型。因此，固化速度、脫模性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、流動(dòng)性、潰散性等指標(biāo)優(yōu)越，具有高強(qiáng)度、耐高溫、低發(fā)氣、低膨脹、抗粘砂性好的特點(diǎn)，使履帶板表面光滑，進(jìn)一步降低產(chǎn)生裂紋幾率。

　　第三步，冶煉廢鋼，制備澆注鋼水。

　　1)在冶煉之前加入合金元素釩和鈦，做生核劑，即先將敲碎的釩、鈦合金顆粒，并將敲碎的釩和鈦合金顆粒預(yù)先放入鋼水包內(nèi)，用鋼液流沖化。

　　高錳鋼的熱導(dǎo)率比碳鋼低得多(僅為中碳鋼熱導(dǎo)率的1/3-1/2)。由于熱導(dǎo)率低，使得鋼液凝固緩慢，在鋼的凝固過程中，樹狀晶長的粗大，很容易長成條狀的柱狀晶，在鑄型導(dǎo)熱性不良時(shí)出現(xiàn)穿晶(粗大的柱狀晶粒貫穿整個(gè)端面)，如外力作用和柱狀晶生長方向一致時(shí)引起斷裂。為此加入釩、鈦合金元素做生核劑。在冶煉過程中釩碳化物、鈦碳化物、釩氮化物和鈦氮化物的顆粒細(xì)小，成彌散懸浮在鋼液中，它們的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于鋼液溫度，能保持長時(shí)間不被融化，并且這種元素的碳化物和氮化物與高錳鋼的結(jié)晶相具有相同的晶格類型，晶格常數(shù)也相近因此在高錳鋼的結(jié)晶過程中能起到外來核心的作用，能夠明顯細(xì)化晶粒。晶粒細(xì)化能使位錯(cuò)密度增加，而高錳鋼加工硬化的基礎(chǔ)就是位錯(cuò)，位錯(cuò)密度增加，促使加工硬化能力提高，另外少量的高硬質(zhì)點(diǎn)能增加高錳鋼抗磨損能力，降低裂紋傾向。

　　2)在冶煉還原期過程中需連續(xù)造白渣，并控制磷含量應(yīng)在0.035％以下，降低有害元素含量，最大限度降低非金屬夾雜物含量。連續(xù)造白渣和控制磷含量的方法為現(xiàn)有的。

　　非金屬夾雜物含量影響高錳鋼的力學(xué)性能，由于高錳鋼含大量的錳，在鋼液中產(chǎn)生大量的氧化錳(mno)，由于氧化錳在鋼液中的溶解度很大，而在固態(tài)鋼液中的溶解度極小，在鋼液凝固時(shí)，大量的氧化錳以非金屬及雜物的形式洗出在鋼的晶界上，降低鋼的沖擊韌性，并使鑄件裂紋傾向增大。在冶煉高錳鋼時(shí)要求鋼液脫氧良好，盡量降低鋼液中氧化錳的含量，由于非金屬夾雜物的強(qiáng)度和韌性都很低，他們?cè)阡撘褐械淖饔萌缈斩椿蛄鸭y一樣，割裂鋼的本體，降低鋼的性能。所以連續(xù)造白渣，降低鋼液本身的非金屬夾雜物和氣體含量。

　　磷含量應(yīng)控制在0.035％以下，否則易偏析在晶界形成磷共晶使其脆性增大，在打磨、補(bǔ)焊和熱處理過程中極易形成裂紋。由于磷在奧氏體中的溶解度很小，且極易在晶界和枝晶間偏析形成磷共晶，降低奧氏體晶界強(qiáng)度和結(jié)合力，從而使高錳鋼在室溫下塑性和強(qiáng)度明顯降低，研究表明，磷還會(huì)顯著降低高錳鋼的耐磨和抗疲勞性能。然而，我廠生產(chǎn)高錳鋼履帶板的化學(xué)成分要求不大于0.08。因此，大量磷會(huì)偏聚于晶界處形成磷共晶組織造成其性能降低。通過應(yīng)用脫磷劑冶煉工藝，將磷含量控制在0.035％以下，獲得優(yōu)質(zhì)鋼水。由于高錳鋼si、mn含量較高，晶粒有粗化傾向。因此在成分控制上必須保證含鋁量，除此之外，為了加強(qiáng)細(xì)化效果，防止熱處理過程中晶粒長大，在冶煉工藝中添加微量釩元素，達(dá)到細(xì)化組織的目的。

　　第四步，澆注，鋼水的出鋼溫度1590-1620度，并且澆注前導(dǎo)包一次，使?jié)沧囟仍?425正負(fù)10度。

　　1)在橫澆道兩處放置陶瓷過濾網(wǎng)，陶瓷過濾網(wǎng)的圓形孔均勻一致，過濾鋼水中的氣泡、非金屬夾雜物等有害雜質(zhì)，凈化金屬液，提高鋼水的純凈度，并且澆注時(shí)充型平穩(wěn)。陶瓷過濾網(wǎng)的均勻一致圓形開孔使金屬液通過時(shí)不會(huì)產(chǎn)生新的細(xì)小渦流，更利于實(shí)現(xiàn)完成金屬液由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯恼{(diào)整，從而防止產(chǎn)生卷氣、夾砂、夾渣等鑄造缺陷，同時(shí)改善高錳鋼機(jī)械性能和抗彎強(qiáng)度，達(dá)到表面硬度均勻化的目的；

　　2)將原圓柱形冒口改進(jìn)為與連接臂端面形狀一致加大體積的側(cè)方形冒口，保證補(bǔ)縮徹底，通道暢通，改善晶粒度等級(jí)，從而保證連接臂內(nèi)部組織致密，降低產(chǎn)生裂紋的幾率。裂紋是鑄件內(nèi)部的縮松及縮孔相伴而生的，在縮松及縮孔周邊凝固多為樹枝晶，枝晶間凝固開始產(chǎn)生的開口不能被液體金屬充滿二形成裂紋，在沖擊載荷作用下，縮松及縮孔周邊萌生出裂紋，經(jīng)過疲勞擴(kuò)展，發(fā)展成尾部裂紋。由于大的柱狀晶限制同質(zhì)等軸晶的生長，不同的晶粒結(jié)構(gòu)限制了補(bǔ)縮通道。晶粒度直接影響力學(xué)性能，晶粒越細(xì)，阻礙滑移的晶界越多或晶界面積越大，強(qiáng)度也就越高。細(xì)化晶粒是改善多晶體材料的有效手段，根據(jù)位錯(cuò)理論，晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，在外力作用下，相鄰晶粒產(chǎn)生切變變形，晶界處必產(chǎn)生足夠大的應(yīng)力集中，細(xì)化晶粒可以產(chǎn)生更多的晶界，如果晶界結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，則需施加更大的外力才能產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，從而使材料強(qiáng)化，塑性和韌性也越好。晶粒越細(xì)，塑性變形也可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，使塑性變形越均勻，由內(nèi)應(yīng)力集中導(dǎo)致的開裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變形量，而且晶粒越細(xì)，晶界面越多，晶界越曲折，裂紋不易萌生；晶粒與晶粒中間犬牙交錯(cuò)的機(jī)會(huì)就越多，越不利于裂紋的傳播和發(fā)展，彼此就越緊固，強(qiáng)度和韌性就越好。在斷裂過程中可吸收較多能量，表現(xiàn)出高性能。

　　3)將每小澆注包的澆注箱數(shù)由原來的5箱改為4箱，澆注時(shí)間由原來的5s～8s(秒)改為6s～11s,以保證獲得高級(jí)別的晶粒度和良好的力學(xué)性能。因高錳鋼結(jié)晶間隔窄，液相線與固相線之間僅有50℃左右結(jié)晶間隔(液相線為1400℃，固相線約為1350℃)，所以高錳鋼鑄件對(duì)澆注溫度敏感，澆注溫度稍高，鑄件即形成粗晶及柱狀晶組織，以及縮孔、縮松等缺陷，降低力學(xué)性能和耐磨性。鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度隨著澆注溫度的降低而降低。高溫下晶界在應(yīng)力作用下回產(chǎn)生粘滯性流動(dòng)，發(fā)生晶粒沿晶界的相對(duì)滑動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生“擴(kuò)散蠕變”。

　　第五步，開箱，澆注后50分鐘后開箱。

　　將采用本發(fā)明鑄造工藝制造的履帶板用于履帶車輛，進(jìn)行行走試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)參見表1。

　　表1履帶板裂紋率復(fù)查統(tǒng)計(jì)表

　　技術(shù)特征：

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明涉及一種高錳鋼履帶板的鑄造工藝。該鑄造工藝的具體步驟如下：第一步，確定制造模具；第二步，制造砂型、下芯合箱；第三步，冶煉廢鋼，制備澆注鋼水；1)在冶煉之前加入合金元素釩和鈦?zhàn)錾藙?)在冶煉還原期過程中連續(xù)造白渣，并控制磷含量應(yīng)在0.035％以下；第四步，澆注；澆注鋼水的出鋼溫度1590?1620度，并且澆注前導(dǎo)包一次，使?jié)沧囟仍?415～1435度；第五步，開箱，澆注后50分鐘后開箱。本發(fā)明降低了高錳鋼鑄造履帶板裂紋率和斷裂幾率，顯著提高了使用壽命。

　　技術(shù)研發(fā)人員：蘇雅拉圖;周建軍;徐浩杰;陳志軍;薛立春;何立軍;滕虹;陳鴻飛;武玉平;王旭;楊玉紅;劉斌;李爽;宮偉祥;楊清;閆志武

　　受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司

　　技術(shù)研發(fā)日：2018.08.22

　　技術(shù)公布日：2018.11.30