機車車軸的批量化調質生產與工藝

最新 03-09

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作者：牛玉溫

單位：太原重工鑄鍛分公司大型鍛件廠

來源：《金屬加工（熱加工）》雜誌

太重集團是我國國內唯一一家能夠同時生產車輪和車軸的企業，產品覆蓋鐵路運輸、城市軌道交通、工礦冶金車輛等領域，並已獲得歐洲EC認證及AAR認證，遠銷世界各地。

圖1 出口輪對產品

輪軸類產品中的車軸是機車車輛承受動載荷的關鍵零件，受力狀態複雜，主要受彎曲、扭轉及彎扭複合等載荷，並受到一定的衝擊力。所以，在列車運行過程中，由於疲勞、彎曲、扭轉及應力中的一種或多種共同作用，易導致車軸失效，其中以疲勞失效為最普遍。因此，對於車軸而言，除了對強度、韌性等性能有嚴格要求外，材料淬透性、硬度均勻性、冶金質量、熱處理組織狀態等也成為影響車軸質量好壞的重要因素。

圖2 車軸

1.主要技術要求

我廠曾為輪軸分公司處理一批出口地鐵用車軸，材料使用25CrMo4V（相當於德國EA4T），規格為φ240mm×2500mm，重約700kg，第一批共計108件，化學成分及力學性能如表1、表2所示。

表1 化學成分（質量分數）（%）

表2 力學性能

2.生產過程

車軸在調質處理前，先進行高溫正火（見圖3），以消除粗大組織，獲得晶粒較細的珠光體和分散度較大的鐵素體，同時可在一定程度上改善材料的偏析缺陷。正火後入爐調質，工件雖為細長軸類，但選擇在台車式燃氣爐進行處理可以保證各項性能。

（1）首批次處理

第一爐處理時共裝爐15件，3～5件堆裝一起加熱，淬火時3～5件一弔，按圖3所示工藝進行淬火和高溫回火。但最終結果卻不能令人滿意，存在許多問題：

堆裝加熱及淬火影響工件的均勻冷卻，導致性能和硬度均勻性不夠穩定，具體表現為同批次的產品性能數據相差較多，衝擊功離散性特別嚴重，甚至個別數據低於要求值。

每爐淬火3～5次，淬火周期將近7～8h，生產效率偏低。

使用現有加熱設備，裝15件車軸，僅為爐子額定裝爐量的1/3，能源消耗嚴重，成本高，效益低。

（2）問題分析

我們對加熱爐進行了爐溫均勻性檢測，確認爐內溫度可以滿足加熱要求，排除了設備的問題。同時對不合格的衝擊功殘樣進行理化分析，組織中貝氏體含量較多，還有少量的鐵素體存在，說明工件的加熱不均及冷卻能力不足是造成熱處理組織異常的主要原因。

（3）改進措施

找到了問題的所在，於是採取兩種措施加以改進：

改進裝爐方式：為了使工件在爐內加熱時，熱氣流能很好地循環流動，採用架裝的辦法，工件之間拉開間距，並能進行整架車軸淬火操作。另外，綜合考慮了爐子的設計尺寸、承載能力，最終設計出了一種新型的工裝，它具有操作簡便，重量輕，結實耐用等特點，可以有效解決工件堆裝的缺點，而且每爐可以裝35～40件火車軸進行調質，淬火周期縮短為3～4h。

改進工藝參數：延長爐內的保溫時間，並加強了第一次在水中的冷卻能力。