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机车车轴的批量化调质生产与工艺

发布者:重庆鼎星渗氮表面处理有限公司 发布时间:2018-3-7 13:36:42 阅读:次 【字体:

   机车车轴的批量化调质生产与工艺

  太重集团是我国国内唯一一家能够同时生产车轮和车轴的企业,产品覆盖铁路运输、城市轨道交通、工矿冶金车辆等领域,并已获得欧洲EC认证及AAR认证,远销世界各地。

  图1 出口轮对产品

  轮轴类产品中的车轴是机车车辆承受动载荷的关键零件,受力状态复杂,主要受弯曲、扭转及弯扭复合等载荷,并受到一定的冲击力。所以,在列车运行过程中,由于疲劳、弯曲、扭转及应力中的一种或多种共同作用,易导致车轴失效,其中以疲劳失效为最普遍。因此,对于车轴而言,除了对强度、韧性等性能有严格要求外,材料淬透性、硬度均匀性、冶金质量、热处理组织状态等也成为影响车轴质量好坏的重要因素。

  图2 车轴

  1.主要技术要求

  我厂曾为轮轴分公司处理一批出口地铁用车轴,材料使用25CrMo4V(相当于德国EA4T),规格为φ240mm×2500mm,重约700kg,第一批共计108件,化学成分及力学性能如表1、表2所示。

  表1 化学成分(质量分数)(%)

  元素CSiMnPSCrNiCuMo

  要求0.22~0.290.17~0.370.60~0.90≤0.025≤0.0250.90~1.20≤0.30≤0.200.15~0.30

  熔炼0.260.270.650.0120.0091.080.0400.0500.25

  成品0.270.280.640.0100.0061.120.0380.0600.24

  表2 力学性能

  项目Rel/MPaRm/MPaA ( %)Z(%)Akv(20℃)/J

  要求≥440600~800≥18≥45≥40/35(纵向/横向)

  晶粒度≥5级(不允许有严重混晶)

  2.生产过程

  车轴在调质处理前,先进行高温正火(见图3),以消除粗大组织,获得晶粒较细的珠光体和分散度较大的铁素体,同时可在一定程度上改善材料的偏析缺陷。正火后入炉调质,工件虽为细长轴类,但选择在台车式燃气炉进行处理可以保证各项性能。

  (1)首批次处理

  第一炉处理时共装炉15件,3~5件堆装一起加热,淬火时3~5件一吊,按图3所示工艺进行淬火和高温回火。但最终结果却不能令人满意,存在许多问题:

  ①堆装加热及淬火影响工件的均匀冷却,导致性能和硬度均匀性不够稳定,具体表现为同批次的产品性能数据相差较多,冲击功离散性特别严重,甚至个别数据低于要求值。

  ②每炉淬火3~5次,淬火周期将近7~8h,生产效率偏低。

  ③使用现有加热设备,装15件车轴,仅为炉子额定装炉量的1/3,能源消耗严重,成本高,效益低。

  (2)问题分析

  我们对加热炉进行了炉温均匀性检测,确认炉内温度可以满足加热要求,排除了设备的问题。同时对不合格的冲击功残样进行理化分析,组织中贝氏体含量较多,还有少量的铁素体存在,说明工件的加热不均及冷却能力不足是造成热处理组织异常的主要原因。

  (3)改进措施

  找到了问题的所在,于是采取两种措施加以改进:

  ①改进装炉方式:为了使工件在炉内加热时,热气流能很好地循环流动,采用架装的办法,工件之间拉开间距,并能进行整架车轴淬火操作。另外,综合考虑了炉子的设计尺寸、承载能力,最终设计出了一种新型的工装,它具有操作简便,重量轻,结实耐用等特点,可以有效解决工件堆装的缺点,而且每炉可以装35~40件火车轴进行调质,淬火周期缩短为3~4h。

  ②改进工艺参数:延长炉内的保温时间,并加强了第一次在水中的冷却能力。

  (4)改进后的结果

  采用改进后的装炉方式和新工艺参数对第一炉中的不合格件进行返工处理,全部达到了技术要求。于是进行了第二炉的试生产,获得了成功。上述措施的采用,提高了生产效率,确保了车轴的批量热处理,也使其热处理一次合格率达到98%以上,满足了生产的顺利运行,第二炉中的任意5件的各项指标见表3。

  表3 改进工装后处理的第二炉中的任意5件的各项指标

  力学指标要求值1#2#3#4#5#

  Rel/MPa≥440600580615595590

  Rm/MPa600~800735705760720720

  A(%)≥182122.520.52221

  Z(%)≥4569.5686768.565

  Akv(20℃)/J≥40

  ≥3562/70/72

  56/69/3849/52/68

  36/52/4566/67/59

  54/48/4667/78/55

  51/39/4264/58/48

  35/41/47

  晶粒度≥56.577.5少量66.57

  其中,1#的金相组织为回火索氏体,见图4。

  图4 1#的金相组织

  3.结语

  车轴在调质处理之前增加一道高温正火工序,可细化晶粒、提高工件的综合性能;采用水淬油冷的冷却方式可以满足车轴的强度和冲击韧性等各项综合指标;热处理专用工装的制作大大改善了车轴的加热和冷却状态,使其在循环介质中组织转变均匀,提高了热处理一次合格率和生产效率,实现了热处理批量化生产。

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