鐵路貨車重載車軸熱處理工藝

摘 要：重載軸LZ45CrV為我公司新材質車軸，通過對鐵路貨車重載車軸的相關標準要求分析，進行多次試驗確定其熱處理工藝為：一次正火溫度880±10℃，二次正火溫度850±10℃，回火溫度510±10℃，正火、回火保溫時間均為3.5～4小時，空冷。

關鍵詞：重載車軸；晶粒度；熱處理；力學性能

前言：鐵路貨車重載車軸的材質是LZ45CrV，是27t軸重鐵路貨車車軸采用的新材質，屬低合金鋼。鋼坯標準符合《大軸重鐵路貨車用LZ45CrV車軸鋼坯試制技術條件》。由于在碳素鋼的基礎上添加Cr、V、Ni、Mo等合金元素，并對雜質和有害元素進行控制，所以具有優良的綜合性能。

一、LZ45CrV車軸技術標準要求

（1）化學成分。鋼的化學成分（熔煉分析）應符合表1的規定。對成品鋼坯化學成分進行驗證分析時，C、Mn、Si元素與表1規定的成分范圍的允許偏差符合表2的規定，其余元素與表1規定的成分范圍的允許偏差應符合GB/T222規定。（2）力學性能和顯微特性。經熱處理后車軸的拉伸特性和沖擊試驗特性分別符合表3和表4的指標。車軸的晶粒度試樣應顯示為均勻的細晶粒組織，試樣在金相顯微鏡下放大100倍觀察。檢驗及評定按GB/T6394的規定執行，晶粒度不低于6級。

二、熱處理工藝方案初步制定

試驗采用太鋼生產的車軸鋼坯，規格260mm×260mm，爐號D1105163，共鍛造車軸34根，圖1為RE2C型重載軸鍛造毛坯圖，最大外徑尺寸為230mm，長度2400mm，重量680Kg。針對LZ45CrV鋼的基本情況與國內已有比較成熟熱處理工藝的40Cr和LZ50鋼進行對比分析。化學成分對比見表5，LZ45CrV鋼坯元素控制范圍非常嚴格，并且還添加V、Mo等合金元素，故在確定熱處理參數時，需要在參考熱處理手冊中推薦的參數同時具體分析確定。

（1）加熱溫度。正火是將鋼加熱到AC3點以上30℃～

50℃，保溫適當時間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火是將鋼加熱到完全奧氏體狀態，鋼中的原始組織缺陷基本消失，然后再控制適當的冷卻速度。熱處理手冊推薦40Cr的正火溫度為850℃～870℃；LZ50鋼推薦的一次正火溫度為860℃～880℃，二次正火溫度為800℃～820℃，回火溫度530℃。重載軸初步擬定一次正火溫度860℃，二次正火溫度810℃，回火溫度530℃。（2）加熱速度。按照加熱速度控制一般原則，形狀簡單的碳素結構鋼或低合金鋼可以隨爐升溫，不控制加熱速度。但形狀復雜或中、高合金鋼則應控制加熱速度，中、高合金鋼因合金元素含量高、導熱性差，所以升溫不易過快，其加熱速度一般控制80℃～100℃/h。LZ45CrV鋼屬低合金鋼可采用經過預熱段后直接控制到工藝設定溫度。（3）保溫時間。保溫時間是指鋼件燒透并完成奧氏體均勻化所需時間。保溫時間受鋼件成分、形狀、尺寸、裝爐方式、裝爐量、加熱爐類型、爐溫和加熱介質等影響。按照車軸毛坯有效直徑大小經驗確定保溫時間，一次正火、二次正火保溫時間均初步擬定為3～3.5小時，回火保溫時間為3～3.5小時。（4）冷卻速度。冷卻速度過慢，會造成工件過軟；冷卻速度過快，會造成硬度偏高，對于一般件可在空氣中冷卻，大件可用吹風冷卻或噴霧冷卻。由于LZ45CrV鋼屬新材質正火后采用空冷方式。

綜合化學成分及熱處理關鍵參數分析初步確定熱處理工藝為：一次正火溫度860±10℃，二次正火溫度810±10℃，回火溫度 530±10℃，正火、回火保溫時間均為3.5～4小時，空冷。設備采用現有成熟工藝的LZ50鋼車軸熱處理生產線，熱處理后對車軸軸頸、輪座、軸身1/2半徑處分別取樣，送計量理化中心進行拉伸試驗、沖擊試驗和晶粒度檢測。

三、熱處理工藝方案改進

針對按初步方案進行熱處理試驗的車軸試樣強度不合格問題，進行了深入分析討論，認為沖擊值較高、塑性較好的情況下，強度不夠主要原因應該是二次正火溫度低及回火溫度稍高造成。初步方案擬定二次正火溫度810℃，因為LZ45CrV鋼中添加了V、Mo等合金元素，V的熱敏感性非常強，正火時V的析出量主要與正火溫度有關，隨著正火溫度的提高，V的析出量增加，鋼材完全奧氏體化后，V會阻礙奧氏體晶粒的長大，從而提高正火后強度。如果正火溫度偏低，合金元素由于溫度不夠高分布不均勻造成強度不足，正火后的回火主要是消除殘余應力，回火溫度高也可能造成強度下降。

四、結論

通過多次熱處理工藝試驗，LZ45CrV新材質重載軸的熱處理工藝為：一次正火溫度880±10℃，二次正火溫度850±10℃，回火溫度510±10℃，正火、回火保溫時間均為3.5～4小時，空冷。為重載軸批量生產做好了技術準備，同時也為相關材質車軸產品開發奠定了基礎。

參考文獻：

[1]全國熱處理標準化技術委員會.金屬熱處理標準應用手冊[M].北京：機械工業出版社，2005，7.