鐵路貨車部件鑄造材料熱處理工藝研究

摘 要：鑄件材料的選擇，熱處理工藝的研究應成為提升鐵路交通安全的重要保障。本文針對鐵路貨車關鍵鑄件材料，以搖枕、側架、車鉤等關鍵部件為例，對其熱處理技術進行了理論分析與研究探索。

關鍵詞：鐵路貨車；鑄件材料；熱處理技術

一、鐵路貨車鑄件材料

（一）搖枕、側架鑄用鋼。目前，中國和北美（AAR）搖枕、側架用鑄鋼材質強度等級比較接近，主要采用通過加入Mn、Cr、Ni、

Mo等元素進行合金化的低碳低合金鋼為主。我國搖枕、側架用鑄鋼主要牌號為：ZG25MnNi（B級鋼）、ZG25MnCrNi（B+級鋼）、ZG25MnCrNiMo（C級鑄鋼）等。

一方面在鑄件的設計上，采用新的型號，如搖枕、側架由轉K2、K4型到轉K5、K6型，車鉤由13號到16、17號，增加了尺寸和壁厚，并使用高牌號材料：由普碳鋼到B級鋼，再到B+級鋼、C級鋼、E級鋼等，新材料為低合金鋼，可提高鑄件的強度和抗疲勞性能；另一方面不斷采用新的鑄造技術，提高了鑄件的質量，為貨車的高速、重載提供保障。

（二）車鉤鑄用鋼。在搖枕、側架鑄造材料的不斷進步過程中，車鉤用鑄鋼也經歷了從普通碳素鋼向力學性能更高的低合金鋼的發展歷程。我國采用的C級鋼有ZG24SiMnVTi、ZG29MnMoNi和ZG25MnCrNiMo共3個牌號，采用的E級鋼牌號為ZG25MnCrNiMo。目前，我國新造貨車裝用的均為E級鋼（ZG25MnCrNiMo）調質態車鉤。

二、鐵路貨車部件鑄造材料熱處理技術

（一）熱處理技術的發展現狀。我國鐵路貨車搖枕、側架、車鉤等鑄鋼件采用了潮模砂拋砂造型等機械化程度較高的生產線，與原來廣泛采用的震動造型機相比提高了生產效率，造型質量大幅度提高。現階段，我國的鐵路貨車的制芯技術、智能下芯技術、精煉技術、落砂、拋丸強化處理、鑄件檢測、鑄造技術管理等制造與管理方面都擁有了長足的進步。對于鐵路貨車關鍵鑄件，搖枕、側架為B+級鋼，采用正火熱處理工藝，車鉤為E級鋼，采用調質熱處理工藝。為了提高鑄件熱處理質量的一致性，車鉤改進為連續式熱處理工藝，搖枕、側架也已推廣使用連續式熱處理工藝。

（二）熱處理技術的優勢。鑄鋼件經過高溫冷卻凝固后得到的組織為鑄態組織，這取決于化學成分和凝固結晶過程，一般存在較嚴重的枝晶偏析，組織極不均勻，以及晶粒粗大和魏氏組織等問題，性能較差。

（三）搖枕、側架熱處理技術。對于搖枕，B級鋼、B+級鋼部分采用正火熱處理技術，C級鋼部分采用“正火+回火”熱處理技術。搖枕、側架的鋼種平均含碳量（質量分數）為0.25%，屬于亞共析鋼，正火或“正火+回火”熱處理后的金相組織為“鐵素體+珠光體”。 搖枕、側架鑄鋼件的鑄態組織中，常有粗大枝晶及偏析。熱處理時，奧氏體化加熱保溫溫度和時間應盡量使其成分均勻，并防止奧氏體晶粒粗化。 奧氏體化保溫溫度一般為890～910℃，采用臺車式熱處理爐時，保溫時間一般為3.5～4.5h，若采用連續式熱處理爐，則保溫時間需適當調整。 熱處理時，必須根據其結構特點合理擺放。搖枕、側架工作位置的下部通常處于拉應力狀態，裝爐時應保證該部位具有良好的透熱和透冷條件，以保證該部位獲得良好的金相組織和力學性能。

（四）車鉤熱處理技術。車鉤的鋼種屬于低合金鑄鋼，強度等級為E級鋼，材質牌號為ZG25MnCrNiMo。平均含碳量（質量分數）為0.25%，按含碳量進行劃分屬于亞共析鋼。熱處理工藝為淬火+高溫回火。由于E級鋼在凝固過程中產生發達的樹枝晶和較大的合金元素偏析，在冷卻過程中形成粗大的魏氏組織，這些都加劇了合金元素和金相組織的不均勻性。車鉤制造過程中，為了在調質熱處理時獲得化學成分更加均勻、晶粒更加細小的組織，并且為減少熱處理前產生焊修裂紋的趨勢，通常在調質熱處理前，對車鉤進行一次預正火處理。

淬火溫度的選擇應以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原則，以便淬火后獲得細小的馬氏體組織，車鉤淬火溫度一般在880～910℃，保溫時間一般在2～3h，淬火介質為水。 車鉤采用高溫回火，根據硬度要求回火溫度一般選擇在550～600℃，保溫時間一般在3～4h，冷卻方式為風冷或水冷。由于對車鉤使用性能的特殊要求，車鉤的鉤尾及尾銷孔部位需要進行表面熱處理，車鉤表面熱處理方式為火焰加熱表面淬火和中頻感應加熱表面淬火。表面淬火熱處理完成后，鉤體一般應在8h內進行低溫回火以消除淬火應力，回火溫度為150～250℃。

目前，我國車鉤鉤體和鉤舌已全部采用連續式熱處理線進行調質熱處理。采用連續式熱處理技術，加熱溫度和冷卻速度均勻性好，能很好地解決鑄件熱彎曲變形問題，獲得力學性能優異和金相組織穩定的產品，有效地提高了實物質量。

參考文獻：

[1] 杜皖寧.延長輥軸篩篩片使用壽命的研究[J].安徽機電學院學報.2000年01期