鐵路貨車重載車軸熱處理工藝

崔志

摘 要：重載軸LZ45CrV為我公司新材質(zhì)車軸，通過對(duì)鐵路貨車重載車軸的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求分析，進(jìn)行多次試驗(yàn)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(shí)間均為3.5～4小時(shí)，空冷。

關(guān)鍵詞：重載車軸；晶粒度；熱處理；力學(xué)性能

前言：鐵路貨車重載車軸的材質(zhì)是LZ45CrV，是27t軸重鐵路貨車車軸采用的新材質(zhì)，屬低合金鋼。鋼坯標(biāo)準(zhǔn)符合《大軸重鐵路貨車用LZ45CrV車軸鋼坯試制技術(shù)條件》。由于在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加Cr、V、Ni、Mo等合金元素，并對(duì)雜質(zhì)和有害元素進(jìn)行控制，所以具有優(yōu)良的綜合性能。

一、LZ45CrV車軸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求

（1）化學(xué)成分。鋼的化學(xué)成分（熔煉分析）應(yīng)符合表1的規(guī)定。對(duì)成品鋼坯化學(xué)成分進(jìn)行驗(yàn)證分析時(shí)，C、Mn、Si元素與表1規(guī)定的成分范圍的允許偏差符合表2的規(guī)定，其余元素與表1規(guī)定的成分范圍的允許偏差應(yīng)符合GB/T222規(guī)定。（2）力學(xué)性能和顯微特性。經(jīng)熱處理后車軸的拉伸特性和沖擊試驗(yàn)特性分別符合表3和表4的指標(biāo)。車軸的晶粒度試樣應(yīng)顯示為均勻的細(xì)晶粒組織，試樣在金相顯微鏡下放大100倍觀察。檢驗(yàn)及評(píng)定按GB/T6394的規(guī)定執(zhí)行，晶粒度不低于6級(jí)。

二、熱處理工藝方案初步制定

試驗(yàn)采用太鋼生產(chǎn)的車軸鋼坯，規(guī)格260mm×260mm，爐號(hào)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(zhǎng)度2400mm，重量680Kg。針對(duì)LZ45CrV鋼的基本情況與國(guó)內(nèi)已有比較成熟熱處理工藝的40Cr和LZ50鋼進(jìn)行對(duì)比分析。化學(xué)成分對(duì)比見表5，LZ45CrV鋼坯元素控制范圍非常嚴(yán)格，并且還添加V、Mo等合金元素，故在確定熱處理參數(shù)時(shí)，需要在參考熱處理手冊(cè)中推薦的參數(shù)同時(shí)具體分析確定。

（1）加熱溫度。正火是將鋼加熱到AC3點(diǎn)以上30℃～

50℃，保溫適當(dāng)時(shí)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(tài)，鋼中的原始組織缺陷基本消失，然后再控制適當(dāng)?shù)睦鋮s速度。熱處理手冊(cè)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(jiǎn)單的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼可以隨爐升溫，不控制加熱速度。但形狀復(fù)雜或中、高合金鋼則應(yīng)控制加熱速度，中、高合金鋼因合金元素含量高、導(dǎo)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(jīng)過預(yù)熱段后直接控制到工藝設(shè)定溫度。（3）保溫時(shí)間。保溫時(shí)間是指鋼件燒透并完成奧氏體均勻化所需時(shí)間。保溫時(shí)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(zhì)等影響。按照車軸毛坯有效直徑大小經(jīng)驗(yàn)確定保溫時(shí)間，一次正火、二次正火保溫時(shí)間均初步擬定為3～3.5小時(shí)，回火保溫時(shí)間為3～3.5小時(shí)。（4）冷卻速度。冷卻速度過慢，會(huì)造成工件過軟；冷卻速度過快，會(huì)造成硬度偏高，對(duì)于一般件可在空氣中冷卻，大件可用吹風(fēng)冷卻或噴霧冷卻。由于LZ45CrV鋼屬新材質(zhì)正火后采用空冷方式。

綜合化學(xué)成分及熱處理關(guān)鍵參數(shù)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(shí)間均為3.5～4小時(shí)，空冷。設(shè)備采用現(xiàn)有成熟工藝的LZ50鋼車軸熱處理生產(chǎn)線，熱處理后對(duì)車軸軸頸、輪座、軸身1/2半徑處分別取樣，送計(jì)量理化中心進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和晶粒度檢測(cè)。

三、熱處理工藝方案改進(jìn)

針對(duì)按初步方案進(jìn)行熱處理試驗(yàn)的車軸試樣強(qiáng)度不合格問題，進(jìn)行了深入分析討論，認(rèn)為沖擊值較高、塑性較好的情況下，強(qiáng)度不夠主要原因應(yīng)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?yàn)長(zhǎng)Z45CrV鋼中添加了V、Mo等合金元素，V的熱敏感性非常強(qiáng)，正火時(shí)V的析出量主要與正火溫度有關(guān)，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(huì)阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，從而提高正火后強(qiáng)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(qiáng)度不足，正火后的回火主要是消除殘余應(yīng)力，回火溫度高也可能造成強(qiáng)度下降。

四、結(jié)論

通過多次熱處理工藝試驗(yàn)，LZ45CrV新材質(zhì)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(shí)間均為3.5～4小時(shí)，空冷。為重載軸批量生產(chǎn)做好了技術(shù)準(zhǔn)備，同時(shí)也為相關(guān)材質(zhì)車軸產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).金屬熱處理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，7.