起重機車輪性能研究

王允 任海濤 楊用增

摘 要：本文介紹一種材質是45鋼，通過鍛造-輾壓工藝制造的起重機車輪，主要對這種工藝制造的起重機車輪的元素含量、硬度、金相組織進行檢測，結合《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）中對起重機車輪的力學性能、熱處理、成品車輪的質量要求，對車輪性能進行分析。

關鍵詞：起重機；車輪；鍛造-碾壓

中圖分類號：TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0067-03

Study on Performance of Crane Wheels

WANG Yun1 REN Haitao2 YANG Yongzeng3

（1.Henan Institute of Special Equipment Safety Inspection and Testing，Zhengzhou Henan 450000；2.Henan Mine Crane co.Ltd.，Changyuan Henan 453400；3.Henan Institute of Technology，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： This paper introduced a kind of crane wheel made of 45 steel by forging-rolling process. It mainly inspected the element content， hardness and metallographic structure of the crane wheel made by this process. Combining with the mechanical properties， heat treatment and quality requirements of crane wheels in Crane Wheels（JB/T 6392—2008）， the performance of the wheel was analyzed.

Keywords： crane；carriage wheel；forging- rolling

車輪是起重機的重要零部件之一，是起重機運行的基礎零部件。起重機行走時，車輪踏面、輪緣內側面與軌道兩側面滾動接觸，承受較大的應力和嚴重的磨損，輪緣磨損、踏面磨損、表面壓碎是導致起重機車輪損壞的主要原因。《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）中對起重機車輪的力學性能、熱處理、成品車輪的質量做出了嚴格規定。

傳統的車輪生產工藝有鍛壓和鑄造，傳統的鍛壓工藝生產存在原材料消耗大、需要大量采購原材料、后續加工量大、制造環境惡劣等問題，不能充分利用現有資源[1]。傳統的鑄造工藝除存在上述缺陷外，還存在能源消耗大、產品零部件內部缺陷多、組織不致密強度低等問題。為了改善上述問題，需要研制開發鍛造-碾壓車輪制造新工藝。本文對鍛造-碾壓新工藝制造的起重機車輪進行檢測，并結合《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）中對起重機車輪力學性能、熱處理、成品車輪的質量要求對車輪性能進行研究和分析。

1 車輪情況簡介

起重機車輪的具體信息如表1所示。

2 車輪性能檢測

2.1 車輪元素含量測試

對車輪的五大元素C、Si、Mn、P和S含量進行了檢測。其中，對于硫含量的檢測，依據《鋼鐵 總碳硫含量的測定 高頻感應爐燃燒后紅外吸收》（GB/T 20123—2006），采用感應爐燃燒后紅外線吸收法進行檢測，其他元素含量的檢測依據《低合金鋼 多元素含量的測定 電感耦合等離子體原子發射》（GB/T 20125—2006），采用電感耦合等離子體發射光譜法進行檢測，測試結果如表2所示。

2.2 車輪硬度檢測

對車輪進行硬度檢測前，依次使用240#、400#、800#、1000#和1500#砂紙，對檢測區域進行層層打磨，以去除掉對硬度檢測有影響的表面臟污、銹蝕，消除表面粗糙度對硬度的影響[2]。按照《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）的要求，對起重機車輪踏面和淬硬層的硬度進行檢測，圖1是鍛造-碾壓車輪硬度測試點示意圖。

2.2.1 車輪踏面硬度。按照標準《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）、《金屬材料里氏硬度試驗第1部分：試驗方法》（GB/T 17394.1—2014）的要求，沿鍛造-碾壓車輪踏面上圓周等分測三點，用里氏硬度計在每個點區域內測試6次，取平均值，對照《金屬材料 里氏硬度試驗 第4部分：硬度值換算表》（GB/T 17394.4—2014），將里氏硬度換算成布氏硬度，測試結果如表3所示[3]。

2.2.2 淬硬層硬度。按照標準《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）、《金屬材料布氏硬度試驗第1部分：試驗方法》（GB/T 231.1—2009）的要求對鍛造-碾壓車輪的淬硬層的硬度進行檢測，距踏面5、10、15mm和20mm處檢測車輪淬硬層的硬度，每個距離測試3個數據，取平均值，測試結果如表4所示。

2.3 車輪金相檢測

為了檢測踏面表面、與踏面垂直的淬硬層截面的金相組織，按照《金屬顯微組織檢驗方法》（GB/T 13298—2015）的要求，用線切割的方式在車輪上取兩個15mm×15mm×15mm的試樣，位置見圖2。

3 結果與分析

從表2化學元素檢測結果可以得出鍛造-碾壓的起重機車輪中C、Si、Mn、P、S均在《優質碳素結構鋼》（GB/T 699—2015）對45號鋼要求的范圍內。

表5是《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）對車輪硬度要求。從表5可以看出，對于直徑為200～400mm的起重機車輪，標準中要求踏面和輪緣內側面硬度為300～380HBW，淬硬層15mm深度處硬度應達到260HBW。表3中車輪踏面硬度測試結果顯示，鍛造-碾壓的起重機車輪踏面硬度為322～349HB，達到標準《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）中300～380HBW的要求。從表4的測試結果可以看出，直徑為270mm的鍛造碾壓車輪，15mm處的硬度平均值為261HBW，平均值略大于標準《起重機車輪》（JB/T 6392—2008）要求的260HB，基本滿足標準要求。

從圖3和圖4的鍛造-碾壓車輪的金相圖可以看出，踏面組織主要為珠光體及分布在珠光體基體上的極少量的鐵素體。車輪淬硬層截面上的金相組織有珠光體、鐵素體，并且車輪淬硬層截面頂點（即踏面處），珠光體組織占比較大，組織致密，沿截面頂點至底部觀察組織，珠光體占比輕微下降，鐵素體占比輕微上升，逐漸呈現網格化。

硬度及金相檢測結果相互印證，鍛造碾壓車輪踏面附近珠光體多，綜合性能好，淬硬層中隨著珠光體的組織減少，鐵素體增加，鋼的硬度有所下降。

4 結論

①鍛造碾壓車輪中經過熱處理后，踏面處的金相組織主要是大量的珠光體和少量的鐵素體，組織致密，踏面處的硬度明顯高于標準要求。

②熱處理工藝使得樣品踏面處綜合力學性能較好，硬度高，內部韌性較好。

參考文獻：

[1]牛玉溫.起重機用高硬度行車輪的熱處理[J].研究與應用，2011（15）：23-24.

[2]楊國維.淺談起重機車輪的熱處理[J].太重技術導報，1991（1）：36-39.

[3]左正，邵衛平.起重機車輪的質量控制和技術檢驗[J].起重運輸機械，2007（12）：101-102.

[4]丁得剛.起重機車輪的熱處理[J].機械工人，1983（2）：41-43.