EAT車軸熱處理工藝研究

1、EA4T 車軸熱處理工藝研究劉軍輝（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 技術(shù)工程部，山東 青島 266111）摘要 ： EA4T 為 歐 洲 標(biāo) 準(zhǔn) 牌 號(hào) 的 低 碳 合 金 鋼 材 ，主 要 應(yīng) 用 于 地 鐵 車 軸 和 高 速 動(dòng) 車 組 車 軸 ，化 學(xué) 成 分 與 國(guó) 產(chǎn)25CrMoA 鋼相近，所采用的熱處理工藝為調(diào)質(zhì)處理。通過對(duì)其進(jìn)行成分分析和反復(fù)試驗(yàn),確定車軸的調(diào)質(zhì)工藝為淬火溫度為 880900 ,回火溫度為 590610 。關(guān)鍵詞：EA4T；調(diào)質(zhì)；熱處理中圖分類號(hào)：TG156.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-773X（2012）04-0057-030引言EA4T 是一種德國(guó)

2、牌號(hào)的低碳合金鋼材，現(xiàn)公司地 鐵產(chǎn)品車軸采用該材料。為保證車軸熱處理后性能滿足要求，對(duì)其熱處理工藝進(jìn)行研究。1EA4T 車軸化學(xué)成分與熱處理性能要求1-31.1化學(xué)成分車軸化學(xué)成分（熔煉分析）,見表 1。表 1 EA4T 化學(xué)成分/%3 車軸加工工藝流程鍛造毛坯 鍛后正火探傷粗車淬火回 火熱校直消除應(yīng)力性能檢驗(yàn) 精車磨削 探傷待組4 熱處理工藝分析4.1 加熱設(shè)備及工藝裝備選擇車軸為細(xì)長(zhǎng)軸類零件，如圖 1 所示，為有效減少車 軸在加熱和冷卻過程中的變形，車軸采用吊裝加熱和冷卻。根據(jù)車軸長(zhǎng)度，考慮現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備情況，淬 火 、回 火 加 熱 設(shè) 備 選 用 RJ2-380-10 或 RTD23

3、-360-9 深井式電阻爐，為保證車軸及試棒處于電阻爐內(nèi)有效 加熱區(qū)間及提高車軸熱處理效率，設(shè)計(jì)制作車軸專用 調(diào)質(zhì)吊具，車軸非帶試棒端加工工藝孔，每爐次吊裝 6 根車軸，車軸分兩層錯(cuò)層均布。4.2 加熱溫度的選擇工件的加熱溫度應(yīng)綜合考慮工件材質(zhì)、技術(shù)性能 要求、幾何形狀及尺寸、加熱方式、冷卻方式、淬火變形 程度及開裂傾向等因素，通過對(duì)這些因素的綜合分析，車軸加熱溫度以 880900 為宜。4.3 淬火加熱速度的選擇車軸為合金鋼材質(zhì)，導(dǎo)熱性差，且沿軸向橫截面尺 寸差異較較大。為減小淬火加熱過程中車軸的內(nèi)應(yīng) 力，應(yīng)控制加熱速度，可采用低溫入爐、預(yù)熱等方式降 低升溫速度。4.4 淬火保溫時(shí)間的估算為

4、確保奧氏體形成過程有足夠的時(shí)間，按照下述 經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算車軸的保溫時(shí)間。1.2力學(xué)性能車軸力學(xué)性能指標(biāo)，見表 2。試棒位于車軸最大 直徑的延長(zhǎng)端，試樣取自試棒半徑的 1/2 處。表 2 EA4T 車軸力學(xué)性能1.3金相組織和晶粒度金 相 組 織 應(yīng) 為 回 火 索 氏 體 ，晶 粒 度 應(yīng) 不 低 于 5級(jí)。取樣部位與性能試樣相同。2車軸示意圖車軸熱處理工件圖，如圖 1 所示。+32 542 0（1） =kD.5 45100式中：為工件的保溫時(shí)間，min；K 為工件的排料系數(shù)；為加熱系數(shù)，min/mm；D 為工件的有效厚度，mm。值與車軸尺寸、加熱溫度、加熱爐類型以及鋼的成分有關(guān)，車軸在 RT

5、D23-360-9 深井式電阻爐中淬火加熱，故取 1.51.8。D 值取車軸的最大直徑。車軸采取每爐 6 根分散懸掛方式加熱（車軸熱處理吊具，見5 45+1A A600+10240 0343-1+11 048 001 867 -1+12 064 0+22 302 0圖 1 車軸熱處理工序圖收稿日期：2012-03-26作者簡(jiǎn)介：劉軍輝（1979-），男，山東青島人，工程師，本科，從事機(jī)械設(shè)計(jì)和動(dòng)車組及地鐵產(chǎn)品熱處理工藝研究。Email：luhowe.·57·R10R100+1208 0+11600+1206 0R10R100+11780+1208 0+1160 0等級(jí)ReH

6、 /MPaRm/MPaA5 /%20 時(shí)的沖擊功 KU/J縱向橫向EA4T420650-800184025注：1）如果屈服現(xiàn)象不明顯，則應(yīng)測(cè)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力 Rp0.2；2）縱向、橫向沖擊功各為 3 個(gè)試樣的平均值，3 個(gè)試樣中每個(gè)試樣沖擊值不應(yīng)低于最低標(biāo)準(zhǔn)值的 70 %。CSiMnCrMo0.220.290.150.400.500.800.901.200.150.30CuPSNiV0.300.0200.0150.300.06A-A第 4 期（總第 128 期）機(jī) 械 管 理 開 發(fā)2012 年 8 月圖 2），k 值取 1.0 即可。通過 計(jì) 算 ，車 軸 的 淬 火 加 熱保溫時(shí)間為 5.

7、56.0 h。4.5 淬火冷卻規(guī)范的確定由 于 EA4T 材 質(zhì) 淬 透 性 為 中 等 ，車 軸 有 效 尺 寸較大，因此，為保證淬硬層 深度達(dá)到 1/2 半徑處，以獲 得 合 格 的 顯 微 組 織 ，必 須 采用冷卻烈度較高的水基 淬 火 介 質(zhì) ，并 在 淬 火 過 程 中通過淬火液的攪拌和車 軸的上下竄動(dòng)相結(jié)合等措 施 ，進(jìn) 一 步 提 高 淬 火 冷 卻 能力，同時(shí)，還應(yīng)防止因冷 速過高導(dǎo)致車軸過大的彎 曲變形尤其是淬火開裂的 危險(xiǎn)。工藝試驗(yàn)過程中先 后 采 用 了 兩 種 淬 火 介 質(zhì) ，切割過程中要防止試棒過熱，需要及時(shí)冷卻。試樣試驗(yàn)方法按 BS EN13261 要求進(jìn)行。1

8、）拉伸試樣。在車軸的最大截面處的三個(gè)水平面取樣。分別位于車軸外表面、車軸半徑中部和車軸中心取樣，具體取樣位置，如圖 3 所示。200AA圖 3 車軸拉伸試樣位置圖2）沖擊試樣。在車軸的最大截面處的三個(gè)水平 面取樣。分別位于車軸外表面、車軸半徑中部和車軸 中心取樣。具體取樣位置如圖 4 所示。AA1圖 2 車軸專用調(diào)質(zhì)吊具圖A分別是體積濃度為 20%30%的無(wú)機(jī)淬火液 NK-2，以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4.5%5.5%的 NaCl 水溶液，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果加以確定。4.6回火溫度及時(shí)間的確定回火溫度是決定工件回火后的組織性能的重要因 素。綜合根據(jù)熱處理機(jī)械性能要求以及車軸淬火后表 面硬度，并經(jīng)不同回火溫度下

9、的工藝試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化確 定回火溫度。為 徹 底 消 除 車 軸 在 淬 火 及 熱 矯 直 過 程 中 產(chǎn) 生的 內(nèi) 應(yīng) 力 ，獲 得 穩(wěn) 定 的 回 火 組 織 ，將 回 火 時(shí) 間 定 為6.07.0 h。4.7試棒和試樣的制作預(yù)處理車軸試棒為圖 1 端部 208 mm 處，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理， 在車軸校直退火處理后，從尺寸 240 mm 處切割得到。2圖 4 車軸沖擊試樣位置圖5工藝實(shí)施結(jié)果匯總車軸調(diào)質(zhì)后，按照 BS EN13261 標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行 機(jī)械性能試驗(yàn)與金相、晶粒度檢驗(yàn)，試驗(yàn)、檢驗(yàn)結(jié)果如 表 3 所示。6試驗(yàn)結(jié)果分析圖 5 試塊顯微組織×500圖 6 試塊晶粒度×

10、;100表 3 試驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)·58·151515序號(hào)爐次編號(hào)加熱溫度/冷卻介質(zhì)回火溫度/Re/(N/mm2)Rm/(N/mm2)A/%縱向 KU/J橫向 KU/J晶粒度1101-1-2880900NK-25606408201966、56、5633、36、3772101-1-3880900NK-26006107902052、60、5440、40、347.53101-1-4880900NK-26206007702154、66、6561、43、5174101-1-5880900NK-26105457551984、84、8362、62、7075101-1-6880900鹽水520

11、6508501945、48、6040、36、4276101-1-7880900鹽水5905307602070、72、7864、62、687.57101-1-8880900鹽水6005857152294、80、9276、72、7078101-1-9880900鹽水6005857352070、74、8072、70、707.5A-200第 4 期（總第 128 期）劉軍輝：EA4T 車軸熱處理工藝研究2012 年 8 月經(jīng)過上述工藝處理，試樣金相組織為回火索氏體,如圖 5 所示，晶粒度為 7 級(jí)及以上，如圖 6 所示，因此,加熱溫度選用合理，能夠滿足要求。當(dāng)回火溫度為 590610 時(shí)，車軸試樣檢測(cè)

12、數(shù)據(jù)滿足性能指標(biāo)要求，因此回火溫度選用 590610 ；當(dāng)采用 NK-2 冷卻介質(zhì)時(shí)，由于其冷卻烈度偏低，導(dǎo)致部分爐次的車軸淬火時(shí)，有少量鐵素體相析出。后改用 4.5%5.5%NaCl 水溶液 均獲得了符合要求的顯微組織；車軸校直前最大徑向 跳動(dòng)量為 15 mm，因此，采用隨爐升溫的加熱方式和 使用車軸專用吊具吊裝加熱的吊掛方式合理，能有效 地減少淬火變形量。7 結(jié)束語(yǔ)該 EA4T 材料車軸合理的熱處理工藝為淬火+高 溫回火，淬火溫度為 880900 ，保溫時(shí)間為 5.56.0 h； 回火溫度為 590610 ，回火時(shí)間為 6.07.0 h；冷卻介質(zhì)采用 4.5%5.5%NaCl 水溶液，冷卻

13、過程中采用上下竄動(dòng)和靜止冷卻相結(jié)合的方式，在冷卻罐中增加水泵攪動(dòng)冷卻液，保證冷卻罐內(nèi)冷卻液上部和下部溫度 一致；冷卻介質(zhì)溫度不得超過 45 ；車軸回火后應(yīng)趁 熱校直或預(yù)熱校直，在校直后需進(jìn)行去應(yīng)力退火；經(jīng)過1 448 根車軸正式批量生產(chǎn)，合格 1 432 件，證明工藝正 確可行。參考文獻(xiàn)1 樊東黎.熱處理工程師手冊(cè)M.第 2 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,2004.2 樊 東 黎.熱 處 理 技 術(shù) 數(shù) 據(jù) 手 冊(cè) M.北 京:機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社,2000.3 熱處理手冊(cè)編委會(huì).熱處理手冊(cè)M.第 3 版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.The Research of the Heat

14、Treatment Process on EA4TLIU Jun-hui（CSR Qingdao Sifang Locomotive & Rolling Stock Co.,Ltd, Department of Technology and Engineering, Qingdao 266111, China） Abstract：The EA4T is the low carbon copper of steel material in the standard of European, mainly being apply in the axle of the subway and

15、railway high-speed, the chemistry composition are close by the 25CrMoA which made in China. The heat treatment process on EA4T is hard ening and tempering .This paper pass as to analysis the composition and experiment again and again, make sure that the temperature of the quench hardening is (880-90

16、0) , the temperature of the tempering is (590-610).Key words：EA4T; hardening and tempering; heat treatment（上接第 56 頁(yè)）了低頻爬行階段的顫動(dòng)；2）提升機(jī)多功能數(shù)字深度指示器使深度指示器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，以及深度和速度值的數(shù)字化顯示；3）提升機(jī)多功能數(shù)字深度指示器具有系 統(tǒng)監(jiān)視和故障處理功能，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行全過程連續(xù)速度監(jiān)視和故障處理，能可靠地實(shí)現(xiàn)二級(jí)安全制動(dòng)。 總之，多功能數(shù)字深度指示器可實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)及監(jiān)視功能，既可應(yīng)用于我國(guó)交、直流礦井提升機(jī)電控設(shè) 備 的 技 術(shù) 改 造 ，也 可 用 于

17、 開 發(fā) 新 系 列 的 提 升 機(jī) 電 控 系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)州煤炭,2004(4):1-2，17.李雷軍,霍紅義.基于 SIMADYND 的礦井提升機(jī)全數(shù)字行程控制器研究J. 礦山機(jī)械,2003(5):42-43.岳朝柱, 王德堂.提升機(jī)全數(shù)字化控制自動(dòng)化系統(tǒng)的研制與應(yīng)用J.山東煤炭科技,2005(3):4-6.郭秀利,劉會(huì)寶. 副井提升機(jī)電控系統(tǒng)升級(jí)換代技術(shù)改造J. 山東煤炭科技,2005(3):20.王金和.全數(shù)字礦井提升機(jī)變頰調(diào)速電控系統(tǒng)的應(yīng)用J. 山東煤炭科技,2005(3):22-23.劉 志. 礦井提升機(jī)減速方式的合理確定及性能分析J.煤炭技術(shù),2005(9):6-8.234561

18、 馬正蘭，王磊.基于 PLC 的提升機(jī)行程控制器設(shè)計(jì)J.中Study on PLC Based Multi-functional Digital Deep Indicator of Mine HoistLI Hong-wei（Changcun Coal Mine of Shanxi Lu'an Environmental Energy Development Co.，Ltd, Changzhi 046024，China） Abstract：Introduced the multi-functional digital deep indicator, the multi-functional digital deep indicator is made up by a pair of two PLC, data gathered and dealt with the board, digital deep indicator, speed display. Its main function is as flow: collection, correcting exporting with many ways of the