[發(fā)明專利]高碳鋼火車車輪輪輞表面的熱處理方法及熱處理裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810020421.5
• 申請日: 2008-03-04
• 公開（公告）號: CN101270408A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 陳剛;王世付;江波;李翔;鐘斌;程德利;龔志翔;趙海
• 申請（專利權）人: 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C21D9/34
• 分類號: C21D9/34;C21D1/18;C21D1/667
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐暉

技術領域

本發(fā)明屬于金屬材料熱處理的技術領域，涉及鐵路用輾鋼整體車輪熱處理技術，更具體地說，本發(fā)明涉及一種高碳鋼火車車輪輪輞表面的熱處理方法。另外，本發(fā)明還涉及應用上述方法的相應熱處理裝置。

背景技術

長期以來，國內貨車車輪均采用材質為C≤0.65％的C-Mn碳素鋼，經熱處理后的車輪輪輞組織狀態(tài)為鐵素體-珠光體。隨著中國鐵路貨運向重載方向發(fā)展，貨車車輪異常磨耗、輾堆問題日益突出，究其原因，主要同現(xiàn)有貨車車輪鋼材質的接觸疲勞強度、耐磨性較差有關。

有效解決上述問題的方法是車輪采用高碳鋼材料。

碳含量提高后，經常規(guī)熱處理，車輪輪輞踏面表層即踏面下10mm以內會產生由珠光體、貝氏體組成的異常組織，這是由常規(guī)熱處理冷卻方法所決定的。目前，國內外所采用的車輪熱處理冷卻方法基本相同，均是將車輪奧氏體化加熱后，直接對車輪輪輞踏面或踏面及外側面進行大流量連續(xù)強制性噴水冷卻，踏面表層內的金屬冷卻速度極大，達到10℃/s以上，超過鋼的下臨界冷卻速度，必然會導致異常組織的產生。

在本說明書附圖中的圖5為上述現(xiàn)有技術所采用的熱處理冷卻方法獲得的車輪輪輞踏面表層金相組織狀態(tài)圖。該圖即為車輪輪輞踏面表層過硬過脆的異常組織的顯微結構。

熱處理冷卻過程中產生的異常組織比正常的鐵素體-珠光體組織更硬且更脆，在輪軌接觸應力的作用下極易發(fā)生剝離脫落，破壞車輪踏面的光潔度和完整性，需要進行鏇修后才能繼續(xù)使用，直接降低了車輪的使用壽命；同時，異常組織的存在使踏面表層硬度明顯升高，新車輪使用初期踏面很難產生適當變形以盡快獲得較理想的輪軌幾何匹配關系，導致車輪輪輞承受過大的接觸應力，容易產生早期接觸疲勞損傷，更嚴重地影響車輪使用壽命。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的第一個問題是提供一種高碳鋼火車車輪輪輞表面的熱處理方法，其目的是防止高碳鋼火車車輪踏面表層產生異常組織，改善其機械性能并延長使用壽命。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

本發(fā)明所提供的這種高碳鋼火車車輪輪輞表面的熱處理方法，用于對含碳量為0.72％～0.77％的火車車輪的輪輞表面進行熱處理，該方法的過程是：首先對火車車輪進行整體加熱，然后對輪輞表面進行冷卻淬火；在冷卻過程中，先用小流量水流對火車車輪的車輪踏面進行短時間噴水冷卻，然后用大流量水流對車輪踏面進行長時間強制噴水冷卻。

以下是本發(fā)明為解決上述技術問題而提出的更詳盡的技術方案：

在對火車車輪的輪輞進行加熱時，使火車車輪的輪輞保持在奧氏體區(qū)域的高溫狀態(tài)；用小流量水流對車輪踏面進行短時間噴水冷卻，使所述的車輪踏面下10mm內的溫度降至A1以下的一定溫度區(qū)間內；用大流量水流對車輪踏面進行長時間強制噴水冷卻，使輪輞內部金屬加速充分冷卻；不同流量的噴水采用不同的噴嘴。

以上所述熱處理方法的工藝過程是：

首先將火車車輪置于臥式淬火臺中；

加熱時，使火車車輪的輪輞加熱溫度為800℃～810℃；

然后用配置在車輪踏面周圍的一組小流量噴嘴，將水流噴向旋轉的車輪踏面，進行短時噴水冷卻，控制冷卻時間，使車輪踏面下5mm處溫度降低到650℃～690℃溫度范圍，此時在車輪踏面表層形成一層網(wǎng)狀鐵素體-珠光體組織；

同時使車輪輪輞內部即車輪踏面下10mm～45mm的范圍內，溫度仍超過Ac3，尚未發(fā)生組織轉變；

切換噴嘴，用預先配置在車輪踏面周圍的另一組大流量噴嘴，將水流噴向旋轉的車輪踏面，使輪輞內部金屬以2℃/s～5℃/s的冷卻速度加速冷卻到550℃以下，從而在車輪輪輞內部即車輪踏面下10mm～45mm的范圍內，形成斷續(xù)網(wǎng)狀鐵素體-珠光體組織；

取出火車車輪，熱處理工藝結束。

下面是關于該方法中，冷卻時間和冷卻溫度等工藝參數(shù)的兩個不同的技術方案，供選擇應用：

1、所述的短時間小流量噴水冷卻，其噴嘴流量為4.9L/min，冷卻時間為30s，使車輪踏面下5mm處溫度降低到687℃；接著再對車輪踏面進行長時間大流量噴水冷卻，其噴嘴流量為35L/min，冷卻時間為180s。

2、所述的短時間小流量噴水冷卻，其噴嘴流量為4.9L/min，冷卻時間為40s，使車輪踏面下深5mm處溫度降低到650℃；接著再對車輪踏面進行長時間大流量噴水冷卻，其噴嘴流量為35L/min，冷卻時間為180s。

另外，以上所述的小流量噴水和大流量噴水的啟動、轉換及流量的大小、所述的不同流量的噴水時間，均由車輪輪輞淬火電控單元根據(jù)設定的程序及溫度的反饋數(shù)據(jù)進行控制。