[發(fā)明專(zhuān)利]列車(chē)車(chē)軸組合激光強(qiáng)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110238162.5
• 申請(qǐng)日: 2011-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102953057A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙永翔;堵彬斌;胡基士
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/10;C21D1/09;C21D10/00;B23K26/00
• 代理公司: 成都博通專(zhuān)利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹(shù)明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及列車(chē)零部件及激光加工組織技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

車(chē)軸是關(guān)系列車(chē)服役可靠性、安全性的關(guān)鍵部件，與車(chē)輪、軸承等部件組裝在一起，在復(fù)雜輪軌滾動(dòng)接觸沖擊力作用下，其非過(guò)盈配合部位因承受復(fù)雜旋轉(zhuǎn)彎曲作用將出現(xiàn)疲勞累積損傷，而其過(guò)盈配合部位因承受旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞與微動(dòng)疲勞作用將出現(xiàn)疲勞與磨損復(fù)合損傷。同時(shí)，為提高列車(chē)綜合運(yùn)行性能，對(duì)車(chē)軸提出了低質(zhì)量、長(zhǎng)壽命、高可靠性與安全性的苛刻要求。

現(xiàn)有世界車(chē)軸制造技術(shù)，以基體材料車(chē)軸技術(shù)為基礎(chǔ)，材料主要有優(yōu)質(zhì)碳素鋼和優(yōu)質(zhì)低合金鋼兩種，制造工藝分為連鑄工藝和連軋工藝，包含鋼水精煉-軸坯鍛軋/鑄造-熱處理/表面強(qiáng)化-精加工等過(guò)程；熱處理/表面強(qiáng)化工藝包括調(diào)質(zhì)、表面淬火、表面噴丸等，由于材料組織結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)性轉(zhuǎn)變，使材料服役能力仍然有限：日本新干線、西歐TGV和ICE高鐵車(chē)軸的過(guò)盈配合部位，疲勞應(yīng)力循環(huán)數(shù)N＝10⁷時(shí)的疲勞強(qiáng)度僅為140～160MPa，服役6年約運(yùn)行150萬(wàn)km后就可檢測(cè)出疲勞裂紋。而運(yùn)輸部門(mén)的車(chē)軸期望的車(chē)軸經(jīng)濟(jì)運(yùn)行壽命一般為300～400萬(wàn)km；而更重要的是，車(chē)軸的疲勞斷裂安全，2008年7月9日因車(chē)軸疲勞斷裂導(dǎo)致IEC高鐵在科隆鐵路中心站附近發(fā)生驚魂脫軌事故；我國(guó)在2004年左右曾發(fā)生多起RD2型車(chē)軸疲勞斷裂事故。因此，基體材料車(chē)軸技術(shù)的現(xiàn)狀是，服役疲勞壽命短，可靠性與安全性狀況嚴(yán)峻。也為應(yīng)用現(xiàn)代激光表面材料加工技術(shù)，改變表層基體材料組織結(jié)構(gòu)，大幅度提高車(chē)軸過(guò)盈配合部位抗旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞與微動(dòng)磨損的能力和非部位的抗旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的能力，提供了應(yīng)用的空間。

1996年，Glazkov等[Glazkov?VS，Kozubenko?ID，Radionov?JS，Korchagin?AP，Vzjatkin?GA，Byzova?NE，Rassokha?AI.Method?for?recovery?of?worn-out?surfaces?ofaxle?journals?of?car?wheel?pairs?by?means?of?laser?fusing.RU19960101610]曾經(jīng)公開(kāi)了一種車(chē)軸軸頸過(guò)盈配合面磨損的激光相變修復(fù)技術(shù)，取得了良好的局部修復(fù)效果。

以上現(xiàn)有的車(chē)軸強(qiáng)化方法存在以下不足：

(1)僅對(duì)車(chē)軸某一局部進(jìn)行強(qiáng)化，使車(chē)軸“最弱部位”遷移，受新的“最弱部位”性能的限制，強(qiáng)化效果有限。

(2)車(chē)軸過(guò)盈配合部位的強(qiáng)化沒(méi)有考慮與損傷機(jī)制的一致性，耐磨機(jī)制考慮不夠，車(chē)軸的使用壽命和可靠性仍有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種列車(chē)車(chē)軸組合激光強(qiáng)化方法，由該方法強(qiáng)化后的車(chē)軸過(guò)盈配合部位的強(qiáng)化壽命與車(chē)軸非過(guò)盈配合部位的強(qiáng)化壽命匹配，車(chē)軸的使用壽命長(zhǎng)，可靠性強(qiáng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種列車(chē)車(chē)軸組合激光強(qiáng)化方法，其做法是：既對(duì)車(chē)軸過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化，又對(duì)車(chē)軸非過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

既對(duì)車(chē)軸過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化，又對(duì)車(chē)軸非過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化，既使車(chē)軸過(guò)盈配合部位的壽命增長(zhǎng)，又使車(chē)軸非過(guò)盈配合部位的壽命增長(zhǎng)，車(chē)軸過(guò)盈配合部位的強(qiáng)化壽命與車(chē)軸非過(guò)盈配合部位的強(qiáng)化壽命匹配，從而有效的延緩了整個(gè)車(chē)軸的失效周期，提高了整個(gè)車(chē)軸的使用壽命，增強(qiáng)了車(chē)軸的可靠性。

上述的對(duì)車(chē)軸非過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化的強(qiáng)化深度應(yīng)使強(qiáng)化后非過(guò)盈配合部位的壽命≥車(chē)軸的服役壽命；且對(duì)車(chē)軸過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化的強(qiáng)化深度和對(duì)車(chē)軸非過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化的強(qiáng)化深度應(yīng)滿足：強(qiáng)化后車(chē)軸過(guò)盈配合部位壽命≥強(qiáng)化后非過(guò)盈配合部位壽命；所述的強(qiáng)化深度是激光強(qiáng)化后使材料表層組織發(fā)生相變的厚度，即相變組織與基體組織界面到表面的距離。

首次提出激光強(qiáng)化深度的概念，強(qiáng)化深度是激光強(qiáng)化后使材料表層組織發(fā)生相變的厚度。強(qiáng)化深度應(yīng)使強(qiáng)化后非過(guò)盈配合部位的壽命≥車(chē)軸的服役壽命，且對(duì)車(chē)軸過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化的強(qiáng)化深度和對(duì)車(chē)軸非過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化的強(qiáng)化深度應(yīng)滿足：強(qiáng)化后車(chē)軸過(guò)盈配合部位壽命≥強(qiáng)化后非過(guò)盈配合部位壽命。這樣，既能確保車(chē)軸的疲勞壽命≥車(chē)軸的的服役壽命，又能夠較好的滿足非過(guò)盈配合部位與過(guò)盈配合部位匹配，提高車(chē)軸的使用壽命，同時(shí)，由于非過(guò)盈配合部位的維修更方便，其壽命略短，能降低整個(gè)車(chē)軸后期的維護(hù)成本。

上述的對(duì)車(chē)軸過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化的具體做法是：通過(guò)耐磨比較試驗(yàn)，根據(jù)耐磨性好的原則，確定采用激光熔凝或激光熔覆或激光熔注方法中的一種方法對(duì)車(chē)軸過(guò)盈配合部位進(jìn)行激光強(qiáng)化。