[發(fā)明專利]一種提高機(jī)車(chē)輪軸鋼旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410407745.X
• 申請(qǐng)日: 2014-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105441651B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張偉華;王鎮(zhèn)波;張凱;黃海威;盧柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C21D7/04
• 分類(lèi)號(hào): C21D7/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發(fā)明公開(kāi)了一種提高機(jī)車(chē)輪軸鋼旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能的方法，屬于金屬材料表面納米化技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用表面機(jī)械碾壓處理技術(shù)對(duì)機(jī)車(chē)輪軸LZ50鋼進(jìn)行表面納米化處理，處理過(guò)程在數(shù)控表面納米化處理系統(tǒng)上進(jìn)行。經(jīng)過(guò)表面納米化處理后，LZ50鋼表層組織轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻燃{米結(jié)構(gòu)，即最表層晶粒尺寸10?50nm，晶粒尺寸隨層深的增加逐漸增大到原始晶粒尺寸；LZ50鋼表面納米化處理態(tài)的表面硬度呈梯度分布狀態(tài)，最表層顯微硬度值大于3.0GPa，比基體硬度值顯著提高；LZ50鋼表面納米化處理態(tài)的表面粗糙度低于0.4μm，較車(chē)削態(tài)表面有顯著改善。機(jī)車(chē)輪軸LZ50鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能經(jīng)表面納米化處理后得到顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料表面納米化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高機(jī)車(chē)輪軸鋼旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能的方法。

背景技術(shù)

作為軌道車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中最重要的部件之一，機(jī)車(chē)輪軸的質(zhì)量及使役性能直接關(guān)系到軌道車(chē)輛的安全性。機(jī)車(chē)輪軸在使役過(guò)程中主要受旋轉(zhuǎn)彎曲載荷的作用，極有可能發(fā)生疲勞裂紋誘發(fā)的疲勞破壞，若機(jī)車(chē)車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中一旦發(fā)生輪軸的疲勞斷裂，勢(shì)必引起列車(chē)脫軌甚至翻車(chē)等嚴(yán)重責(zé)任事故。因此，提高機(jī)車(chē)輪軸的疲勞性能對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛的安全運(yùn)行具有重要的意義。當(dāng)前軌道車(chē)輛行業(yè)一般采用增加機(jī)車(chē)輪軸的直徑以防止疲勞破壞的發(fā)生，雖然這種方法有效提高了機(jī)車(chē)輪軸的使役壽命，但與當(dāng)前軌道車(chē)輛輕量化以及節(jié)能減排的目標(biāo)是相悖的。機(jī)車(chē)輪軸用新型高強(qiáng)合金鋼材料雖然可能會(huì)提高輪軸的疲勞性能，但是新型材料的開(kāi)發(fā)及后續(xù)配套的輪軸制造工藝的研發(fā)又帶來(lái)潛在成本的增加。如何在實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛輕量化以及降低成本的前提下提高機(jī)車(chē)輪軸的疲勞性能成為亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

目前工業(yè)中提高軸類(lèi)材料疲勞性能的方法主要包括：利用表面中頻淬火等熱處理方法在材料表面獲得淬硬層；利用表面滲氮、表面滲碳、表面滲鋁等等表面合金化方法改變材料表面的成分與相組成，在材料表面制備出具有優(yōu)異性能的合金化表層；利用噴涂、表面沉積技術(shù)(如表面電鍍硬鉻等)方法在材料表面制備硬質(zhì)涂層；利用表面機(jī)械研磨處理、噴丸、超聲噴丸、深滾壓等表面機(jī)械處理的方法在材料表面原位制備出強(qiáng)化層。但是，以上幾種提高軸類(lèi)材料疲勞性能的方法均在不同程度上存在局限性。首先，利用表面中頻淬火在材料表面獲得淬硬層脆性高，機(jī)械加工困難，并且在使役過(guò)程中易于開(kāi)裂并脫落。利用表面合金化方法得到的合金化表層(滲碳層、氮化層、滲鋁層等)與基體材料在熱物理性能上(線膨脹系數(shù)、彈性模量等)存在較大的差異，合金化層與基體的結(jié)合性能是決定材料使役性能的關(guān)鍵因素，在苛刻環(huán)境下容易發(fā)生合金化層的脫落；并且表面合金化工藝復(fù)雜，具有高能耗、高污染、周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。利用噴涂、表面沉積技術(shù)等方法在材料表面制備的硬質(zhì)涂層與基體的結(jié)合方式通常是機(jī)械結(jié)合，未實(shí)現(xiàn)緊密的冶金結(jié)合，因此涂層也面臨使役過(guò)程中脫落的問(wèn)題。表面機(jī)械研磨處理雖然可以在軸類(lèi)材料表面得到一定厚度的納米結(jié)構(gòu)層，但是處理后材料表面粗糙度值較高，并且處理效率較低，成本較高，處理過(guò)程中存在噪聲污染問(wèn)題。噴丸、超聲噴丸和深滾壓等方法可以在軸類(lèi)材料表面得到厚度不等的殘余壓應(yīng)力層，以提升軸類(lèi)材料的疲勞性能，但是這些方法對(duì)材料組織細(xì)化的幅度有限，經(jīng)處理后軸類(lèi)材料最表層最細(xì)僅能達(dá)到亞微米級(jí)，若在使用過(guò)程中殘余壓應(yīng)力釋放后其疲勞性能將難以達(dá)到使用要求；此外，噴丸和超聲噴丸還存在噪音及粉塵處理等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種提高機(jī)車(chē)輪軸鋼旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能的方法，該方法實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，可通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)輪軸鋼進(jìn)行表面納米化處理，使機(jī)車(chē)輪軸鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能得到顯著提升。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種提高機(jī)車(chē)輪軸鋼旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能的方法，該方法采用表面機(jī)械碾壓處理技術(shù)(SMGT)對(duì)機(jī)車(chē)輪軸鋼進(jìn)行表面納米化處理，使機(jī)車(chē)輪軸鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能得到提升。所述機(jī)車(chē)輪軸鋼為L(zhǎng)Z50中碳合金鋼。