一種車鉤尾銷孔的熱處理方法、車鉤和火焰加熱槍頭的製作方法
2023-05-20 00:19:46
專利名稱：一種車鉤尾銷孔的熱處理方法、車鉤和火焰加熱槍頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱處理領域，具體涉及一種車鉤尾銷孔的熱處理方 法、車鉤和火焰加熱槍頭。
背景技術：
在鐵路車輛中，車鉤是用來傳遞牽引力及沖擊力，以實現機車和 車輛或者車輛和車輛之間相互牽連，並使車輛之間保持一定距離的車 輛部件。
圖1為一種貨車車鉤的示意圖，依次由鉤頭11、鉤身12、鉤尾 13三個部分組成，在鉤頭內裝有鉤舌等連接部件(未標出)。鉤尾13 上開有垂直扁鎖孔，也稱為車鉤尾銷孔，用於插入鉤尾銷以便與鉤尾 框聯結。為了實現掛鈎或者摘鉤，車鉤具有鎖閉位置、開鎖位置和全 開位置等三個狀態用以實現鐵路車輛的掛接或者分離。
由於車鉤尾銷孔是傳遞載荷的重要部件，受到較大的摩擦力，因 此需要車鉤具有很好的耐磨性。車鉤尾銷孔具體包括兩個相對的弧面 和連接所述相對弧面的兩個相對的平面側壁。其中的弧面是與車鉤尾 銷接觸的主要部位，受到的摩擦力最大，因此也最易磨損，是決定車 鉤壽命的關鍵部位。
為了使車鉤尾銷孔具有很好的耐磨性，需要對其表面進行強化處 理來提高表面強度和硬度。在現有技術下，對車鉤尾銷孔的表面強化 方法一般採用中頻感應加熱的方式進行表面淬火提高其表面強度和硬 度。在中頻感應加熱方式中，感應線圏通入交流電，在工件表面形成 集膚效應，使其表層溫度迅速升高至相變點，經過快速冷卻完成對工 件的表面淬火。工件經表面淬火後，從其表面到心部依次為耐磨的淬 硬層、過渡層和基體。
雖然感應淬火具有加熱快、工作效率高的優點，但用於對車鉤尾 銷孔的表面處理時，卻存在難以克服的缺點。由於車鉤尾銷孔特有的 形狀，採用感應加熱時，工件升溫速度過快，熱量來不及向工件四周 傳遞，在其內部產生了較大的溫度梯度，因此在工件上形成了較大的硬度梯度，使得淬硬層和過渡層交接處存在較大的內應力，導致感應 淬火後的車鉤尾銷孔壁表面產生了大量的裂紋，減損了車鉤的使用壽 命。
因此，需要一種可以有效降低硬度梯度，從而防止裂紋產生的車 鉤尾銷孔的熱處理方法。
發明內容
本發明解決的技術問題在於，提供一種可以有效降低硬度梯度， 防止裂紋產生的車鉤尾銷孔的熱處理方法。
為了解決以上技術問題，本發明提供一種車鉤尾銷孔的熱處理方
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將所述間斷區域加熱至其表面溫度達到900。c以上的溫度後，快速冷 卻至室溫。
優選的，使用火焰對所述尾銷孔的80度~ 120度的弧面頂壁上的 間斷區i或進4亍加熱。
優選的，將所述弧面頂壁上的間斷區域加熱至其表面溫度達到 920 °c ~ 960 。c。
優選的，在450s- 620s內將所述弧面頂壁上的間斷區域加熱至其 表面溫度達到920°c ~ 960°c。
優選的，將加熱後的尾銷孔在110 s~ 130s的時間內冷卻至室溫。
優選的，在氧氣內燃燒丙烷對尾銷孔進行加熱，所述丙烷的供氣 壓力為0.18MPa~ 0.27MPa，所述氧氣的供氣壓力為0.5MPa ~ 0.8MPa。
優選的，所述丙烷的供氣流量為46L/min~ 58L/min,所述氧氣的 供氣流量為165L/min~ 195L/min。
本發明還提供一種根據以上任一個技術方案提供的熱處理方法 得到的尾銷孔，在尾銷孔的弧面頂壁上80度~ 120度弧度內形成間斷 的熱處理層。
優選的，所述尾銷孔內間斷的熱處理層的硬度梯度為8HV/mm~ 12HV/mm。
本發明還提供一種在以上任一個技術方案的熱處理方法中使用的火焰加熱槍頭，包括可伸入所述尾銷孔內的槍管和開在槍管上的至 少兩列;險眼。
本發明提供一種車鉤尾銷孔的熱處理方法。本發明通過採用火焰
淬硬層。由於火焰加熱緩慢，對尾銷孔弧頂面的間斷區域進行加熱時， 熱量不會在局部積聚，可以向加熱區域的周邊有效的擴散，從而避免 在熱處理層產生大的硬度梯度，防止在淬硬層和過渡層的交接處產生 大的內應力，可以有效地避免產生裂紋。
圖1是本發明需要熱處理的車鉤示意圖； 圖2是圖1中車鉤尾銷孔的示意圖3是本發明提供的熱處理方法選擇的車鉤尾銷孔的加熱區域的 示意圖4是本發明提供的火焰槍頭及其加熱方式的示意圖； 圖5是本發明提供的熱處理方法形成的淬硬層的示意圖； 圖6是本發明中頻感應表面淬火形成的淬硬層的示意圖。
具體實施例方式
為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案 進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵 和優點，而不是對本發明權利要求的限制。
本發明提供了一種對車鉤尾銷孔的熱處理方法，包括使用火焰對 所述尾銷孔的80度~ 120度的弧面頂壁上的間斷區域進行加熱，將所 述間斷區域加熱至其表面溫度達到900。C以上的溫度後，快速冷卻至
室溫o
請參見圖2和圖3。圖2為本發明提供的需要熱處理的車鉤尾銷 孔示意圖，圖3為對圖1中的尾銷孔進行熱處理選擇的加熱區域的示 意圖。如圖2所示，車鉤尾銷孔11包括兩個相對的弧面(111、 112) 和兩個相對的連"t妄弧面的平面側壁(113、 114)。車鉤在4吏用的過程中， 弧面(111、 112)頂部區域是與車鉤尾銷接觸的主要部位，容易受到較大的磨損，因此選擇弧面(lll、 112)頂部區域進行表面淬火處理。
由於火焰加熱速度慢，有利於熱量的傳導，本發明選擇火焰作為 加熱方式。在對弧面頂部區域進行加熱時，本發明選擇弧面頂部上的
60度~ 120度的區域作為熱處理區域，優選的，選擇弧面頂部上的85 度~ 9 5度的區域作為熱處理區域。為了防止在弧面上產生大的溫度梯 度，避免萌生裂紋，在對上述熱處理區域進行加熱時，本發明選擇熱 處理區域上的間斷區域進行加熱。本發明所述的間斷區域是指在上述 的熱護理區域內，選擇間斷的加熱區，也就是說，在上述弧度的加熱 區域內，至少選擇兩個加熱區域進行加熱，兩個加熱區域之間預留有 一定弧度的弧面。由於車鉤尾銷孔特有的內圓弧形狀，選擇間斷的區 域進行加熱時，熱量不會在弧面積聚，有利於向加熱區域周邊擴散至 工件內部，防止在熱處理層產生大的硬度梯度。
如圖3所示，選擇弧面111頂部區域的120度的弧面作為熱處理 區域，為了防止產生大的溫度梯度，本發明在所述熱處理區域的弧面 內，選擇兩個加熱區域(llla、 lllb)採用火焰進^f亍加熱，第一加熱 區域llla和第二加熱區域lllb之間預留有60度左右的弧面。本發明 將所述加熱區域加熱至其表面溫度達到900度以後，快速冷卻至室溫， 完成對工件的表面淬火處理。由於車鉤尾銷孔特有的內圓弧形狀，本 發明選擇對弧面頂部的間斷區域進行加熱時，熱量不會在弧面積聚， 有利於向加熱區域周邊擴散，在工件內部不會產生大的溫度梯度，從 而避免產生大的硬度梯度，可以防止在尾銷孔的內壁上產生裂紋。
雖然本發明在弧面頂部區域內預留了 一段未直接加熱的弧面，也 就是說預留的弧面處並沒有經過表面熱處理，沒有淬硬層，但是卻並 不影響尾銷孔整體的耐磨性。由於車鉤尾銷是與尾銷孔的整個頂部區 域保持面接觸的，因此車鉤尾銷與尾銷孔之間的摩擦能是由淬硬區消 耗的，預留的未淬火弧面受到兩邊的淬火區域的保護。由於尾銷孔的 整體耐磨性主要是由淬硬區所決定的，因此本發明在提供了具有良好 耐磨性的淬硬區後，可以提高尾銷孔整體的耐磨性能。
太劣日月搖勝AA 4丸々卜碟、漆在千5f+《￡而了S都R ;並》千問斷t rfi力口執.因此對於加熱區域的數量，至少為兩個，也可以為兩個以上，本發明 對此並無特別的限制。選擇兩個加熱區域時，對於間斷區域中預留的
弧面的弧度範圍，優選為10度 60度，更優選的，預留的弧面的弧 度為10度 30度。
為了對車鉤尾銷孔的整個厚度面進行加熱，本發明還提供了 一種
火焰加熱槍頭。如圖4所示，為本發明提供的火焰加熱槍頭及其加熱 方式的示意圖。火焰加熱槍頭包括一個圓筒形的槍管12，槍管12在 加熱時能夠伸入尾銷孔內。支架12並不限於圓筒形，也可以為其它形 狀。在支架12上開兩列基本平行的加熱槍眼(12a、 12b)，在圖4中 只示出了部分#r管，兩列加熱槍眼之間的距離與加熱區域之間的距離 相配合，以便對弧頂面的間斷區域進行加熱。另外，第一列加熱4倉眼 12a和第二列加熱衝倉眼12b的之間的距離可以才艮據弧頂面的加熱區域 之間的距離進行調節，對於每列加熱槍眼的數量，本發明並無特別的 限制，可以根據尾銷孔的厚度進行增減。
如果需要在弧頂面選擇多個間斷的區域進行加熱時，也可以另外 增加加熱槍的列數。兩列加熱槍眼(12a、 12b)可以平行設置，也可 以根據加熱區域的間隔距離成一定角度設置，對此本發明並無限制。 加熱時，按照圖4中箭頭的方向，將火焰加熱槍頭12插入車鉤尾銷孔 內，兩列加熱衝倉眼(12a、 12b)分別對準加熱區域(llla、 lllb)進 行力口熱。
在對車鉤尾銷孔進行火焰表面熱處理時，可以將尾銷孔弧頂面的 加熱區域升溫至其表面溫度到900。C以上，優選的，將尾銷孔弧頂面 的加熱區域升溫至其表面溫度達到920°C~ 960°C。將尾銷孔弧頂面升 溫達到要求的溫度後，快速冷卻至室溫完成表面淬火處理。
表面淬火處理後，工件從表面至心部的組織依次包括淬硬層、過 渡層和基體層。本發明定義從工件表面向心部到含有50%馬氏體組織 之間的熱處理層為淬硬層，從含有50%馬氏體以下的組織到基體之間 的熱處理層為過渡層，過渡層以下是基體層。由於淬硬層含有大量的 馬氏體組織，具有很高的硬度，因此具有很好的抗磨損性能。雖然淬硬層的厚度越大，越有利於增加耐磨性，但是厚度過大的淬硬層會存 在較大的應力，產生裂紋，因此在熱處理的過程中，需要通過選擇合 適的加熱時間及溫度、冷卻速度來控制淬硬層的厚度。
度是影響硬度梯度的重要指標，如果過渡層厚度過窄，會使從淬硬層 到基體的硬度梯度過大，容易產導致裂紋的產生。
為了控制淬硬層和過渡層的厚度，本發明提供在440s 550s將弧 頂面加熱至需要的溫度，優選的，本發明提供在450s~ 500 s加熱至 需要的溫度。冷卻時，本發明提供在200s (秒)以內的時間內將工件 冷卻至室溫，優選的，本發明提供在150s (秒)以內的時間內將工件 冷卻至室溫，更優選的，本發明提供在110s~ 130s的時間內將工件冷 卻至室溫。
對於車鉤材料，本發明優選強度6b在600MPa~ 1100MPa的合金 鋼，更優選為ZG25MnCrNiMo鋼。
採用火焰加熱時，可以採用乙炔、丙烷、曱烷、天然氣、水煤氣 在氧氣內進行燃燒。優選的，採用丙烷在氧氣內燃燒對弧頂面進行加 熱。加熱時，丙烷的供氣壓力可以為0.18MPa~ 0.27MPa、氧氣的供 氣壓力可以為0.4MPa 0.9MPa;優選的，丙烷的供氣壓力為0.2MPa 0.25MP、氧氣的供氣壓力為0.5MPa 0.8MPa。丙烷的供氣流量可以 為40L/min~ 60L/min,氧氣的供氣流量可以為165L/min ~ 195L/min; 優選的，丙烷的供氣流量可以為46L/min~ 58L/min,氧氣的供氣流量 可以為177L/min~ 187L/min。
對於冷卻方式，本發明無特別的限制，可以採用水浴冷卻、鹽浴 冷卻、油浴冷卻的方式進行冷卻，優選的，採用水浴噴淋冷卻的方法 進4亍冷卻。
本發明中硬度梯度的計算方法為
硬度梯度=(淬硬層末端硬度-基體的硬度)/過渡區的寬度 以下以大-秦線鐵路C80型貨車裝用的16型E級鋼車鉤尾銷孔為 例採用兩種工藝進行對比試驗，具體說明本發明提供的熱處理方法。16型E級鋼車尾銷孔材質為ZG25MnCrNiMo。 實施例
由於車鉤工件質量較大，釆用傳統的手工火焰熱處理方法進行熱 處理難以達到較高的工作效率，因此採用必要的電控系統、機械系統、 供氣系統和冷卻系統對工件進行熱處理。
按照以下工序對車鉤尾銷孔進行熱處理
a) 將車鉤裝載在機械系統的工作檯上；
b) 按照圖4所示，將火焰槍頭12伸入車鉤尾銷孔11進行點火加 熱，在約90度的弧面內，選擇兩個間斷區域加熱進行熱處理。具體工 藝參H為丙烷供氣壓力為0.23MPa 0.25MPa,流量為52L/min ~ 54L/min;氧氣供氣壓力為0.75MPa ~ 0.77MPa,流量為181L/min~ 183L/min;加熱520秒~ 532秒後，測量加熱區域表面溫度達到約 925。C ~ 930°C;
c) 用冷卻水對車鉤尾銷孔進行噴淋，噴淋時間為120秒 125秒 使加熱區域表面溫度冷卻至室溫。
圖5為本實施例得到的熱處理層形態，在車鉤尾銷孔約90度的 弧頂面上，分別形成了兩個間斷的月牙形的淬石更層(lllc、 llld)。 對其中一個熱處理區域iuc進行取樣，測量淬硬層表面硬度為
357HV,基體硬度為259HV，過渡層厚度為9.5mm,計算得到硬度梯 度=(357-259) HV/9.5mm=10.3HV/mm。
由於本發明提供的淬硬層成間斷分布，因此可以避免在弧頂面產 生過大的內應力，在熱處理層內部具有較低的硬度梯度，可以避免在 淬硬層和過渡層的交接處產生較大的內應力，從而避免在弧頂面上產 生裂紋。
將按照本實施例提供的工藝熱處理後的車鉤裝車運行半年後，尾 銷孔的弧面未發生裂紋。 比較例
將車鉤採用中頻感應加熱進行表面淬火處理，將車鉤尾銷孔的弧 面採用中頻感應加熱至其表面溫度升到約930°C 935。C後，冷卻水噴淋120秒~ 125秒使其表面溫度降至室溫。
參見圖6,為中頻表面淬火後得到的淬硬層形態，在弧頂面產生 了連續的淬硬層llle。
對上述熱處理區域llle取樣，測量淬石更層表面硬度為367HV, 基體硬度為252HV,過渡層厚度為4.5mm,計算得到硬度梯度-(367-252 ) HV/4.5mm=25.6HV/mm。
可以發現，採用中頻感應表面淬火後形成的淬硬層其硬度梯度遠 大於火焰淬火後熱處理層硬度梯度，較大的硬度梯度會在熱處理層內 部產生較大的內應力，容易萌生裂紋。此外，由於中頻感應淬火得到 的熱處理層是連續的，這樣也容易在淬硬層內部產生大的內應力，導 致裂紋的產生。
實際發現，按照對比例提供的工藝熱護理後的車鉤尾銷孔在運行 時，在其弧頂面都會產生批量的裂紋，減損了車鉤的使用壽命。
根據以上論述可知，本發明通過採用火焰加熱的方法對車鉤尾銷 孔的弧頂面的間斷區域進行加熱，加熱緩慢，有利於熱量的傳遞，在 熱處理層產生較小的硬度梯度，不會導致裂紋的發生。此外，間斷的 熱處理層也有利於消除內應力，防止積聚過大的內應力，導致萌生裂 紋。
以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及核'"、思想。應當 指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的 前提下，還可以i故出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發 明的保護範圍。
權利要求
1、一種車鉤尾銷孔的熱處理方法，包括使用火焰對所述尾銷孔的弧面頂壁上的間斷區域進行加熱，將所述間斷區域加熱至其表面溫度達到900℃以上的溫度後，快速冷卻至室溫。
2、 根據權利要求1所述的熱處理方法，其特徵在於使用火焰對 所述尾銷孔的80度~ 120度的弧面頂壁上的間斷區域進行加熱。
3、 根據權利要求1所述的熱處理方法，其特徵在於將所述弧面 頂壁上的間斷區域加熱至其表面溫度達到920°C ~ 960°C。
4、 根據權利要求3所述的熱處理方法，其特徵在於在450s ~ 620s 內將所述弧面頂壁上的間斷區域加熱至其表面溫度達到920°C ~ 960 °C。
5、 根據權利要求1所述的熱處理方法，其特徵在於將加熱後的 尾銷孔在11 Os ~ 130s的時間內冷卻至室溫。
6、 根據權利要求1至5任一項所述的熱處理方法，其特徵在於 在氧氣內燃燒丙烷對尾銷孔進行加熱，所述丙烷的供氣壓力為 0.18MPa~ 0.27MPa，所述氧氣的供氣壓力為0.5MPa ~ 0.8MPa。
7、 根據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於所述丙烷的 供氣流量為40L/min~ 60L/min，所述氧氣的供氣流量為165L/min~ 195I7min。
8、 根據權利要求1至7任一項所述的熱處理方法得到的尾銷孔， 其特徵在於在尾銷孔弧面頂壁上80度~ 120度弧度內形成間斷的熱處 理層。
9、 根據權利要求8所述的尾銷孔，其特徵在於所述間斷的熱處 理層的硬度梯度為8HV/mm~ 12HV/mm。
10、 一種火焰加熱槍頭，用於在權利要求1至7任一項所述的熱 處理方法中對所述尾銷孔進行加熱，包括可伸入所述尾銷孔內的槍管(12)和開在槍管上的至少兩列槍眼(12a、 12b )。
全文摘要
本發明提供一種車鉤尾銷孔的熱處理方法，包括使用火焰對所述尾銷孔的弧面頂壁上的間斷區域進行加熱，將所述間斷區域加熱至其表面溫度達到900℃以上的溫度後，快速冷卻至室溫，在尾銷孔弧面形成間斷的淬硬層。由於火焰加熱速度緩慢，在弧頂面的間斷區域進行加熱時，有利於熱量的擴散，可以防止在熱處理層形成大的硬度梯度，避免在淬硬層和過渡層的交接處產生大的內應力。因此，本發明提供的熱處理方法在提高尾銷孔耐磨性的同時，可以防止裂紋的產生。
文檔編號C21D1/06GK101423886SQ20081018290
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年12月5日
發明者秦曉鋒, 肖利民 申請人:齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司