車軸鋼的熱處理工藝的製作方法

2023-09-12 07:16:30 2

本發明涉及冶金技術，尤其涉及一種車軸鋼的熱處理工藝。

背景技術：

車軸是鐵路貨車的關鍵走行部件，其性能是保證車輛安全運行的必要條件，關乎國家鐵路運輸安全。目前各國的鐵路貨車車軸基本上都是採用上世紀90年代研製出LZ 50鋼車軸，而鐵路貨車的軸重已從原來的21t、25t升級到現在的35.7t，現有L Z50鋼車軸的韌性(材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力)已經無法滿足不斷提速、重載鐵路貨車的需要。

技術實現要素：

本發明的目的在於，針對上述熱處理工藝的問題，提出一種車軸鋼的熱處理工藝，以實現製備得到的車軸具有高強度和高韌性的優點。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種車軸鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

(1)一次正火：溫度840-880℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至500℃以下；

(2)二次正火：溫度800-840℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至250℃以下；

(3)回火：溫度660-690℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至室溫。

進一步地，所述一次正火：溫度860-870℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻500℃以下。

進一步地，所述二次正火：溫度820-830℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至250℃以下。

進一步地，所述回火：溫度670-680℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至室溫。

進一步地，所述一次正火冷卻速度為將車軸鋼在40-60min冷卻至500℃以下。

進一步地，所述二次正火冷卻速度為將車軸鋼在80-120min冷卻至250℃以下。

進一步地，所述一次正火和二次正火的升溫速度為2-10℃/min。

本發明的另一個目的還公開了一種車軸，採用上述熱處理工藝製備而成。

本發明公開了一種車軸鋼的熱處理工藝，通過兩次正火一次回火，得到了晶粒度均勻細化，且強度高、韌性高的41CrMo鋼車軸，滿足不斷提速、重載鐵路貨車的需要。

具體實施方式

為滿足不斷革新的鐵路貨車的需要，研製了新型車軸用41CrMo鋼，41CrMo鋼的化學成分如表3所示。

表3 41CrMo鋼的化學成分(餘量為鐵及其他不可避免的元素)

碳成分是影響鋼材性能的重要元素，碳含量的增加雖然可以對鋼材起到很好的強化作用，但卻顯著降低了鋼材的韌性，為了提高鐵路行車安全性，本發明車軸用鋼適當降低了組分中的碳含量，並在降低碳含量的同時，通過合金化來提高車軸鋼的強度。優選地，所述車軸鋼中C 0.38-0.41％。

在降低車軸鋼組分中的碳含量的同時調低Si、Mn元素含量上限，可提高鋼的韌性。優選地，所述車軸鋼中Mn 0.60-0.70％。本發明車軸鋼包含0.90-1.2％的Cr，可增加車軸鋼的淬透性，促使淬火及回火後的車軸截面上獲得較均勻的組織，使其具有抗腐蝕抗氧化、抗酸、耐磨和耐疲勞的優點。

優選的，車軸鋼中Cr1.0-1.1％，但在車軸鋼中添加Cr元素會使車軸鋼在250-450℃的回火脆性敏感性增強，即回火脆性轉變溫度上升的同時，韌性破斷的衝擊值和斷裂韌性值下降，本發明通過回火後風冷，來消除回火脆性。通過向車軸鋼中添加0.15-0.30％的Mo，可促使晶粒進一步細化，提高車軸鋼的力學性能，優選的，所述車軸鋼中Mo0.20-0.25％。增加Cr和Mo元素含量，有利於補充鋼強度的下降，同時提高韌性和延展性。

本發明車軸鋼包含0.10-0.25％的Ni，在提高鋼強度的同時，可提高車軸鋼的抗酸性和韌性，提高韌性的機理是使材料基體在低溫下易於交叉滑移。

本發明車軸鋼包含0.020-0.050％的Alt，和0.07-0.12％的V，可以避免因晶粒度粗化，車軸在正火時出現粗晶組織的質量問題，使鋼中形成足夠細小彌散分布的難熔化合物-ALN(氮化鋁)，和細小、彌散的碳、氮化物V(C、N)一起阻止奧氏體晶粒長大，本發明車軸鋼晶粒度級別＞6級，比LZ 50鋼晶粒度水平高1-2級。對Al元素含量控制的加嚴，保證了鋼水的脫氧量，同時保證了鋼水中適量的氮化鋁，細化晶粒的同時又不影響鋼的韌性。V元素的添加還可提高鋼的強度和韌性。

添加並控制Cr、Cu、Mo元素的含量，能提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性。降低P、S含量，為使車軸具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用41CrMo鋼和車軸成形工藝外，合理的熱處理工藝也是必不可少的。鋼的熱處理工藝是將金屬材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的金相組織結構，來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。

本發明提供了一種車軸鋼的熱處理工藝，具體的提供了一種車軸41CrMo鋼的熱處理工 藝，包括以下步驟：

首先將41CrMo鋼鍛壓成型，然後依次對鍛壓成型的鋼件進行一次正火、二次正火和一次回火；

一次正火：將車軸鋼在溫度840-880℃，保溫3-5小時，然後冷卻至500℃以下；優選的，所述一次正火：將車軸鋼在溫度860-870℃，保溫3-5小時，然後冷卻至500℃以下；上述一次正火冷卻速度為將車軸鋼在40-60min冷卻至500℃以下，以使車軸鋼快速的冷卻至奧氏體以下，利於晶粒細化和碳化物分布均勻化。該冷卻時間可根據車軸的粗細進行調節。在鋼件受熱均勻的前提下，為了縮短車軸鋼的熱處理周期，本發明中一次正火的升溫速度為4℃/min。

二次正火：將車軸鋼在溫度800-840℃，保溫3-5小時，然後冷卻至250℃以下；優選的，所述二次正火：將車軸鋼在溫度820-830℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至250℃以下；上述二次正火冷卻速度為將車軸鋼在80-120min冷卻至250℃以下，該冷卻時間也可根據車軸的粗細進行調節。

在鋼件受熱均勻的前提下，為了縮短車軸鋼的熱處理周期，本發明中二次正火的升溫速度為4℃/min。本發明車軸採用兩次正火原因：鍛造產品由於鍛造加熱溫度過高，且一般不進行精確控制，因此鍛造後鍛件中的組織和晶粒度是非常不均勻的，通過第一次正火，調整鍛造的組織和晶粒度，使其均勻化，之後採用溫度稍低於一次正火的溫度進行二次正火，以進一步提高鍛件的性能。

回火：將車軸鋼在溫度660-690℃，保溫3-5小時，然後冷卻至室溫。優選的所述回火：將車軸鋼在溫度670-680℃，保溫時間3-5小時，然後冷卻至室溫。

還可以理解，上述冷卻可以採用空冷、水冷、噴霧冷卻或其他常規冷卻方式。