鐵路貨車部件鑄造材料熱處理工藝研究

傅欣

摘 要：鑄件材料的選擇，熱處理工藝的研究應(yīng)成為提升鐵路交通安全的重要保障。本文針對(duì)鐵路貨車關(guān)鍵鑄件材料，以搖枕、側(cè)架、車鉤等關(guān)鍵部件為例，對(duì)其熱處理技術(shù)進(jìn)行了理論分析與研究探索。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車；鑄件材料；熱處理技術(shù)

一、鐵路貨車鑄件材料

（一）搖枕、側(cè)架鑄用鋼。目前，中國(guó)和北美（AAR）搖枕、側(cè)架用鑄鋼材質(zhì)強(qiáng)度等級(jí)比較接近，主要采用通過加入Mn、Cr、Ni、

Mo等元素進(jìn)行合金化的低碳低合金鋼為主。我國(guó)搖枕、側(cè)架用鑄鋼主要牌號(hào)為：ZG25MnNi（B級(jí)鋼）、ZG25MnCrNi（B+級(jí)鋼）、ZG25MnCrNiMo（C級(jí)鑄鋼）等。

一方面在鑄件的設(shè)計(jì)上，采用新的型號(hào)，如搖枕、側(cè)架由轉(zhuǎn)K2、K4型到轉(zhuǎn)K5、K6型，車鉤由13號(hào)到16、17號(hào)，增加了尺寸和壁厚，并使用高牌號(hào)材料：由普碳鋼到B級(jí)鋼，再到B+級(jí)鋼、C級(jí)鋼、E級(jí)鋼等，新材料為低合金鋼，可提高鑄件的強(qiáng)度和抗疲勞性能；另一方面不斷采用新的鑄造技術(shù)，提高了鑄件的質(zhì)量，為貨車的高速、重載提供保障。

（二）車鉤鑄用鋼。在搖枕、側(cè)架鑄造材料的不斷進(jìn)步過程中，車鉤用鑄鋼也經(jīng)歷了從普通碳素鋼向力學(xué)性能更高的低合金鋼的發(fā)展歷程。我國(guó)采用的C級(jí)鋼有ZG24SiMnVTi、ZG29MnMoNi和ZG25MnCrNiMo共3個(gè)牌號(hào)，采用的E級(jí)鋼牌號(hào)為ZG25MnCrNiMo。目前，我國(guó)新造貨車裝用的均為E級(jí)鋼（ZG25MnCrNiMo）調(diào)質(zhì)態(tài)車鉤。

二、鐵路貨車部件鑄造材料熱處理技術(shù)

（一）熱處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。我國(guó)鐵路貨車搖枕、側(cè)架、車鉤等鑄鋼件采用了潮模砂拋砂造型等機(jī)械化程度較高的生產(chǎn)線，與原來廣泛采用的震動(dòng)造型機(jī)相比提高了生產(chǎn)效率，造型質(zhì)量大幅度提高。現(xiàn)階段，我國(guó)的鐵路貨車的制芯技術(shù)、智能下芯技術(shù)、精煉技術(shù)、落砂、拋丸強(qiáng)化處理、鑄件檢測(cè)、鑄造技術(shù)管理等制造與管理方面都擁有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。對(duì)于鐵路貨車關(guān)鍵鑄件，搖枕、側(cè)架為B+級(jí)鋼，采用正火熱處理工藝，車鉤為E級(jí)鋼，采用調(diào)質(zhì)熱處理工藝。為了提高鑄件熱處理質(zhì)量的一致性，車鉤改進(jìn)為連續(xù)式熱處理工藝，搖枕、側(cè)架也已推廣使用連續(xù)式熱處理工藝。

（二）熱處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。鑄鋼件經(jīng)過高溫冷卻凝固后得到的組織為鑄態(tài)組織，這取決于化學(xué)成分和凝固結(jié)晶過程，一般存在較嚴(yán)重的枝晶偏析，組織極不均勻，以及晶粒粗大和魏氏組織等問題，性能較差。

（三）搖枕、側(cè)架熱處理技術(shù)。對(duì)于搖枕，B級(jí)鋼、B+級(jí)鋼部分采用正火熱處理技術(shù)，C級(jí)鋼部分采用“正火+回火”熱處理技術(shù)。搖枕、側(cè)架的鋼種平均含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.25%，屬于亞共析鋼，正火或“正火+回火”熱處理后的金相組織為“鐵素體+珠光體”。 搖枕、側(cè)架鑄鋼件的鑄態(tài)組織中，常有粗大枝晶及偏析。熱處理時(shí)，奧氏體化加熱保溫溫度和時(shí)間應(yīng)盡量使其成分均勻，并防止奧氏體晶粒粗化。 奧氏體化保溫溫度一般為890～910℃，采用臺(tái)車式熱處理爐時(shí)，保溫時(shí)間一般為3.5～4.5h，若采用連續(xù)式熱處理爐，則保溫時(shí)間需適當(dāng)調(diào)整。 熱處理時(shí)，必須根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理擺放。搖枕、側(cè)架工作位置的下部通常處于拉應(yīng)力狀態(tài)，裝爐時(shí)應(yīng)保證該部位具有良好的透熱和透冷條件，以保證該部位獲得良好的金相組織和力學(xué)性能。

（四）車鉤熱處理技術(shù)。車鉤的鋼種屬于低合金鑄鋼，強(qiáng)度等級(jí)為E級(jí)鋼，材質(zhì)牌號(hào)為ZG25MnCrNiMo。平均含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.25%，按含碳量進(jìn)行劃分屬于亞共析鋼。熱處理工藝為淬火+高溫回火。由于E級(jí)鋼在凝固過程中產(chǎn)生發(fā)達(dá)的樹枝晶和較大的合金元素偏析，在冷卻過程中形成粗大的魏氏組織，這些都加劇了合金元素和金相組織的不均勻性。車鉤制造過程中，為了在調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)獲得化學(xué)成分更加均勻、晶粒更加細(xì)小的組織，并且為減少熱處理前產(chǎn)生焊修裂紋的趨勢(shì)，通常在調(diào)質(zhì)熱處理前，對(duì)車鉤進(jìn)行一次預(yù)正火處理。

淬火溫度的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以便淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織，車鉤淬火溫度一般在880～910℃，保溫時(shí)間一般在2～3h，淬火介質(zhì)為水。 車鉤采用高溫回火，根據(jù)硬度要求回火溫度一般選擇在550～600℃，保溫時(shí)間一般在3～4h，冷卻方式為風(fēng)冷或水冷。由于對(duì)車鉤使用性能的特殊要求，車鉤的鉤尾及尾銷孔部位需要進(jìn)行表面熱處理，車鉤表面熱處理方式為火焰加熱表面淬火和中頻感應(yīng)加熱表面淬火。表面淬火熱處理完成后，鉤體一般應(yīng)在8h內(nèi)進(jìn)行低溫回火以消除淬火應(yīng)力，回火溫度為150～250℃。

目前，我國(guó)車鉤鉤體和鉤舌已全部采用連續(xù)式熱處理線進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。采用連續(xù)式熱處理技術(shù)，加熱溫度和冷卻速度均勻性好，能很好地解決鑄件熱彎曲變形問題，獲得力學(xué)性能優(yōu)異和金相組織穩(wěn)定的產(chǎn)品，有效地提高了實(shí)物質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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