铁路货车重载车轴热处理工艺

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摘 要：重载轴LZ45CrV为我公司新材质车轴，通过对铁路货车重载车轴的相关标准要求分析，进行多次试验确定其热处理工艺为：一次正火温度880±10℃，二次正火温度850±10℃，回火温度510±10℃，正火、回火保温时间均为3.5～4小时，空冷。

关键词：重载车轴；晶粒度；热处理；力学性能

前言：铁路货车重载车轴的材质是LZ45CrV，是27t轴重铁路货车车轴采用的新材质，属低合金钢。钢坯标准符合《大轴重铁路货车用LZ45CrV车轴钢坯试制技术条件》。由于在碳素钢的基础上添加Cr、V、Ni、Mo等合金元素，并对杂质和有害元素进行控制，所以具有优良的综合性能。

一、LZ45CrV车轴技术标准要求

（1）化学成分。钢的化学成分（熔炼分析）应符合表1的规定。对成品钢坯化学成分进行验证分析时，C、Mn、Si元素与表1规定的成分范围的允许偏差符合表2的规定，其余元素与表1规定的成分范围的允许偏差应符合GB/T222规定。（2）力学性能和显微特性。经热处理后车轴的拉伸特性和冲击试验特性分别符合表3和表4的指标。车轴的晶粒度试样应显示为均匀的细晶粒组织，试样在金相显微镜下放大100倍观察。检验及评定按GB/T6394的规定执行，晶粒度不低于6级。

二、热处理工艺方案初步制定

试验采用太钢生产的车轴钢坯，规格260mm×260mm，炉号D1105163，共锻造车轴34根，图1为RE2C型重载轴锻造毛坯图，最大外径尺寸为230mm，长度2400mm，重量680Kg。针对LZ45CrV钢的基本情况与国内已有比较成熟热处理工艺的40Cr和LZ50钢进行对比分析。化学成分对比见表5，LZ45CrV钢坯元素控制范围非常严格，并且还添加V、Mo等合金元素，故在确定热处理参数时，需要在参考热处理手册中推荐的参数同时具体分析确定。

（1）加热温度。正火是将钢加热到AC3点以上30℃～

50℃，保温适当时间后，在空气中冷却的热处理工艺。正火是将钢加热到完全奥氏体状态，钢中的原始组织缺陷基本消失，然后再控制适当的冷却速度。热处理手册推荐40Cr的正火温度为850℃～870℃；LZ50钢推荐的一次正火温度为860℃～880℃，二次正火温度为800℃～820℃，回火温度530℃。重载轴初步拟定一次正火温度860℃，二次正火温度810℃，回火温度530℃。（2）加热速度。按照加热速度控制一般原则，形状简单的碳素结构钢或低合金钢可以随炉升温，不控制加热速度。但形状复杂或中、高合金钢则应控制加热速度，中、高合金钢因合金元素含量高、导热性差，所以升温不易过快，其加热速度一般控制80℃～100℃/h。LZ45CrV钢属低合金钢可采用经过预热段后直接控制到工艺设定温度。（3）保温时间。保温时间是指钢件烧透并完成奥氏体均匀化所需时间。保温时间受钢件成分、形状、尺寸、装炉方式、装炉量、加热炉类型、炉温和加热介质等影响。按照车轴毛坯有效直径大小经验确定保温时间，一次正火、二次正火保温时间均初步拟定为3～3.5小时，回火保温时间为3～3.5小时。（4）冷却速度。冷却速度过慢，会造成工件过软；冷却速度过快，会造成硬度偏高，对于一般件可在空气中冷却，大件可用吹风冷却或喷雾冷却。由于LZ45CrV钢属新材质正火后采用空冷方式。

综合化学成分及热处理关键参数分析初步确定热处理工艺为：一次正火温度860±10℃，二次正火温度810±10℃，回火温度 530±10℃，正火、回火保温时间均为3.5～4小时，空冷。设备采用现有成熟工艺的LZ50钢车轴热处理生产线，热处理后对车轴轴颈、轮座、轴身1/2半径处分别取样，送计量理化中心进行拉伸试验、冲击试验和晶粒度检测。

三、热处理工艺方案改进

针对按初步方案进行热处理试验的车轴试样强度不合格问题，进行了深入分析讨论，认为冲击值较高、塑性较好的情况下，强度不够主要原因应该是二次正火温度低及回火温度稍高造成。初步方案拟定二次正火温度810℃，因为LZ45CrV钢中添加了V、Mo等合金元素，V的热敏感性非常强，正火时V的析出量主要与正火温度有关，随着正火温度的提高，V的析出量增加，钢材完全奥氏体化后，V会阻碍奥氏体晶粒的长大，从而提高正火后强度。如果正火温度偏低，合金元素由于温度不够高分布不均匀造成强度不足，正火后的回火主要是消除残余应力，回火温度高也可能造成强度下降。

四、结论

通过多次热处理工艺试验，LZ45CrV新材质重载轴的热处理工艺为：一次正火温度880±10℃，二次正火温度850±10℃，回火温度510±10℃，正火、回火保温时间均为3.5～4小时，空冷。为重载轴批量生产做好了技术准备，同时也为相关材质车轴产品开发奠定了基础。

参考文献：

[1]全国热处理标准化技术委员会.金属热处理标准应用手册[M].北京：机械工业出版社，2005，7.