高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法及热处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法，是在冷却过程中，先用小流量水流对火车车轮的车轮踏面进行短时间喷水冷却，然后用大流量水流对车轮踏面进行长时间强制喷水冷却。本发明专利技术还公开了实施上述方法的热处理装置，其进水环管分为大流量进水环管和小流量进水环管，大流量进水环管接通多个大流量喷嘴；小流量进水环管接通多个小流量喷嘴。采用上述技术方案，改善车轮的抗接触疲劳性能，减少车轮的踏面剥离；尽早获得合适的轮与轨的几何匹配关系，增大接触面，降低接触应力水平；车轮轮辋内部的耐磨性能提高，从而提高车轮的使用寿命；能够不增大车轮热处理冷却工艺的操作难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料热处理的
，涉及铁路用辗钢整体车轮热处理 技术，更具体地说，本专利技术涉及一种高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法。 另外，本专利技术还涉及应用上述方法的相应热处理装置。技术背景长期以来，国内货车车轮均采用材质为C《0.65X的C-Mn碳素钢，经热 处理后的车轮轮辋组织状态为铁素体-珠光体。随着中国铁路货运向重载方向 发展，货车车轮异常磨耗、辗堆问题日益突出，究其原因，主要同现有货车车 轮钢材质的接触疲劳强度、耐磨性较差有关。有效解决上述问题的方法是车轮采用高碳钢材料。碳含量提高后，经常规热处理，车轮轮辋踏面表层即踏面下10mm以内会 产生由珠光体、贝氏体组成的异常组织，这是由常规热处理冷却方法所决定的。 目前，国内外所采用的车轮热处理冷却方法基本相同，均是将车轮奥氏体化加 热后，直接对车轮轮辋踏面或踏面及外侧面进行大流量连续强制性喷水冷却， 踏面表层内的金属冷却速度极大，达到l(TC/s以上，超过钢的下临界冷却速度， 必然会导致异常组织的产生。在本说明书附图中的图5为上述现有技术所采用的热处理冷却方法获得的 车轮轮辋踏面表层金相组织状态图。该图即为车轮轮辋踏面表层过硬过脆的异 常组织的显微结构。热处理冷却过程中产生的异常组织比正常的铁素体-珠光体组织更硬且更 脆，在轮轨接触应力的作用下极易发生剥离脱落，破坏车轮踏面的光洁度和完整性，需要进行镟修后才能继续使用，直接降低了车轮的使用寿命；同时，异 常组织的存在使踏面表层硬度明显升高，新车轮使用初期踏面很难产生适当变 形以尽快获得较理想的轮轨几何匹配关系，导致车轮轮辋承受过大的接触应力， 容易产生早期接触疲劳损伤，更严重地影响车轮使用寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个问题是提供一种高碳钢火车车轮轮辋表面的热处 理方法，其目的是防止高碳钢火车车轮踏面表层产生异常组织，改善其机械性 能并延长使用寿命。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为-本专利技术所提供的这种高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法，用于对含碳 量为0.72% 0.77%的火车车轮的轮辋表面进行热处理，该方法的过程是首先对火车车轮进行整体加热，然后对轮辋表面进行冷却淬火；在冷却过程中，先用小流量水流对火车车轮的车轮踏面进行短时间喷水冷却，然后用大流量水流 对车轮踏面进行长时间强制喷水冷却。以下是本专利技术为解决上述技术问题而提出的更详尽的技术方案在对火车车轮的轮辋进行加热时，使火车车轮的轮辋保持在奥氏体区域的 高温状态；用小流量水流对车轮踏面进行短时间喷水冷却，使所述的车轮踏面 下10mm内的温度降至Al以下的一定温度区间内；用大流量水流对车轮踏面进 行长时间强制喷水冷却，使轮辋内部金属加速充分冷却；不同流量的喷水采用 不同的喷嘴。以上所述热处理方法的工艺过程是首先将火车车轮置于卧式淬火台中；加热时，使火车车轮的轮辋加热温度为800°C 810°C;然后用配置在车轮踏面周围的一组小流量喷嘴，将水流喷向旋转的车轮踏面，进行短时喷水冷却，控制冷却时间，使车轮踏面下5mm处温度降低到650 "C 690'C温度范围，此时在车轮踏面表层形成一层网状铁素体-珠光体组织；同时使车轮轮辋内部即车轮踏面下10mm 45mm的范围内，温度仍超过 Ac3，尚未发生组织转变；切换喷嘴，用预先配置在车轮踏面周围的另一组大流量喷嘴，将水流喷向 旋转的车轮踏面，使轮辋内部金属以2°C/s 5°C/s的冷却速度加速冷却到550°C 以下，从而在车轮轮辋内部即车轮踏面下10mm 45mm的范围内，形成断续网 状铁素体-珠光体组织；取出火车车轮，热处理工艺结束。下面是关于该方法中，冷却时间和冷却温度等工艺参数的两个不同的技术 方案，供选择应用1、 所述的短时间小流量喷水冷却，其喷嘴流量为4.9L/min，冷却时间为30s， 使车轮踏面下5mm处温度降低到687°C;接着再对车轮踏面进行长时间大流量 喷水冷却，其喷嘴流量为35L/min，冷却时间为180s。2、 所述的短时间小流量喷水冷却，其喷嘴流量为4.9L/min，冷却时间为40s， 使车轮踏面下深5mm处温度降低到650°C;接着再对车轮踏面进行长时间大流 量喷水冷却，其喷嘴流量为35L/min，冷却时间为180s。另外，以上所述的小流量喷水和大流量喷水的启动、转换及流量的大小、 所述的不同流量的喷水时间，均由车轮轮辋淬火电控单元根据设定的程序及温 度的反馈数据进行控制。为了实现与上述技术方案相同的专利技术目的，本专利技术所要解决的另一个问题 是还提供了实施上述热处理方法的火车车轮轮辋热处理装置，其技术方案是该装置的主体结构为卧式淬火台，所述的卧式淬火台设有淬火台壳体，所 述的火车车轮轴线竖直并通过车轮夹具固定在旋转台上，所述的旋转台固定在 淬火台壳体内的中心位置，在所述的淬火台壳体上还设有进水环管，并通过喷 嘴将水流喷到车轮踏面上，所述的进水环管分为大流量进水环管和小流量进水 环管，所述的大流量进水环管接通多个大流量喷嘴；所述的小流量进水环管接 通多个小流量喷嘴。喷嘴的具体位置的技术方案所述的大流量喷嘴和小流量喷嘴沿车轮踏面 的外圆周方向均匀间隔分布，其喷嘴的方向均朝向车轮踏面。上述热处理装置的控制结构的技术方案该装置上设有车轮轮辋淬火电控 单元，所述的车轮轮辋淬火电控单元存储车轮轮辋淬火的控制程序，所述的大 流量进水环管和小流量进水环管的进水管路上均设有由电气控制的阀门，所述 的阀门通过电气控制线路与所述的车轮轮辋淬火电控单元连接，并接受其控制。在所述的火车车轮的轮辋上设温度传感元件，并与所述的车轮轮辋淬火电 控单元通过信号线路连接，向车轮轮辋淬火电控单元传送温度数据。上述技术方案具有突出的实质性特点，并在现有技术的基础上取得了显著 的技术进步，解决了本领域长期未能解决的技术难题，充分体现了本专利技术的新 颖性、创造性和实用性。与现有技术相比，本专利技术获得了以下有益效果采用本专利技术只需对常用的火车车轮热处理冷却装置进行简单改造，通过两 种喷嘴的配合使用，在连续冷却条件下使火车车轮轮辋踏面表层和轮辋内部相 互独立发生珠光体转变，艮P-可使踏面下10mm以内得到硬度值低于310HBw网状铁素体-珠光体组织 (铁素体含量>5%)，完全发生铁素体一珠光体组织转变，改善车轮的抗接触 疲劳性能，减少车轮的踏面剥离；能够使车轮踏面下10mm以内的硬度值降低8HBw以上，使用初期车轮踏 面的轮轨接触区容易产生小量变形，尽早获得合适的轮与轨的几何匹配关系， 增大接触面，降低接触应力水平；轮辋内部(踏面下10mm 45mm的范围内)获得硬度值超过320HBw的断 续网状铁素体-细珠光体组织(铁素体含量<5%)，在轮轨接触磨合过程完成 后，车轮轮辋内部的耐磨性能提高，从而提高车轮的使用寿命；同时，能够不增大车轮热处理冷却工艺的操作难度。 附图说明下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明图1为本专利技术所涉及的火车车轮轮辋热处理装置的结构示意图；图2为方法实施例四中实测的车轮踏面下5mm及15mm处的冷却曲线；图3为方法实施例五中实测的车轮踏面下5mm及15mm处的冷却曲线；图4为方法实施例四、例五的车轮轮辋踏面表层金相组织状态图；图5为现有技术中热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法，用于对含碳量为０．７２％～０．７７％的火车车轮（４）的轮辋表面进行热处理，该方法的过程是：首先对火车车轮（４）进行加热，然后对轮辋表面进行冷却淬火，其特征在于：在冷却过程中，先用小流量水流对火车车轮（４）的车轮踏面（１０）进行短时间喷水冷却，然后用大流量水流对车轮踏面（１０）进行长时间强制喷水冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，王世付，江波，李翔，钟斌，程德利，龚志翔，赵海，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]