一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮及其生产方法，本发明专利技术通过设计毛坯车轮轮辋踏面廓形为凹形踏面廓形、采用外侧面朝上淬火并采用直喷、斜喷组合的淬火方式，改善车轮轮辋组织、性能及其分布状态，改善了车轮轮辋断面性能分布状态，使得整个轮辋断面可获得均匀的且较细小的珠光体组织，尤其是车轮轮辋内部性能，为改善车轮使用性能创造有利条件。本发明专利技术方法可改善车轮轮辋断面性能及其分布，而且工艺简单易行，便于工业化生产。便于工业化生产。便于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮及其生产方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通用车轮及其制备方法
，更具体地说，涉及一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮及其生产方法，通过改善毛坯车轮踏面廓形和生产中控冷工艺，能够改善车轮轮辋断面组织性能。

技术介绍

[0002]随着我国轨道交通的迅速发展，轨道交通线路条件复杂多变(多小曲率半径线路等)、车速逐步提高、载客量越来越大，车轮异常磨损现象愈来愈严重，容易引起车辆的振动等，甚至可能使列车零部件发生早期失效，对列车运行安全性、可靠性产生直接影响。
[0003]车轮水淬过程中，轮辋踏面从表面到内部温度呈阶梯状分布，组织转变由表及里逐渐发生，在转变的过程中，近踏面、外侧面、内侧面受冷却水或水雾等作用，冷速较快，生成的珠光体组织较细小，硬度水平较高，而位于轮辋内部的区域，冷速较慢，生成的珠光体组织较粗大，硬度水平较低，这就在断硬面上形成了中间硬度低、两边硬度高的“V”型分布。淬火过程中，有时水流喷射与托辊旋转之间引起“激流效应”，“激流效应”会降低踏面名义滚动圆处水流量，增加外侧面处的水流量，使得外侧面冷速较高，硬度较高，车轮轮辋断面硬度呈现“/”型分布。这对车轮使用性能影响较大，尤其是后期服役过程中，轮轨接触最频繁的名义滚动圆部位硬度较低，容易出现严重磨损、剥离、失圆等损伤。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮及其生产方法，通过优化毛坯车轮轮辋踏面型面(廓形)、车轮外侧面朝上淬火同时采用直喷、斜喷组合的控冷方法改善车轮轮辋组织及其分布，以提高车轮服役性能，尤其是车轮中后期服役表现。
[0005]本专利技术具体技术方案如下：
[0006]一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮的生产方法，包括以下步骤：
[0007]1)毛坯车轮热成形；
[0008]2)将车轮加热后，采用车轮外侧面朝上的方式进行淬火处理，喷嘴沿车轮周向均布，每相邻的两个喷嘴，一个喷嘴水柱直喷车轮踏面，另一个喷嘴水柱斜喷车轮踏面；
[0009]3)进行回火处理。
[0010]步骤1)具体包括以下工艺流程：钢坯切锭
→
加热
→
出炉除鳞
→
预成型
→
成型
→
轧制
→
冲孔
→
缓冷；
[0011]步骤1)中，钢坯切锭根据车轮规格、投重量确定钢坯高度等参数；
[0012]步骤1)中所述加热，温度控制在1200
‑
1280℃；
[0013]步骤1)中预成型、成型是在半闭磨具中压轧成型。
[0014]步骤1)中，轧制工序是在卧式轧机轧制，是车轮轮辋成型的最重要的工序。轧制中：控制毛坯车轮踏面廓形，本专利技术的毛坯车轮踏面廓形是在铁路车轮常用LM(图1中廓形1)或S1002CN踏面廓形的基础上进行优化得廓形2，为凹形踏面廓形，所述凹形踏面廓形为
半径为R的弧，如图1中，轮缘根部与踏面通过过渡圆弧连接，凹形踏面廓形的最低处为基点，所述半径为R的弧与过渡圆弧连接的一端到基点的水平距离为L2，所述半径为R的弧的另一端与到基点的水平距离为L1，轮缘顶部最高处到基点的垂直距离为S；其中，R为70
‑
100mm，S为33
‑
38mm，L1为35
‑
45mm，L2为35
‑
45mm；L1、L2取值可以相同，也可以不同；优选的，毛坯车轮踏面廓形为R＝70
‑
100mm的圆弧，这是本专利技术最优选择，毛坯车轮踏面廓形可以是椭圆形弧面、梯形弧面等形状的弧。轧制中，应保证毛坯车轮轮辋踏面单面余量(相对于成品车轮)最大处为10
‑
13mm、最小处应为5
‑
8mm。
[0015]步骤2)中，加热采用环形加热炉，加热温度840
‑
900℃，保温2.5
‑
3.5h；
[0016]步骤2)中，所述喷嘴水柱直喷车轮踏面是指喷嘴水柱垂直于车轮踏面，另一个喷嘴水柱斜喷车轮踏面是指喷嘴水柱与车轮踏面切线呈45
‑
60
°
夹角。
[0017]优选的，步骤2)中，所述进行淬火处理在淬火台上进行，淬火台上有托辊，托辊两侧各有一个喷嘴，托辊一侧喷嘴水柱垂直于车轮踏面，托辊另一侧喷嘴水柱与车轮踏面切线呈45
‑
60
°
夹角；在淬火过程中托辊支撑淬火车轮，托辊一侧喷嘴水柱垂直于车轮踏面，托辊另一侧喷嘴水柱与车轮踏面切线呈45
‑
60
°
夹角，这样可以防止车轮在淬火过程中发生位移。
[0018]步骤2)中，所述喷嘴沿车轮周向均布，优选的，沿车轮周向均布6个箱式喷嘴，每个喷嘴上分布着弱冷出水孔和强冷出水孔，每个喷嘴出水流量均等，水压为0.1
±
0.01MPa，弱冷出水孔出水量为8
‑
10m3/h，强冷出水孔出水量为18
‑
24m3/h。
[0019]进一步的，步骤2)中先若冷，再强冷；所述弱冷是：弱冷出水孔喷水，进行弱冷，喷淬时间为60
‑
120s，强冷是：强冷出水孔喷水进行强冷，喷淬时间为240
‑
400s，具体喷淬时间视轮辋辋厚而定。轮辋辋厚大，喷淬时间长；轮辋辋厚小，喷淬时间短。
[0020]水淬过程中，车轮轮辋踏面从表面到内部温度呈阶梯状分布，组织转变由表及里逐渐发生，如图3所示，在转变的过程中，近踏面(区域1)受冷却水的作用，冷速最快，生成的珠光体组织细小，硬度水平最高，外侧面(区域2)、内侧面(区域4)受空气及水雾的影响，冷速也较快，生成的珠光体组织细小，硬度水平较高，而位于轮辋内部的区域3，受冷却水的作用小，冷速较慢，生成的珠光体组织较粗大，硬度水平较低，这就在断硬面上形成了中间硬度低、两边硬度高的“V”型分布；另一方面托辊左侧箱式喷嘴采用斜喷方式，水流喷射过程中与托辊旋转之间引起“激流效应”，一般情况下“激流效应”会降低踏面名义滚动圆处水流量，增加外侧面处的水流量，使得外侧面冷速较高，硬度较高，加重“V型”分布，甚至进一步演化为“/”型分布。
[0021]本专利技术针对以上问题采用凹形踏面廓形并配合直喷和斜喷交替组合的喷水方式进行热处理：
[0022]1)可将硬度较高的区域延推至较深的区域3位置，配合弱冷工艺控制近踏面异常组织，配合强冷工艺使得区域3位置硬度进一步提升；
[0023]2)圆弧面改变了淬火临界条件，使得冷却水与冷却物体接触面增大，吸收更多热量，使得区域3冷速增大，细化珠光体组织，提高强硬度水平，即通过型面变化改变淬火临界条件，实现车轮轮辋性能的优化。
[0024]3)采用直喷和斜喷交替组合的喷水方式，配合凹型踏面廓形，可通过直流高压水破除踏面水膜，改散水流
‑
工件接触状态、水流<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善车轮轮辋性能的毛坯车轮的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：1)毛坯车轮热成形；2)将车轮加热后，采用车轮外侧面朝上的方式进行淬火处理，喷嘴沿车轮周向均布，每相邻的两个喷嘴，一个喷嘴水柱直喷车轮踏面，另一个喷嘴水柱斜喷车轮踏面；3)进行回火处理。2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤1)具体包括以下工艺流程：钢坯切锭
→
加热
→
出炉除鳞
→
预成型
→
成型
→
轧制
→
冲孔
→
缓冷。3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤1)中所述轧制，控制毛坯车轮踏面廓形为凹形踏面廓形。4.根据权利要求2或3所述的生产方法，其特征在于，步骤1)中所述加热，温度控制在1200
‑
1280℃。5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤2)中，所述加热，加热温度840
‑
900℃，保温2.5

【专利技术属性】
技术研发人员：宫彦华，赵海，童乐，江波，钟斌，高伟，毛亚男，邹强，于文坛，万志健，
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：