陈 宁，张银凤，孙晓庭

（1 常州机电职业技术学院，江苏常州213164；

2 大连机车车辆有限公司，辽宁大连116021）

35Cr MoA电力机车车轴热处理工艺的研究与应用

陈 宁1，张银凤2，孙晓庭2

（1 常州机电职业技术学院，江苏常州213164；

2 大连机车车辆有限公司，辽宁大连116021）

选用电渣钢35Cr Mo A作为某型机车车轴材料，通过对其热处理工艺的研究，按照优化的调质处理工艺，使车轴的金相组织和性能达到了最佳。采用专用工装，使车轴调质后具有最小变形，满足了机加工要求。35Cr Mo A机车车轴的试制成功，满足了大功率高速重载机车的需求。

35Cr Mo A；机车车轴；调质处理

车轴是高速铁路机车车辆承受动载荷的关键零件，受力状态复杂，主要承受弯曲、扭转或弯扭复合载荷，还受到一定的冲击载荷。因此，车轴用钢应具有良好的强度，特别是弯扭复合疲劳强度及韧性。车轴材料是决定车轴使用寿命和可靠性的关键之一，因此许多国家都非常重视对车轴材料的开发。依据国内外车轴用钢标准，车轴材料一般分为两大类，即碳钢和合金钢。依据欧洲标准，高速铁路采用合金钢车轴，常选用25Cr Mo4、30Cr Ni3、30Cr Mo A、34Cr NiMo6钢等。由于各国的国情不同，技术观点不同，选用的车轴材料也不尽相同，但都属于含碳量较低的钢种。车轴用钢的含碳量一般为0.30%～0.45%，再加入适量的合金元素。Cr、Ni、Mo等是车轴钢的主要合金化元素。过去机车车轴常采用Jz钢或50钢，热处理工艺比较成熟。而机车车轴采用35Cr Mo A合金钢材料，TB/T 3093－2004《铁路机车用合金钢车轴轴坯订货技术条件》对原材料提出了较高的要求，国内各特殊钢厂难以达到。同时设计师对成品车轴力学性能也提出了较高要求。因此研制机车35Cr Mo A合金钢车轴热处理工艺，就迫在眉睫。

1 车轴技术要求

某电力机车的运行速度较高，车轴承载较大的扭矩，力学性能的要求较高。表1为该型电力机车车轴性能要求。采用材料为35Cr Mo A，其主要化学成分见表2。

2 原材料的复验

合金钢车轴根据TB/T 3093－2004要求，做大试样（140 mm×140 mm）性能复验，由于TB/T 3093－2004对原材料冲击性能要求过高，同时又有标准复验热处理工艺限制，反复多次皆不合格。由于生产急需，根据抚顺钢铁公司原材料状态，增加一遍正火工序，挽救这批材料。通过正火细化晶粒，然后按标准工艺热处理，冲击性能勉强合格（见表3）。

3 工艺试验

该电力机车车轴技术条件要求车轴力学性能试验用试样应取自车轴一端延长体，在车轴端部距表面1/2 R处取样。所以采用φ180 mm×200 mm规格试样，与车轴延长线直径相同，与车轴同工艺的锻造试样。

淬火加热设备为RT2－360－9型台车炉，回火采用RT2－270－6型台车回火炉。根据35Cr Mo A材质淬火加热温度应选在820～850℃，但考虑到试样尺寸及淬火过程，暂定试验淬火加热温度850～860℃，加热后油冷。回火选用580℃、590℃、600℃、620℃、640℃、650℃进行试验，然后按照技术条件进行相应项目的检测，性能检测结果见表4，金相检验结果见图1～图4。

从试验数据可以看出，除冲击值外，各性能指标基本满足要求，表明通过改变回火温度很难使冲击值达到技术要求。

分析原因如下：

（1）材料的冲击值决定于材料的组织。一般回火索氏体的冲击韧性最高，贝氏体次之，而回火马氏体最差。对于疲劳强度则是贝氏体、回火马氏体最好，回火索氏体次之。而淬火组织中由于加热或保温不足，使其残留有未溶解的铁素体或热处理不当存在过多的残余奥氏体，将使疲劳极限下降。

（2）虽然35Cr Mo A回火稳定性由于加入了Mo元素显著提高。但是，由于车轴属于大件，若是回火后不快冷，有可能出现回火脆性。所以，回火后油冷或水冷，能够提高工件的冲击值指标。

（3）材料的原始组织对最终组织有遗传性影响，若材料的原始组织和成分不均匀，淬火及其回火组织也会表现出不均匀的特征，特别是钢材中碳元素发生偏析时，会导致材料内部组织中存在贫碳区，在淬火和回火过程中该区组织特征仍会保留，即碳含量仍会过低，极易生成铁素体区。为使组织均匀化，对材料进行了2次正火和高温长时间奥氏体化可以有效的改善。

因此，在后续的试验中通过对试样进行一次正火处理，在调质的高温回火后进行水冷处理。检测结果表明，可以使性能指标完全满足技术条件要求。检测指标见表5。

4 生产应用

（1）35Cr Mo A电炉钢材料车轴的热处理试验

将优化的热处理工艺应用于车轴实际生产中，首批生产12根车轴，全部一次达到图纸力学性能要求。但在探伤时发现10根车轴存在发纹，对其中最严重的进行检测，发纹深2.1 mm，发纹处夹杂物3级，无法使用。

（2）35Cr Mo A电渣重熔材料车轴的热处理试验

由于车轴试制过程中存在的原材料性能不达标、出现发纹等问题，改用电渣重熔材料，并对锻造比提出一定要求。按优化调质工艺进行试验，试验结果如表6所示。

结果表明，采用电渣重熔的35Cr Mo A进行车轴加工，其性能完全可以满足要求，其冲击性能远远高于技术文件的相应要求。

在此基础上，对热处理工艺进行进一步优化，然后应用于车轴产品生产上，全部一次达到图纸技术要求。检测结果见表7。

（3）热处理变形的控制

由于车轴在台车炉内加热调质，工件水平放置，在加热过程中及淬火时难免出现变形。初步估计变形量应该在10 mm以上。淬火工装表面不平对变形也有影响。最初将加工留量确定为17～20mm。经过多炉次车轴加工变形量的跟踪，车轴在调质过程中的变形量基本上在12～15 mm之间，以12 mm左右为多。为了降低淬火工装及工件几何尺寸对变形量的影响，设计了防变形工装，使车轴平放于防变形工装之上，淬火时工装与工件同时入油中进行冷却。通过用防变形工装调质的车轴，其变形量基本可以控制在6～9 mm之内，检测结果见表7，效果显著。

5 结 论

（1）选用电渣钢35Cr Mo A作为电力机车车轴材料，采用优化调质工艺（淬火加回火），可大大提高车轴的冲击韧性，从而使车轴各项力学性能满足技术要求。每台车6根车轴，共生产了43台份机车车轴，成品探伤无裂纹，均已装车，满足了该型机车的生产急需。而电炉钢35Cr Mo A即使对原材料进行一次正火预备热处理，再采用同样的淬、回火工艺处理，车轴仍因夹杂物的存在而产生发纹。说明电渣钢35Cr Mo A可以作为我国铁路发展之需的首选高速机车车轴用钢。

（2）通过设计并采用适宜的防变形工装，车轴完全可以采用台车炉水平放置进行调质处理，从而简化了操作，提高生产效率。

［1］ 刘署荣.电力机车车轴热处理工艺的研究［J］.电力机车与城轨车辆，2005，28（6）：25-30.

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Research and Application of 35Cr MoA Electric Locomotive Axle Heat Treatment Process

CHEN Ning1，ZH ANG Yinfeng2，SUN Xiaoting2
（1 Changzhou Institude of Mechatronic Technology，Changzhou 213164 Jiangsu，China；2 Dalian Locomotive and Rolling Stock Co.，Ltd.，CNR Group，Dalian 116021 Liaoning，China）

The electroslag 35Cr MoA steel is selected as a certain type of locomotive axle material，and the microstructure and properties of the axle can achieve the best through the study of heat treatment process and the optimization of hardening and tempering process.Using specialized equipment and tooling，the quenched and tempered axle has the minimum deformation which can satisfy the requirements of machining.The successful trial-production of 35Cr MoA locomotive axle can meet the needs of high power high speed heavy locomotive.

35Cr Mo A；locomotive axle；hardening and tempering

U264.331＋.1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.11

1008－7842（2014）06－0047－03

�）女，高级工程师（

2014－05－04）