[发明专利]火车轮整体淬火工艺

说明书

技术领域

本发明专利属于热处理工艺，具体是指一种火车轮整体淬火的工艺。

背景技术

火车轮是铁道运输车辆的主要部件，在工作过程中受交变载荷作用。车轮辐板需要较好的韧性、抗断裂性能和抗热裂性能，而踏面(轮辋)因与钢轨接触发生摩擦而发热，易剥落、辗堆，需要较高的硬度、强度和耐磨性，因此要求车轮(特别是高速车轮)具有良好的综合机械性能，达到高安全性和高经济性。热处理是达到这些性能的主要手段。

国际铁路联盟标准UIC812和国际标准IS01005除N、T级热处理工艺方式外，还有一种先进的热处理工艺方式-E级热处理，即采用整体浸入式淬火及500℃以上的回火(整体车轮浸入淬火工艺)。

车轮的N级热处理即正火处理、T级热处理即轮辋激冷淬火处理、E级热处理即整体车轮浸入淬火处理。E级热处理由于车轮形状复杂等诸多原因，工艺实施十分困难。但较之N、T级而言，采用E级热处理工艺可以使车轮性能最佳。

目前国内大部分专业车轮生产厂按照GB8601和TB2708标准规定，只能进行N级和T级2种热处理工艺。

N级热处理：

即正火或正火加回火处理，这种热处理的工艺方法最简单，但车轮的综合机械性能较差。

T级热处理：

即轮辋激冷淬火加回火处理，常用的为卧式轮惘连续淬火工艺、立式轮惘断续淬火工艺、轮辋三面强化淬火工艺。

卧式轮惘连续淬火工艺：车轮在淬火机上以外侧面朝上放置方式接受踏面淬火的国家有俄罗斯、中国、英国等，车轮以内侧面朝上放置方式接受踏面淬火的国家有法国、日本等，日本住友金属公司在车轮踏面淬火的同时，也在外侧面喷水冷却。目前，国际上大部分生产厂采用这种工艺原理，完成轮辋踏面硬化工序。

立式车轮轮辋淬火：车轮立式淬火工艺是将车轮侧立，进行踏面淬火的工艺方法。

轮辋三面强化淬火：在车轮外侧面朝上、水平放置的条件下，针对车轮的整个轮辋部分(包括踏面、外侧面、内侧面及整个轮辋的圆周方向)，同时给以喷水淬火冷却。

T级热处理的3种不同的工艺方法，均采用的是喷水淬火冷却，其共同的特点是：

淬火机喷嘴对应不同尺寸规格的车轮其相对位置的调整困难，影响不同尺寸规格的车轮淬火冷却后的质量一致性；

冷却水压和流量的控制困难，特别是不同位置的各个喷嘴且各个喷嘴的管阻不可能相同，影响车轮淬火冷却后硬度的均匀性。

多个喷嘴的淬火机故障率高，工艺调整困难。

淬火冷却过程中形成的混合着氧化皮等杂物的大量水蒸汽，严重污染工作环境。

对于大批量规模化生产，需配置多台淬火机与加热炉、输送机等组成了流水作业线，输送机必须对应多台淬火机的工件传输，其设备复杂、故障率高、投资成本大。

采用T级热处理的工艺方法，热处理性能虽然不如E级热处理，但工艺实施易于组织。

E级热处理

即整体车轮浸入淬火加回火处理，整体车轮淬火后回火的工艺方法，可以使车轮(特别是高速车轮)性能最佳。由于车轮形状复杂，轮辋、轮壳与辐板截面之间尺寸的差异很大，所以整体车轮淬火工艺的实施十分困难。而采用这种工艺对提高车轮性能，特别是轮辋性能不仅非常明显，而且是必需的。几十年来车轮热处理工作者一直在寻找能够满足铁路(特别是高速列车)使用要求的工艺方法。

车轮生产按UIC812和国际标准IS01005中的E级条件生产和检验，在我国，这种车轮的生产已完成了试制任务，并已投入生产，但是E级热处理这种优势的工艺方法不能全面推广应用，其原因为：

车轮轮辋、辐板、轮壳组成的横截面形状过于复杂；

淬火辐板防护装置不可重复应用；

工艺技术较难组织，淬火幅板防护装置加载困难；

车轮具有复杂的应力分布；

挠曲变形大，加大了切削量；

车轮制造成本高；

因此，车轮整体淬火工艺，尽管在理论上和实践上都十分必要，但由于制造上存在种种困难未能广泛推广，仅在少数特殊需要的车轮品种上，为少数国家有选择地采用。

发明内容

本发明的目的是克服背景技术所述缺点，发明满足铁路(特别是高速列车)车轮热处理质量要求的火车轮E级热处理整体淬火工艺。

本发明所述火车轮整体淬火工艺，其工艺装置包括上压模、上隔热模腔、工件、下隔热模腔、下定位模、淬火介质和喷流器，工艺过程采用上下模加压限形淬火技术、喷流搅拌与串动淬火技术、真空隔热模腔淬火技术和模具优化设计制造技术。