高铁车轴采用高频淬火设备进行热处理的工艺分析

高速铁路用车轴除了需要保证原材料具有良好的性能外,还要选择合适的热处理工艺,以确保车轴的力学性能和小的热处理畸变。为满足工作的需要,很多厂家采用高频淬火设备进行淬火热处理,效果良好。

为提高车轴疲劳强度,高速铁路车轴经调质处理后,再沿车轴纵向进行表面感应加热淬火。在淬硬层内获得非常细的马氏体组织,使表面强度显著提高,同时产生压缩残余应力。表层的硬化就可以提高车轴的耐磨性和抗冲击性;通过产生的压缩残余应力,更能提高车轴的疲劳强度。试验结果表明;淬硬层越深,疲劳强度越大。

高频淬火是利用钢铁材料等磁性体涡流的集肤效应进行淬火的方法。在要进行高频淬火的工件上缠绕线圈,一旦接通高频交流电流,工件就会产生感应电流(涡流),这个涡流只流过工件的表面层,通过线圈的交流电频率越高,就越能在工件的表层集中。表层的涡流由于工件的热阻而发热,一般工件可加热到900℃左右,然后向加热部分喷水冷却。这样的高频淬火工艺有两个特征:①可以只加热零件的表层再进行淬火;②可以在限定的零件局部进行淬火。

车轴高频淬火方式有两种:一种是边移动线圈边加热车轴的所谓移动淬火部分;另一种是固定线圈,只按固定状态进行加热的固定淬火部分。假如要对车轴全长淬火,就必须进行移动淬火。那么从轮座外轮毂端直到轴颈部的车轴直径变化较大的部分,移动淬火就会比较困难,可采用固定淬火。

淬火指的是使金属组织实施50%以上的马氏体相变,车轴的表层100%变成马氏体组织。在高频淬火后,为了使金属组织稳定,并具有韧性,需要进行回火。一般回火温度越高,则韧性越好,但同时硬度降低,残余应力也会降低。高频淬火车轴一般重视由压缩残余应力所决定的疲劳强度,通常进行低温回火。

现在的车轴高频淬火技术已日益成熟,其频率选择在l0kHz左右,回火温度选择200-230℃,淬硬层可达2mm。表层可得到致密的马氏体组织,使硬度升高到600HV。距表层2mm的位置组织为铁素体十珠光体,硬度达200HV。

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