CN101423886A

CN101423886A - 一种车钩尾销孔的热处理方法、车钩和火焰加热枪头

Info

Publication number: CN101423886A
Application number: CNA2008101829045A
Authority: CN
Inventors: 肖利民; 秦晓锋
Original assignee: Qiqihar Railway Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qiqihar Rolling Stock Co Ltd
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: CN101423886B

Abstract

本发明提供一种车钩尾销孔的热处理方法，包括使用火焰对所述尾销孔的弧面顶壁上的间断区域进行加热，将所述间断区域加热至其表面温度达到900℃以上的温度后，快速冷却至室温，在尾销孔弧面形成间断的淬硬层。由于火焰加热速度缓慢，在弧顶面的间断区域进行加热时，有利于热量的扩散，可以防止在热处理层形成大的硬度梯度，避免在淬硬层和过渡层的交接处产生大的内应力。因此，本发明提供的热处理方法在提高尾销孔耐磨性的同时，可以防止裂纹的产生。

Description

一种车钩尾销孔的热处理方法、车钩和火焰加热枪头

技术领域

本发明涉及热处理领域，具体涉及一种车钩尾销孔的热处理方法、车钩和火焰加热枪头。

背景技术

在铁路车辆中，车钩是用来传递牵引力及冲击力，以实现机车和车辆或者车辆和车辆之间相互牵连，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。

图1为一种货车车钩的示意图，依次由钩头11、钩身12、钩尾13三个部分组成，在钩头内装有钩舌等连接部件(未标出)。钩尾13上开有垂直扁锁孔，也称为车钩尾销孔，用于插入钩尾销以便与钩尾框联结。为了实现挂钩或者摘钩，车钩具有锁闭位置、开锁位置和全开位置等三个状态用以实现铁路车辆的挂接或者分离。

由于车钩尾销孔是传递载荷的重要部件，受到较大的摩擦力，因此需要车钩具有很好的耐磨性。车钩尾销孔具体包括两个相对的弧面和连接所述相对弧面的两个相对的平面侧壁。其中的弧面是与车钩尾销接触的主要部位，受到的摩擦力最大，因此也最易磨损，是决定车钩寿命的关键部位。

为了使车钩尾销孔具有很好的耐磨性，需要对其表面进行强化处理来提高表面强度和硬度。在现有技术下，对车钩尾销孔的表面强化方法一般采用中频感应加热的方式进行表面淬火提高其表面强度和硬度。在中频感应加热方式中，感应线圈通入交流电，在工件表面形成集肤效应，使其表层温度迅速升高至相变点，经过快速冷却完成对工件的表面淬火。工件经表面淬火后，从其表面到心部依次为耐磨的淬硬层、过渡层和基体。

虽然感应淬火具有加热快、工作效率高的优点，但用于对车钩尾销孔的表面处理时，却存在难以克服的缺点。由于车钩尾销孔特有的形状，采用感应加热时，工件升温速度过快，热量来不及向工件四周传递，在其内部产生了较大的温度梯度，因此在工件上形成了较大的硬度梯度，使得淬硬层和过渡层交接处存在较大的内应力，导致感应淬火后的车钩尾销孔壁表面产生了大量的裂纹，减损了车钩的使用寿命。

因此，需要一种可以有效降低硬度梯度，从而防止裂纹产生的车钩尾销孔的热处理方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种可以有效降低硬度梯度，防止裂纹产生的车钩尾销孔的热处理方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种车钩尾销孔的热处理方法，包括使用火焰对所述尾销孔的弧面顶壁上的间断区域进行加热，将所述间断区域加热至其表面温度达到900℃以上的温度后，快速冷却至室温。

优选的，使用火焰对所述尾销孔的80度～120度的弧面顶壁上的间断区域进行加热。

优选的，将所述弧面顶壁上的间断区域加热至其表面温度达到920℃～960℃。

优选的，在450s～620s内将所述弧面顶壁上的间断区域加热至其表面温度达到920℃～960℃。

优选的，将加热后的尾销孔在110s～130s的时间内冷却至室温。

优选的，在氧气内燃烧丙烷对尾销孔进行加热，所述丙烷的供气压力为0.18MPa～0.27MPa，所述氧气的供气压力为0.5MPa～0.8MPa。

优选的，所述丙烷的供气流量为46L/min～58L/min，所述氧气的供气流量为165L/min～195L/min。

本发明还提供一种根据以上任一个技术方案提供的热处理方法得到的尾销孔，在尾销孔的弧面顶壁上80度～120度弧度内形成间断的热处理层。

优选的，所述尾销孔内间断的热处理层的硬度梯度为8HV/mm～12HV/mm。

本发明还提供一种在以上任一个技术方案的热处理方法中使用的火焰加热枪头，包括可伸入所述尾销孔内的枪管和开在枪管上的至少两列枪眼。

本发明提供一种车钩尾销孔的热处理方法。本发明通过采用火焰加热的方式对尾销孔的弧顶面的间断区域进行淬火处理，得到间断的淬硬层。由于火焰加热缓慢，对尾销孔弧顶面的间断区域进行加热时，热量不会在局部积聚，可以向加热区域的周边有效的扩散，从而避免在热处理层产生大的硬度梯度，防止在淬硬层和过渡层的交接处产生大的内应力，可以有效地避免产生裂纹。

附图说明

图1是本发明需要热处理的车钩示意图；

图2是图1中车钩尾销孔的示意图；

图3是本发明提供的热处理方法选择的车钩尾销孔的加热区域的示意图；

图4是本发明提供的火焰枪头及其加热方式的示意图；

图5是本发明提供的热处理方法形成的淬硬层的示意图；

图6是本发明中频感应表面淬火形成的淬硬层的示意图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种对车钩尾销孔的热处理方法，包括使用火焰对所述尾销孔的80度～120度的弧面顶壁上的间断区域进行加热，将所述间断区域加热至其表面温度达到900℃以上的温度后，快速冷却至室温。

请参见图2和图3。图2为本发明提供的需要热处理的车钩尾销孔示意图，图3为对图1中的尾销孔进行热处理选择的加热区域的示意图。如图2所示，车钩尾销孔11包括两个相对的弧面(111、112)和两个相对的连接弧面的平面侧壁(113、114)。车钩在使用的过程中，弧面(111、112)顶部区域是与车钩尾销接触的主要部位，容易受到较大的磨损，因此选择弧面(111、112)顶部区域进行表面淬火处理。

由于火焰加热速度慢，有利于热量的传导，本发明选择火焰作为加热方式。在对弧面顶部区域进行加热时，本发明选择弧面顶部上的60度～120度的区域作为热处理区域，优选的，选择弧面顶部上的85度～95度的区域作为热处理区域。为了防止在弧面上产生大的温度梯度，避免萌生裂纹，在对上述热处理区域进行加热时，本发明选择热处理区域上的间断区域进行加热。本发明所述的间断区域是指在上述的热护理区域内，选择间断的加热区，也就是说，在上述弧度的加热区域内，至少选择两个加热区域进行加热，两个加热区域之间预留有一定弧度的弧面。由于车钩尾销孔特有的内圆弧形状，选择间断的区域进行加热时，热量不会在弧面积聚，有利于向加热区域周边扩散至工件内部，防止在热处理层产生大的硬度梯度。

如图3所示，选择弧面111顶部区域的120度的弧面作为热处理区域，为了防止产生大的温度梯度，本发明在所述热处理区域的弧面内，选择两个加热区域(111a、111b)采用火焰进行加热，第一加热区域111a和第二加热区域111b之间预留有60度左右的弧面。本发明将所述加热区域加热至其表面温度达到900度以后，快速冷却至室温，完成对工件的表面淬火处理。由于车钩尾销孔特有的内圆弧形状，本发明选择对弧面顶部的间断区域进行加热时，热量不会在弧面积聚，有利于向加热区域周边扩散，在工件内部不会产生大的温度梯度，从而避免产生大的硬度梯度，可以防止在尾销孔的内壁上产生裂纹。

虽然本发明在弧面顶部区域内预留了一段未直接加热的弧面，也就是说预留的弧面处并没有经过表面热处理，没有淬硬层，但是却并不影响尾销孔整体的耐磨性。由于车钩尾销是与尾销孔的整个顶部区域保持面接触的，因此车钩尾销与尾销孔之间的摩擦能是由淬硬区消耗的，预留的未淬火弧面受到两边的淬火区域的保护。由于尾销孔的整体耐磨性主要是由淬硬区所决定的，因此本发明在提供了具有良好耐磨性的淬硬区后，可以提高尾销孔整体的耐磨性能。

本发明提供的热处理方法在于对弧面顶部区域进行间断的加热，因此对于加热区域的数量，至少为两个，也可以为两个以上，本发明对此并无特别的限制。选择两个加热区域时，对于间断区域中预留的弧面的弧度范围，优选为10度～60度，更优选的，预留的弧面的弧度为10度～30度。

为了对车钩尾销孔的整个厚度面进行加热，本发明还提供了一种火焰加热枪头。如图4所示，为本发明提供的火焰加热枪头及其加热方式的示意图。火焰加热枪头包括一个圆筒形的枪管12，枪管12在加热时能够伸入尾销孔内。支架12并不限于圆筒形，也可以为其它形状。在支架12上开两列基本平行的加热枪眼(12a、12b)，在图4中只示出了部分枪管，两列加热枪眼之间的距离与加热区域之间的距离相配合，以便对弧顶面的间断区域进行加热。另外，第一列加热枪眼12a和第二列加热枪眼12b的之间的距离可以根据弧顶面的加热区域之间的距离进行调节，对于每列加热枪眼的数量，本发明并无特别的限制，可以根据尾销孔的厚度进行增减。

如果需要在弧顶面选择多个间断的区域进行加热时，也可以另外增加加热枪的列数。两列加热枪眼(12a、12b)可以平行设置，也可以根据加热区域的间隔距离成一定角度设置，对此本发明并无限制。加热时，按照图4中箭头的方向，将火焰加热枪头12插入车钩尾销孔内，两列加热枪眼(12a、12b)分别对准加热区域(111a、111b)进行加热。

在对车钩尾销孔进行火焰表面热处理时，可以将尾销孔弧顶面的加热区域升温至其表面温度到900℃以上，优选的，将尾销孔弧顶面的加热区域升温至其表面温度达到920℃～960℃。将尾销孔弧顶面升温达到要求的温度后，快速冷却至室温完成表面淬火处理。

表面淬火处理后，工件从表面至心部的组织依次包括淬硬层、过渡层和基体层。本发明定义从工件表面向心部到含有50％马氏体组织之间的热处理层为淬硬层，从含有50％马氏体以下的组织到基体之间的热处理层为过渡层，过渡层以下是基体层。由于淬硬层含有大量的马氏体组织，具有很高的硬度，因此具有很好的抗磨损性能。虽然淬硬层的厚度越大，越有利于增加耐磨性，但是厚度过大的淬硬层会存在较大的应力，产生裂纹，因此在热处理的过程中，需要通过选择合适的加热时间及温度、冷却速度来控制淬硬层的厚度。

过渡层是在淬火过程中发生了部分相变产生的组织，过渡层的厚度是影响硬度梯度的重要指标，如果过渡层厚度过窄，会使从淬硬层到基体的硬度梯度过大，容易产导致裂纹的产生。

为了控制淬硬层和过渡层的厚度，本发明提供在440s～550s将弧顶面加热至需要的温度，优选的，本发明提供在450s～500s加热至需要的温度。冷却时，本发明提供在200s(秒)以内的时间内将工件冷却至室温，优选的，本发明提供在150s(秒)以内的时间内将工件冷却至室温，更优选的，本发明提供在110s～130s的时间内将工件冷却至室温。

对于车钩材料，本发明优选强度6_b在600MPa～1100MPa的合金钢，更优选为ZG25MnCrNiMo钢。

采用火焰加热时，可以采用乙炔、丙烷、甲烷、天然气、水煤气在氧气内进行燃烧。优选的，采用丙烷在氧气内燃烧对弧顶面进行加热。加热时，丙烷的供气压力可以为0.18MPa～0.27MPa、氧气的供气压力可以为0.4MPa～0.9MPa；优选的，丙烷的供气压力为0.2MPa～0.25MP、氧气的供气压力为0.5MPa～0.8MPa。丙烷的供气流量可以为40L/min～60L/min，氧气的供气流量可以为165L/min～195L/min；优选的，丙烷的供气流量可以为46L/min～58L/min，氧气的供气流量可以为177L/min～187L/min。

对于冷却方式，本发明无特别的限制，可以采用水浴冷却、盐浴冷却、油浴冷却的方式进行冷却，优选的，采用水浴喷淋冷却的方法进行冷却。

本发明中硬度梯度的计算方法为：

硬度梯度＝(淬硬层末端硬度-基体的硬度)/过渡区的宽度

以下以大-秦线铁路C80型货车装用的16型E级钢车钩尾销孔为例采用两种工艺进行对比试验，具体说明本发明提供的热处理方法。

16型E级钢车尾销孔材质为ZG25MnCrNiMo。

实施例

由于车钩工件质量较大，采用传统的手工火焰热处理方法进行热处理难以达到较高的工作效率，因此采用必要的电控系统、机械系统、供气系统和冷却系统对工件进行热处理。

按照以下工序对车钩尾销孔进行热处理：

a)将车钩装载在机械系统的工作台上；

b)按照图4所示，将火焰枪头12伸入车钩尾销孔11进行点火加热，在约90度的弧面内，选择两个间断区域加热进行热处理。具体工艺参数为：丙烷供气压力为0.23MPa～0.25MPa，流量为52L/min～54L/min；氧气供气压力为0.75MPa～0.77MPa，流量为181L/min～183L/min；加热520秒～532秒后，测量加热区域表面温度达到约925℃～930℃；

c)用冷却水对车钩尾销孔进行喷淋，喷淋时间为120秒～125秒使加热区域表面温度冷却至室温。

图5为本实施例得到的热处理层形态，在车钩尾销孔约90度的弧顶面上，分别形成了两个间断的月牙形的淬硬层(111c、111d)。

对其中一个热处理区域111c进行取样，测量淬硬层表面硬度为357HV，基体硬度为259HV，过渡层厚度为9.5mm，计算得到硬度梯度＝(357-259)HV/9.5mm＝10.3HV/mm。

由于本发明提供的淬硬层成间断分布，因此可以避免在弧顶面产生过大的内应力，在热处理层内部具有较低的硬度梯度，可以避免在淬硬层和过渡层的交接处产生较大的内应力，从而避免在弧顶面上产生裂纹。

将按照本实施例提供的工艺热处理后的车钩装车运行半年后，尾销孔的弧面未发生裂纹。

比较例

将车钩采用中频感应加热进行表面淬火处理，将车钩尾销孔的弧面采用中频感应加热至其表面温度升到约930℃～935℃后，冷却水喷淋120秒～125秒使其表面温度降至室温。

参见图6，为中频表面淬火后得到的淬硬层形态，在弧顶面产生了连续的淬硬层111e。

对上述热处理区域111e取样，测量淬硬层表面硬度为367HV，基体硬度为252HV，过渡层厚度为4.5mm，计算得到硬度梯度＝(367-252)HV/4.5mm＝25.6HV/mm。

可以发现，采用中频感应表面淬火后形成的淬硬层其硬度梯度远大于火焰淬火后热处理层硬度梯度，较大的硬度梯度会在热处理层内部产生较大的内应力，容易萌生裂纹。此外，由于中频感应淬火得到的热处理层是连续的，这样也容易在淬硬层内部产生大的内应力，导致裂纹的产生。

实际发现，按照对比例提供的工艺热护理后的车钩尾销孔在运行时，在其弧顶面都会产生批量的裂纹，减损了车钩的使用寿命。

根据以上论述可知，本发明通过采用火焰加热的方法对车钩尾销孔的弧顶面的间断区域进行加热，加热缓慢，有利于热量的传递，在热处理层产生较小的硬度梯度，不会导致裂纹的发生。此外，间断的热处理层也有利于消除内应力，防止积聚过大的内应力，导致萌生裂纹。

以上所述对本发明所提供的车钩尾销孔的热处理方法进行了详细介绍。本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种车钩尾销孔的热处理方法，包括使用火焰对所述尾销孔的弧面顶壁上的间断区域进行加热，将所述间断区域加热至其表面温度达到900℃以上的温度后，快速冷却至室温。

2、根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于使用火焰对所述尾销孔的80度～120度的弧面顶壁上的间断区域进行加热。

3、根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于将所述弧面顶壁上的间断区域加热至其表面温度达到920℃～960℃。

4、根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于在450s～620s内将所述弧面顶壁上的间断区域加热至其表面温度达到920℃～960℃。

5、根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于将加热后的尾销孔在110s～130s的时间内冷却至室温。

6、根据权利要求1至5任一项所述的热处理方法，其特征在于在氧气内燃烧丙烷对尾销孔进行加热，所述丙烷的供气压力为0.18MPa～0.27MPa，所述氧气的供气压力为0.5MPa～0.8MPa。

7、根据权利要求6所述的热处理方法，其特征在于所述丙烷的供气流量为40L/min～60L/min，所述氧气的供气流量为165L/min～195L/min。

8、根据权利要求1至7任一项所述的热处理方法得到的尾销孔，其特征在于在尾销孔弧面顶壁上80度～120度弧度内形成间断的热处理层。

9、根据权利要求8所述的尾销孔，其特征在于所述间断的热处理层的硬度梯度为8HV/mm～12HV/mm。

10、一种火焰加热枪头，用于在权利要求1至7任一项所述的热处理方法中对所述尾销孔进行加热，包括可伸入所述尾销孔内的枪管(12)和开在枪管上的至少两列枪眼(12a、12b)。