CN101709359B - 一种车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，在对低中碳低合金车轴钢零件进行热处理工艺加热时，在低于并接近临界点Ac3附近温度对其进行加热的同时，再采用电脉冲加热，并根据零件的有效直径将加热时间控制在4mm/min，以获得均匀的超细化奥氏体晶粒。车轴钢零件经本发明的电脉冲加热新工艺处理后，零件可获得均匀的超细晶粒，硬度和强度也得到提高。本发明与现有技术相比，本发明不仅具有处理后的零件晶粒尺寸超细小、不会出现混晶现象、容易获得均匀奥氏体晶粒的优点，而且本发明还具有能有效提高零件的强韧性、硬度和强度的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，属于金属热处理技术领域。
背景技术
近年来随着列车的提速对机车的性能提出了新的挑战，从而对火车车轴性能也提出了更高的要求。要求轮、轴应有足够的强度和冲击韧性，以保证在最高速度与载荷下，绝对安全可靠。轮、轴对于高速列车来说是直接关系列车安全的至关重要的零部件。因此，世界各国都十分重视轮、轴的材料与工艺研究开发。目前车轴热处理大多采用调质热处理加表面强化处理并采用电热炉加热的工艺路线。这种方法存在以下问题，一是车轴在前期进行锻造时具有较粗大的晶粒尺寸，后续热处理易于发生组织遗传导致调质热处理后也具有粗大的晶粒尺寸。二是调质加热过程温度较高导致混晶现象出现，降低强韧性对列车的运行安全产生威胁。此外采用临界点附近波动加热不易获得均匀的奥氏体晶粒。因此，现有的车轴钢热处理加热工艺的处理效果还是不够理想。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种晶粒尺寸细化、不易出现混晶现象、容易获得均匀奥氏体晶粒及强韧性较高的车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：本发明的一种车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺为，在对低中碳低合金车轴钢零件进行热处理工艺加热时，在低于并接近临界点Ac3附近温度对其进行加热的同时，再采用电脉冲加热，并根据零件的有效直径将加热时间控制在4mm/min，以获得均匀的超细化奥氏体晶粒。
在低于并接近临界点Ac3的温度范围为Ac3～Ac3-10℃的范围同时对低中碳低合金车轴钢零件进行电炉加热和电脉冲加热，加热完成后即可直接进行传统的淬火-回火工艺处理。
当低中碳低合金车轴钢零件为25CrMoA车轴钢材料时，在790℃～800℃范围对其进行电脉冲加热。
电脉冲加热的脉冲电流按零件轴横截面积5～10A/mm2的电流密度来确定，脉冲频率控制在5～80Hz。
在低于并接近临界点Ac3电脉冲加热零件后，再将温度提高2℃～10℃对零件进行加热，并保持到零件整个截面上温度基本一致时即可进行传统的淬火-回火工艺处理。
由于采用了上述技术方案，本发明在低于临界点Ac3附近对车轴钢进行电炉加热的同时，采用电脉冲加热来获得额外的能量使材料获得瞬时的温度升高而超过Ac3临界点获得极细化的原奥氏体晶粒后直接淬火得到极细化的马氏体组织。同时由于由于脉冲电流的输入，不仅使材料中的碳元素、合金元素获得了额外激活能ΔE，也使得杂质元素获得了额外的激活能腅，明显提高碳原子和其他合金元素扩散速度，这样就改变了杂质元素和各种偏析在奥氏体晶界上的富集，消除了先析铁索体以层状出现的可能，使得纤维组织难以形成，从而消除带状组织，使得晶粒尺寸和相变组织更加均匀。
下面是本发明与传统工艺加工零件的晶粒度对比如下：
零件材料：25CrMoA车轴钢
1、锻造后经传统调质热处理后零件的奥氏体晶粒度为5～7级；
2、经临界点波动超细化热处理工艺处理后，但未采用本发明的电脉冲加热工艺处理，其零件的奥氏体晶粒度可达到10～13级 ，但HRC40～42晶粒尺寸的均匀度较差，并出现轻微的带状偏析或带状组织；
3、经本发明的电脉冲加热超细化处理后，零件的奥氏体晶粒度可达到10～13级，HRC43～45晶粒尺寸的均匀度好，基本上消除带状偏析和带状组织。
从上面的对比可见经本发明的电脉冲加热新工艺处理后，零件可获得均匀的超细晶粒，硬度和强度也得到提高。通过以上对比可知，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有处理后的零件晶粒尺寸超细小、不会出现混晶现象、容易获得均匀奥氏体晶粒的优点，而且本发明还具有能有效提高零件的强韧性、硬度和强度的优点。
具体实施方式
本发明的实施例：在对低中碳低合金车轴钢零件进行热处理工艺加热时，在低于并接近临界点Ac3附近温度对其进行加热的同时，再采用电脉冲加热，并根据零件的有效直径将加热时间控制在4mm/min，以获得均匀的超细化奥氏体晶粒。
上述在低于并接近临界点Ac3的温度范围为Ac3～Ac3-10℃的范围同时对低中碳低合金车轴钢零件进行电炉加热和电脉冲加热，加热完成后即可直接进行传统的淬火-回火工艺处理。
当低中碳低合金车轴钢零件为25CrMoA车轴钢材料时，最好在790℃～800℃范围对其进行电脉冲加热。
在进行电脉冲加热时，电脉冲加热的脉冲电流按零件轴横截面积5～10A/mm2的电流密度来确定，脉冲频率控制在5～80Hz。
为了使零件能更好的获得极细化的原奥氏体晶粒后直接淬火得到极细化的马氏体组织，可在低于并接近临界点Ac3电脉冲加热零件后，再将温度提高2℃～10℃对零件进行加热，并保持到零件整个截面上温度基本一致时即可直接进行传统的淬火-回火工艺处理即可。
在进行电脉冲加热时，其电脉冲加热装置可采用现有的由加热炉及其控制系统、脉冲信号发生器、示波仪、变压器或调压器以及控制系统连接组成的成品装置。
Claims (4)
1.一种车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，其特征在于：在对低中碳低合金车轴钢零件进行热处理工艺加热时，在低于并接近临界点Ac3的温度范围为Ac3～Ac3-10℃的温度对其进行加热的同时，采用电脉冲加热，并根据零件的有效直径将加热时间控制在4mm/min，以获得均匀的超细化奥氏体晶粒；电脉冲加热的脉冲电流按零件轴横截面积5～10A/mm2的电流密度来确定，脉冲频率控制在5～80Hz。
2.根据权利要求1所述的车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，其特征在于：在低于并接近临界点Ac3的温度范围为Ac3～Ac3-10℃的范围同时对低中碳低合金车轴钢零件进行电炉加热和电脉冲加热，加热完成后即可直接进行传统的淬火-回火工艺处理。
3.根据权利要求1所述的车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，其特征在于：当低中碳低合金车轴钢零件为25CrMoA车轴钢材料时，在790℃～800℃范围对其进行电脉冲加热。
4.根据权利要求1所述的车轴钢晶粒超细化电脉冲加热工艺，其特征在于：在低于并接近临界点Ac3的温度范围为Ac3～Ac3-10℃电脉冲加热零件后，再将温度提高2℃～10℃对零件进行加热，并保持到零件整个截面上温度基本一致时即可进行传统的淬火-回火工艺处理。
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