CN103205538A

CN103205538A - 一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法

Info

Publication number: CN103205538A
Application number: CN201310163182XA
Authority: CN
Inventors: 郑业方; 姜影; 张旭东
Original assignee: ZHUZHOU JIUFANG THERMAL METER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHUZHOU JIUFANG THERMAL METER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法,首先将扭力杆产品放在立式或卧式淬火机床上，淬火机床的旋转速度为60-120rad/s，然后采用环形加热感应器对扭力杆产品进行连续中频感应加热，中频电流频率为1-5KHz，感应器移动速度为50-120mm/min，在感应器后方设有环形冷却器，冷却器对加热完成的扭力杆产品喷水溶性介质进行连续淬火冷却，冷却介质水压为1-3MPa，最后将淬火后的扭力杆产品放入加热炉中进行中温回火，回火温度为380℃-500℃，回火后空冷得到成品。经本发明热处理工艺处理后的扭力杆产品，机械性能、硬度均匀性、晶粒度满足技术要求，3000mm长度范围内变形量≤3.5mm，而无需后续的校直和去应力处理，生产周期及生产成本显著降低。

Description

一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法

技术领域

本发明属于金属热处理技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法。

背景技术

随着城轨车辆的技术发展与进步，在地铁、高速客车转向架中采用空气弹簧作为抗压力装置成为一种技术主流，而空气弹簧自身具备的优缺点又决定需要增加抗侧滚装置，当车辆通过曲线时，抗侧滚装置限制了车体的侧滚角度和侧滚角位移，提高了车辆运行平稳性，并对车体的横摆、点头、摇头及沉浮等振动不产生影响，抗侧滚扭杆能够有效的减缓车辆运行时车体由于受到轨道不平顺和其他外界的激扰而产生的侧滚力，用时由于保证车体与转向架之间的横向和垂向之间的连接刚度，不会恶化车辆正常乘坐的舒适度，并将车辆限制在包络线内。扭力杆是抗侧滚装置中的主要受力部件，扭力杆的调质热处理工艺又是其制造技术难点。

扭力杆是应用在汽车、客车、地铁车辆上的控制平衡的关键部件，扭力杆的中频感应调质热处理能够保证其整体性能，降低变形量、生产周期及加工成本，而针对专利技术中已公开技术，只有涉及扭力杆的组装及总成，还没有轨道车辆用扭力杆中频感应调质热处理的专利信息。

有关于直径较小的汽车扭力杆的调质+高频表面淬火处理相关报道，如包学鹏在《汽车工艺与材料》上发表的关于NJ1035汽车扭杆的感应淬火处理，也有采用中频感应进行调质工艺进行阶梯轴的文章，如程根发等发表在《拖拉机及农用运输车》1997年第3期的《中频感应均匀加热技术在阶梯轴调质中的应用》，但这些报道只适用于直径在45mm以下且只需要表层组织硬化及调质处理的小型扭力杆，表层与心部性能差异较大，主要用于汽车领域，对直径到达到46mm-75mm的轨道车辆用扭力杆，还无相关中频感应调质热处理方法的报道。

轨道车辆用扭力杆属于长杆类阶梯轴，直径变化在46mm到75mm之间，传统的调质处理工艺采用井式炉进行整体淬火、回火处理，热处理后变形量较大（约7-15mm），热处理后需要反复校直和去应力回火，而且热处理后精加工困难，造成产品制造周期较长，制造成本较高。为了降低扭力杆的制造成本和缩短制造周期，新型轨道车辆用扭力杆主要采用中碳弹簧钢制造，其化学成分（质量分数）为0.48-0.56%的C，≤0.40%的Si，0.70-1.10%的Mn，0.90-1.20%的Cr，0.10-0.20%的V，0-0.30%的Mo，相对于传统的扭力杆生产工艺，中频感应调质热处理工艺解决了大直径阶梯轴的热透淬火以及质量的均匀性问题，3000mm长度范围内的工件变形量能控制在≤3.5mm以内，生产周期及生产成本显著减少。

发明内容

为解决目前扭力杆热处理中存在的变形较大、生产周期过长、制造成本高等问题，本发明提供了一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现：本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法的步骤如下：

（1）首先将抗侧滚扭力杆产品放置在立式或卧式淬火机床上,设置淬火机床的旋转速度为60-120rad/s；

（2）然后采用环形加热感应器对抗侧滚扭力杆产品进行连续中频感应加热,设置中频电流频率为1-5KHz，感应器移动速度为50-120mm/min，在感应器后方设有环形冷却器,冷却器对加热完成的扭力杆产品喷水溶性介质进行连续淬火冷却，冷却介质水压为1-3MPa；

（3）最后将淬火后的抗侧滚扭力杆产品放入加热炉中进行中温回火,回火温度为380℃-500℃，回火后空冷得到成品。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中轨道交通扭力杆产品的直径为46mm-75mm。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中轨道交通扭力杆产品的材质为中弹弹簧钢，优选50CrV或52CrMoV4，抗侧滚扭力杆产品材质成分的质量百分比组成为：C：0.47-0.56%；Si：0-0.40%；Mn：0.70-1.10%；Cr：0.90-1.20%；V：0.10-0.20%；Mo：0-0.30%；余量为Fe。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中步骤（2）中感应器与轨道交通扭力杆产品的间隙为1-3mm，感应器与冷却器之间的距离为15-25mm。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中步骤（2）中水溶性介质为PAG有机聚合物水溶液。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中步骤（1）中淬火机床的旋转速度优选为90-120rad/s。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中步骤（2）中感应器移动速度优选为80-120mm/min，中频电流频率优选为1-3KHz。

本发明所公开的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其中步骤（3）中，所述中温回火环节优选回火温度为380-450℃。

采用本发明方法热处理后产品1/2R处机械性能指标如下：

（1）抗拉强度≥1500～1650MPa；

（2）屈服强度≥1300MPa；

（3）伸长率≥6%；

（4）断面收缩率≥30%；

（5）冲击功AKU5（20℃）≥10J；

（6）表面硬度HRC≥47～50HRC；

（7）表面到心部硬度偏差≤5HRC；

（8）晶粒度≥7级，最高与最低级别之差不超过3级。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的热处理工艺采用中频感应调质处理的方法，采用本发明方法热处理后产品的机械性能、硬度均匀性、晶粒度均满足技术要求，生产周期缩短，制造成本显著降低。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1：实施例1制备的地铁扭力杆表面金相图。

图2：实施例1制备的地铁扭力杆1/2R金相图。

图3：实施例1制备的地铁扭力杆心部金相图。

具体实施方式

实施例1。

扭力杆化学成分（质量百分比）为：0.47%的C，0.18%的Si，0.75%的Mn，0.90%的Cr，0.21%的Mo，0.15%的V，余量为Fe。

中频感应处理：地铁扭力杆经表面精加工（或半精加工）处理后，进行中频感应处理，采用立式淬火机床，设置机床旋转速度90rad/s，采用环形加热感应器进行连续加热，环形冷却器连续冷却淬火，感应器与扭力杆之间间隙1mm，移动速度80mm/min，中频感应电流频率1KHz，连续加热冷却的方式进行淬火，采用PAG水溶性淬火介质进行冷却，淬火冷却介质水压1MPa。淬火后采用回火温度380℃。

采用以上工艺进行中频感应热处理后，扭力杆机械性能满足技术要求，硬度均匀性、晶粒度及变形量满足技术要求。经检测性能参数见下表。

参考附图1-3，图1为地铁扭力杆表面金相图，图2为地铁扭力杆1/2R金相，图3为地铁扭力杆心部金相金相图，观察发现，经热处理后，表层、1/2R、心部组织均为回火屈式体，晶粒度8.5级，满足技术要求。

实施例2。

扭力杆化学成分（质量百分比）为：0.50%的C，0.38%的Si，1.00%的Mn，0.98%的Cr，0.21%的Mo，0%的V，余量为Fe。

中频感应处理：地铁扭力杆经表面精加工（或半精加工）处理后，进行中频感应处理，采用立式淬火机床，设置机床旋转速度120rad/s，采用环形加热感应器进行连续加热，环形冷却器连续冷却淬火，感应器与扭力杆之间间隙2mm，移动速度100mm/min，中频感应电流频率2.5KHz，连续加热冷却的方式进行淬火，采用PAG水溶性淬火介质进行冷却，淬火冷却介质水压3MPa。淬火后采用回火温度450℃。

实施例3。

扭力杆化学成分（质量百分比）为： 0.55%的C，0.20%的Si，0.90%的Mn，1.10%的Cr，0.28%的Mo，0.30%的V，余量为Fe。

中频感应处理：地铁扭力杆经表面精加工（或半精加工）处理后，进行中频感应处理，采用立式淬火机床，设置机床旋转速度120rad/s，采用环形加热感应器进行连续加热，环形冷却器连续冷却淬火，感应器与扭力杆之间间隙3mm，移动速度120mm/min，中频感应电流频率5KHz，连续加热冷却的方式进行淬火，采用PAG水溶性淬火介质进行冷却，淬火冷却介质水压3MPa。淬火后采用回火温度500℃。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：所述的中频感应热处理方法步骤如下：

(1)首先将抗侧滚扭力杆产品放置在立式或卧式淬火机床上，设置淬火机床的旋转速度为60-120rad/s；

(2)然后采用环形加热感应器对抗侧滚扭力杆产品进行连续中频感应加热，设置中频电流频率为1-5KHz，感应器移动速度为50-120mm/min，在感应器后方设有环形冷却器，冷却器对加热完成的扭力杆产品喷水溶性介质进行连续淬火冷却，冷却介质水压为1-3MPa；

(3)最后将淬火后的抗侧滚扭力杆产品放入加热炉中进行中温回火，回火温度为380℃-500℃，回火后空冷得到成品。

2.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：抗侧滚扭力杆产品的直径为46mm-75mm。

3.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：抗侧滚扭力杆产品的材质为中碳弹簧钢。

4.如权利要求3所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：抗侧滚扭力杆产品材质成分的质量百分比组成为：C：0.47-0.56%；Si：0-0.40%；Mn：0.70-1.10%；Cr：0.90-1.20%；V：0.10-0.20%；Mo：0-0.30%；余量为Fe。

5.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：步骤（2）中感应器与抗侧滚扭力杆产品的间隙为1-3mm, 感应器与冷却器之间的距离为15-25mm。

6.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：步骤（2）中水溶性介质为PAG有机聚合物水溶液。

7.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：步骤（1）中淬火机床的旋转速度为90-120rad/s。

8.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：步骤（2）中感应器移动速度为80-120mm/min。

9.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：步骤（2）中中频电流频率为1-3KHz。

10.如权利要求1所述的一种轨道交通车辆的抗侧扭力杆中频感应调质热处理方法，其特征在于：步骤（3）中回火温度为380℃-450℃。