鍛造溫度對高速重載列車牽引桿沖擊性能的影響

文/李利連·大同機(jī)車鍛造有限責(zé)任公司

鍛造溫度對高速重載列車牽引桿沖擊性能的影響

文/李利連·大同機(jī)車鍛造有限責(zé)任公司

隨著我國高速和重載列車的發(fā)展，對大功率機(jī)車各部件的性能提出了更高的要求。牽引桿是列車上牽引部分的關(guān)鍵零件之一，其品質(zhì)的優(yōu)良與否會影響到列車運行的安全性。目前HXD2系列機(jī)車奔馳在我國東北和白俄羅斯等天氣較寒冷的地區(qū)，牽引桿采用EN10083標(biāo)準(zhǔn)的25CrMo4鋼，檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求較高，需要常溫和－40℃的沖擊性能，沖擊試樣缺口為2mm。沖擊性能檢驗的是工件的缺口敏感性，鍛造工藝、熱處理工藝、材料尺寸、組織形態(tài)等在很大程度上影響到?jīng)_擊性能。我們對25CrMo4鋼牽引桿鍛造、調(diào)質(zhì)后進(jìn)行了一系列沖擊試驗，研究終鍛溫度對其沖擊韌性的影響。

試驗材料和方法

試驗材料

試驗所用原材料25CrMo4是一種低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1和表2。

表1 牽引桿化學(xué)成分

表2 牽引桿25CrMo4力學(xué)性能

試驗方法

⑴試驗材料。

試驗的原材料是同一爐罐材料，試驗用料的化學(xué)成分見表3。牽引桿重量約410kg，有效厚度為100mm。

表3 本次試驗用料的化學(xué)成分

⑵鍛造設(shè)備。

采用天然氣加熱爐（數(shù)字式自動測溫儀）加熱、2t自由鍛設(shè)備鍛造成形，退火、淬火和回火設(shè)備是帶自動測溫系統(tǒng)的臺車式電加熱爐和臺車式回火爐。使用手持式紅外測溫儀測量始鍛溫度和終鍛溫度。沖擊試樣是缺口深度為2mm的V型試樣，在PTM2303-B金屬擺錘試驗機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗，低溫槽使用酒精制冷至－40℃保持10min。

⑶試驗。

第一組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為952℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

第二組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為950℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±100）℃，保溫3h；回火溫度（590±10）℃，保溫4h。

第三組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為913℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

第四組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為911℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（590±10）℃，保溫4h。

第五組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為865℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

第六組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為859℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（590±10）℃，保溫4h。

第七組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度分別為846℃、832℃和809℃；退火溫度（860±10）℃保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

試驗結(jié)果及分析

試驗結(jié)果如表4、5、6所示。

通過試驗數(shù)據(jù)分析，終鍛溫度在910～950℃溫度段時，強(qiáng)度性能指標(biāo)達(dá)到了要求的范圍，塑性指標(biāo)和常溫沖擊剛剛達(dá)到或在要求的邊緣。終鍛溫度對低溫（－40℃）沖擊影響很大，基本是個位數(shù)，調(diào)整回火工藝仍然很難提高。終鍛溫度在810～860℃溫度段時，強(qiáng)度性能指標(biāo)，塑性指標(biāo)和常溫、低溫（－40℃）沖擊性能滿足要求或者遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于要求值，通過優(yōu)化終鍛溫度，使熱處理后的各個性能指標(biāo)比較穩(wěn)定。

表4 第一、二組試驗后的力學(xué)性能

表5 第三、四組試驗后的力學(xué)性能

表6 第五、六、七組試驗后的力學(xué)性能

結(jié)論

⑴終鍛溫度直接影響25CrMo4鋼牽引桿的沖擊性能指標(biāo)。終鍛溫度越高，V形沖擊缺口試樣的性能越低，回火脆性明顯，鍛后的退火、調(diào)質(zhì)熱處理很難改善。

⑵終鍛溫度在810～850℃時，V形沖擊缺口試樣的性能變化不明顯，說明其不再影響25CrMo4鋼牽引桿的沖擊性能指標(biāo)。

⑶ 坯 料 尺 寸 為250mm×250mm× 250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；2t自由鍛設(shè)備鍛造成形，始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為810～850℃；退火溫度（860±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±1）℃，保溫4h。

通過之后的熱處理工藝過程很容易調(diào)整各項機(jī)械性能，使各項機(jī)械性能和沖擊性能指標(biāo)被控制在合理的范圍。