高鐵車軸用34CrNiMo6鋼的熱處理工藝研究

謝帥

（江西景航航空鍛鑄有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333039）

在高鐵運(yùn)行過程中，其最重要的一個(gè)荷載關(guān)鍵部件就是車軸。車軸在高鐵上所需要承載的主要有彎曲載荷，扭轉(zhuǎn)載荷，以及彎扭復(fù)合載荷等等，并且車軸也能夠幫助整個(gè)列車承受一定的沖擊。所以，對于車軸用鋼的選取不僅要保證其較高的強(qiáng)度，還要具有一定的韌性。高鐵車軸的使用效率以及使用壽命主要決定因素就是車軸使用的材料。車軸的材料也能夠決定車軸在使用過程當(dāng)中的可靠性。有很多國家都非常重視對于車軸的研發(fā)，現(xiàn)如今車軸的材料可以分成兩種類型，一種是碳素鋼車軸，一種是合金鋼車軸。按照歐洲的標(biāo)準(zhǔn)來劃分，在高速列車上，一般采用合金鋼車軸。主要采用的材質(zhì)有25CrMo4、34CrNiMo6、30CrMoA等。由于每一個(gè)國家的國情不同，在高速鐵路的發(fā)展過程當(dāng)中，發(fā)展進(jìn)度也是不同的，包括技術(shù)觀點(diǎn)都不盡相同，因此所選取的車軸材料也是不相同的，但是大多都屬于含碳量比較低的鋼的范疇。一般來說，在選取車軸的鋼材的時(shí)候，它的含碳量一般會(huì)控制在0.3%～0.45%之間，并在其中加入適量的合金元素，如Cr、Mo、Ni等。對于高鐵車軸的使用標(biāo)準(zhǔn)來說，要求其抗拉強(qiáng)度≥610MPa，屈服強(qiáng)度≥345MPa，伸長率≥21%。

1 實(shí)驗(yàn)材料以及實(shí)驗(yàn)方法

在選取車軸的鋼材的時(shí)候，除了必須要保證它的原材料是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的以外。還需要選擇合適的熱處理工藝來對其進(jìn)行處理，這樣可以有效的保證車軸在使用過程當(dāng)中的力學(xué)性能以及小的熱處理畸變。受到了價(jià)格因素的限制，現(xiàn)如今我國在高鐵車軸選取當(dāng)中主要使用的是35CrMo鋼,對于34CrNiMo6鋼的使用還是比較少的?，F(xiàn)在對于34CrNiMo6鋼的熱處理工藝的研究還不夠多，也缺少一些常規(guī)數(shù)據(jù)。為了能夠有效地掌握34CrNiMo6鋼的一些力學(xué)性能以及它的基本特征，本篇文章主要對34CrNiMo6鋼的熱處理工藝進(jìn)行相應(yīng)的研究。

1.1 試驗(yàn)材料

在本篇文章當(dāng)中所選取的實(shí)驗(yàn)材料是退火狀態(tài)的34CrNiMo6鋼，選取的實(shí)驗(yàn)材料的規(guī)格尺寸為φ50mm×200mm。我們從實(shí)驗(yàn)材料上取一部分材料，使用等離子直讀光譜儀來分析材料的化學(xué)成份。本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所選取材料的化學(xué)成分，如下表1所示。

通過顯微鏡可以檢測實(shí)驗(yàn)材料的顯微組織，并且使用維氏硬度計(jì)來測量實(shí)驗(yàn)材料的硬度。從實(shí)驗(yàn)當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)我們選取的實(shí)驗(yàn)鋼材，它的原始組織是球狀珠光體+碳化物，碳化物的顆粒比較細(xì)小且呈點(diǎn)及球狀分布。

表1 鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.2 試驗(yàn)方法

對鋼材試樣進(jìn)行熱處理時(shí)，淬火處理采用雙室油氣淬火真空爐，其淬火溫度分別使用850℃和870℃?；鼗鹛幚聿捎孟涫诫娮锠t，其回火溫度分別使用530℃、560℃、590℃、620℃、650℃以及680℃。熱處理后，使用洛氏硬度計(jì)按照金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定對其進(jìn)行硬度測試。使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對其進(jìn)行抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度和斷后伸長率的實(shí)驗(yàn)。使用金屬擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分別測試常溫、零下20℃和零下40℃下的沖擊吸收能量。使用顯微鏡按照金屬顯微組織檢驗(yàn)方法的相關(guān)規(guī)定觀察鋼材的顯微組織。

2 工藝試驗(yàn)和分析

2.1 試樣硬度

試樣分別經(jīng)850℃以及870℃的油淬之后，采用洛氏硬度計(jì)測得試樣的平均硬度分別為HRC53.8以及HRC53.4，測試結(jié)果表明，采用這兩種溫度淬火后，其硬度值差別不大。試樣再分別經(jīng)530℃、560℃、590℃、620℃、650℃以及680℃回火處理后，我們同樣對這些試樣進(jìn)行了硬度檢測。測試數(shù)據(jù)表明，回火溫度在530℃~550℃之間時(shí)，它的硬度值在HRC42~HRC相差不是很大。在回火溫度，在550℃到650℃的時(shí)候，經(jīng)歷過850℃的油淬回火之后的硬度要比870℃的油淬回火之后的硬度高。

2.2 試樣顯微組織

通過顯微鏡，我們可以觀測到試驗(yàn)鋼材的顯微組織。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)試驗(yàn)鋼材經(jīng)過了850°的油淬以及870°的油淬之后所得到的顯微組織都呈現(xiàn)出均勻并且非常細(xì)小的板條狀馬氏體組織。

2.3 回火溫度對硬度的影響

試驗(yàn)鋼材的回火溫度以及硬度之間存在著一定關(guān)系，并且從實(shí)驗(yàn)當(dāng)中就可以發(fā)現(xiàn)，回火溫度不斷升高，那么實(shí)驗(yàn)鋼材的硬度就會(huì)不斷下降。因此在850℃的油淬之后，經(jīng)歷過530℃的回火，實(shí)驗(yàn)鋼材的硬度可以達(dá)到HRC42.8。如果回火溫度升到650℃的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)鋼材的硬度是HRC29.1。在經(jīng)歷過870℃的油淬之后，經(jīng)歷520℃的回火，實(shí)驗(yàn)鋼材的硬度是HRC43.1，當(dāng)回火溫度升到650℃的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)鋼材的硬度是HRC26.2。

2.4 回火溫度對力學(xué)性能的影響

我們的實(shí)驗(yàn)鋼材在經(jīng)過了850℃以及870℃的油淬處理之后，再分別使用不同溫度來對其進(jìn)行回火處理。以此來測試它的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度以及斷后伸長率，并發(fā)現(xiàn)了回火溫度越高，那么鋼材的抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度都會(huì)出現(xiàn)下降的情況，而斷后伸長率卻會(huì)逐步的上升。

2.5 熱處理優(yōu)化工藝

通過實(shí)驗(yàn)來制定出一個(gè)樣品鋼的優(yōu)化熱處理工藝。具體工藝為850℃的奧氏體化后，油淬回火溫度定為680℃。使用該工藝來處理剛試樣品，其顯微組織可以保持馬氏體位向分布。在索氏體上有大量的顆粒狀的滲碳鋼，其力學(xué)性能為鋼實(shí)驗(yàn)品經(jīng)過850℃的油冷，680℃的回火，其抗拉強(qiáng)度為829.71MPa,屈服強(qiáng)度為730MPa，伸長率為23.3%。在不同溫度下的鋼試驗(yàn)品的顯微組織如圖1所示。

圖1 不同溫度下的鋼試驗(yàn)品的顯微組織

3 結(jié)語

本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的鋼材在經(jīng)歷過850℃的油淬以及870℃的油淬之后，所得到的組織是表現(xiàn)為均勻并且細(xì)小的板條狀馬氏體組織，實(shí)驗(yàn)鋼材的平均硬度分別為HRC53.8和HRC53.4，這就說明在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，在經(jīng)歷過850℃以及870℃的處理之后，組織以及硬度相差并不是很大，所選取的鋼材具有非常良好的淬透性，實(shí)驗(yàn)鋼材在經(jīng)歷過不同溫度下的回火處理之后，它的硬度會(huì)隨著回火的溫度的升高而降低。并且試驗(yàn)鋼材在850℃以及870℃的油淬處理之后，回火溫度在530℃到550℃的時(shí)候，硬度差值是比較小的，當(dāng)回火溫度定在550℃的650℃的時(shí)候，經(jīng)歷過850℃回火后的鋼材的硬度要比870℃的油淬回火后的鋼材的硬度更高，此鋼材會(huì)隨著回火溫度的不斷升高，降低抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度，在回火溫度為530℃到650℃的時(shí)候，其抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度都可以滿足高鐵車軸所需要的性能指標(biāo)。