火车轮整体淬火新工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种火车轮整体淬火新工艺：(1)首先将工件装入下真空隔热模腔与下定位模腔内，上压模与上真空隔热模腔下降与下真空隔热模腔夹紧工件并加压；(2)上述夹紧工件的整体淬火装置快速下降并浸入淬火冷却介质内，整体上下串动、水平移动，淬火冷却介质喷流搅拌；(3)冷却结束后，整体上升，上压模与上真空隔热模腔提升，工件卸出。本发明整体淬火新工艺淬火过程中，火车轮随模具整体进入淬火介质，不形成混合着氧化皮等杂物的大量水蒸汽，不产生对工作环境的污染，尤其是车轮的综合机械性能提高，强度指标优异，满足了火车轮E级整体淬火技术的要求，有利于促进高速车轮国产化的进程和车轮整体淬火技术大规模推广应用。
【专利说明】火车轮整体淬火新工艺
【技术领域】
[0001]本发明专利属于热处理工艺，具体是指一种火车轮整体淬火的新工艺。
【背景技术】
[0002]火车轮是铁道运输车辆的主要部件，在工作过程中受交变载荷作用。车轮辐板需要较好的韧性、抗断裂性能和抗热裂性能，而踏面(轮辋)因与钢轨接触发生摩擦而发热，易剥落、辗堆，需要较高的硬度、强度和耐磨性，因此要求车轮(特别是高速车轮)具有良好的综合机械性能，达到高安全性和高经济性。热处理是达到这些性能的主要手段。
[0003]国际铁路联盟标准HC812和国际标准IS01005除N、T级热处理工艺方式外，还有一种先进的热处理工艺方式-E级热处理，即采用整体浸入式淬火及500°C以上的回火(整体车轮浸入淬火工艺)。
[0004]车轮的N级热处理即正火处理、T级热处理即轮辋激冷淬火处理、E级热处理即整体车轮浸入淬火处理。E级热处理由于车轮形状复杂等诸多原因，工艺实施十分困难。但较之N、T级而言，采用E级热处理工艺可以使车轮性能最佳。
[0005]目前国内大部分专业车轮生产厂按照GB8601和TB2708标准规定，只能进行N级和T级2种热处理工艺。
[0006]N级热处理:
[0007]即正火或正火加回火处理，这种热处理的工艺方法最简单，但车轮的综合机械性能较差。
[0008]T级热处理:
[0009]即轮辋激冷淬火加回火处理，常用的为卧式轮惘连续淬火工艺、立式轮惘断续淬火工艺、轮辋三面强化淬火工艺。
[0010]卧式轮惘连续淬火工艺:车轮在淬火机上以外侧面朝上放置方式接受踏面淬火的国家有俄罗斯、中国、英国等，车轮以内侧面朝上放置方式接受踏面淬火的国家有法国、日本等，日本住友金属公司在车轮踏面淬火的同时，也在外侧面喷水冷却。目前，国际上大部分生产厂采用这种工艺原理，完成轮辋踏面硬化工序。
[0011]立式车轮轮辋淬火:车轮立式淬火工艺是将车轮侧立，进行踏面淬火的工艺方法。
[0012]轮辋三面强化淬火:在车轮外侧面朝上、水平放置的条件下，针对车轮的整个轮辋部分(包括踏面、外侧面、内侧面及整个轮辋的圆周方向)，同时给以喷水淬火冷却。
[0013]T级热处理的3种不同的工艺方法，均采用的是喷水淬火冷却，其共同的特点是:
[0014]淬火机喷嘴对应不同尺寸规格的车轮其相对位置的调整困难，影响不同尺寸规格的车轮淬火冷却后的质量一致性；
[0015]冷却水压和流量的控制困难，特别是不同位置的各个喷嘴且各个喷嘴的管阻不可能相同，影响车轮淬火冷却后硬度的均匀性。
[0016]多个喷嘴的淬火机故障率高，工艺调整困难。
[0017]淬火冷却过程中形成的混合着氧化皮等杂物的大量水蒸汽，严重污染工作环境。
[0018]对于大批量规模化生产，需配置多台淬火机与加热炉、输送机等组成了流水作业线,输送机必须对应多台淬火机的工件传输,其设备复杂、故障率高、投资成本大。
[0019]采用T级热处理的工艺方法，热处理性能虽然不如E级热处理，但工艺实施易于组织。
[0020]E级热处理
[0021]即整体车轮浸入淬火加回火处理，整体车轮淬火后回火的工艺方法，可以使车轮(特别是高速车轮)性能最佳。由于车轮形状复杂，轮辋、轮壳与辐板截面之间尺寸的差异很大，所以整体车轮淬火工艺的实施十分困难。而采用这种工艺对提高车轮性能，特别是轮辋性能不仅非常明显，而且是必需的。几十年来车轮热处理工作者一直在寻找能够满足铁路(特别是高速列车)使用要求的新工艺方法。
[0022]车轮生产按HC812和国际标准IS01005中的E级条件生产和检验，在我国，这种车轮的生产已完成了试制任务，并已投入生产，但是E级热处理这种优势的工艺方法不能全面推广应用，其原因为:
[0023]车轮轮辋、辐板、轮壳组成的横截面形状过于复杂；
[0024]淬火辐板防护装置不可重复应用；
[0025]工艺技术较难组织，淬火幅板防护装置加载困难；
[0026]车轮具有复杂的应力分布；
[0027]挠曲变形大，加大了切削量；
[0028]车轮制造成本高；
[0029]因此，车轮整体淬火工艺，尽管在理论上和实践上都十分必要，但由于制造上存在种种困难未能广泛推广，仅在少数特殊需要的车轮品种上，为少数国家有选择地采用。
【发明内容】
[0030]本发明的目的是克服【背景技术】所述缺点，发明满足铁路(特别是高速列车)车轮热处理质量要求的火车轮E级热处理整体淬火新工艺。
[0031]本发明所述火车轮整体淬火新工艺，其工艺装置包括上压模、上隔热模腔、工件、下隔热模腔、下定位模、淬火介质和喷流器，工艺过程采用上下模加压限形淬火技术、喷流搅拌与串动淬火技术、真空隔热模腔淬火技术和模具优化设计制造技术。
[0032]本发明所述的火车轮整体淬火工艺步骤如下:
[0033](I)首先将工件装入下隔热模腔与下定位模腔内，上压模与上隔热模腔下降与下隔热模腔夹紧工件并加压限形；
[0034](2)上述夹紧工件的整体淬火装置快速下降并浸入淬火冷却介质内，整体上下串动、水平移动，喷流器对淬火介质进行搅拌；
[0035](3)随机动态控制淬火冷却时间，冷却结束后，整体上升，上压模与上隔热模腔提升，工件卸出。
[0036]进一步的，车轮是随模具装夹后整体淬入淬火介质。
[0037]进一步的，隔热模腔为真空隔热模腔。
[0038]进一步的，整体上下串动、水平移动为多次循环运行。
[0039]进一步的，喷流器为恒压恒速且与水平移动同步进行。
[0040]进一步的，真空隔热模腔的真空度对火车轮辐板和轮毂的降温具有较大的影响，运行中，模腔内真空度波动不大于±50Pa。
[0041]进一步的,淬火结束后,辐板和轮毂的温度彡650°C。
[0042]进一步的，上下模可重复使用，上下模使用寿命为万次以上，真空隔热模腔使用寿命为千次以上。
[0043]本发明也适用于类似有特殊要求的其它工件热处理等。
[0044]本发明的有益效果是，采用上下模加压限形淬火技术，限制了齿轮挠曲变形，减少了切削量，降低了车轮的制造成本；采用喷流搅拌与串动淬火技术，火车轮踏面和轮辋的淬火硬度均匀性提高，轮辋的淬火硬度深度加大；采用真空隔热模腔淬火技术，淬火过程中不形成混合着氧化皮等杂物的大量水蒸汽，不产生对工作环境的污染；采用模具优化设计制造技术，真空隔热模腔可以重复使用，上下模使用寿命为万次以上，不同尺寸规格车轮淬火冷却后的质量一致性好，不同尺寸规格及不同材质的车轮工艺调整简单。该车轮整体淬火新工艺的应用，较好的解决了高速车轮E级整体淬火工艺及连续生产过程的技术难题，尤其是车轮的综合机械性能提高，强度指标优异，满足了火车轮E级整体淬火技术的要求，有利于促进高速车轮国产化的进程和车轮整体淬火技术大规模推广应用。
[0045]说明书附图
[0046]图1、火车轮基本构造示意图。
[0047]图2、火车轮淬火前整体装夹示意图。
[0048]图3、火车轮整体淬火示意图。
[0049]具体实施工艺
[0050]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051 ] 参看图1、图2和图3，火车轮整体淬火新工艺，其工艺装置包括上压模1、上隔热模腔2、工件3、下隔热模腔4、下定位模5、淬火介质6和喷流器7，工艺过程采用上下模加压限形淬火技术、喷流搅拌与串动淬火技术、真空隔热模腔淬火技术和模具优化设计制造技术。
[0052]所述火车轮整体淬火淬火新工艺，其步骤如下:
[0053](I)首先将工件3装入下隔热模腔4与下定位模5腔内，上压模I与上隔热模腔2下降与下隔热模腔4夹紧工件并加压限形；
[0054](2)上述夹紧工件的整体淬火装置快速下降并浸入淬火冷却介质6，整体上下串动、水平移动，喷流器7对淬火介质6进行搅拌；
[0055](3)随机动态控制淬火冷却时间，冷却结束后，整体上升，上压模I与上隔热模腔2提升，工件3卸出。
[0056]本发明淬火过程中采用真空隔热淬火技术，淬火结束后，火车轮的辐板与轮毂的温度> 650°C，为确保其综合机械性能，真空隔热模腔的真空度对火车轮辐板和轮毂的降温具有较大的影响，运行中，模腔内真空度波动不大于± 50Pa。
[0057]如图3所示，本发明淬火工艺采用喷流器搅拌与串动淬火技术，火车轮踏面和轮辋的淬火硬度均匀性提高，轮辋的淬火硬度深度加大。
[0058]本发明淬火工艺通过上压模I与上隔热模腔2进行加压限形淬火技术，限制了挠曲变形，减少了切削量，降低了车轮的制造成本。
[0059]本发明采用模具优化设计制造技术，上下模可重复使用，上压模I与下定位模5使用寿命万次以上，真空隔热模腔使用寿命为千次以上。
[0060]本发明经过该淬火工艺加工的火车轮的综合机械能提高，尤其是强度指标优异；火车轮淬火冷却后硬度的均匀性好，车轮踏面硬度适中，自踏面向轮辋心部硬度递减平缓；不同尺寸规格的车轮淬火冷却后的质量一致性好，不同尺寸规格及不同材质的车轮工艺调整简单；限制了挠曲变形，减少了切削量，降低了车轮的制造成本。
[0061]淬火冷却过程中不形成的混合着氧化皮等杂物的大量水蒸汽，不产生对工作环境的污染。该车轮整体淬火新工艺的应用，较好的解决了高速车轮E级整体淬火工艺及连续生产过程的技术难题，尤其是车轮的综合机械性能提高，强度指标优异，满足了火车轮E级整体淬火技术的要求，有利于促进高速车轮国产化的进程和车轮整体淬火技术大规模推广应用。
[0062]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，工艺装置包括上压模、上隔热模腔、工件、下隔热模腔、下定位模、淬火介质和喷流器，工艺过程采用上下模加压限形淬火技术、喷流搅拌与串动淬火技术、真空隔热模腔淬火技术和模具优化设计制造技术。
2.基于权利要求1所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤: (1)首先将工件装入下隔热模腔与下定位模腔内，上压模与上隔热模腔下降与下隔热模腔夹紧工件并加压限形； (2)上述夹紧工件的整体淬火装置快速下降并浸入淬火冷却介质内，整体上下串动、水平移动，喷流器对淬火介质进行搅拌； (3)随机动态控制淬火冷却时间，冷却结束后，整体上升，上压模与上隔热模腔提升，工件卸出。
3.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，车轮淬火是随模具装夹后整体淬入淬火介质。
4.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，隔热模腔为真空隔热模腔。
5.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，整体上下串动、水平移动为多次循环运行。
6.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，喷流器为恒压恒速且与水平移动动作同步进行。
7.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，真空隔热模腔的真空度对火车轮辐板和轮毂的降温具有较大的影响，运行中，隔热模腔内真空度波动不大于±50Pa。
8.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，淬火结束后，火车轮的辐板与轮毂的温度> 650°C。
9.根据权利要求2所述的火车轮整体淬火新工艺，其特征在于，上下模可重复使用，上下模使用寿命为万次以上，真空隔热模腔使用寿命为千次以上。
【文档编号】C21D9/34GK104232871SQ201310221946
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2013年6月6日
【发明者】湛宪宪, 王涛, 向阳, 陈华, 齐建弟, 毛润辉 申请人:天龙科技炉业(无锡)有限公司