一种铁路货车组合式制动梁的热处理工艺的制作方法

本发明专利涉及金属热处理加工领域，更具体地，涉及一种用于铁路货车组合式制动梁的热处理工艺。

背景技术：

目前铁路货车运输现场使用最多的是组合式制动梁，在结构上具有整体性好，无焊点、重量较轻等特点。该制动梁的弓形梁架采用低合金钢系列的q460e等级微合金化钢制造，钢材断面为特种十字型钢。

由于货车负载大，在线运行时经常停车、启动；因此，货车制动梁受力情况复杂多变，但是其主要承受瞬时加载的低周疲劳载荷。另外，货车制动梁还必须保证在高寒地区使用的安全可靠性。所以，货车制动梁用钢材须具有优良的综合力学性能，强度和韧性必须有良好的配合。原铁道部发布的《铁路货车组合式制动梁技术条件》规定，要求货车制动梁用钢材的屈服强度rel≥460mpa(成品制动梁架rel≥420mpa)，-40℃冲击吸收能量akv≥27j等。q460e等级微合金化钢采用v、ti、al、nb等元素进行微合金化成分设计，作为原材料完全满足组合式制动梁的强度设计要求。但是随着组合式制动梁的大量生产应用，在工厂日常检测中发现了成品制动梁中存在使金属柔韧性急剧下降的魏氏组织。例如，在一次行业质量检查工作中，发现有6个生产厂的制动梁产品中存在较为严重的魏氏组织，其中3个生产厂的产品冲击性能或屈服强度不合格。魏氏组织的出现给生产和使用带来了极大的困扰，也为铁路运行安全埋下了安全隐患。

魏氏组织的形成原因在于钢材热加工过程中，奥氏体晶粒长得过于粗大；如果此时处理不当，粗大的奥氏体晶粒中就会形成许多平行的铁素体针片。这种铁素体针片使钢材成品脆弱，柔韧性大幅度下降。

以q460e微合金化十字型钢为原材料制造制动梁成品，热加工工艺过程主要是：十字型钢加热→十字型钢热切→将十字型钢切分、拉伸成弓形→整形→冷却(空冷+风冷)→回火→空冷等工序。这其中包括四个不同概念的热加工过程：热切、形变、正火、回火。其中：

①十字型钢热切是热挤压过程，需要较高的温度。

②十字型钢热切后拉成弓形的过程本质上是形变热处理，而且不能拉裂，需要在合适的温度下进行，从热切工位到拉伸工位的转移须迅速。

③十字型钢加热、热切、拉伸、整形、空冷和风冷的整个过程，本质上是正火热处理，其目的是使钢材晶粒细化和碳化物分布均匀化，从而使珠光体转化为奥氏体。整个过程的加热温度不能过高，应在奥氏体温度区的下部。

④最后的热加工过程是对弓形梁架进行高温回火热处理。

上述整个热加工过程直接决定着制动梁的显微组织，而显微组织最终决定了成品的力学性能。

试验数据显示，对成品制动梁而言，魏氏组织含量达到2级时就可造成制动梁低温冲击性能低于标准要求。而上述q460e钢制动梁生产过程中的各个热加工过程，如果工艺参数控制不当均可能产生魏氏组织。所以必需对q460e钢制动梁的热加工过程加以优化，从而尽量避免魏氏组织的产生或严格控制魏氏组织含量。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铁路货车组合式制动梁热加工工艺，通过控制主要工艺参数，避免或者显著减少制动梁成品中的魏氏组织，从而提高制动梁的力学性能，尤其是在高寒环境下的抗冲击性，保证铁路运输的安全。

为了实现上述技术效果，本发明采用如下的技术方案：

一种铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺，以q460e钢为原料，包括；1)钢材的加热，2)钢材的热切，3)钢材的切分、拉伸成弓形，4)整形，5)冷却，6)回火，7)二次冷却；其中，

所述步骤1)，钢材加热至920～960℃，保温15～25分钟，保温时间从升温至相应终温开始计时。

优选的，所述步骤1)，钢材加热至930～950℃，保温时间从升温至相应终温开始计时。

还优选的，所述步骤1)，保温时间18～22分钟。

优选的，所述步骤5)，冷却方式选自空冷和风冷中的一种或两种，冷却至100～150℃。

更优选的，所述步骤5)，冷却方式为空冷同时风冷。

优选的，所述步骤6)，回火加热至480～590℃，保温90～150分钟，保温时间从升温至相应终温开始计时。

更优选的，所述步骤6)，回火加热至510～530℃。

还优选的，所述步骤6)，回火保温120～150分钟。

优选的，所述步骤7)，二次冷却方式为空冷。

优选的，所述步骤2)～4)在5～15分钟内完成。

上述铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺中，对钢材的加热方式可以选用电炉加热、燃气加热、油炉加热中的任一种，只要是热量从发热体通过空气介质传导到工件上即可。

发明人通过研究发现，对铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺中，q460e钢的金相结构对钢材的加热温度、加热保温时间、整形后的冷却速度、回火温度和回火保温时间等参数敏感，而且这些参数相互关联。其中影响q460e钢中魏氏组织最敏感的工艺参数是加热温度和加热保温时间，其次是冷却速度、回火温度和回火保温时间。基于上述研究和认识，本发明提供了一种针对q460e钢的铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺。与按照传统热处理加工工艺制备得到的制动梁比较，本发明的热处理加工工艺在微观上能够显著减少魏氏组织，宏观上提高了制动梁的力学性能。具体的，经过本发明所述热处理加工工艺制备的铁路货车组合式制动梁的低温(-40℃)冲击吸收能量大于100j。

附图说明

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

图1的照片是实施例2制备的制动梁显微组织，其中1a放大100倍，1b放大500倍。

图2的照片是实施例5制备的制动梁显微组织，其中2a放大100倍，2b放大500倍。

图3的照片是实施例8制备的制动梁显微组织，其中3a放大100倍，3b放大500倍。

图4的照片是对比例2制备的制动梁显微组织，其中4a放大100倍，4b放大500倍。

图5的照片是对比例5制备的制动梁显微组织，其中5a放大100倍，5b放大500倍。

图6的照片是对比例8制备的制动梁显微组织，其中6a放大100倍，6b放大500倍。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在以下的描述中，如果没有具体说明，则采用的是本领域常规的原材料、方法或手段。为了不混淆本发明，对于一些众所周知的操作、步骤、特征将不再进行详细阐述。

实施例1～9一种铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺及其制备的组合式制动梁

上述实施例所述铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺，以q460e钢为原料，包括如下步骤；

1)钢材的加热，加热终温见表1所示，从加热至相应终温开始计时，保温时间共计20分钟；

2)钢材的热切，保温时间结束，立即对钢材进行热切；

3)钢材的切分、拉伸成弓形；

4)整形；

5)冷却至120℃，冷却方式见表1所示；

6)回火，加热至520℃，保温150分钟；

7)空冷至室温，即得。

其中，步骤2)～4)共用时9分钟。

每个实施例得到的制动梁取其断面金相，分别放大100倍和500倍观察制动梁的显微组织，可见其中的魏氏组织含量较少，面积约在0.1％～0.3％，具体见表1所示。其中实施例2、5和8制得的制动梁的显微照片分别如图1a和1b，图2a和2b以及图3a和3b所示。

按照gb/t229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》测定各制动梁的-40℃冲击吸收能量(重复三次)，均大于100j，具体结果见表1。

表1实施例1～9的热处理加工工艺及其制备的组合式制动梁相关性能参数测定结果

从表1的数据可知，本发明的热处理加工工艺稳定，不同批次的制动梁的性能一致性好。

对比例1～9一种铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺及其制备的组合式制动梁

对比例所述铁路货车组合式制动梁的热处理加工工艺，以q460e钢为原料，包括如下步骤；

1)钢材的加热，加热终温见表2所示，从加热至相应终温开始计时，保温时间共计20分钟；

2)钢材的热切，保温时间结束，立即对钢材进行热切；

3)钢材的切分、拉伸成弓形；

4)整形；

5)空冷至120℃；

6)回火，加热终温和保温时间见表2所示；

7)空冷至室温，即得。

其中，步骤2)～4)共用时10分钟。

每个对比例得到的制动梁取其断面金相，分别放大100倍和500倍观察制动梁的显微组织，可见其中的魏氏组织含量较多，面积在4％以上，有的甚至达到92％。其中对比例例2、5和8制得的制动梁的显微照片分别如图4a和4b、图5a和5b以及图6a和6b所示。

按照gb/t229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》测定-40℃冲击吸收能量(重复三次)，均远小于100j，具体见表2所示。

表2对比例1～9热处理加工工艺及其制备的组合式制动梁的相关性能参数

表2的数据示出，改变本发明所述热处理工艺的部分参数，如加热终温、回火终温，都会使制动梁的魏氏组织显著增加，从而降低了成品的低温抗冲击性能。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明专利的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明专利在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明专利的精神和教导范围内。