大型冶金机械车轮的热处理技术和质量控制

王志远，韩明轩

（台海玛努尔核电设备股份有限公司，山东 烟台 264003）

车轮是焦罐台车、推焦车、拦焦车以及大型起重机等冶金机械中不可缺少的重要载件，它不但需要承担自身的重量以及外加载荷，而且还必须承担和导轨接触之后所产生的应力，因此我们必须不断的强化车轮的质量，只有这样，才可以更好的保证整个冶金机械的稳定运行。

1 大型冶金机械车轮的热处理技术要求以及常见失效形式

（1）大型冶金机械车轮的热处理技术要求。根据有关的标准，大型冶金机械车轮的热处理技术要求如下：车轮踏面以及轮缘内侧面硬度应该在300HB～380HB，表面以下20mm（踏面直径在400mm以上）或者15mm（踏面直径在400mm以下）的硬度需要在260HB以上。除了上述车轮部位的相关要求十分明确外，其他部位没有十分明确的要求，主要的原因是：在实际的生产中，车轮热处理工艺路线是多样的，车轮别的部位的热处理情况需要根据实际的情况进行确定，确保其能够满足车轮整体的要求以及机械加工的要求[1]。

（2）常见失效形式。第一，断裂。车轮产生这一失效形式的原因是，在对车轮进行热处理的过程中，由于处理失当进而在车轮中形成微裂纹，再加上车轮的内部形成了十分强大的应力，因而当车轮受到外力作用时，裂纹就会开裂。第二，踏面深层脱落[2]。在车轮的失效形式中，踏面脱落十分常见，造成这一问题的主要原因是：车轮踏面在运行中，一般将会承受十分大的接触应力，在经过较长时间的运行后，将会导致裂纹的产生，进而发生踏面脱落。

2 车轮热处理工艺

根据车轮的热处理技术的相关要求，在踏面喷淋淬火工艺不成熟的情况下，我们尝试采取调质+感应淬火、调质+火焰淬火、整体淬火回火、两侧加盖板保护淬火回火等工艺进行车轮热处理操作。但是在尝试的过程中，采用火焰淬火工艺后，一批车轮的其踏面产生开裂问题；采用感应淬火后，一批车轮在上线运行不久后，发生踏面剥落的问题，剥落的踏面厚度大约是2mm[3]。

图1 试样硬度检测图

经过长时间的研究，我们发现，在车轮材料十分合理的基础上，使用整体淬火回火处理，将会很大程度的保障车轮的质量，降低其失效发生率，延长其使用寿命。为了对上述的猜想进行验证，我们选取踏面直径为500 mm的42CrMo钢单缘车轮，然后在进行热处理时采用整体淬火回火工艺，进而观察其质量[4]。采用HL-80型里氏硬度计来测试试样的硬度，具体的检测情况可以查看下图1。由图1我们可以看出，对从踏面直径为500 mm的42CrMo钢单缘车轮进行整体淬火、回火处理后，轮辋从表面至25 mm深度处具有平缓的硬度梯度，且深25 mm处的硬度达26HB。

3 车轮选材以及质量控制

3.1 材料

针对大型冶金机械车轮整体性能的实现问题，踏面硬度的要求是很高的，车轮辐板的韧性和强度也要求很高，并且踏面以下一定深度内必须形成一定的硬度梯度，进而满足有关的要求。基于上文所述，为加强车轮的质量，我们应当选择中等淬透性的42CrMo钢，并且对其进行整体淬火回火处理，在对其进行淬火处理后，回火温度的选择要合适，进而加强车轮的硬度。

3.2 质量控制措施

第一，合理选择毛坯类型，而且需要密切关注毛坯内部以及表面的缺陷，对其进行严格的控制。对于大型冶金机械车轮的生产来说，主要使用两种类型的车轮毛坯类型，即铸坯和锻坯。但是值得注意的是，由于锻压机械设备的限制，在使用车轮锻坯时，我们当前所使用的并不是真正意义上的锻造车轮坯，而是十分普通的圆饼坯，这种圆饼坯和碾钢坯存在本质的区别。

第二，对热处理过程加强监控，进而使车轮的质量能够得到提高，以免因为热处理失当而导致车轮寿命降低。车轮要想实现整体力学性，就必须对其进行热处理，这是必要手段，但是如果在热处理中存在问题，车轮产生非正常失效的可能性很大。为此，我们需要注意一些重要的地方，如热处理过程的监控、热处理过程的转运、热处理工艺参数的合理选定等。针对毛坯锻造来说，锻后热处理十分重要，它直接决定着锻坯的最终性能。如果锻后热处理十分合理，将会对最后的热处理产生积极作用。与此同时，很多缺陷将不会遗传至车轮最后的热处理中。实事求是的说，合理的预备热处理将会促进最终热处理的质量提升，并且将会促进车轮机械加工效率的提升。

第三，明确热处理验收项目和验收标准，确保有关的数据都是真实准确的，进而可以十分真实的考察车轮的质量。在进行车轮生产的过程中，对每一生产出来的车轮进行破坏性实验，进而对其硬度梯度、缺陷等质量问题进行检验，这显然是不可能和不现实的。但为了保障车轮的质量，应该在工艺条件发生变化时，对其热处理效果进行确定。

4 结语

综上所述，在大型冶金机械车轮的制作中，热处理是一项十分重要的技术，它对于车轮的质量具有直接的影响，因此应该选择最为适合的热处理技术，保障车轮的质量。根据上述研究，车轮失效形式主要包括两种，即踏面深层脱落和断裂，在实际的生产中，一种要密切关注这两种失效形式，采取有效的措施加以避免，进而保证车轮的质量。选择中等淬透性的42CrMo钢制作大型冶金机械车轮，通过整体淬火回火处理，将可以满足车轮质量的相关要求。

[1]尚贺军,赵丽美．大型冶金机械车轮的热处理与质量管理[J]．热处理,2011,26(4)：56-59．

[2]李萍,刘鑫．42CrMo天车车轮锻件夹板热处理组织与性能[J]．大型铸锻件,2008,(4)：6-7,12．

[3]李萍,刘鑫．42CrMo天车车轮锻件夹板淬火与回火热处理组织与性能[C]．//中国有色金属学会第七届学术年会论文集．2008：515-517．

[4]安涛．高速列车车轮淬火加热动态测温试验[C]．//第九届全国典型零件热处理学术及技术交流会第六届全国热处理学会物理冶金学术交流会论文集．2006：42-46．