高铁车轴用34CrNiMo6钢的热处理工艺研究

谢帅

（江西景航航空锻铸有限公司，江西 景德镇 333039）

在高铁运行过程中，其最重要的一个荷载关键部件就是车轴。车轴在高铁上所需要承载的主要有弯曲载荷，扭转载荷，以及弯扭复合载荷等等，并且车轴也能够帮助整个列车承受一定的冲击。所以，对于车轴用钢的选取不仅要保证其较高的强度，还要具有一定的韧性。高铁车轴的使用效率以及使用寿命主要决定因素就是车轴使用的材料。车轴的材料也能够决定车轴在使用过程当中的可靠性。有很多国家都非常重视对于车轴的研发，现如今车轴的材料可以分成两种类型，一种是碳素钢车轴，一种是合金钢车轴。按照欧洲的标准来划分，在高速列车上，一般采用合金钢车轴。主要采用的材质有25CrMo4、34CrNiMo6、30CrMoA等。由于每一个国家的国情不同，在高速铁路的发展过程当中，发展进度也是不同的，包括技术观点都不尽相同，因此所选取的车轴材料也是不相同的，但是大多都属于含碳量比较低的钢的范畴。一般来说，在选取车轴的钢材的时候，它的含碳量一般会控制在0.3%～0.45%之间，并在其中加入适量的合金元素，如Cr、Mo、Ni等。对于高铁车轴的使用标准来说，要求其抗拉强度≥610MPa，屈服强度≥345MPa，伸长率≥21%。

1 实验材料以及实验方法

在选取车轴的钢材的时候，除了必须要保证它的原材料是符合国家标准的以外。还需要选择合适的热处理工艺来对其进行处理，这样可以有效的保证车轴在使用过程当中的力学性能以及小的热处理畸变。受到了价格因素的限制，现如今我国在高铁车轴选取当中主要使用的是35CrMo钢,对于34CrNiMo6钢的使用还是比较少的。现在对于34CrNiMo6钢的热处理工艺的研究还不够多，也缺少一些常规数据。为了能够有效地掌握34CrNiMo6钢的一些力学性能以及它的基本特征，本篇文章主要对34CrNiMo6钢的热处理工艺进行相应的研究。

1.1 试验材料

在本篇文章当中所选取的实验材料是退火状态的34CrNiMo6钢，选取的实验材料的规格尺寸为φ50mm×200mm。我们从实验材料上取一部分材料，使用等离子直读光谱仪来分析材料的化学成份。本实验当中所选取材料的化学成分，如下表1所示。

通过显微镜可以检测实验材料的显微组织，并且使用维氏硬度计来测量实验材料的硬度。从实验当中可以发现我们选取的实验钢材，它的原始组织是球状珠光体+碳化物，碳化物的颗粒比较细小且呈点及球状分布。

表1 钢的化学成分（质量分数，%）

1.2 试验方法

对钢材试样进行热处理时，淬火处理采用双室油气淬火真空炉，其淬火温度分别使用850℃和870℃。回火处理采用箱式电阻炉，其回火温度分别使用530℃、560℃、590℃、620℃、650℃以及680℃。热处理后，使用洛氏硬度计按照金属材料洛氏硬度试验的相关规定对其进行硬度测试。使用电子万能试验机对其进行抗拉强度以及屈服强度和断后伸长率的实验。使用金属摆锤冲击试验机按照实验标准分别测试常温、零下20℃和零下40℃下的冲击吸收能量。使用显微镜按照金属显微组织检验方法的相关规定观察钢材的显微组织。

2 工艺试验和分析

2.1 试样硬度

试样分别经850℃以及870℃的油淬之后，采用洛氏硬度计测得试样的平均硬度分别为HRC53.8以及HRC53.4，测试结果表明，采用这两种温度淬火后，其硬度值差别不大。试样再分别经530℃、560℃、590℃、620℃、650℃以及680℃回火处理后，我们同样对这些试样进行了硬度检测。测试数据表明，回火温度在530℃~550℃之间时，它的硬度值在HRC42~HRC相差不是很大。在回火温度，在550℃到650℃的时候，经历过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 试样显微组织

通过显微镜，我们可以观测到试验钢材的显微组织。通过观察可以发现当试验钢材经过了850°的油淬以及870°的油淬之后所得到的显微组织都呈现出均匀并且非常细小的板条状马氏体组织。

2.3 回火温度对硬度的影响

试验钢材的回火温度以及硬度之间存在着一定关系，并且从实验当中就可以发现，回火温度不断升高，那么实验钢材的硬度就会不断下降。因此在850℃的油淬之后，经历过530℃的回火，实验钢材的硬度可以达到HRC42.8。如果回火温度升到650℃的时候，实验钢材的硬度是HRC29.1。在经历过870℃的油淬之后，经历520℃的回火，实验钢材的硬度是HRC43.1，当回火温度升到650℃的时候，实验钢材的硬度是HRC26.2。

2.4 回火温度对力学性能的影响

我们的实验钢材在经过了850℃以及870℃的油淬处理之后，再分别使用不同温度来对其进行回火处理。以此来测试它的抗拉强度，屈服强度以及断后伸长率，并发现了回火温度越高，那么钢材的抗拉强度以及屈服强度都会出现下降的情况，而断后伸长率却会逐步的上升。

2.5 热处理优化工艺

通过实验来制定出一个样品钢的优化热处理工艺。具体工艺为850℃的奥氏体化后，油淬回火温度定为680℃。使用该工艺来处理刚试样品，其显微组织可以保持马氏体位向分布。在索氏体上有大量的颗粒状的渗碳钢，其力学性能为钢实验品经过850℃的油冷，680℃的回火，其抗拉强度为829.71MPa,屈服强度为730MPa，伸长率为23.3%。在不同温度下的钢试验品的显微组织如图1所示。

图1 不同温度下的钢试验品的显微组织

3 结语

本次实验当中的钢材在经历过850℃的油淬以及870℃的油淬之后，所得到的组织是表现为均匀并且细小的板条状马氏体组织，实验钢材的平均硬度分别为HRC53.8和HRC53.4，这就说明在实验当中，在经历过850℃以及870℃的处理之后，组织以及硬度相差并不是很大，所选取的钢材具有非常良好的淬透性，实验钢材在经历过不同温度下的回火处理之后，它的硬度会随着回火的温度的升高而降低。并且试验钢材在850℃以及870℃的油淬处理之后，回火温度在530℃到550℃的时候，硬度差值是比较小的，当回火温度定在550℃的650℃的时候，经历过850℃回火后的钢材的硬度要比870℃的油淬回火后的钢材的硬度更高，此钢材会随着回火温度的不断升高，降低抗拉强度以及屈服强度，在回火温度为530℃到650℃的时候，其抗拉强度以及屈服强度都可以满足高铁车轴所需要的性能指标。