高速動車組鑄鋼制動盤熱處理工藝研究

曹銳

摘要：隨著我國高鐵事業(yè)的全面推進(jìn)，高速鐵路動車的剎車部件制動盤的制作工藝得到了十分去全面的關(guān)注。本篇文中主要介紹了制動盤制造過程中的熱處理方法，其中主要涉及到預(yù)埋法熱處理、碳滲透法、碳元素氮元素結(jié)合滲透法，以及感應(yīng)淬火法。此外，還簡單的介紹了目前十分先進(jìn)的激光淬火法、碳元素低壓滲透法等等工藝在動車制動盤制作方面的發(fā)展?fàn)顩r。并在文章的最后以高質(zhì)量、綠色環(huán)保等幾個標(biāo)準(zhǔn)對制動盤在未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：高速動車組鑄鋼制動盤；熱處理；新工藝

中圖分類號：U260.35+.1 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）006-000-01

高速鐵路技術(shù)作為一個能夠代表目前最先進(jìn)技術(shù)的縮影，給我們的生活帶來了十分巨大的改變。在飛速運轉(zhuǎn)的動車組中用來保障車輛安全運行的一個重要部件就是動車組的制動盤，它主要起到在運行的過程中改變速度和方向的作用。由于動車組的運營速度十分快，所以其對車身的各個部件都有著極高的要求，并且自身的技術(shù)含量也較高，是其它普通列車所不能比擬的。而在運行的過程中，動車組需要制動盤能夠十分可靠的工作性能，主要體現(xiàn)在耐磨性和抗疲勞性這兩大方面。雖然目前我國動車運營總里程數(shù)是全球第一，但是在一些比較核心的技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國家相比，我們之間仍然有著十分明顯的差距。在我們國內(nèi)生產(chǎn)的制動盤在綜合性能方面沒有國外的優(yōu)秀，并且在生產(chǎn)的過程中會耗費更過的優(yōu)勢資源。在此形勢下，要想有效的提高制動盤的各項技術(shù)參數(shù)，就必須在制造工藝和產(chǎn)品原材料的采集方面下更大的功夫。在這兩方面中，制造工藝需要得到額外的重視，需要技術(shù)人員和研發(fā)人員的不斷努力和創(chuàng)新才能夠使制動盤達(dá)到國外的同期水平。

一、高速動車組鑄鋼制動盤熱處理工藝概述

1.預(yù)先熱處理工藝

在關(guān)鍵金屬部件的制造過程中，我們廣泛的使用到了預(yù)熱處理這種方式，其根本目的是為了能夠使金屬毛坯部件能夠具有一定的硬度和強(qiáng)度，能夠為接下來的處理奠定必要的基礎(chǔ)。在原來的制造工藝中，最多使用到的熱處理方式是經(jīng)常見到的常規(guī)火處理。此種熱處理方法需要的設(shè)備較少、對能量的要求較低、工藝的要求也十分簡單，所以得到了普遍的應(yīng)用。但是在高速動車組上使用的制動部件比常規(guī)的部件要求更高，需要進(jìn)行特殊化的處理。但是原先使用的制造工藝往往在冷卻的過程中會存在著一定的缺陷。因為廣泛的采用了風(fēng)冷的冷卻方式，使金屬構(gòu)件最終的質(zhì)量會受到外界環(huán)境的嚴(yán)重影響。用此種方法冷卻的部件往往會存在硬度分布不均勻、內(nèi)部應(yīng)力較大的制造缺陷。

2.滲碳工藝

為了使制動盤具備有良好的各項技術(shù)參數(shù)，在其制造的過程中我們廣泛的采用了碳元素滲透工藝。而對于這項處理構(gòu)建表面硬度的技術(shù)而言，目前使用最廣泛的工藝就是氣體碳元素滲透法。一些國外的廠家甚至可以利用計算機(jī)實現(xiàn)碳元素滲透的深度控制，使制動盤的質(zhì)量得到了十分有效的保障。

3.滲氮工藝

氮元素滲透方式作為比較傳統(tǒng)的熱處理方式之一，具有其自身獨特的優(yōu)勢。但是將其利用到高速鐵路列車上的道路卻是十分的崎嶇。因為利用此方式處理的鋼構(gòu)件承重能力受到了十分嚴(yán)重的限制。在美國國家標(biāo)準(zhǔn)總，對此方式進(jìn)行處理的金屬制動部件只需要達(dá)到疲勞極限值的四分之三。但是，氮元素?zé)崽幚砉に囋谑褂玫倪^程中需要的溫度較低，并且工序也十分少，所以其仍然得到了十分廣泛的應(yīng)用。

二、高速動車組鑄鋼制動盤熱處理新工藝

1.激光淬火

激光淬火技術(shù)作為新興技術(shù)的組成部分之一，具有對工件影響小、淬火部位物理性能優(yōu)秀、工況整潔，以及一次性成型的優(yōu)勢。在生產(chǎn)的過程中能夠有效的保證制動盤的物理性能。但是如果金屬構(gòu)件表面反光率太高，那么這種淬火的方式就會大打折扣。所以在淬火之前，我們需要對金屬構(gòu)件表面進(jìn)行黑化處理，使其吸收光的能力提高。根據(jù)大量的數(shù)據(jù)表明，激光淬火的有效深度達(dá)到了一毫米，并且最終得到的鑄件硬度很高。正是因為這樣優(yōu)秀的性能激光淬火技術(shù)在出現(xiàn)以來得到了十分迅速的普及，被應(yīng)用到了許多重大的設(shè)備制造領(lǐng)域內(nèi)。

2.低壓真空滲碳

低壓真空的處理方式具有使金屬件表面的化學(xué)性質(zhì)保持穩(wěn)定、對環(huán)境友好等諸多優(yōu)秀的特點。并且其能夠優(yōu)化金屬部件形變的問題。此外，我們還可以通過溫度控制系統(tǒng)對淬火時間進(jìn)行精確的掌握，從而有效的降低生產(chǎn)所需要的能量。并且通過技術(shù)參數(shù)的設(shè)定還可以使設(shè)備的碳化處理后的絕緣性和硬化層分布差異有效的改變。這項工藝在我國由于種種技術(shù)原因沒有得到十分廣泛的使用，但是在一些工業(yè)基礎(chǔ)雄厚的發(fā)達(dá)國家卻得到了十分有效的利用。

其中最具有代表性的就是瑞典的高鐵制造業(yè)。

3.BH催滲工藝

BH催化式滲透元素方法更加趨向用化學(xué)手段來解決相關(guān)的技術(shù)問題。其在工作的過程中利用催化劑使金屬件表面的空氣層被破壞。同時，在催化劑的作用下可以在表面生成一定的碳離子和具有活躍化學(xué)性質(zhì)的氮原子。而這些電子和化學(xué)性質(zhì)活躍的元素將會在金屬構(gòu)件表面增強(qiáng)碳元素的滲透效率，從而到達(dá)理想的處理效果。但是該處理方式在實際使用的過程中需要將碳元素的形態(tài)進(jìn)行有效的控制，才能保證最終效果的優(yōu)良。

4.稀土共滲技術(shù)

該項使用稀土進(jìn)行滲透處理的技術(shù)是利用稀土在滲透過程中能夠致密金屬層，使金屬件的整體性能得以提升。并且能夠在很大的程度上使單位產(chǎn)品的耗能降低。而大量的數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)能夠有效的使產(chǎn)品的物理參數(shù)變得更加優(yōu)秀，使用壽命也得到了有效的延長。

5.液體氧氮化表面強(qiáng)化處理技術(shù)

此技術(shù)的工作原理具有十分強(qiáng)烈的創(chuàng)新性，其在具體的實踐操作中采用的是金屬鹽對表面進(jìn)行浸沒式的處理。而經(jīng)過處理后的產(chǎn)品普遍在物理性能上都十分優(yōu)秀，使用壽命和耐久度都得到了顯著的提升。

三、結(jié)語

通過多年的技術(shù)攻堅和經(jīng)驗的總結(jié)，我國已經(jīng)能夠自主獨立的生產(chǎn)各類在不同環(huán)境下工作的制動盤。而通過引進(jìn)國外先進(jìn)的各類金屬部件處理設(shè)備和技術(shù)，使我國在動車組制動盤的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了世界同期的先進(jìn)水平。據(jù)此，我們有理由相信我國的動車生產(chǎn)技術(shù)將會在國際市場上占到越來越大的份額，最終實現(xiàn)騰飛。

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作者簡介：曹 銳（1985-），男，山東青島人，中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司助理工程師、本科，研究方向：金屬熱處理。