鍛造溫度對高速重載列車牽引桿沖擊性能的影響

文/李利連·大同機車鍛造有限責任公司

鍛造溫度對高速重載列車牽引桿沖擊性能的影響

文/李利連·大同機車鍛造有限責任公司

隨著我國高速和重載列車的發展，對大功率機車各部件的性能提出了更高的要求。牽引桿是列車上牽引部分的關鍵零件之一，其品質的優良與否會影響到列車運行的安全性。目前HXD2系列機車奔馳在我國東北和白俄羅斯等天氣較寒冷的地區，牽引桿采用EN10083標準的25CrMo4鋼，檢驗標準要求較高，需要常溫和－40℃的沖擊性能，沖擊試樣缺口為2mm。沖擊性能檢驗的是工件的缺口敏感性，鍛造工藝、熱處理工藝、材料尺寸、組織形態等在很大程度上影響到沖擊性能。我們對25CrMo4鋼牽引桿鍛造、調質后進行了一系列沖擊試驗，研究終鍛溫度對其沖擊韌性的影響。

試驗材料和方法

試驗材料

試驗所用原材料25CrMo4是一種低碳低合金調質鋼，其化學成分和力學性能見表1和表2。

表1 牽引桿化學成分

表2 牽引桿25CrMo4力學性能

試驗方法

⑴試驗材料。

試驗的原材料是同一爐罐材料，試驗用料的化學成分見表3。牽引桿重量約410kg，有效厚度為100mm。

表3 本次試驗用料的化學成分

⑵鍛造設備。

采用天然氣加熱爐（數字式自動測溫儀）加熱、2t自由鍛設備鍛造成形，退火、淬火和回火設備是帶自動測溫系統的臺車式電加熱爐和臺車式回火爐。使用手持式紅外測溫儀測量始鍛溫度和終鍛溫度。沖擊試樣是缺口深度為2mm的V型試樣，在PTM2303-B金屬擺錘試驗機上進行沖擊試驗，低溫槽使用酒精制冷至－40℃保持10min。

⑶試驗。

第一組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為952℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

第二組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為950℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±100）℃，保溫3h；回火溫度（590±10）℃，保溫4h。

第三組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為913℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

第四組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為911℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（590±10）℃，保溫4h。

第五組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為865℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

第六組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為859℃；退火溫度（870±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（590±10）℃，保溫4h。

第七組試驗：坯料尺寸為250mm× 250mm×250mm， 坯 料 加 熱 溫 度 為1220℃，保溫2h；始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度分別為846℃、832℃和809℃；退火溫度（860±10）℃保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±10）℃，保溫4h。

試驗結果及分析

試驗結果如表4、5、6所示。

通過試驗數據分析，終鍛溫度在910～950℃溫度段時，強度性能指標達到了要求的范圍，塑性指標和常溫沖擊剛剛達到或在要求的邊緣。終鍛溫度對低溫（－40℃）沖擊影響很大，基本是個位數，調整回火工藝仍然很難提高。終鍛溫度在810～860℃溫度段時，強度性能指標，塑性指標和常溫、低溫（－40℃）沖擊性能滿足要求或者遠遠高于要求值，通過優化終鍛溫度，使熱處理后的各個性能指標比較穩定。

表4 第一、二組試驗后的力學性能

表5 第三、四組試驗后的力學性能

表6 第五、六、七組試驗后的力學性能

結論

⑴終鍛溫度直接影響25CrMo4鋼牽引桿的沖擊性能指標。終鍛溫度越高，V形沖擊缺口試樣的性能越低，回火脆性明顯，鍛后的退火、調質熱處理很難改善。

⑵終鍛溫度在810～850℃時，V形沖擊缺口試樣的性能變化不明顯，說明其不再影響25CrMo4鋼牽引桿的沖擊性能指標。

⑶ 坯 料 尺 寸 為250mm×250mm× 250mm，坯料加熱溫度為1220℃，保溫2h；2t自由鍛設備鍛造成形，始鍛溫度為（1150±50）℃，終鍛溫度為810～850℃；退火溫度（860±10）℃，保溫3h；淬火溫度（860±10）℃，保溫3h；回火溫度（620±1）℃，保溫4h。

通過之后的熱處理工藝過程很容易調整各項機械性能，使各項機械性能和沖擊性能指標被控制在合理的范圍。