大型冶金機械車輪的熱處理技術和質量控制

王志遠，韓明軒

（臺海瑪努爾核電設備股份有限公司，山東 煙臺 264003）

車輪是焦罐臺車、推焦車、攔焦車以及大型起重機等冶金機械中不可缺少的重要載件，它不但需要承擔自身的重量以及外加載荷，而且還必須承擔和導軌接觸之后所產生的應力，因此我們必須不斷的強化車輪的質量，只有這樣，才可以更好的保證整個冶金機械的穩定運行。

1 大型冶金機械車輪的熱處理技術要求以及常見失效形式

（1）大型冶金機械車輪的熱處理技術要求。根據有關的標準，大型冶金機械車輪的熱處理技術要求如下：車輪踏面以及輪緣內側面硬度應該在300HB～380HB，表面以下20mm（踏面直徑在400mm以上）或者15mm（踏面直徑在400mm以下）的硬度需要在260HB以上。除了上述車輪部位的相關要求十分明確外，其他部位沒有十分明確的要求，主要的原因是：在實際的生產中，車輪熱處理工藝路線是多樣的，車輪別的部位的熱處理情況需要根據實際的情況進行確定，確保其能夠滿足車輪整體的要求以及機械加工的要求[1]。

（2）常見失效形式。第一，斷裂。車輪產生這一失效形式的原因是，在對車輪進行熱處理的過程中，由于處理失當進而在車輪中形成微裂紋，再加上車輪的內部形成了十分強大的應力，因而當車輪受到外力作用時，裂紋就會開裂。第二，踏面深層脫落[2]。在車輪的失效形式中，踏面脫落十分常見，造成這一問題的主要原因是：車輪踏面在運行中，一般將會承受十分大的接觸應力，在經過較長時間的運行后，將會導致裂紋的產生，進而發生踏面脫落。

2 車輪熱處理工藝

根據車輪的熱處理技術的相關要求，在踏面噴淋淬火工藝不成熟的情況下，我們嘗試采取調質+感應淬火、調質+火焰淬火、整體淬火回火、兩側加蓋板保護淬火回火等工藝進行車輪熱處理操作。但是在嘗試的過程中，采用火焰淬火工藝后，一批車輪的其踏面產生開裂問題；采用感應淬火后，一批車輪在上線運行不久后，發生踏面剝落的問題，剝落的踏面厚度大約是2mm[3]。

圖1 試樣硬度檢測圖

經過長時間的研究，我們發現，在車輪材料十分合理的基礎上，使用整體淬火回火處理，將會很大程度的保障車輪的質量，降低其失效發生率，延長其使用壽命。為了對上述的猜想進行驗證，我們選取踏面直徑為500 mm的42CrMo鋼單緣車輪，然后在進行熱處理時采用整體淬火回火工藝，進而觀察其質量[4]。采用HL-80型里氏硬度計來測試試樣的硬度，具體的檢測情況可以查看下圖1。由圖1我們可以看出，對從踏面直徑為500 mm的42CrMo鋼單緣車輪進行整體淬火、回火處理后，輪輞從表面至25 mm深度處具有平緩的硬度梯度，且深25 mm處的硬度達26HB。

3 車輪選材以及質量控制

3.1 材料

針對大型冶金機械車輪整體性能的實現問題，踏面硬度的要求是很高的，車輪輻板的韌性和強度也要求很高，并且踏面以下一定深度內必須形成一定的硬度梯度，進而滿足有關的要求。基于上文所述，為加強車輪的質量，我們應當選擇中等淬透性的42CrMo鋼，并且對其進行整體淬火回火處理，在對其進行淬火處理后，回火溫度的選擇要合適，進而加強車輪的硬度。

3.2 質量控制措施

第一，合理選擇毛坯類型，而且需要密切關注毛坯內部以及表面的缺陷，對其進行嚴格的控制。對于大型冶金機械車輪的生產來說，主要使用兩種類型的車輪毛坯類型，即鑄坯和鍛坯。但是值得注意的是，由于鍛壓機械設備的限制，在使用車輪鍛坯時，我們當前所使用的并不是真正意義上的鍛造車輪坯，而是十分普通的圓餅坯，這種圓餅坯和碾鋼坯存在本質的區別。

第二，對熱處理過程加強監控，進而使車輪的質量能夠得到提高，以免因為熱處理失當而導致車輪壽命降低。車輪要想實現整體力學性，就必須對其進行熱處理，這是必要手段，但是如果在熱處理中存在問題，車輪產生非正常失效的可能性很大。為此，我們需要注意一些重要的地方，如熱處理過程的監控、熱處理過程的轉運、熱處理工藝參數的合理選定等。針對毛坯鍛造來說，鍛后熱處理十分重要，它直接決定著鍛坯的最終性能。如果鍛后熱處理十分合理，將會對最后的熱處理產生積極作用。與此同時，很多缺陷將不會遺傳至車輪最后的熱處理中。實事求是的說，合理的預備熱處理將會促進最終熱處理的質量提升，并且將會促進車輪機械加工效率的提升。

第三，明確熱處理驗收項目和驗收標準，確保有關的數據都是真實準確的，進而可以十分真實的考察車輪的質量。在進行車輪生產的過程中，對每一生產出來的車輪進行破壞性實驗，進而對其硬度梯度、缺陷等質量問題進行檢驗，這顯然是不可能和不現實的。但為了保障車輪的質量，應該在工藝條件發生變化時，對其熱處理效果進行確定。

4 結語

綜上所述，在大型冶金機械車輪的制作中，熱處理是一項十分重要的技術，它對于車輪的質量具有直接的影響，因此應該選擇最為適合的熱處理技術，保障車輪的質量。根據上述研究，車輪失效形式主要包括兩種，即踏面深層脫落和斷裂，在實際的生產中，一種要密切關注這兩種失效形式，采取有效的措施加以避免，進而保證車輪的質量。選擇中等淬透性的42CrMo鋼制作大型冶金機械車輪，通過整體淬火回火處理，將可以滿足車輪質量的相關要求。

[1]尚賀軍,趙麗美．大型冶金機械車輪的熱處理與質量管理[J]．熱處理,2011,26(4)：56-59．

[2]李萍,劉鑫．42CrMo天車車輪鍛件夾板熱處理組織與性能[J]．大型鑄鍛件,2008,(4)：6-7,12．

[3]李萍,劉鑫．42CrMo天車車輪鍛件夾板淬火與回火熱處理組織與性能[C]．//中國有色金屬學會第七屆學術年會論文集．2008：515-517．

[4]安濤．高速列車車輪淬火加熱動態測溫試驗[C]．//第九屆全國典型零件熱處理學術及技術交流會第六屆全國熱處理學會物理冶金學術交流會論文集．2006：42-46．