高速动车组铸钢制动盘热处理工艺研究

曹锐

摘要：随着我国高铁事业的全面推进，高速铁路动车的刹车部件制动盘的制作工艺得到了十分去全面的关注。本篇文中主要介绍了制动盘制造过程中的热处理方法，其中主要涉及到预埋法热处理、碳渗透法、碳元素氮元素结合渗透法，以及感应淬火法。此外，还简单的介绍了目前十分先进的激光淬火法、碳元素低压渗透法等等工艺在动车制动盘制作方面的发展状况。并在文章的最后以高质量、绿色环保等几个标准对制动盘在未来的发展进行了展望。

关键词：高速动车组铸钢制动盘；热处理；新工艺

中图分类号：U260.35+.1 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）006-000-01

高速铁路技术作为一个能够代表目前最先进技术的缩影，给我们的生活带来了十分巨大的改变。在飞速运转的动车组中用来保障车辆安全运行的一个重要部件就是动车组的制动盘，它主要起到在运行的过程中改变速度和方向的作用。由于动车组的运营速度十分快，所以其对车身的各个部件都有着极高的要求，并且自身的技术含量也较高，是其它普通列车所不能比拟的。而在运行的过程中，动车组需要制动盘能够十分可靠的工作性能，主要体现在耐磨性和抗疲劳性这两大方面。虽然目前我国动车运营总里程数是全球第一，但是在一些比较核心的技术方面与发达国家相比，我们之间仍然有着十分明显的差距。在我们国内生产的制动盘在综合性能方面没有国外的优秀，并且在生产的过程中会耗费更过的优势资源。在此形势下，要想有效的提高制动盘的各项技术参数，就必须在制造工艺和产品原材料的采集方面下更大的功夫。在这两方面中，制造工艺需要得到额外的重视，需要技术人员和研发人员的不断努力和创新才能够使制动盘达到国外的同期水平。

一、高速动车组铸钢制动盘热处理工艺概述

1.预先热处理工艺

在关键金属部件的制造过程中，我们广泛的使用到了预热处理这种方式，其根本目的是为了能够使金属毛坯部件能够具有一定的硬度和强度，能够为接下来的处理奠定必要的基础。在原来的制造工艺中，最多使用到的热处理方式是经常见到的常规火处理。此种热处理方法需要的设备较少、对能量的要求较低、工艺的要求也十分简单，所以得到了普遍的应用。但是在高速动车组上使用的制动部件比常规的部件要求更高，需要进行特殊化的处理。但是原先使用的制造工艺往往在冷却的过程中会存在着一定的缺陷。因为广泛的采用了风冷的冷却方式，使金属构件最终的质量会受到外界环境的严重影响。用此种方法冷却的部件往往会存在硬度分布不均匀、内部应力较大的制造缺陷。

2.渗碳工艺

为了使制动盘具备有良好的各项技术参数，在其制造的过程中我们广泛的采用了碳元素渗透工艺。而对于这项处理构建表面硬度的技术而言，目前使用最广泛的工艺就是气体碳元素渗透法。一些国外的厂家甚至可以利用计算机实现碳元素渗透的深度控制，使制动盘的质量得到了十分有效的保障。

3.渗氮工艺

氮元素渗透方式作为比较传统的热处理方式之一，具有其自身独特的优势。但是将其利用到高速铁路列车上的道路却是十分的崎岖。因为利用此方式处理的钢构件承重能力受到了十分严重的限制。在美国国家标准总，对此方式进行处理的金属制动部件只需要达到疲劳极限值的四分之三。但是，氮元素热处理工艺在使用的过程中需要的温度较低，并且工序也十分少，所以其仍然得到了十分广泛的应用。

二、高速动车组铸钢制动盘热处理新工艺

1.激光淬火

激光淬火技术作为新兴技术的组成部分之一，具有对工件影响小、淬火部位物理性能优秀、工况整洁，以及一次性成型的优势。在生产的过程中能够有效的保证制动盘的物理性能。但是如果金属构件表面反光率太高，那么这种淬火的方式就会大打折扣。所以在淬火之前，我们需要对金属构件表面进行黑化处理，使其吸收光的能力提高。根据大量的数据表明，激光淬火的有效深度达到了一毫米，并且最终得到的铸件硬度很高。正是因为这样优秀的性能激光淬火技术在出现以来得到了十分迅速的普及，被应用到了许多重大的设备制造领域内。

2.低压真空渗碳

低压真空的处理方式具有使金属件表面的化学性质保持稳定、对环境友好等诸多优秀的特点。并且其能够优化金属部件形变的问题。此外，我们还可以通过温度控制系统对淬火时间进行精确的掌握，从而有效的降低生产所需要的能量。并且通过技术参数的设定还可以使设备的碳化处理后的绝缘性和硬化层分布差异有效的改变。这项工艺在我国由于种种技术原因没有得到十分广泛的使用，但是在一些工业基础雄厚的发达国家却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铁制造业。

3.BH催渗工艺

BH催化式渗透元素方法更加趋向用化学手段来解决相关的技术问题。其在工作的过程中利用催化剂使金属件表面的空气层被破坏。同时，在催化剂的作用下可以在表面生成一定的碳离子和具有活跃化学性质的氮原子。而这些电子和化学性质活跃的元素将会在金属构件表面增强碳元素的渗透效率，从而到达理想的处理效果。但是该处理方式在实际使用的过程中需要将碳元素的形态进行有效的控制，才能保证最终效果的优良。

4.稀土共渗技术

该项使用稀土进行渗透处理的技术是利用稀土在渗透过程中能够致密金属层，使金属件的整体性能得以提升。并且能够在很大的程度上使单位产品的耗能降低。而大量的数据显示，该技术能够有效的使产品的物理参数变得更加优秀，使用寿命也得到了有效的延长。

5.液体氧氮化表面强化处理技术

此技术的工作原理具有十分强烈的创新性，其在具体的实践操作中采用的是金属盐对表面进行浸没式的处理。而经过处理后的产品普遍在物理性能上都十分优秀，使用寿命和耐久度都得到了显著的提升。

三、结语

通过多年的技术攻坚和经验的总结，我国已经能够自主独立的生产各类在不同环境下工作的制动盘。而通过引进国外先进的各类金属部件处理设备和技术，使我国在动车组制动盘的生产技术达到了世界同期的先进水平。据此，我们有理由相信我国的动车生产技术将会在国际市场上占到越来越大的份额，最终实现腾飞。

参考文献：

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作者简介：曹 锐（1985-），男，山东青岛人，中车青岛四方机车车辆股份有限公司助理工程师、本科，研究方向：金属热处理。