铁路货车部件铸造材料热处理工艺研究

傅欣

摘 要：铸件材料的选择，热处理工艺的研究应成为提升铁路交通安全的重要保障。本文针对铁路货车关键铸件材料，以摇枕、侧架、车钩等关键部件为例，对其热处理技术进行了理论分析与研究探索。

关键词：铁路货车；铸件材料；热处理技术

一、铁路货车铸件材料

（一）摇枕、侧架铸用钢。目前，中国和北美（AAR）摇枕、侧架用铸钢材质强度等级比较接近，主要采用通过加入Mn、Cr、Ni、

Mo等元素进行合金化的低碳低合金钢为主。我国摇枕、侧架用铸钢主要牌号为：ZG25MnNi（B级钢）、ZG25MnCrNi（B+级钢）、ZG25MnCrNiMo（C级铸钢）等。

一方面在铸件的设计上，采用新的型号，如摇枕、侧架由转K2、K4型到转K5、K6型，车钩由13号到16、17号，增加了尺寸和壁厚，并使用高牌号材料：由普碳钢到B级钢，再到B+级钢、C级钢、E级钢等，新材料为低合金钢，可提高铸件的强度和抗疲劳性能；另一方面不断采用新的铸造技术，提高了铸件的质量，为货车的高速、重载提供保障。

（二）车钩铸用钢。在摇枕、侧架铸造材料的不断进步过程中，车钩用铸钢也经历了从普通碳素钢向力学性能更高的低合金钢的发展历程。我国采用的C级钢有ZG24SiMnVTi、ZG29MnMoNi和ZG25MnCrNiMo共3个牌号，采用的E级钢牌号为ZG25MnCrNiMo。目前，我国新造货车装用的均为E级钢（ZG25MnCrNiMo）调质态车钩。

二、铁路货车部件铸造材料热处理技术

（一）热处理技术的发展现状。我国铁路货车摇枕、侧架、车钩等铸钢件采用了潮模砂抛砂造型等机械化程度较高的生产线，与原来广泛采用的震动造型机相比提高了生产效率，造型质量大幅度提高。现阶段，我国的铁路货车的制芯技术、智能下芯技术、精炼技术、落砂、抛丸强化处理、铸件检测、铸造技术管理等制造与管理方面都拥有了长足的进步。对于铁路货车关键铸件，摇枕、侧架为B+级钢，采用正火热处理工艺，车钩为E级钢，采用调质热处理工艺。为了提高铸件热处理质量的一致性，车钩改进为连续式热处理工艺，摇枕、侧架也已推广使用连续式热处理工艺。

（二）热处理技术的优势。铸钢件经过高温冷却凝固后得到的组织为铸态组织，这取决于化学成分和凝固结晶过程，一般存在较严重的枝晶偏析，组织极不均匀，以及晶粒粗大和魏氏组织等问题，性能较差。

（三）摇枕、侧架热处理技术。对于摇枕，B级钢、B+级钢部分采用正火热处理技术，C级钢部分采用“正火+回火”热处理技术。摇枕、侧架的钢种平均含碳量（质量分数）为0.25%，属于亚共析钢，正火或“正火+回火”热处理后的金相组织为“铁素体+珠光体”。 摇枕、侧架铸钢件的铸态组织中，常有粗大枝晶及偏析。热处理时，奥氏体化加热保温温度和时间应尽量使其成分均匀，并防止奥氏体晶粒粗化。 奥氏体化保温温度一般为890～910℃，采用台车式热处理炉时，保温时间一般为3.5～4.5h，若采用连续式热处理炉，则保温时间需适当调整。 热处理时，必须根据其结构特点合理摆放。摇枕、侧架工作位置的下部通常处于拉应力状态，装炉时应保证该部位具有良好的透热和透冷条件，以保证该部位获得良好的金相组织和力学性能。

（四）车钩热处理技术。车钩的钢种属于低合金铸钢，强度等级为E级钢，材质牌号为ZG25MnCrNiMo。平均含碳量（质量分数）为0.25%，按含碳量进行划分属于亚共析钢。热处理工艺为淬火+高温回火。由于E级钢在凝固过程中产生发达的树枝晶和较大的合金元素偏析，在冷却过程中形成粗大的魏氏组织，这些都加剧了合金元素和金相组织的不均匀性。车钩制造过程中，为了在调质热处理时获得化学成分更加均匀、晶粒更加细小的组织，并且为减少热处理前产生焊修裂纹的趋势，通常在调质热处理前，对车钩进行一次预正火处理。

淬火温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织，车钩淬火温度一般在880～910℃，保温时间一般在2～3h，淬火介质为水。 车钩采用高温回火，根据硬度要求回火温度一般选择在550～600℃，保温时间一般在3～4h，冷却方式为风冷或水冷。由于对车钩使用性能的特殊要求，车钩的钩尾及尾销孔部位需要进行表面热处理，车钩表面热处理方式为火焰加热表面淬火和中频感应加热表面淬火。表面淬火热处理完成后，钩体一般应在8h内进行低温回火以消除淬火应力，回火温度为150～250℃。

目前，我国车钩钩体和钩舌已全部采用连续式热处理线进行调质热处理。采用连续式热处理技术，加热温度和冷却速度均匀性好，能很好地解决铸件热弯曲变形问题，获得力学性能优异和金相组织稳定的产品，有效地提高了实物质量。

参考文献：

[1] 杜皖宁.延长辊轴筛筛片使用寿命的研究[J].安徽机电学院学报.2000年01期