崔永亮，徐俊生，趙興龍

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

國(guó)內(nèi)鐵路車輛用軸材質(zhì)主要為L(zhǎng)Z50鋼，其主要熱處理工藝為二次正火＋回火，正火后冷卻速度與車軸熱處理后性能有直接的關(guān)系，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中正火冷卻靠的是出爐后風(fēng)機(jī)吹冷的工藝，風(fēng)冷工藝受季節(jié)影響特別大。特別是到夏季最炎熱時(shí)節(jié)，車軸的屈服強(qiáng)度就很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)控制正火后風(fēng)冷的能力來(lái)控制車軸性能成為迫在眉睫的問(wèn)題。太原重工輪軸分公司與邢臺(tái)鼎盛工業(yè)爐有限公司合作對(duì)車軸正火冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改造。通過(guò)壓縮空氣均勻吹冷正火出爐后車軸，解決了由于季節(jié)環(huán)境溫度因素造成車軸性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。

1 控冷原理及功能介紹

車軸正火采用步進(jìn)式加熱爐，出料節(jié)拍為4min～5min，二次正火后出爐溫度為790℃～850℃。車軸規(guī)格直徑為Φ180mm～Φ240mm，單重為550kg，空壓機(jī)風(fēng)冷設(shè)備需具備單工位單節(jié)拍使車軸表面從810℃左右降至650℃的能力。

控冷設(shè)備應(yīng)用軋輥噴淬的原理，所不同的是噴管噴的是高壓空氣。車軸上方布置兩排高壓空氣噴管，噴管在軸向上按每100mm布置一對(duì)，保證車軸表面沒(méi)有噴吹盲區(qū)。車軸放置于兩對(duì)滾輪上面，滾輪驅(qū)動(dòng)車軸旋轉(zhuǎn)，使得車軸整體均勻、快速冷卻。出口高壓管上布置調(diào)壓閥，噴管出口設(shè)有空氣流量計(jì)，通過(guò)調(diào)整噴管出口風(fēng)速來(lái)控制車軸冷卻速度。根據(jù)不同季節(jié)環(huán)境溫度來(lái)調(diào)節(jié)噴管出口風(fēng)速，從而控制車軸冷卻速度，使車軸正火后冷卻過(guò)程中組織轉(zhuǎn)變可控，達(dá)到一年四季車軸性能指標(biāo)均勻穩(wěn)定的目標(biāo)。

2 控冷設(shè)備組成

控冷設(shè)備包括由一臺(tái)38m3／min雙螺桿空壓機(jī)和靜壓包組成的供氣機(jī)構(gòu)、車軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、撥料裝置、噴氣系統(tǒng)（管路、閥、噴嘴等）、阻緩裝置、氣壓控制器，如圖1所示。

圖1 車軸正火控制冷卻設(shè)備示意圖

2．1 空壓機(jī)組

根據(jù)工藝要求選用上海東方空壓機(jī)廠雙螺桿空壓機(jī)，其排氣量為38m3／min，壓力為0．7MPa，功率為220kW，可連續(xù)工作，由其提供壓縮空氣。

2．2 車軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

車軸在進(jìn)入托轉(zhuǎn)輪上后可實(shí)現(xiàn)60r／min左右的轉(zhuǎn)動(dòng)，由2臺(tái)2．2kW減速機(jī)帶動(dòng)托轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。由于車軸溫度高，會(huì)影響支承輪軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)，在支撐軸承盒上設(shè)計(jì)有水冷軸承支座。兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)輪能保證較長(zhǎng)車軸的均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。

2．3 撥料裝置

車軸冷卻時(shí)間達(dá)到后依靠撥料裝置將車軸從托輪裝置上撥入下一級(jí)軌道，采用液壓油缸自動(dòng)托起的工作方式。

2．4 噴氣系統(tǒng)

由空壓機(jī)提供的壓縮空氣經(jīng)DN80管接入分氣包，經(jīng)相關(guān)閥門調(diào)節(jié)后再由特制噴嘴噴出，能在出口產(chǎn)生80m／s的噴射速度。在車軸縱向布2排，共計(jì)24個(gè)噴嘴。噴嘴距車軸表面距離在200mm處可作微調(diào)，每個(gè)噴嘴流量可調(diào)。在分氣包上除引出各個(gè)噴嘴，還裝有排污閥、安全閥、壓力表。每個(gè)噴嘴與分氣包間安裝有手閥，可對(duì)每個(gè)噴嘴流量進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。

2．5 阻緩裝置

車軸從步進(jìn)爐出料后，先進(jìn)入輥道，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)工位前設(shè)置阻緩裝置，使車軸輕輕滾入工位，減少車軸對(duì)設(shè)備的沖擊，此機(jī)構(gòu)仍然使用液壓缸實(shí)現(xiàn)停放作用。

2．6 氣壓控制器

總進(jìn)風(fēng)管道口設(shè)計(jì)有壓力檢測(cè)調(diào)節(jié)及報(bào)警裝置，并配有車軸溫度檢測(cè)顯示功能，方便根據(jù)不同環(huán)境溫度來(lái)調(diào)節(jié)壓力及出口風(fēng)速。

3 設(shè)備運(yùn)行驗(yàn)證

3．1 測(cè)溫驗(yàn)證

鐵道部常規(guī)RE2B車軸二次正火810℃出爐后經(jīng)控冷裝置冷卻，噴管出口風(fēng)速50m／s，環(huán)境溫度（廠內(nèi)白天平均）23℃，對(duì)出爐的13根車軸表面溫度進(jìn)行紅外測(cè)溫，測(cè)溫位置分別為左軸頸、左輪座、軸身、右輪座、右軸頸，測(cè)溫結(jié)果如圖2所示。

圖2 測(cè)溫結(jié)果顯示

測(cè)溫結(jié)果表明在環(huán)境溫度為23℃時(shí)，車軸經(jīng)控冷裝置5min冷卻后，車軸表面溫度均勻，且平均冷卻到650℃，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。車軸各部位溫度相差不大，說(shuō)明冷卻裝置可使車軸均勻冷卻。

3．2 車軸性能統(tǒng)計(jì)分析

我們對(duì)3月與6月份兩個(gè)月的鐵道部常用貨車車軸RE2B共226批車軸性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，3月份為控冷設(shè)備運(yùn)行之前，3月份廠內(nèi)平均氣溫為11℃，6月份為控冷設(shè)備運(yùn)行之后，6月份廠內(nèi)平均氣溫為22℃。正火后冷卻速度越快，車軸冷卻過(guò)程析出鐵素體組織會(huì)越少，車軸屈服強(qiáng)度越高。按往年經(jīng)驗(yàn)，6月份由于環(huán)境溫度很高，車軸冷卻速度會(huì)變慢，車軸屈服強(qiáng)度要比3月份低。車軸性能取樣位置為延長(zhǎng)段處。圖3為采用控冷措施前、后車軸屈服性能對(duì)比。

圖3 采用控冷措施前后車軸屈服性能對(duì)比

由圖3可知，3月份與6月份車軸性能差異不大，且6月份車軸性能更為穩(wěn)定。6月份車軸性能均在345MPa以上，全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求，表明車軸性能由于環(huán)境溫度變化造成的季節(jié)性性能差異得到了很好控制。下一步將摸索噴管高壓空氣出口速度與廠內(nèi)環(huán)境溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)穩(wěn)定車軸性能，達(dá)到車軸性能全年一致的效果。

4 結(jié)論

應(yīng)用軋輥噴淬原理，開發(fā)了通過(guò)壓縮空氣均勻吹冷正火后車軸，來(lái)控制車軸冷卻速度的裝置。結(jié)果表明，應(yīng)用此裝置后車軸性能得到一定程度的穩(wěn)定。隨季節(jié)溫度改變車軸的性能差異減小，車軸熱處理一次合格率得到了提升。

［1］ 何春雨．中厚板正火控制冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．金屬熱處理，2008，7（2）：171－175．

［2］ 胡光立，謝希文．鋼的熱處理原理與工藝［M］．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1993．

［3］ 康大韜，葉國(guó)斌．大型鍛件材料及熱處理［M］．北京：龍門書局，1998．