一种车轮锻件用原材料及其热处理方法与流程

1.本发明属于车轮加工技术领域，具体涉及一种车轮锻件用原材料及其热处理方法。


背景技术：

2.车轮是起重运输机械、冶金机车、港机、矿机等重要设备的重要部件，起着承重和运行的重要作用。在车轮运行过程中，踏面部位一方面要有足够高的硬度，以保证车轮踏面具有一定的耐磨性；同时，踏面部位要具有合理分布的硬化层，以防车轮踏面在接触应力的作用下，发生踏面的剥落失效。
3.起重运输机械、冶金机车、港机、矿机用车轮，一般选用65mn、50simn、35crmnsi等材料在铸造或锻造成形后，采用调质处理 表面硬化处理的方式进行热处理。65mn、50simn材料含碳量较高，很容易在调质和表面硬度处理过程中发生开裂；35crmnsi属于超高强度钢，需要采用特殊的热处理方式才可以实现其超高强度的特性；同时，对65mn、50simn、35crmnsi等材料实施表面硬化处理，极易导致踏面发生淬火开裂。
4.如cn103469057a公开了一种汽车车轮用钢及其生产方法，其化学成分wt%：c0.07%～0.1%、si0.15%～0.3%、mn1.3%～1.6%、p＜0.02%、s＜0.005%。转炉底吹ar搅拌时间＞5min，rh炉成分微调、真空循环脱气处理，连铸全程吹ar保护浇铸。将连铸坯加热炉加热至1200～1300℃，粗轧开轧温度1100～1250℃，终轧温度＞1000℃；精轧机入口温度950～990℃，终轧温度780～820℃，未再结晶阶段压下率＞60%；以25～30℃/s层流冷却，卷取温度450～500℃。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种车轮锻件用原材料及其热处理方法，车轮踏面可以获得表面硬度300~380hb，踏面以下20mm处的硬度≥260hb，在确保车轮整体强度的同时，踏面可以获得较高的表面硬度和合理的硬化层分布，以保证车轮使用寿命满足预期。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：一种车轮锻件用原材料，包括连铸圆坯和精炼钢锭，按重量百分比，包括以下组分：c 0.40~0.44，si 0.20~0.30，mn 0.60~0.80，cr 0.95~1.25，mo 0.20~0.30，p≤0.015，s≤0.008，cu≤0.05，ti≤0.008，v≤0.01，ni≤0.20，al 0.020~0.040，n≤0.0080，[o]≤18ppm，[h]≤2ppm，ca≤0.001，pb≤0.010，sn≤0.010，sb≤0.010，bi≤0.010，as≤0.015且pb sn sb bi as≤0.035，其余为fe和其他残余元素。控制碳含量在0.40~0.44%，锰含量0.60~0.80%范围，是为了保证车轮热处理之后有足够的强度保证，控制铬含量在0.95~1.25%，钼含量在0.20~0.30%范围，是保证车轮有足够的淬透性，以提高车轮踏面一定范围内的强硬度，进而提高车轮在使用过程中的抗剥落的能力。
[0007]
进一步的，本发明还提供一种车轮锻件的热处理方法，所述的车轮锻件使用上述的车轮锻件用原材料锻造得到，具体的，包括如下步骤：a 对车轮锻件实施正火处理，步骤如下：a1 将车轮锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤120℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h～3h；a2 保温结束后，再以全功率快速升温至840℃～900℃，并按照车轮锻件有效厚度，依据35mm/h～60mm/h实施二次保温；a3 二次保温结束后，出炉，实施空冷。
[0008]
b 正火处理后，对车轮锻件实施整体淬火处理，步骤如下：b1 将车轮锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤120℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h～3h；b2 保温结束后，再以全功率快速升温至850℃～880℃，并按照车轮有效厚度，依据40mm/h～50mm/h实施二次保温；b3 二次保温结束后，出炉，实施淬火，依据车轮锻件有效厚度，淬火冷却时间为0.8～3.0s/mm；b4 车轮锻件淬火冷却，介质选用聚乙烯醇水溶液，其浓度为5.0～8.0%（体积），介质温度为20～40℃，在冷却的第一阶段（第1min~第3min），保持介质处于稳定的强制对流状态，之后保持淬火介质处于自然对流状态。
[0009]
c 对淬火完成的车轮实施整体回火处理，步骤如下：c1 将车轮锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤60℃/h的速度升温至300～350℃，并保温1h～3h；c2 保温结束后，以≤80℃/h的速度升温至500℃～580℃，并按照车轮有效厚度，依据20mm/h～35mm/h实施二次保温；c3 二次保温结束后，出炉空冷。
[0010]
d 对整体回火处理完成的车轮锻件，待其空冷至25℃后，实施踏面表面硬度检测，检测部位为3处，每处检测3次取平均值，步骤如下：d1 采用装有砂轮的角磨机，对选定的车轮踏面3处进行粗磨，粗磨深度控制在2mm，并保证打磨处平整无凹陷；d2 粗磨之后，采用装有抛光轮的角磨机，对粗磨部位进行细磨抛光，抛光深度≤1mm，并保证抛光处平整无凹陷，且表面粗糙度满足≤ra7μm；d3 采用便携式里氏硬度计g型冲击装置，对细磨抛光部位进行硬度检测，每处检测3次取平均值。
[0011]
本发明的有益效果在于：采用中碳铬钼合金钢作为车轮用料，经锻造成形，在淬火回火时，相对于该种材料常规的调质处理工艺方式，通过降低回火温度至中温回火温度范围，提高了车轮热处理之后的强度和表面硬度，车轮踏面表面硬度达到300-380hb。同时，中碳铬钼合金钢具有较好的淬透性，这样使得车轮踏面及其一定深度范围内的硬度呈现出平缓降低的趋势，有利于实现踏面以下20mm处的硬度≥260hb。
附图说明
[0012]
图1为热处理后的实物图。
具体实施方式
[0013]
为了本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
[0014]
实施例1本实施例提供一种尺寸为：外径φ850mm，内径φ250mm，高度为338mm的车轮锻件及其热处理方法。
[0015]
首先：（1）根据产品尺寸、形状及重量，进行工艺设计；（2）根据设计方案，选择直径为φ650mm的连铸圆坯原材料，进行复验，其化学成分满足（wt%）：c 0.42，si 0.24，mn 0.70，p 0.007，s 0.002，cr 1.16，ni 0.13，mo 0.24，al 0.020，ti 0.007，cu 0.04，ca 0.0003，v 0.01，n 0.0025，pb 0.0002，sn 0.0010，sb 0.0003，bi 0.0002，as 0.0020，[o]=15ppm，[h]=0.8ppm，其余为fe和其他残余元素。
[0016]
车轮的热处理方法具体操作步骤如下：a、对锻造完成的车轮实施正火处理：具体步骤包括：a1、将车轮锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，保持各件之间间距不小于100mm，以80℃/h的速度升温至650℃，并保温2h；a2、保温结束后，以150℃/h快速升温至880℃，并按照车轮有效厚度，依据50mm/h实施二次保温；a3、保温结束后，出炉，实施空冷；b、对粗车完成的车轮实施整体淬火处理，具体步骤包括：b1、将车轮锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，保持各件之间间距不小于100mm，以80℃/h的速度升温至650℃，并保温1h；b2、保温结束后，以150℃/h快速升温至860℃，并按照车轮锻件有效厚度，依据50mm/h实施二次保温；b3、保温结束后，出炉，实施淬火，淬火冷却时间依据车轮锻件有效厚度,按照1.2s/mm加以冷却；b4、车轮锻件淬火冷却介质选用聚乙烯醇水溶液，其浓度选择7.0% ，淬火过程中介质温度控制在30℃，且在冷却的第一阶段（第1至3分钟）保持淬火介质处于稳定的强制对流状态，之后保持淬火介质处于自然对流状态；c、对淬火完成的车轮实施整体回火处理，具体步骤包括：c1、将车轮锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，保持各件之间间距不小于100mm，以60℃/h的速度升温至320℃，并保温2h；c2、保温结束后，以80℃/h的速度升温至540℃，并按照车轮有效厚度，依据35mm/h实施二次保温；c3、保温结束后，出炉空冷；d、对回火完成的车轮锻件，待其空冷至室温后，实施踏面表面硬度检测，检测部位
为三处，每处检测3次取平均值，具体步骤包括：d1、采用装有砂轮的角磨机，对选定的车轮踏面三处进行粗磨，粗磨深度控制在2mm左右，并保证打磨处平整无凹陷；d2、粗磨之后，采用装有抛光轮的角磨机，对粗磨部位进行细磨抛光，抛光深度不超过1mm，并保证抛光处平整无凹陷，且表面粗糙度满足≤ra7μm；d3、采用便携式里氏硬度计g型冲击装置，对细磨抛光部位进行硬度检测，每处检测3次取平均值，踏面三处硬度平均值依次为335hb、345hb和350hb。
[0017]
对车轮锻件的随炉锻件硬度进行检测，表面硬度达到了340hbw，25mm深度也在270hbw以上，这表明锻件具有良好的硬度，如表1所示。
[0018]
表1 随炉试块截面硬度检测结果深度（mm）表面510152025硬度（hbw）340320303295282273本发明中，采用中碳铬钼合金钢作为车轮用料，经锻造成形，在淬火回火时，通过降低回火温度至中温回火温度范围，提高了车轮热处理之后的强度和表面硬度，车轮踏面表面可以达到300-380hb，这样可以保证车轮在运行过程中，有足够的耐磨性。同时，采用中碳铬钼合金钢优化的化学成分，保证其具有一定的淬透特性，车轮经淬火 中温回火之后，沿着与踏面垂直的深度方向，硬度呈现缓慢下降的态势（如表1所示），这有利于保证车轮具有一定的抗接触疲劳能力，可以有效提高车轮的使用寿命。
[0019]
同时，中碳铬钼合金钢具有较好的淬透性，这样使得车轮踏面及其一定深度范围内的硬度呈现出平缓降低的趋势，有利于实现踏面以下20mm处的硬度≥260hb。
[0020]
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。