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浅谈起重机性车轮的热解决方案

  当车轮运行时,轮缘内侧面与轨道两侧面接触产生滑动磨损,其原因是起重机承载及车轮与导轨自身尺寸精度、结构等原因而产生的常见磨损形式。影响行车轮使用寿命的因素主要有车轮体承受载荷、车轮结构、加工精度、车轮材料及热处理质量等。本文主要探讨了从材料热处理工艺角度提高车轮体的耐磨性和使用寿命。碳介质为煤油+甲醇;排气期时间为1h,渗碳介质为甲醇;强渗期时间为55~60h,渗碳介质为煤油+甲醇;扩散期温度为950℃,时间为5h,渗碳介质为甲醇;出炉淬火+高温回火。②淬火。采用不完全淬火+低温回火工艺。③齿面抛丸处理。经增加渗碳层厚度,采用渗碳后二次淬火工艺,使齿面耐磨性、耐疲劳强度、耐冲击性有较大的提高。经90多个工作日运转后,驱动轮齿部及齿面完整无损(a、b),满足了零件使用要求。

  通过修订设计重载齿轮的渗碳层厚度,改进热(b)(a)处理工艺手段,从而提高了驱动轮的耐磨性、耐疲劳强度、耐冲击性等力学性能,进而提高了驱动轮的使用性,满足了对驱动轮零件的使用寿命要求。

  车轮体的整体热处理方法将工件3~5件平装于料盘上,除踏面外,其余部位用工装保护好,防止淬硬,装炉后入炉升温加热。在热处理过程中应注意控制淬火介质(水或油)的温度,淬火保温阶段时间不宜过长,以减少蓄热量,采用“十”字检测法试检硬度后,去掉工装回火。为确保工件的综合性能,在淬火前增加一道高温正火工序,以细化晶粒,减小成分偏析,从而提高最终的硬度和均匀性。具体工艺方案如所示。

  通过对整个热处理过程的分析,我们可以得出下述结论:车轮体材料中的C、Mn元素含量应控制在中上限,而S、P等杂质元素应尽量控制在较低水平,以提高材料的淬透性和纯净度。介质冷却时间应依据主要成分含量适当延长,并控制好淬火介质的温度。高温阶段保温时间可以再缩短些,以减少工件蓄热量,增加冷却强度。对于高硬度、深淬硬层的车轮体,采用整体加热工艺方案是可行的。

  车轮体的技术要求车轮体材质主要使用60Mn、65Mn、42CrMo等,多用锻造成形。其中65Mn为常用材质。一批出口车轮,尺寸为650mm×180mm,重量300kg,材质65Mn.用户在使用过程中,车轮踏面磨损严重,在不到理论使用寿命时发生失效。研究发现用户的轨道使用进口材料,表面硬度较高,而且起重机使用频繁,加剧了车轮踏面的磨损。为此,我们将原先的车轮热处理技术要求进行了改进:车轮踏面及轮缘内侧面淬火硬度内控为380~420HBW(原要求硬度300~380HBW),淬硬层深度≥20mm(硬度≥280HBW层深),以此期望改善车轮体的耐磨性和使用寿命。该批车轮用材料的化学成分如附表所示。

  热处理方案从上述技术要求可以看出,该产品的踏面硬度及淬硬层深度要求极高,常规方法无法达到。常规方法有火焰加热、工频淬火、索氏体淬火、快速加热淬火以及整体加热淬火等许多种。火焰加热及工频淬火为表面淬火法,表淬层与基体材料交接处无过渡起重机,硬度差大,易产生表面裂纹;索氏体淬火法的硬度均匀性无法满足;快速加热淬火过程中表面温度依靠目测,会造成偏差较大,容易淬裂,风险大。因此,可靠的办法是采用整体加热淬火法。提高车轮耐磨性的主要途径在于表面硬度和有效淬硬层深度,通过淬火和回火,得到回火马氏体组织来保证硬度要求。





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