[发明专利]一种高速动车组车轴表面改性方法

说明书

本发明涉及高速动车组车轴的生产制造领域，具体说是一种高速动车组车轴表面改性方法。车轴表面通过激光淬火，组织转变为粒状贝氏体和马氏体混合组织，淬火后表面耐磨层深度可达100μm～800μm，表面洛氏硬度可达70～85HR15N，车轴截面淬火层显微硬度可达390～550HV。激光淬火的工艺参数：激光淬火功率1200W～2500W，光斑扫描速率20～60mm/s，光斑直径为4mm，光斑间距为2～4mm，光斑高度为60～80mm。本发明采用激光加热，迅速使高速动车组车轴表面达到奥氏体化温度，并通过控制气体流量，保持一定的冷却速度，使车轴表面形成粒状贝氏体和马氏体的混合组织，从而起到提高表面硬度和耐磨性的作用。

技术领域

本发明涉及高速动车组车轴的生产制造领域，具体说是一种高速动车组车轴表面改性方法。

背景技术

转向架是高速动车组的重要部件，主要起到支撑动车组车体，承受并传递载荷及作用力，并通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体平动，传递牵引力和制动力的作用。其中轮对属于转向架部件之一，由一根车轴和两个相同的车轮组成，在轮轴结合处采用过盈配合，使两者牢固地结合在一起，其安全性和可靠性对整个动车组的安全运行至关重要。虽然目前车轴和车轮采用过盈配合联接，没有相对滑动，但是当动车组运行到一定里程后，就会出现微动磨损，影响车轴使用寿命。由于车轴属于全寿命周期零件，因此需要提高车轴的强度和硬度来改善微动磨损失效。而车轴在服役过程中长期受到拉压交变载荷作用，对车轴的疲劳强度、塑韧性、屈服强度有较高要求，如果提高车轴整体的强度和硬度会显著降低车轴的塑韧性，这将对车轴的安全性和可靠性产生较大风险。所以，采用表面改性的方法可以在保证原有的塑韧性和强度不变的条件下，提高车轴表面强度和硬度，增加其耐磨性，进一步提升车轴的安全可靠性。

另外，目前我国大力发展变轨距车辆，通常变轨距是通过车轮沿车轴轴向滑动来实现，在相互接触部位由原过盈配合变成花键联接，这将会造成车轴和车轮之间的滑动摩擦力增大，磨损增加，从而要求车轴表面具有更高的硬度和强度及耐磨性，所以通过车轴表面改性也可解决变轨距转向架给车轴带来的耐磨性的问题。

激光表面淬火是通过激光快速加热、快速冷却，通过改变材料组织实现改变材料性能的一种技术，同时具有热影响区小、工件变形小、可局部淬火等特点。同一金属材料用激光淬火加工工艺可以比常规的感应加热淬火提高10～20％。表面改性方法还可以采用表面渗氮、表面渗碳等工艺，但是不能实现局部处理。所以，对于高速动车组车轴，通过激光表面淬火，提高车轴表面硬度、强度和耐磨性，是较为合理的工艺。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是一种高速动车组车轴表面改性方法，利用激光淬火改善车轴表面组织，在保持车轴自身韧性和塑性不变的同时，进而提高车轴表面硬度和耐磨性能。

本发明的技术方案是：

一种高速动车组车轴表面改性方法，包括以下工艺步骤：

1)将高速动车组车轴表面进行精加工，表面喷涂SiO₂吸光层，并使其干燥；

2)采用激光淬火工艺，控制激光功率、光斑直径、扫描速率、扫描间距、光斑高度工艺参数，并将气体吹到激光加热区域，控制冷却速率，使淬火层转变为粒状贝氏体和马氏体混合组织；

3)如有必要，需对激光淬火后的表面进行磨光。

所述的高速动车组车轴表面改性方法，高速动车组是指时速在200km/h～400km/h的动车组。

所述的高速动车组车轴表面改性方法，车轴表面不限于圆面，还包括基于车轴表面加工的各种形状。

所述的高速动车组车轴表面改性方法，表面改性部位要求Ra小于0.8μm。