AAR M-101-2009 经热处理的碳素钢车轴规范(中文版)

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7.0 化学成份
车轴用钢的化学成份应符合表 7.1 要求。 表 7.1 化学成分
F级
G和H级
经热处理
最小
最大
最小
最大
碳，百分比
0.45
0.59
－
锰，百分比
0.60
0.90
0.60
磷，百分比
－
0.045
－
硫，百分比
3.0 制造
3.1 过程 车轴用钢应按以下任一工艺生产:平炉、电炉或碱性吹氧转炉。
3.2 切头 每支钢锭应有足够的切除量，以确保无缩管和过量的偏析。
3.3 缩径操作 车轴可以直接用钢锭或初轧坯制造。除非另有规定，从钢锭或连铸坯到锻件或挤压件
的总径缩比应不小于 3:1。 注：连铸坯的制造工艺应确保无中心疏松和过量的偏析。
买方可用代表每一炉钢的一根车轴进行分析。由校核分析得出的化学成份应符合 7.0
条规定的要求，其允许误差如表 9.1。此分析所用试样应取自试验轴或满尺寸延伸件一端
的中心至表面之间的中点部位。如钻孔取样，应使用直径 5/8 英寸钻头，或从拉伸试样上
车削试样。
表 9.1 校核分析的允许误差
允许误差
超过最高限度或低于最低限度
－
0.050
－
硅，百分比
0.15
－
0.15
8.0 熔炼分析
－ 0.90 0.045 0.050 －
8.1 制造厂应对每炉钢进行分析,确定其 C 、Mn、 P 、S 和 Si 的含量。由熔炼分析确定的
化学成份应报告买方或其代表，并应符合 7.0 条规定的要求。
8.2 连铸钢水炉罐钢的鉴别
若采用多炉钢水同时连铸时，应对每炉钢水进行罐样分析。如果某一炉的罐样分析达
不到本规范的要求，除非附加化学分析证明其符合，否则由两个连续炉钢水混合制成的连
铸坯应视为不符合本规范的要求。如果两个罐样分析符合本规范的要求，则连铸坯上的炉
号应保持不变，直至铸锭钢水全部是下一炉为止；或者，如果一铸坯由两个连续炉钢水混
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合制成，该铸坯在混合部分的两边采用混合比例大的一炉钢水的炉号。
9.0 检验分析
大于
不大于
强度 (psi.) 最小值
强度 (psi.) 最小值
2 英寸 (百分比) 最小值
F
(二次正火和
－
回火)
8
88,000
50,000
22
G
－
4
90,000
55,000
20
(淬火和
4
7
85,000
50,000
20
回火)
7
10
85,000
50,000
19
H －
(正火、淬火 7
和回火)
7
115,000
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4.4 径缩后直接进行热处理的车轴（F、G 和 H 级）：1）在任何重新加热操作前应冷却到 相变温度以下，即约 1000°F； 2）未按 4.3 条缓慢冷却的规定，不允许直接冷却到 500°F 以下。 注：当车轴温度趋近 500°F 时，需要补充热量，以确保有效的缓慢冷却周期。 4.5 当采用真空脱气钢后，可以省略 4.1、 4.3 条和 4.4 条的第 2 条规定的缓慢冷却要求, 但轴坯必须采用堆垛冷却方式。 4.6 在 4.1、 4.3 条和 4.4 条的第 2 条规定的缓慢冷却可以通过堆垛和用绝热材料覆盖垛起 来的初轧坯或车轴代替使用封闭的槽、罩或炉和覆盖着的运输机来实现。根据制造厂的程 序和规范，覆盖着的堆必须能提供有效的冷却速率。
4.0 冷却和加热
4.1 车轴初轧坯生产后，应在封闭的槽、罩或炉中缓慢冷却。 4.2 初轧坯在重新加热过程中，应防止其产生内部裂纹和过热。 4.3 车轴径缩成型后，应在封闭的槽、有盖运输机或罩内缓慢冷却。如果车轴（F、G 和 H 级）在径缩成型后直接进行热处理，则应在最终热处理后缓慢冷却。
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12.0 试验用的延长体
12.1 为了实验的目的，每一热处理批中，每炉钢的每种轴型的车轴，具有延长体的车轴数 不得少于 5%。 12.2 如果带有延长件的车轴已用完，可以用车轴进行试验。 12.3 试验报告应说明试验前延长件尺寸或试验用车轴尺寸。
新版本的无损检测（NDT）1 级资质。
16.4.2 所 有 从 事 超 声 波 检 测 系 统 设 置 的 人 员 必 须 具 有 美 国 无 损 检 测 协 会 推 荐 惯 例
SNT-TC-1A 的最新版本的无损检测（NDT）2 级资质。
16.4.3 每个制造厂必须雇用一名具有美国无损检测协会推荐惯例 SNT-TC-1A 的最新版本
元素
百分比
锰
0.030
磷
0.008
硫
0.008
硅
0.020
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10.0 拉伸试验
10.1 F、G 和 H 级车轴应符合表 10.1 的要求。 表 10.1 经热处理的碳素钢车轴拉伸要求
尺寸
抗拉
屈服
延伸率
级别
（实物直径或厚度）
(英寸)
车轴加热到适当温度后，在合理均匀的条件下和适当的介质中淬火。这种热处理的方 法称为淬火处理。 5.5 回火
车轴应重新逐渐加热并保持在低于临界范围的适当温度，然后，在适当的条件下冷却， 这种热处理的方法称为回火处理。 5.6 车轴的热处理可以在间歇式热处理炉或者连续式热处理炉中完成。
6.0 矫直
车轴在机械加工前应进行矫直，矫直作业温度最好不低于 950°F。如在低于 950°F 温度下进行矫直作业，则应采用消除应力的措施或进行适当的热处理。
5.0 热处理
5.1 车轴热处理应逐渐均匀地重新加热到使晶粒细化的合适温度。 5.2 正火
车轴加热到适当温度后从炉中取出，在空气中均匀冷却。这种热处理的方法称为正火 处理。可以用加强空气流通的方法加速冷却，但必须进行控制，以实现合理的均匀冷却。 5.3 二次正火
该过程由二次单独的正火处理所组成。第二次正火的温度比第一次低。这种热处理的 方法称为二次正火处理。可以用加强空气流通的方法加速冷却，但必须进行控制，以实现 合理的均匀冷却。 注：F 级车轴如能满足其它所有要求，允许采用一次正火处理。 5.4 淬火
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16.0 超声波试验（仅针对新造车轴-轴向探伤和径向探伤）
16.1 范围
16.1.1 本条款于 2009 年 7 月 1 日生效。
16.1.2 本条款适用于所有新造车轴。
16.2 检验时机
16.2.1 轴向探伤—在车轴端面和中心孔之加工完毕，车轴端面螺纹孔加工之前进行。
的无损检测（NDT）3 级资质的人员。
16.5 记录
每个工厂按必须期限保存如下记录。记录必须在任何 AAR 代表的提出要求之后的 4 小时
内提供。
y 每个有效超探流程都适用的工艺规范（永久保存）。
y 每个超探检测设备区域张贴一份受控的超探规范（永久保存）。
y 以可打印形式记录的每根车轴检测结果，包括每根车轴的炉号，序列号，检测日期
G 级—淬火和回火处理。 H 级—正火、淬火和回火处理。 F、G 和 H 级—重载运输的机车、车辆和其他设备用车轴。
2.0 制造厂的资格鉴定
作为一个用于 AAR 互换性服务的车轴制造厂，其资格必须符合附录 C 的规定。该资 格在被委员会撤消以前一直有效。举例来说，在制造过程中，若不能保持合理的质量水平 可作为导致资格撤销原因之一。车轴制造厂必须满足美国铁路协会标准和推荐的惯例手 册，J 分册，M-1003 规范“质量保证规范”的要求。
15.0 重新试验
15.1 如果任一批车轴的力学性能试验结果因试样在试验中出现缺陷扩展而不符合规定的 要求时，若该缺陷不是因为钢材自身破损、裂纹和白点造成的，允许重新试验。 15.2 如果任何一批 F、G 和 H 级车轴的力学性能试验结果不符合规定的要求，则该批车轴 可重新热处理，但重新热处理不得超过 3 次，其重新试验应按第 10.0 条规定进行。
16.3.1 轴向传感器
尺寸/形状
1.0-2.25MHz 直径 0.75-1.00 英寸或 1.00 平方英寸
16.3.2 轴向传感器
频率
1.0-5.0MHz
尺寸/形状 直径 0.50-1.00 英寸或 1.00 平方英寸
16.4 人员
16.4.1 所有从事超声波检测的人员必须具有美国无损检测协会推荐惯例 SNT-TC-1A 的最
75,000
16
10
105,000
65,000
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断面 收缩率 (百分比) 最小值
37
39 39 37 35 35
10.2 尺寸分类应按成品轴颈的直径来确定。 10.3 试验用的延长件的直径至少应等于成形时的轴颈直径 。 10.4 表 10.1 中所列的各种钢的拉伸性能应执行 ASTM A370《钢制品力学试验的标准方法 和定义》中规定的方法。屈服强度应按 0.2%平行位移的技术方法，使用 B2 等级或更精确 的引伸计来测定。 10.5 测定屈服强度的自动记录仪没有绘制应力—应变曲线可接受。 10.6 F、G 和 H 级车轴只能在最终热处理后进行试验。
14.0 试验次数
14.1 除非买方另有规定，表 10.1 所列级别和轴型的车轴，其力学性能试验应按照 14.2 条 规定，用经过热处理的车轴进行。 14.2 每一级别、每一炉号以及每一轴型的车轴，要求做一次试验，但是，每次试验所代表 的车轴数，包括试验轴在内，应不超过 70 根。此次试验所代表的全部车轴称作一个热处 理批。每一热处理批的车轴，无论是用间歇式热处理炉还是用连续式热处理炉，应同炉进 行热处理。一次力学性能试验若达不到规定要求时，该热处理批中的所有车轴均应根据本 规范 15.2 条规定重新热处理。 14.3 如果试样因试验设备的加工状态而达不到要求，可以将该试样报废，另取一个试样。
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经热处理的碳素钢车轴
规范 M-101
1914 年采用, 1996，2004，2005，2009 年修订
1.0 范围
本规范适用于符合 G 分册设计的客车和货车车辆用各种尺寸热处理车轴。本规范也适 用于经热处理的机车轴。碳素钢车轴分为以下几个级别：
F 级—两次正火和回火处理(在轴中央部位公称直径超过 6.5 英寸的所有货车车轴均为 F 级)。
13.0 热处理车轴（F、G 和 H 级）金相试验
13.1 代表每一热处理批中，每炉钢的每种轴型车轴的金相检验试样，应取自拉伸试验试样 上。该金相试验试样应从拉伸试验试样上大的未变形部分上切取，且其切面应是车轴轴线 的横断面。 13.2 试样切面应抛光，消除划痕，并经腐蚀以显现显微组织状态。试样应在 100 倍放大镜 下进行检查。 13.3 整个试样应显示均匀的细晶粒组织，并按最新版本的 ASTM 标准方法 E112 测量时， 应达到 5 级或优于 5 级的晶粒尺寸。
16.2.2 径向探伤—在车轴粗加工后进行（锻造表面不能够实施有效的径向超探检测）。
16.3 试验设备
类型
脉冲反射式宽带扫描放大器
数量
一台或多台。复合（多个）传感器阵列必须能监控每个传感器。
耦合剂
传感器的表面与检测表面之间必须使用耦合剂。探伤和校准必须使用相同的耦合剂。
设备校准 至少每年一次，或者在每次进行影响到系统性能的维修。
（从制造日期算起保存 10 年）。
16.5.1 依据 ASNT 推荐的规程 SNT-TC-1A 最新版认证超探检测人员。每个证书必须被具
有 3 级资格和能力的主管官员签署。（保存 10 年）
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16.5.2 对比试块每半年验证记录，包括检验员的姓名/代码，重新生效的日期和参考试块的 表面光洁度。（10 年） 16.6 有效性 有效性（系统测试）与车轴检测必须使用相同的耦合剂；所有接触表面必须平滑，轴向探 伤表面光洁度优于 125 微英寸，径向探伤表面光洁度优于 500 微英寸，且表面不得有污垢 或沙粒。 16.6.1 轴向探伤 16.6.1.1 校准和系统测试 16.6.1.1 探伤系统必须经过确认初始检定，其后每年至少检定一次。 16.6.1.1.1 校准—使用锻造的 F 级车轴制造的长度 16 英寸对比试块，将 15 英寸深处 1/8 英 寸平底孔反射波高设置在满屏高度的 20%。 16.6.1.1.2 探测能力
11.0 拉伸试验试样
11.1 拉伸试验试样应按照第 12.0 条的规定取自供试验的延长件或车轴上。 11.2 除非另有规定，试样的轴线应位于车轴或满尺寸延长件中心至表面之间一半距离处的 任一点上，并应与车轴轴线平行。 11.3 拉伸试验试样应符合图 C.1 所示的尺寸。 11.4 取自延长件上的拉伸试样其抗拉强度和屈服强度的最小值应比表 10.1 大 5%。例如 F 级钢的抗拉强度最小值为 925,00psi，屈服强度的最小值为 52,500psi。 11.5 车轴的拉伸试样应取自车轴轴颈表面至中心的 1/2 半径处，其标距尺寸应平行于车轴 的轴线。对于延长件上的拉伸试样应取自表面至中心的 1/2 半径处，其标距尺寸应平行于 车轴的轴线。