铁道车辆车轴锻造及热处理技术

铁道车辆车轴锻造及热处理技术

摘要：介绍了铁路车辆50钢车轴的锻造、热处理主要工艺流程，重点阐述了车

轴在锻造与热处理工艺中所采用的技术及设备。

关键词：50LZ钢；车轴；锻造；热处理

车轴是铁路车辆运行部门的重要组成部分，其质量状况与铁路运输安全直接

相关。自中国成立初期以来，铁路车辆一直使用40钢轴。由于钢轴的疲劳强度低，其使用期限短，轴压缩部件容易产生横向裂纹，不能满足目前高列车速度和

大体积的发展要求。为满足铁路发展的需要，铁道部根据国内物资，生产设备和

技术实力，指定LZ50轴钢（以下简称50钢）钢坯作为铁路提速车专用轴，并参

考一些先进国家的车轴化学成分和技术。在锻造过程中锻造需要钢坯，液压锻造

和其他先进的锻造装置。在50钢轴热处理过程中，需要两个正火和一个回火过程。在我国某工厂轴生产项目的设计中，采用上述新技术，配备国内先进成熟的

设备，积累了一定的经验，以改善未来的轴生产工艺。

一、50钢车轴锻造及热处理工艺流程

车轴锻造工艺流程：

轴坯锯切下料→轴坯加热→车轴锻造→车轴热矫直及打钢字→车轴锻后冷却→车轴锯切两头

车轴热处理工艺流程：

车轴一次正火加热→车轴一次空冷→车轴二次正火加热→车轴二次空冷→车轴回火→车轴回火后冷却→车轴铣端面及取样做金相和机械性能试验（对带试棒的

车轴）

二、车轴制造、检验和试验标准比较

现在国内铁道客货车车轴一般采用TB/T2945-1999。该标准等效使用

AARM101-1990，其中规定了车轴钢化学成分、机械性能、微观组织、热处理方法、探伤验查、验收和记录等，还规定了二次正火和一次回火的热处理工艺。

EN13261-2010规定了EA1N、EA1T和EA4T3不同材质和工艺车轴的化学成分、机械性能、微观组织、疲劳性能、几何尺寸公差、超声波探伤、残余应力以及防

护标记，并给出了检测方法。其中，EA1N和EA1T材料成分相同，为碳素钢，

EA4T为合金钢；EA1N进行正火处理，EA1T和EA4T进行淬火处理。

AARM101-2012规定车轴材料采用碳素钢，并根据热处理工艺不同把车轴分

成了3种等级：即F级

（二次正火和回火）、G级（淬火和回火）和H级（正火、淬火和回火）；

规定了每个等级车轴钢的化学成分、拉伸性能、微观组织、热处理方法、探伤检查、验收和标记等，并给出了美国D、E、F、G和K型车轴的几何尺寸和公差。

三、50钢车轴锻造采用的主要工艺设备

根据车轴生产技术流程，车轴锻造热处理产品线主要使用带锯机、轴坯加热炉、快锻液压机组、车轴热矫直机、冷床、正火炉、回火炉等设备，以下就对主

要设备的选择情况做简要介绍。

3.1国外仿行螺旋轧制车轴成形技术

国外一些大的国家均采用自由锻或精锻机锻造铁路车轴。前苏联从20世纪五十年代开始研究仿行螺旋轧制车轴的工艺，已经建成一座车轴厂。仿形螺旋轧基

本工艺特征是在三个轧辊之间轧制外加轴向张力的轧件，通过仿形板控制轧辊间

距的变化，轧出要求的台阶。轧制过程中轧件中部为不变形的刚性区，轧件受连

续交变应力的作用，在轧件半径二分之一处附近区域有可能产生疏松。由于仿形

螺旋轧件的台阶受轧辊过渡角的影响，使轧件的成形精度不可能很高，而且其产

品表面螺旋痕较严重，所以单边余量较大，造成材料的利用率低，仅为66.7%，

生产效率也低于精锻机。仿形螺旋轧制由于张力系统和

仿形板的使用，必须采用复杂的液压系统，使得设备庞杂。基于以上原因，

本文将不在赘述此种工艺。

3.2楔横轧多楔轧制火车RD2轴的成形研究

楔横轧是一种高效的轴类零件塑性成形新工艺和新技术，两个带楔形模具的

轧辊，以相同的方向旋转并带动圆形轧件旋转，轧件在楔形孔型的作用下，轧制

成各种形状的台阶轴。从成形机理上讲，用楔横轧单楔成形RD2轴是可能的，但

模具直径将达到3m，设备总高度将达到9m，制造如此庞大的设备势必很困难且

操作不便。

四、车轴热处理设备

目前，国产轴热处理生产设备主要有步进炉、悬挂链热处理。阶梯式热处理

设备的工作原理是在炉底部的纵向槽形间隙中设置两个或多个步进梁。步进梁反

复上下和前后移动。吊链式热处理设备的工作原理是将吊轴垂直悬挂或安装在吊

轨上，并采用堆积推链运输。传送机构包括轨道、回转装置、牵引链、货物小车、驱动装置、控制装置等由可调速的牵引链组成，推动器外链条以一定间距排列，

以沿着承载轨道驱动货物小车并且轴悬挂在货车的负载梁上。

以上两种热处理设备在中国使用，生产过程也有自己的特点。踩炉的热损失

相对较小，但设备维护相对复杂。由于悬臂链式热处理炉在轴头冲孔后需要进行

提升热处理，轴坯的相对损失大，设备维护相对简单。采用踩炉式的国内企业主

要包括太原重工、长春机车厂、北方锻造公司等企业，用挂链热处理方式企业包

括铜陵车辆厂、沈阳机车车辆厂。

在设计过程中，由于受当时电价及投资的影响，采用了步进式燃气正火炉、

推杆式回火炉设备。

步进式燃气正火炉：设计选择了两台结构尺寸相同的步进式燃气正火炉设备

进行车轴的1次、2次正火。设备由两个液压缸驱动炉子步进梁的升降和水平运动，燃烧系统为炉顶上10个平焰烧嘴和侧壁上4个FR型烧嘴，在炉长方向将炉

膛分三段进行炉温自动控制。

设备主要参数：加热温度：810℃～870℃；炉温控制精度：±10℃以内；生产率：8根～9根轴/h；炉底尺寸2.78m×13.65m

回火炉：该回火炉在进料端有液压式推料机，采用电阻加热，在炉长方向将

炉膛分成6个区，进行温度控制，通过6台热风风机及导流板的作用，使车轴加

热均匀。

五、结束语

作为我国重点扶持、不余遗力发展的国之重器，铁路运输行业中铁路的跳跃

式发展会使我国的铁道运输行业拥有极大的市场空间，同时这一定会让轨道车辆

的车轴市场发展有一个巨大的提升。只要我国的车轴加工生产企业能够抓住时代

的机遇，就能搭载上铁路重载的顺风车，打造出一个属于我国的车轴生产业的黄

金时代，同时与铁路发展相辅相成，大大提升我国铁路运输硬实力。

参考文献：

[1]崔波.金属材料热处理工艺与技术分析[J/OL].世界有色金属，2018（20）

[2]钱宏义，钱文勇.金属材料热处理工艺与技术分析[J].科技风，2018（33）