[发明专利]高速铁路车辆用电机转轴材料成分配方及热处理方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种金属材料及其热处理工艺方法，具体涉及一种高速铁路用电机转轴材料的化学成分设计和热处理方法，属于材料工程领域。

背景技术

高速铁路是指最高运行速度在200km/h以上的铁路。目前中国的高速铁路正在快速的发展。高速铁路运营具有速度快和负荷高的特点，一般车辆运行速度都在200km/h以上，这就使得高速铁路的安全问题显得尤为重要。尤其是高速铁路用电机转速快，转轴承受的扭转力矩很大，在变速过程中还需要承受变化的扭转力，容易发生疲劳失效。故一般高速铁路车辆的转轴性能要求都比较高。

另一方面，高速铁路车辆的运营是严格按照班次排列的，一旦中途出现故障，容易延误班期，影响正常行车，如中途故障未得到及时处理甚至可能酿成重大的行车事故，危急乘客的生命和财产安全。高速铁路车辆电机转轴的订货技术要求（在φ150圆棒料的1/2半径处取样）：抗拉强度σb≥834MPa，屈服强度σs≥686MPa，延伸率δ5≥16%，断面收缩率Z≥50%，纵向冲击功Aku2≥78J/cm2，表面硬度范围HB255~321。常规35CrMo因热处理的淬透性不高，表面和心部机械性能存在很大的差异，在热处理生产时材料热在热处理后标准机械性能中的屈服强度要求较难达到。生产过程中经常出现热处理需要返工的问题，造成能源的浪费，有时甚至出现多次热处理后仍不能达到标准要求。客户要求对产品热处理后的机械性能进行复检。由于转轴原材料本身存在差异性（钢铁冶炼过程造成的偏析，内部存在缺陷，最终热处理前预处理的差异），且因常规35CrMo很难达到机械性能要求，时常还会出现最终热处理后检验试棒性能合格了，但复检试棒性能不合格，导致产品最终无法使用。

发明内容

本发明的目的在于解决常规35CrMo钢因淬透性不高，心部和表面机械性能差异很大，用其生产的高铁动车电机转轴1/2半径位置处试样的机械性能无法稳定的达到200km/h以上高速铁路上电机转轴所需的机械性能要求（主要表现在屈服强度达不到要求）的不足，提供一种能满足高速铁路上电机转轴所需机械性能要求的电机转轴材料，及其热处理方法。

为了达到此目的，本发明釆用的技术方案是，一种高速铁路电机转轴材料，采用35CrMo钢，并对其组分进行适当调整，对材料进行有益的成分设计使之经热处理后能够稳定的达到高速铁路用电机转轴的性能要求；高速铁路车辆用电机转轴材料化学成分组成如下表所述：

其余为Fe元素。

所述的高速铁路车辆用电机转轴材料的热处理方法包括如下步骤：

（1）   预处理：将高速铁路车辆用电机转轴材料加热至870℃-900℃，保温4-6小时后，出炉空冷。

（2）   淬火：将预处理后的电机转轴材料加热至830℃-880℃。保温3-4小时之后，放入水中或盐水中冷却。

（3）   回火：将淬火后的电机转轴材料加热至530℃-580℃，保温3-6小时之后，出炉水冷。

本发明的有益效果：本发明通过调整高速铁路电机转轴材料成分，有效改变了其内部金相结构，尤其是在常规的35CrMo基础上通过加入低剂量的合金元素钒，使材料的淬透性得到提高，从而使得热处理后材料心部的机械性能和表面的机械性能能更加接近，也使得二分之一半径处的屈服强度得到很大的提高。使用本发明的材料热处理生产后极少出现一次热处理机械性能不合格的现象。调质合格后，任意抽取同热处理炉的试棒进行复检不再出现复检试样机械性能不合格的现象；使得轴的结构性能得到很大的改善，配合采用本发明热处理后的转轴毛坯其强度、塑性、韧性、疲劳性能均能满足高速铁路电机转轴的技术要求，某些参数甚至大大优于标准要求。由此发明生产的转轴目前广泛应用于350km/h的高速动车的电机上，产品性能优异，质量稳定。

附图说明

图 1 为热处理后的高速铁路车辆用电机转轴：Φ150试棒1/2半径处的金相组织照片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的描述。