[发明专利]一种高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴及其激光淬火方法

权利要求书

1.一种高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴激光淬火方法，其特征在于，进行车轴全长激光淬火处理，所述激光淬火方法包括以下步骤：

1）淬火机床采用竖立式，车轴垂直放置；

2）激光器与车轴轴向垂直，激光淬火过程中光斑大小保持稳定；

3）气体喷嘴设置多排不同角度，以保证车轴R角过渡处冷却良好均匀；

4）淬硬层深度H选择1.0-2.0mm，激光输出功率P为2000-8000W，激光扫描速度v 500-1300mm/min；

所述高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴在激光淬火前，进行热处理，所述热处理包括正火、淬火和回火；

经激光淬火后车轴组织为均匀的马氏体组织，表层晶粒度在12.0-12.5级；车轴疲劳强度超过690MPa，表面硬度≥630HV，表面残余压应力超过-800MPa。

2.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，所述正火为：加热至890-920℃，保温4-6h后空冷至400℃以下。

3.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，所述淬火为：加热至880-910℃，保温4-6h后水冷至100℃以下；水冷采用的水温15-30℃。

4.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，所述回火为：加热至600-660℃，保温6-8h后空冷至100℃以下。

5.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，步骤3）中，气体喷嘴与车轴下端夹角范围为90°-150°。

6.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，步骤3）中，激光淬火时用惰性气体进行冷却，惰性气体选自氩气、氮气或其他惰性气体，气压≥0.20MPa，冷却时间应保证冷却充分，冷却后表面温度＜100℃。

7.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，淬硬层深度H计算方法为：H=kP/(S·v)，其中k为与钢种及热处理状态有关的常数，单位mm⁴/(min·W)，取值范围14-18， P为激光功率，单位：W，v为扫描速度，单位mm/min，S为光斑面积，单位：mm²。

8.一种高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述激光淬火方法生产得到，所述高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴包括以下重量百分比成分：C 0.25%-0.30%、Si 0.22%-0.38%、Mn 0.65%-0.85%、P 痕量-0.010%、S 痕量-0.010%、Cr 0.90%-1.20%、Mo 0.20%-0.30%、Ni 0.50%-1.50%、V≤0.06%、Al 0.010%-0.040%、Cu≤0.20%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

9.根据权利要求8所述的高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴，其特征在于，所处高铁车轴表面硬度≥630HV，表面残余压应力超过-800MPa，疲劳强度超过690MPa。