机车转向架车轮是轨道机车走行部的关键承载锻件,装配于转向架总成之上,承担车体自重、牵引载荷以及运行过程的动态冲击载荷。机车行驶过程,车轮踏面持续与钢轨滚动接触,通过曲线、道岔时轮缘承受侧向挤压,启停制动会带来交变冲击与摩擦热,轮辋、辐板、轮毂区域长期承受循环交变应力,容易产生踏面磨耗、接触疲劳剥落、轮缘损伤、辐板疲劳裂纹等失效形式。转向架车轮锻件质量直接关系机车运行安全,生产制造需要覆盖原材料、锻造成型、热处理强化、精密机加工、全套无损检测的全流程管控。
原材料是转向架车轮锻件性能的基础,机车转向架车轮常用 CL50、42CrMo 等钢种,原材料优先选用经过炉外精炼、真空脱气处理的钢坯,降低钢中氢含量与非金属夹杂物等级,减少内部原生缺陷风险。原材料入厂核对材质证明文件,开展光谱成分复检,严格管控碳、合金元素以及硫、磷有害杂质,排查钢坯内部疏松、夹杂以及表面结疤、裂纹缺陷。钢坯自带的偏析、夹渣缺陷如果未剔除,会在锻造变形过程延展,成为后期疲劳失效的源头。
锻造工序重塑钢坯铸态组织,决定锻件金属流线分布状态。机车转向架车轮锻件多采用下料、加热、预锻、终锻、冲孔、扩辗的成型工艺,严格把控始锻、终锻温度区间,维持合理锻造比,让金属材料得到充分塑性变形,压实钢坯内部疏松孔隙,打碎粗大铸态晶粒,促使金属流线沿着踏面、轮缘、辐板、轮毂受力轮廓连续分布,减少流线切断、涡流等不良组织形态,以此提升锻件抗冲击、抗疲劳性能。锻造完成执行规范缓冷工艺,采用炉冷或者坑冷方式降低冷却速率,规避白点以及锻造冷却裂纹缺陷。山西永鑫生重工可完成机车转向架车轮锻件全流程锻造成型,把控锻造变形量与温度窗口,保障锻件基体组织致密均匀。
热处理是发挥材料性能的核心工序,转向架车轮锻件普遍采用整体调质搭配轮辋踏面强化淬火的复合工艺路线。调质处理细化晶粒,消除锻造残余应力,得到回火索氏体基体组织,保障辐板、轮毂部位具备充足韧性,抵御机车启停、过岔带来的各类冲击载荷;轮辋踏面实施表面淬火,构建梯度硬度分布,踏面区域获得耐磨硬化层,心部保留韧性储备,实现外硬内韧的组织特征,降低踏面压溃、剥落风险。热处理结束后在标准规定取样位置开展硬度、拉伸、冲击试验,各项力学指标满足对应铁路锻件技术标准要求。
机械加工阶段控制车轮内孔、外径、踏面轮廓、轮缘厚度等尺寸,管控圆度、径向跳动、端面跳动等形位公差,去除锻件表面脱碳层,保障与车轴的装配精度。无损检测环节采用超声波探伤与磁粉探伤,排查锻件内部缩孔残余、夹杂、内部裂纹以及踏面、辐板、轮毂表面微裂纹,检测记录完整归档,配套出具材质报告与探伤资料,实现锻件质量可追溯。全部检验项目合格之后,机车转向架车轮锻件方可交付使用,为轨道机车走行系统提供可靠支撑。