高速列車是各工業(yè)國表征自己科技水平及鐵路運輸發(fā)展程度的重要標(biāo)志。法國高速電氣列車2007年4月3日在行駛試驗中時速達(dá)到574.8公里,打破了1990年前由該國高速電氣機(jī)車創(chuàng)下的時速515.3公里的有軌鐵路行駛速度世界紀(jì)錄[1]。我國鐵路經(jīng)六次大提速后,主要干線列車時速已達(dá)200公里以上水平[2]。從而,為國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了較好的運輸保障。隨著列車運行速度的提高,對鐵道和列車的性能均提出了更高更嚴(yán)的要求。列車的車軸是其行走部分的重要零件,它的質(zhì)量好壞不僅決定了列車可以運行的速度,還直接影響到列車運輸?shù)陌踩鴥?nèi)普通列車的車軸通常用40鋼或50鋼制造[3]。但是,碳素結(jié)構(gòu)鋼淬透性差[4],而車軸尺寸及截面尺寸均較大,通常只能是正火處理以得到較細(xì)片狀珠光體組織后再加工成車軸,故其綜合力學(xué)性能較低而難以滿足高速列車對車軸性能的要求。為了解決此問題,考慮到車軸軸重、失效原因、應(yīng)力分布特點和狀態(tài)、斷裂韌度及熱處理工藝等諸多因素,中國鐵科院和中國鐵路物資成都分公司提出了對車軸材料的選用和性能的要求[5],即選用35CrMo鋼熱軋成超厚壁無縫鋼管作為材料來制造高速列車的車軸。攀成鋼成都無縫鋼管廠經(jīng)過分析、研究、試驗和試軋,生產(chǎn)出了一批能滿足技術(shù)要求的Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無縫鋼管供給了制造該零部件的廠家用。本論文在介紹了當(dāng)前各工業(yè)國家高速列車車軸用材料的發(fā)展概況之后,分析了高速列車車軸運行時的應(yīng)力狀態(tài)和分布,軸重的影響、安全儲備(沖擊韌度及斷裂韌度)和失效原因等。繼而,介紹了35CrMo鋼的合金化原理、相關(guān)的物理常數(shù)、斷裂韌度范圍及其熱處理特點。隨后,重點進(jìn)行了如下兩方面的分析、研究及試驗工作。一、仔細(xì)地了解并分析了規(guī)格為Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無縫鋼管的冶金過程,特別是熱軋工藝試驗過程及其軋制生產(chǎn)過程。解剖并分析了該種無縫鋼管的冶金質(zhì)量,指出了其偏心度較大的不足,產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施。二、對35CrMo鋼熱處理工藝制度進(jìn)行了分析和試驗后用于指導(dǎo)了車軸的熱處理生產(chǎn)。首先在實驗室用試樣進(jìn)行了淬、回火工藝試驗。對樣品進(jìn)行了金相分析、力學(xué)性能、SEM和TEM分析和試驗后,確定了能滿足使用技術(shù)指標(biāo)并具有良好的斷裂韌度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能的****調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)。隨后,在重慶大江機(jī)械制造廠對車軸進(jìn)行了調(diào)質(zhì)熱處理。在實際處理車軸時,因經(jīng)粗加工后的車軸仍舊有截面尺寸厚、重量大和孔徑較小等特點,采用125kw較深的非標(biāo)準(zhǔn)井式電阻爐對其進(jìn)行淬火加熱后,選擇冷卻能力較油強并可調(diào)整淬火烈度的聚合物水溶性淬火介質(zhì)冷卻淬火[6]。從而,有效地防止了油淬火初時沖火,沖油、易失火及惡化車間工作環(huán)境等毛病。另外,還克服了因油的冷卻能力不足,使厚壁管中部偏內(nèi)側(cè)處易形成上貝氏體及其它非馬氏體組織而嚴(yán)重惡化車軸的力學(xué)性能。為此,采用聚合物水溶液冷卻介質(zhì)在工廠進(jìn)行了實際熱處理生產(chǎn)試驗。經(jīng)過850℃±10℃加熱2.5小時后淬入13.5%濃度的聚合物水溶液內(nèi)淬火,再575℃±10℃3 .5小時回火使這種由Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無縫鋼管制造的高速列車空心車軸的質(zhì)量達(dá)到了規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。****,通過前述工作的總結(jié),作者對35CrMo鋼的冶煉方式、超厚壁管的軋制工藝及設(shè)備和熱處理工藝與設(shè)備等作出了結(jié)論并提出了一些改進(jìn)建議。