贾辉
西安融盛铁路成套设备有些责任公司 陕西 西安 710100
摘要：针对热处理台车式电阻炉对中大型中碳结构钢零件进行热处理正火时，因受零件尺寸、设备、人员、环境及冷却条件等因素的影响，正火后易出现硬度不足、软点及金相组织不均匀等现象而产生质量问题。为克服中大型零件正火工艺的不足，采用智能热处理生产线来进行等温正火的热处理工艺。
关键词：等温正火、正火、中碳结构钢、智能热处理生产线
一：前言
外锁闭及安装装置系列产品是铁路道岔转换系统中的重要组成部分，是轨道交通系列产品中的关键产品。其中的锁闭杆、锁闭框、锁钩等零件又属于关键产品中的关键件。按照中国铁路总公司TJ/DW150-2013《外锁闭装置暂行技术条件》的要求，对锁闭杆、锁闭框、锁钩等零件热处理正火后的工艺要求为：金相组织1-3级、晶粒度不低于6级、硬度170-230HB。
外锁闭及安装装置系列产品零件采用正火工艺目的是消除锻件热应力、细化组织并为调质等终热处理做准备，改善切削性能以及作为部分零件的最终热处理。
中碳结构钢的正火工艺是将零件加热到奥氏体化后采用空冷、风冷等冷却方式，获得以珠光体组织为主的热处理工艺。但对锁闭杆、锁闭框等单件总量达40-80Kg的中大型零件，因受零件尺寸、设备、人员、环境及冷却条件等因素的影响使得零件的冷却速度和冷却均匀性难以控制，造成零件极易出现硬度不足、软点及金相组织不均匀等现象而产生质量问题，为解决中大型零件正火工艺所产生的问题，决定采用中碳结构钢等温正火的热处理工艺。
中碳结构钢的等温正火工艺是将零件加热到奥氏体化后，在特定装置中以较为均匀的冷却速度，快冷至C曲线鼻尖部的等温温度，然后进入等温炉中进行等温保持，使过冷奥氏体在此温度范围内转变完毕后空冷。由于是在相对恒定的温度下完成组织转变的，因此能够得到分布均匀的细珠光体和铁素体组织，细化晶粒，从而获得较好的加工性能及机械性能，零件变形较小等优点。
二：采用智能热处理生产线进行等温正火的方案
采用常规的台车式电阻炉进行等温正火，在保温结束后若将零件快冷至C曲线鼻尖部的等温温度并确保等温保持时，需配合起吊装置、快冷等相关设施，等温正火中的各项参数不易控制，效果不明显。同时，工人的劳动强度高，生产过程安全系数低。
采用智能热处理生产线进行等温正火能够避免常规台车式电阻炉进行等温正火时各项参数不易控制，工人的劳动强度高，生产过程安全系数低的状况。智能热处理生产线主要是由加热线、淬火线及智能集散控制系统组成。其中加热线是由2个装料台、5台箱式电阻炉组成；淬火线是由电阻炉前的3个淬火槽、两根纵向活动轨道、两根相邻横向固定轨道及在导轨上行走的淬火车组成；智能散控制系统是由服务器、工控机、监控及控制软件等组成。
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采用智能热处理生产线上的淬火车能够方便快捷地将已到温的零件自动叉出并快速浸入冷却介质中来实现所需的快冷方式并自动转入加热线上的箱式电阻炉中进行等温保持。集散控制系统对等温正火过程中的所有设备及各项工艺参数都能够进行智能控制、实时监控及追溯，实现自动化、智能化生产，从而稳定产品质量，减轻工人的劳动强度，确保安全生产，提高生产率。
三：等温正火工艺参数的确定
等温正火工艺参数的确定是依据奥氏体等温转变曲线，其工艺过程包括三个阶段：加热与奥氏体化阶段、中间冷却阶段、等温处理阶段。
1）加热与奥氏体化阶段（加热温度与保温时间的确定）
本阶段是将中碳结构钢加热至奥氏体化温度后并保温，其目的是尽可能消除或改善锻后组织中各种缺陷并使奥氏体尽可能均匀化，提高其稳定性，为后续热处理的组织转变打好基础。
一般将中碳结构钢加热到奥氏体化温度以上30～80℃并保温30～240min，具体保温时间根据装炉量及零件有效厚度确定。
2）中间冷却阶段（到达等温温度之前的冷却方式与冷却速度）
这是等温正火工艺中最关键的阶段。在这阶段中，要使零件在3-8分钟内从奥氏体化温度降至等温温度，在一定装载量的情况下，通过空冷、风冷等常规冷却方式是无法满足工艺要求的，必须采用快冷的方式。采用智能生产线上的淬火车能够方便快捷地将已到温的零件自动叉出并快速浸入冷却介质中来实现所需的快冷方式，满足等温正火所需的工艺要求。同时应注意浸入冷却介质的时间，以防止较高的冷却速度发生贝氏体或马氏体转变及零件不同厚薄截面部位的冷却不均匀。因此在这一阶段应调整好装载量、冷却速度、冷却均匀性三者之间的关系，确保在达到在规定时间内，同批零件的奥氏体不发生非平衡组织转变。
3）等温处理阶段（等温温度及等温时间的确定）
各种材料都有获得理想组织和硬度的相应温度范围，在这一温度范围内采用较高的等温温度，所获得的组织中铁素体晶粒较大、数量较多，珠光体片层间距较粗，直观表现为硬度较低；反之则硬度较高。这样可在一定范围内把调整等温温度作为调整等温正火零件硬度的一种手段，以满足零件不同硬度的要求。中碳结构钢等温温度范围为550-700℃，具体等温温度按零件的硬度要求确定。
等温时间根据装载量及零件的有效厚度来确定，应能充分保证奥氏体向先共析铁素体+珠光体组织完全转变的足够时间，通常为1-4h后最后出炉空冷至室温。
四：采用等温正火工艺验证的情况
序号 零件名称 工艺 硬度（HB） 金相组织
1 锁钩 等温正火 177～181 珠光体+铁素体 2级
晶粒度9级
2 锁闭杆 等温正火 178～182 珠光体+铁素体 2级
晶粒度9.5级
3 锁闭框 等温正火 181～185 珠光体+铁素体 3级
晶粒度8.0级
锁闭杆、锁闭框、锁钩等产品零件等温正火后其内部金相组织、机械性能的验证结果如下表所示：
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五：结束语
对锁闭杆、锁闭框、锁钩等中大型零件采用智能热处理生产线进行等温正火来避免普通正火时所产生的弊端，得到分布均匀的细珠光体和铁素体组织，从而获得较好的加工性能及机械性能。同时能够对生产过程进行智能控制、实时监控及追溯，实现自动化、智能化生产，使产品零件质量稳定可靠。
参考文献
［1］马永杰.热处理工艺方法.[M].北京：化学工业出版社，2008
［2］胡光立 谢希文.钢的热处理（原理和工艺）第5版. [M].西安：西北工业大学出版社.2016
［3］崔忠伒 覃耀春.金属学与热处理 第二版. [M].北京：机械工业出版社.2015
作者简介
贾辉,1970.05,男，汉族，毕业于兰州铁道学院（现：兰州交通大学），铁路行业工艺技术