专利名称：列车车轴组合激光强化方法
技术领域：
本发明涉及列车零部件及激光加工组织技术领域。
背景技术：
车轴是关系列车服役可靠性、安全性的关键部件，与车轮、轴承等部件组装在一起，在复杂轮轨滚动接触冲击力作用下，其非过盈配合部位因承受复杂旋转弯曲作用将出现疲劳累积损伤，而其过盈配合部位因承受旋转弯曲疲劳与微动疲劳作用将出现疲劳与磨损复合损伤。同时，为提高列车综合运行性能，对车轴提出了低质量、长寿命、高可靠性与安全性的苛刻要求。 现有世界车轴制造技术，以基体材料车轴技术为基础，材料主要有优质碳素钢和优质低合金钢两种，制造工艺分为连铸工艺和连轧工艺，包含钢水精炼-轴坯锻轧/铸造-热处理/表面强化-精加工等过程；热处理/表面强化工艺包括调质、表面淬火、表面喷丸等，由于材料组织结构没有发生实质性转变，使材料服役能力仍然有限日本新干线、西欧TGV和ICE高铁车轴的过盈配合部位，疲劳应力循环数N = IO7时的疲劳强度仅为140 160MPa，服役6年约运行150万km后就可检测出疲劳裂纹。而运输部门的车轴期望的车轴经济运行寿命一般为300 400万km ;而更重要的是，车轴的疲劳断裂安全，2008年7月9日因车轴疲劳断裂导致IEC高铁在科隆铁路中心站附近发生惊魂脱轨事故；我国在2004年左右曾发生多起RD2型车轴疲劳断裂事故。因此，基体材料车轴技术的现状是，服役疲劳寿命短，可靠性与安全性状况严峻。也为应用现代激光表面材料加工技术，改变表层基体材料组织结构，大幅度提高车轴过盈配合部位抗旋转弯曲疲劳与微动磨损的能力和非部位的抗旋转弯曲疲劳的能力，提供了应用的空间。1996 年，Glazkov 等[Glazkov VS, Kozubenko ID, Radionov JS, Korchagin AP,Vzjatkin GA, Byzova NE, Rassokha Al. Method for recovery of worn-out surfacesofaxle journals of car wheel pairs by means of laser fusing. RU19960101610]曾经公开了一种车轴轴颈过盈配合面磨损的激光相变修复技术，取得了良好的局部修复效果。以上现有的车轴强化方法存在以下不足(I)仅对车轴某一局部进行强化，使车轴“最弱部位”迁移，受新的“最弱部位”性能的限制，强化效果有限。(2)车轴过盈配合部位的强化没有考虑与损伤机制的一致性，耐磨机制考虑不够，车轴的使用寿命和可靠性仍有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种列车车轴组合激光强化方法，由该方法强化后的车轴过盈配合部位的强化寿命与车轴非过盈配合部位的强化寿命匹配，车轴的使用寿命长，可靠性强。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种列车车轴组合激光强化方法，其做法是既对车轴过盈配合部位进行激光强化，又对车轴非过盈配合部位进行激光强化。与现有技术相比，本发明的有益效果是既对车轴过盈配合部位进行激光强化，又对车轴非过盈配合部位进行激光强化，既使车轴过盈配合部位的寿命增长，又使车轴非过盈配合部位的寿命增长，车轴过盈配合部位的强化寿命与车轴非过盈配合部位的强化寿命匹配，从而有效的延缓了整个车轴的失效周期，提高了整个车轴的使用寿命，增强了车轴的可靠性。上述的对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应使强化后非过盈配合部位的寿命>车轴的服役寿命；且对车轴过盈配合部位进行激光强化的强化深度和对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应满足强化后车轴过盈配合部位寿命 > 强化后非过盈配合部位寿命；所述的强化深度是激光强化后使材料表层组织发生相变的厚度，即相变组织与基体组织界面到表面的距离。首次提出激光强化深度的概念，强化深度是激光强化后使材料表层组织发生相变·的厚度。强化深度应使强化后非过盈配合部位的寿命>车轴的服役寿命，且对车轴过盈配合部位进行激光强化的强化深度和对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应满足强化后车轴过盈配合部位寿命 > 强化后非过盈配合部位寿命。这样，既能确保车轴的疲劳寿命>车轴的的服役寿命，又能够较好的满足非过盈配合部位与过盈配合部位匹配，提高车轴的使用寿命，同时，由于非过盈配合部位的维修更方便，其寿命略短，能降低整个车轴后期的维护成本。上述的对车轴过盈配合部位进行激光强化的具体做法是通过耐磨比较试验，根据耐磨性好的原则，确定采用激光熔凝或激光熔覆或激光熔注方法中的一种方法对车轴过盈配合部位进行激光强化。这样，本发明方法强化后的车轴过盈配合部位的耐磨性与抗疲劳性兼备，降低了整个铁路运行的维护成本，提高了铁路的安全性和可靠性。上述的对车轴非过盈配合部位进行激光强化的做法是采用激光喷丸加工方法进行激光强化。由于车轴非过盈配合部位的损伤属于复杂旋转弯疲劳应力作用下的累积损伤，采用采用激光喷丸加工方法经行激光强化，可以很好的抑制疲劳裂纹萌生扩展，其抑制失效的效果好。下面结合具体实施方式
对本发明作一步说明。
具体实施例方式实施例一种列车车轴组合激光强化方法，其做法是既对车轴过盈配合部位进行激光强化，又对车轴非过盈配合部位进行激光强化。本实施例中，对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应使强化后非过盈配合部位的寿命 > 车轴的服役寿命；且对车轴过盈配合部位进行激光强化的强化深度和对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应满足强化后车轴过盈配合部位寿命 > 强化后非过盈配合部位寿命；所述的强化深度是激光强化后使材料表层组织发生相变的厚度，即相变组织与基体组织界面到表面的距离。
本实施例中，对车轴过盈配合部位进行激光强化的具体做法是通过耐磨试验，根据耐磨性好的原则，确定采用激光熔凝或激光熔覆或激光熔注方法中的一种方法对车轴过盈配合部位进行激光强化。
本实施例中，对车轴非过盈配合部位进行激光强化的做法是采用激光喷丸加工方法进行激光强化。
权利要求
1.一种列车车轴组合激光强化方法，其做法是既对车轴过盈配合部位进行激光强化，又对车轴非过盈配合部位进行激光强化。
2.根据权利要求I所述的一种列车车轴组合激光强化方法，其特征在于，所述的对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应使强化后非过盈配合部位的寿命>车轴的服役寿命；且对车轴过盈配合部位进行激光强化的强化深度和对车轴非过盈配合部位进行激光强化的强化深度应满足强化后车轴过盈配合部位寿命 > 强化后非过盈配合部位寿命；所述的强化深度是激光强化后使材料表层组织发生相变的厚度，即相变组织与基体组织界面到表面的距离。
3.根据权利要求I所述的一种列车车轴组合激光强化方法，其特征在于， 所述的对车轴过盈配合部位进行激光强化的具体做法是通过耐磨试验，根据耐磨性好的原则，确定采用激光熔凝或激光熔覆或激光熔注方法中的一种方法对车轴过盈配合部位进行激光强化。
4.根据权利要求I所述的一种列车车轴组合激光强化方法，其特征在于，所述的对车轴非过盈配合部位进行激光强化的做法是采用激光喷丸加工方法进行激光强化。
全文摘要
本发明公开了一种列车车轴组合激光强化方法，其做法是既对车轴过盈配合部位进行激光强化，又对车轴非过盈配合部位进行激光强化。由该方法强化后的车轴过盈配合部位的强化寿命与车轴非过盈配合部位的强化寿命匹配，车轴的使用寿命长，可靠性强。
文档编号C21D1/09GK102953057SQ20111023816
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者赵永翔, 堵彬斌, 胡基士 申请人:西南交通大学