高速列車(chē)是各工業(yè)國表征自己科技水平及鐵路運輸發(fā)展程度的重要標志。法國高速電氣列車(chē)2007年4月3日在行駛試驗中時(shí)速達到574.8公里,打破了1990年前由該國高速電氣機車(chē)創(chuàng )下的時(shí)速515.3公里的有軌鐵路行駛速度世界紀錄[1]。我國鐵路經(jīng)六次大提速后,主要干線(xiàn)列車(chē)時(shí)速已達200公里以上水平[2]。從而,為國民經(jīng)濟的快速發(fā)展提供了較好的運輸保障。隨著(zhù)列車(chē)運行速度的提高,對鐵道和列車(chē)的性能均提出了更高更嚴的要求。列車(chē)的車(chē)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(chē)可以運行的速度,還直接影響到列車(chē)運輸的安全。國內普通列車(chē)的車(chē)軸通常用40鋼或50鋼制造[3]。但是,碳素結構鋼淬透性差[4],而車(chē)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片狀珠光體組織后再加工成車(chē)軸,故其綜合力學(xué)性能較低而難以滿(mǎn)足高速列車(chē)對車(chē)軸性能的要求。為了解決此問(wèn)題,考慮到車(chē)軸軸重、失效原因、應力分布特點(diǎn)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(chē)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(wú)縫鋼管作為材料來(lái)制造高速列車(chē)的車(chē)軸。攀成鋼成都無(wú)縫鋼管廠(chǎng)經(jīng)過(guò)分析、研究、試驗和試軋,生產(chǎn)出了一批能滿(mǎn)足技術(shù)要求的Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無(wú)縫鋼管供給了制造該零部件的廠(chǎng)家用。本論文在介紹了當前各工業(yè)國家高速列車(chē)車(chē)軸用材料的發(fā)展概況之后,分析了高速列車(chē)車(chē)軸運行時(shí)的應力狀態(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、斷裂韌度范圍及其熱處理特點(diǎn)。隨后,重點(diǎn)進(jìn)行了如下兩方面的分析、研究及試驗工作。一、仔細地了解并分析了規格為Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無(wú)縫鋼管的冶金過(guò)程,特別是熱軋工藝試驗過(guò)程及其軋制生產(chǎn)過(guò)程。解剖并分析了該種無(wú)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了車(chē)軸的熱處理生產(chǎn)。首先在實(shí)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(mǎn)足使用技術(shù)指標并具有良好的斷裂韌度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能的****調質(zhì)熱處理工藝參數。隨后,在重慶大江機械制造廠(chǎng)對車(chē)軸進(jìn)行了調質(zhì)熱處理。在實(shí)際處理車(chē)軸時(shí),因經(jīng)粗加工后的車(chē)軸仍舊有截面尺寸厚、重量大和孔徑較小等特點(diǎn),采用125kw較深的非標準井式電阻爐對其進(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(shí)沖火,沖油、易失火及惡化車(chē)間工作環(huán)境等毛病。另外,還克服了因油的冷卻能力不足,使厚壁管中部偏內側處易形成上貝氏體及其它非馬氏體組織而嚴重惡化車(chē)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(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際熱處理生產(chǎn)試驗。經(jīng)過(guò)850℃±10℃加熱2.5小時(shí)后淬入13.5%濃度的聚合物水溶液內淬火,再575℃±10℃3 .5小時(shí)回火使這種由Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無(wú)縫鋼管制造的高速列車(chē)空心車(chē)軸的質(zhì)量達到了規定的技術(shù)指標。****,通過(guò)前述工作的總結,作者對35CrMo鋼的冶煉方式、超厚壁管的軋制工藝及設備和熱處理工藝與設備等作出了結論并提出了一些改進(jìn)建議。