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镜面加工设备针对车轴的应用
更新时间:2017-11-2  点击数:159 【字体:

车轴是承受机车车辆质量的关键部件,在运行中要承受静载荷、动载荷和制动附加载荷的作用,失效的主要形式是疲劳破坏。 近年来,随着铁路的高速化和重载化,车轴的疲劳破坏日益严重,对行车的安全性能提出了严峻的挑战。 疲劳损伤往往发生在表面或从表面开始,然后逐渐向内部扩展并最终导致整个构件失效,造成了巨大经济损失和安全隐患。 因此,可以通过改变表面晶粒的结构、硬度或残余应力来提高表面性能,从而减少或延缓车轴的失效,对保证轨道交通的顺畅通行有积极意义。豪克能镜面加工设备针对车轴进行金属表面加工改性,让车轴的表面粗粗度达到镜面级别,形成表面纳米层,极大的提高了车轴的疲劳寿命、硬度和耐磨耐腐蚀度。

 


目前在实际生产中广泛采用表面强化技术来提高车轴钢表面性能,主要有喷丸强化、滚压强化和感应淬火等,这些方法取得了良好的强化效果,但也存在着一些局限性,如设备庞大,效率低,污染大,处理效果还没有达到人们的预期。

 
 

豪克能镜面加工技术作为一种有效的表面强化方法,可以使金属表面产生弹塑性变形,晶粒细化,硬度增加,同时改变表面的残余应力状态、提高金属的疲劳寿命和腐蚀性能;并且豪克能设备噪声小没有污染,成本低耗能少;豪克能处理具有速度快,强化层较深,可以引入较大的残余压应力,同时不受工件形状限制,还可以与其它设备组成生产线等优特点,故可把豪克能镜面加工技术应用于车轴钢的表面强化上,提高其综合力学性能。
车轴钢被装夹在车床主轴上,用豪克能头对车轴表面完成强化。


2 豪克能镜面加工技术加工车轴后结果及分析
2. 1 表面粗糙度大幅改善
试样经过豪克能处理后,表面发生了明显变化,如下图所示。

 

 
从图中看到了明显的分界线,可以发现豪克能处理过的部分光泽更好,表面很光滑。 这是因为在高频冲击的作用下,表面产生了剧烈的塑性变形,波峰波谷之间的差距越来越小,使得试样表面粗糙度减小。

2.2 金属表面晶粒细化
车轴钢经豪克能镜面加工处理后,表面发生了未微观塑性变形,晶粒明显细化;
 

2.3 显微硬度

 

表面硬度提高机理:
车轴钢属于中高层错能金属,塑性变形方式主要通过位错的运动,试样表面首先在高频冲击的重复作用下,产生了大量位错,并通过滑移、累积、交互作用、湮灭和重排等形成了位错墙和位错缠结,这些位错墙和位错缠结将原始晶粒分割成尺寸较小的位错胞;随着应变的增加,位错密度不断增大,为了降低系统的能量,高密度位错会在位错墙和位错缠结附近发生湮灭和重排,使得位错墙和位错缠结发展成亚晶界。 亚晶界的形成降低了位错的密度,使得晶粒尺寸明显减小。 同时,位错在运动时相互交割加剧,一方面增加了位错线的长度,另一方面产生了固定割阶、位错缠结等障碍,这些都会使位错运动阻力增大,引起变形抗力增加,要想使金属进一步塑性变形,就必须增大外力,于是就提高了金属的强度。除此之外,在一定深度范围内,材料的硬度是存在梯度的,即随着距离表面深度的增加,晶粒逐渐变细,表面的硬度逐渐减小。

2.4 预置压应力
车轴经过豪克能镜面加工设备强化加工之后,表面应力状况发生改变,有拉应力改变为压应力;有效延缓疲劳裂纹的萌生,延长车轴的服役寿命。
 
3、 结论
 车轴经豪克能镜面加工处理后,表面发生塑性变形,晶粒明显细化,显微硬度呈梯度化,随着距表面深度的增加,变形量逐渐减小,依次分为剧烈变形层、过渡层和基体,变形区与基体没有明显界限。

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