技术领域
[0001] 本
发明涉及金属材料的热处理工艺，特别是一种轨道车辆用轴箱后盖的热处理工艺。
背景技术
[0002] 轨道车辆的车轴轴端设有轴箱装置，轴箱装置连接车体和轮对，其内端安装有轴箱后盖。轴箱后盖用于保护和
支撑轴承，并具有密封、紧固、防尘等作用。轴箱后盖为分体式结构，由上、下后盖体组装而成。为方便轴箱后盖组装到轴箱装置上，并保证轴箱后盖的使用性能，要求轴箱后盖在精加工后的
变形量很小，即上、下后盖体的变形尺寸需在规定的范围内。
[0003] 目前轨道车辆轴箱装置用轴箱后盖通常采用
铝合金精密
锻造成型技术，材料为5083-O（AlMg4.5Mn0.7）。5083为一种常用防锈
铝合金，O为材料的
退火状态。由于5083材料的其它合金含量有限，不足以形成过饱和
固溶体和第二相强化相，不可进行热处理强化，且镁合金的存在使其成型困难，因此该材料在精密锻造成型方面应用较少，国内外对该材料零散部件的热处理参考数据较少，且实用性有限。由于锻造成型需要较高的
温度把材料加热到
软化区，冷却的温差会给内部组织带来很多的残留内应
力，导致产品在机加工后因内
应力释放而产生变形，而影响产品的组装。若按照常规的金属材料退火工艺去除应力，即热处理温度390～420℃，加热时间30min，空冷或
水冷。该种退火工艺的加热温度较高，且时间短，能对5083内部晶格错位进行
稳定性恢复，却无法去除宏观结构上的变形应力，且热处理后晶粒长大，会带来力学性能降低和热处理应力残留等问题。若使用高低温循环的办法消除应力，由于铝合金在低温下的强度、塑性等综合性能较好，分子活
动能力低，因此低温下的去除应力效果不明显。若采用自然时效的方法消除应力，则需要较长的时间，一般都在几个月甚至几年，将影响产品的生产效率，不适用于批量化生产。震动去应力的方法则比较适合体积较大、
框架类结构的产品，且会对产品表面产生一定的损伤。
发明内容
[0004] 本发明的目的是克服
现有技术的不足，提供一种能大大消除内应力，有效控制精加工后的变形量，且能保证轴箱后盖综合力学性能的轴箱后盖热处理工艺。
[0005] 为了实现其目的，本发明采用的技术方案是，一种轴箱后盖热处理工艺，轴箱后盖包括上后盖体和下后盖体，其创新在于：所述轴箱后盖采用了分段退火的方法，具体步骤如下：第一段：将轴箱后盖在无
叠加和无相互
接触的状态下码放在烘架上,将烘架放进箱式
电阻炉内，加热至250℃～300℃保温1～2小时；然后随炉冷却至100℃以下；
第二段：将烘架连同码放在烘架上的轴箱后盖一起从箱式电阻炉内取出，置于
环境温度下保持8小时以上；
第三段：将烘架连同码放在烘架上的轴箱后盖再次放进箱式电阻炉内，加热至
150℃～200℃保温2～3小时；然后随炉冷却至室温。
[0006] 所述箱式电阻炉包括电阻加热装置、空气循环装置，温度测量装置和
电子温控系统。
[0007] 所用烘架为框架式结构，包括框架和隔层，所述隔层为网格结构。
[0008] 所述轴箱后盖置于烘架上，轴箱后盖相互之间保持50mm以上的距离。
[0009] 所述轴箱后盖置于烘架上，轴箱后盖上方保持100mm以上空间距离。
[0010] 所述轴箱后盖材料为5083。
[0011] 本发明的轴箱后盖热处理工艺采用分段退火的方法，通过不同的温度范围和不同的保温时间，能大大消除后盖体的内应力，有效控制因残余内应力而导致后盖体精加工后的变形量，使精加工后的后盖体的尺寸满足后续的组装要求，且保证轴箱后盖的使用性能要求。热处理阶段分为2次加热处理，对加热温度和保温时间进行了优化设计，减少因温度快速变化而带来的二次应力残留问题，大大消除后盖体在锻造和热处理过程中产生的内应力。由于加热温度避开了高温区，且加热温度较其它方式有所降低，能防止材料因热处理温度过高而带来的晶粒粗大、防锈性能下降等问题，保证材料的综合力学性能。
附图说明
[0012] 图1是本发明轴箱后盖热处理工艺
流程图；图2是本发明轴箱后盖的结构示意图；
图3是图2中上后盖体的结构示意图；
图4是图3中A-A剖面图；
图5是图2中下后盖体的结构示意图；
图6是图5中B-B剖面图；
图7是本发明中使用烘架的结构示意图；
图8是 本发明
中轴箱后盖的材料中镁在铝中的
溶解度图；
图9是采用本发明热处理工艺处理后的轴箱后盖横向组织(500倍
腐蚀前)图；
图10是采用本发明热处理工艺处理后的轴箱后盖横向组织(500倍腐蚀后)图；
图11是采用本发明热处理工艺处理后的轴箱后盖纵向组织(500倍腐蚀后)图。
具体实施方式
[0013] 以下结合具体的
实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0014] 实施例：以采用5083为材料的通过精密锻造成型的轴箱后盖为例，对本发明作进一步详细描述。
[0015] 参见图1～7所示，一种高速动车组用分体式轴箱后盖1由上后盖体1-1和下后盖体1-2组装而成，轴箱后盖1材料为铝合金5083，上后盖体1-1和下后盖体1-2通过精密锻造成型组装而成的轴箱后盖1的热处理工艺包括如下步骤：第一段：将精密锻造成型的轴箱后盖1在无叠加和无相互接触的状态下码放在烘架2上,将烘架2放进箱式电阻炉内，从室温加热至280℃保温1小时，然后随炉冷却至100℃以下。为保证后轴箱后盖1在保温过程中不会因外力影响而变形，将轴箱后盖1在无叠加和接触的自由状态下码放在烘架2上。该过程能消除大部分因锻造产生的内应力，加热温度避开了高温区，能有效避免材料因高温加热而带来的晶粒粗大、防锈性能变差等问题，且能够保证材料的综合力学性能，且通过随炉冷却可以减少因温度快速变化而形成的二次应力。
[0016] 第二段：将烘架2连同码放在烘架2上的轴箱后盖1一起从箱式电阻炉内取出，置于环境温度下保持8小时以上，即环境温度下放置8小时以上；该过程使后盖体内部组织晶粒在常温下进一步稳定。
[0017] 第三段：将烘架2连同码放在烘架2上的轴箱后盖1再次放进箱式电阻炉内，加热至150℃保温2小时；然后随炉冷却至室温。该过程可以大大消除在锻造和前续热处理过程中产生的残余宏观内应力，能有效控制因残余内应力而导致后盖体在精加工后的变形量，使后盖体的尺寸满足后续的组装要求。
[0018] 本发明轴箱后盖热处理工艺中，为了保证加热温度的精确并使产品受热均匀，使用了箱式电阻炉，所述箱式电阻炉包括电阻加热装置、空气循环装置，温度测量装置和电子温控系统。且箱式电阻炉具有较大
炉膛便于放置烘架2，所用烘架2为框架式结构，如图7所示，包括框架2-1和隔层2-2，所述隔层2-2为网格结构；轴箱后盖1置于烘架2的隔层上，且轴箱后盖1相互之间保持50mm以上的距离，轴箱后盖1上方保持100mm以上空间距离，保证加热的均匀，加热过程中周边空气流通顺畅。
[0019] 本发明轴箱后盖采用铝合金5083（变性铝合金）材料，材料中主要的
合金元素是镁。本发明对轴箱后盖进行热处理的主要目的是在消除内应力的同时，控制镁在铝合金中的存在形式，保证轴箱后盖的综合力学性能。如图8所示，5083的再结晶温度在250℃以上，在255℃以上加热，材料成分为α固溶体；低于230℃时，材料分成为为α+β相，但由于形核和析出困难，所以β相不多。大部分镁还是溶解在铝中，低温下形成过饱和固溶体。在热处理后的金
相图中，椭圆形或条形相为Mg5Al8和Mg2Si，不规则相为(FeMn)3Si2Al15 和(FeCr)4Si4Al13。这里非固溶状态的Mn和Cr减弱了
铁对铝合金的不利影响。由于Mg5Al8和Mg2Si形核困难，且晶粒粗大，所以强化作用不明显，这也是5083不可以热处理强化的原因。Mg5Al8和Mg2Si的电位差与α固溶体相差不多，也保证了材料的防电化学腐蚀的能力。所以理论上对于5083的热处理要求只要能够消除内应力，同时避免再结晶时间过长造成晶粒粗大而影响材料性能即可。在稍高于再结晶温度的
位置，280℃保温1小时，如果时间短或者温度低，铝合金仍呈变形组织特征，在局部变形区呈现连续分布的β相（Mg5Al8）,合金具有较强
应力腐蚀敏感性和较弱的耐
点蚀能力;如果时间长，或温度高，则退火后为完全再结晶组织，β相又趋于连续分布,合金抗应力腐蚀和耐点蚀能力变弱。280℃下加热保温，局部开始发生再结晶,但组织中仍包含由位错缠结而成的胞状亚组织,球状β相在晶内和
晶界不连续分布,合金具有高的抗应力腐蚀和耐点蚀能力。280℃保温1小时后，再经过150℃保温2小时退火，可以大大消除轴箱后盖1的内应力，有效控制因残余应力而导致轴箱后盖1在精加工后的变形量，还可使轴箱后盖具有良好的综合力学性能。
[0020] 参见图9、10、11所示，采用本发明热处理工艺后的轴箱后盖1经沿变形的横向和纵向500倍金相分析可以看出，实物晶粒细密，未见晶粒粗大或
重熔现象。可见热处理对锻造的细化效果未产生不利影响，锻造成型的上后盖体1-1和下后盖体1-2组装的轴箱后盖毛坯稳定，晶粒度达到9及以上，平均为10级，个别可以达到11级。
[0021] 参见图2～6，轴箱后盖1包括上后盖体1-1和下后盖体1-2，在精加工时，是将上、下后盖体组装成一体后再进行加工的，精加工后测得轴箱后盖1的尺寸为L；将精加工后的轴箱后盖1分开，分别测得上、下后盖体的尺寸为L1和L2。附表1是按照常规的相关标准制定的退火工艺，设计热处理温度390～420℃，加热时间30min，空冷或水冷处理后的轴箱后盖精加工后变形量统计，附表2是采用本发明的热处理工艺处理后的轴箱后盖1精加工后变形量统计，从两表统计数字可以很明显的看出：采用本发明热处理工艺的轴箱后盖1在精加工后的变形量远远小于采用常规退火工艺的轴箱后盖1在精加工后的变形量。
[0022] 表1 采用常规退火工艺的后盖体精加工后变形量统计表2采用本发明热处理工艺的后盖体精加工后变形量统计
