3章 车轴材料(4周)

第三章轮轴新组装1.基本作业条件1.1基本工序1.1.1车轴加工主要包括车轴超声波穿透探伤、车轴轴端三孔加工、车轴半精车、车轴精车、车轴成型磨削加工、车轴轮座磨削加工、车轴荧光磁粉探伤、车轴检测。

1.1.2车轮加工主要包括车轮轮毂孔加工、检测。

1.1.3轮对组装主要包括车轴、车轮选配、复测，轮对自动压装，轮对尺寸检测，轮对检查。

1.1.4轴承压装主要包括轴颈、防尘板座擦拭，轴颈、防尘板座、轴承、后挡检测，轴承与轴颈、后挡与防尘板座选配，轴颈、防尘板座涂脂，轴承压装，刻打标志板，轴承附件组装组装轴承前盖等附件，轴向游隙检测，轴承磨合测试，轮轴检查交验。

1.2主要工装设备超声波探伤仪、轴端三孔加工设备、数控车轴车床、车轴成型磨床、车轴外圆磨床、荧光磁粉车轴探伤机、数控立式车床或数控立式镗床、轮对自动压装机或轮对自动组装单元（含专用样板轮对）、轴端标记刻打机、微控轴承压装机、标志板刻打机、轴端螺栓智能力矩扳机、轴承磨合机等。

1.3主要检测器具车轴全长及轴肩距测量尺、车轴圆弧检查样板、轴端螺栓孔塞规、轴端三孔位置度量规、游标深度尺（深度游标卡尺）、粗糙度测量仪(含圆弧)、粗糙度对比样块、内径千分尺（表）、标准样环、轮对内侧距检测尺、轮位差测量尺、车轮检查器、轮径尺、车轮踏面形状检查样板、轮对偏心测量器、外径千分尺、轴承轴向游隙检测仪、力矩扳手等。

2.车轴2.1车轴技术状态检查2.1.1半精加工车轴外表面无残留氧化黑皮，无可见裂纹，无影响后续加工的锈蚀，轴身部位涂刷均匀厚度的醇酸清漆。

2.1.2半精加工车轴不应存在精加工时不能消除的刀痕和损伤。

（TB2945-1999）2.1.3车轴中心孔、螺栓孔加工后须逐个检查，符合图样要求。

2.1.4车轴轴身、轮座与轴身过渡部分的圆弧半径须符合图样要求，表面粗糙度须达到Ra3.2μm。

2.1.5 车轴组装加工前须对车轴施行全轴超声波穿透探伤检查。

2.2车轴加工技术要求2.2.1 轴端螺栓孔检测加工2.2.1.1轴端螺栓孔加工后，轴端螺栓孔须用螺纹塞规进行检查。

高速动车车轴的材料选择与应用一、引言高速动车是现代交通运输的重要组成部分，具有运载能力大、速度快、安全性高等特点。

车轴作为高速动车的重要组成部分之一，其材料选择与应用对车辆的性能和安全性有着重要影响。

本文将围绕高速动车车轴的材料选择与应用，进行详细的分析和探讨。

二、车轴材料的选择1. 强度和韧性要求高速动车在运行过程中需要承受较大的轴载荷和冲击载荷，车轴材料需要具备足够的强度和韧性以确保安全性。

常用的车轴材料有钢、铸铁和铜合金等。

钢具有较高的强度和韧性，适用于大部分高速动车。

铸铁相对于钢而言强度较低，仅适用于一些低速列车。

铜合金具有良好的强度和韧性，但造价较高，通常仅用于特殊要求的高速动车。

2. 轴重和轴径要求车轴的重量和直径对整个车辆的性能和稳定性有着直接影响。

车轴材料需要具备足够的轴重和轴径以满足运输需求。

钢材具有较高的轴重和轴径，适用于大部分高速动车。

铸铁相对于钢而言轴重较小，只适用于一些轻负载的车辆。

铜合金轴重适中，但造价较高。

3. 耐疲劳性要求高速动车的车轴在运行过程中会持续接受载荷的作用，经历频繁的应力循环，因此需要具备较高的耐疲劳性。

钢材具有良好的耐疲劳性能，适用于大部分高速动车。

铸铁相对于钢而言耐疲劳性稍差，只适用于一些低速列车。

铜合金具有良好的耐疲劳性能，但造价较高。

4. 制造和维护要求车轴的制造和维护要求对整个运输系统而言非常重要。

钢材制造成本较低，制造工艺成熟，容易维护。

铸铁制造成本较低，但制造工艺较复杂，维护相对困难。

铜合金制造成本较高，制造工艺复杂，维护也较为困难。

三、车轴材料的应用1. 高速铁路高速铁路属于高速动车的范畴，车轴材料的选择与应用需要符合高速铁路的要求。

在高速铁路中，钢材是最常用的车轴材料，由于其强度高、韧性好、耐疲劳性能好，能够满足高速铁路的运输要求。

2. 列车制动系统列车制动是高速动车的重要功能之一，对车轴材料的性能提出了更高的要求。

钢材因其高强度、好韧性和良好的疲劳性能，广泛应用于列车制动系统。

高速动车组车轴的制造工艺与材料选择探讨随着高铁的快速发展，高速动车组成为人们出行的重要工具。

而车轴作为高速动车组的核心零部件之一，其质量和可靠性对列车运行的安全和舒适度有着重要影响。

因此，对于高速动车组车轴的制造工艺和材料选择进行深入探讨，具有重要意义。

1. 车轴的制造工艺1.1 钢材选用车轴所采用的材料应具备较高的强度、韧性和耐疲劳性能。

目前常用的材料包括轴承钢、中碳合金结构钢和铸钢等。

根据使用要求，合理选择材料可以提高车轴的使用寿命和安全性能。

1.2 热处理工艺经过锻造和机械加工后，车轴需要进行适当的热处理，以提高其综合性能。

热处理工艺主要包括淬火、回火和表面强化等。

通过调整热处理参数，可以改善车轴的硬度、韧性和抗疲劳性能，提高其耐久性。

1.3 高精度加工车轴作为高速旋转零部件，对尺寸精度和表面质量要求较高。

采用现代数控加工和磨削技术，可以实现车轴的高精度加工，确保轴承座的连接精度和轴的平衡性。

2. 车轴材料的选择2.1 轴承钢轴承钢具有较好的强度、硬度和耐磨性能，适用于高速动车组的车轴制造。

常见的轴承钢有GCr15和GCr18Mo等，其优点是材料性能稳定，适应性广泛。

2.2 中碳合金结构钢中碳合金结构钢具有较高的强度和耐疲劳性能，适用于承受较大载荷的场合。

通过调整合金元素的含量和热处理工艺，可以提高其材料性能和使用寿命。

2.3 铸钢铸钢具有良好的浇铸性能和机械性能，适用于生产大型、复杂形状的车轴。

目前，采用铸造加工制造车轴的技术已逐渐成熟，能够满足高速动车组对车轴质量和性能的需求。

3. 车轴制造工艺的改进与创新随着科技的不断进步，高速动车组的车轴制造工艺也在不断改进与创新。

3.1 先进的锻造技术采用先进的锻造技术，如数控锻造和精密锻造，可以实现车轴形状的精确控制和机械性能的提高。

通过提高锻造精度和材料利用率，可以减少车轴的加工量，并提高生产效率。

3.2 全自动化生产线引入全自动化生产线，可以实现车轴的批量生产和质量的稳定性。

轴常用材料及主要力学性能转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。

心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。

(转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动)；传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。

花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢；轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45号钢最为常用。

不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。

受载荷大的轴一般用调质钢。

调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。

调质钢：35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo；大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢；在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。

轴的强度计算轴的强度计算一般可分为三种：1：按扭转强度或刚度计算；2：按弯扭合成强度计算；3：精确强度校核计算1：按扭转强度或刚度计算P2.许用扭转角的选用，应按实际而定。

参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，取￠P=0.25～0.5(°)/m 一般传动，取￠P=0. 5～1 (°)/m；要求不高的传动，可取￠P大于1 (°)/m；起重机传动轴￠P=15´～20´/m；注：1. 表中P 值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力。

2. 在下列情况下τP 取较大值、A 取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴单向旋转。

反之，τP 取较小值，A 取较大值。

3. 在计算减速器的中间轴的危险截面处(安装小齿轮处)的直径时，若轴的材料为45号钢：取A=130 ～165。

车轴知识车轴是机车车辆承受动载荷的关键零件，受力状态复杂，它主要承受弯曲载荷、扭转载荷或弯扭复合载荷，并可能受到一定冲击。

所以，轴在工作中可因疲劳、弯曲、扭转或拉伸应力而断裂，但疲劳断裂是轴的普遍断裂形式。

因此，对车轴钢材而言，主要是保证其良好的强度，特别是弯扭复合疲劳强度及韧性。

为了防止其轴颈部位的迅速磨损，还应具备一定的表面硬度。

车轴的强度、韧性等性能要求须通过车轴钢材成分和热处理两方面来保证，与此同时，对钢材的冶金质量、淬透性要求等还须提出附加要求。

以下仅就高速铁路用车轴材质的优化选择加以论述。

车轴钢材成分车轴钢材成分对性能的保证包括两方面涵义，一方面指合金化问题，另方面指含碳量高低的选择。

车轴钢材的含碳量“碳”是钢中必不可少的元素，也是影响钢材性能的重要元素。

然而加碳虽然强化作用很高，但却显著降低韧性。

轴类零件一般选择中碳钢。

为了提高铁路行车安全性，应降低车轴钢的含碳量，在降碳的同时，可通过微合金化及热处理来提高车轴强度。

40～45钢车轴使用历史悠久，是国际上使用较多的钢种。

由于其强度偏低，耐磨性差，疲劳裂纹萌生门槛值较低，使用寿命较短。

但40～45钢韧脆转变温度低，加工性能好，成本低，如果能采用先进的冶炼、锻造技术和热处理工艺，在保持韧性前提下提高强度，其裂纹率很可能有所下降，使用寿命将会相对延长。

长期以来，我国的机车车辆均采用优质碳素钢车轴，国外由于各国的国情不同，技术观点不同，选用的车轴材料不尽相同。

依据各国车轴标准不同，车轴材料一般分为两大类，即碳素钢车轴及合金钢车轴。

但都属于低碳钢范畴。

碳素钢车轴钢材的含碳量一般选择0.30～0.45%，加入合金元素，可适当降碳。

车轴钢材的合金元素依据车轴钢材的使用性能，要求车轴钢具有较高的强度和韧性，即良好的综合性能。

因此，车轴钢合金化的目的就是添加合金元素达到强韧化目的。

钢材的韧化，意味着不发生脆化。

依据一般的强化机构，除细晶强化外，一般均会发生脆化，即脆性转变温度上升的同时，韧性破断的冲击值和断裂韧性值下降。

铁道车辆的车轴车轴是轮对的主要配件,它除了车轮组成轮对外,两端还要与轴箱油润装置配合，保证车辆安全运行。

按其使用轴承的不同，车轴分为滑动轴承车轴和滚动轴承车轴。

目前,我国铁路货车轮对绝大部分都采用滚动轴承及滚动轴承车轴,但也有极少数车辆还在使用滑动轴承车轴及滑动轴承(一般为重载车辆所使用)。

一、车轴各部名称及功用(一)滚动轴承车轴滚动轴承车轴如图1-2所示。

图1-2 滚动轴承车轴１－中心孔；2－轴端螺栓孔;３－轴颈;4-卸荷槽;5－轴颈后肩；6-防尘挡圈座７－轮座前肩;8－轮座;9-轮座后肩；１０-轴身；11-轴端倒角1.中心孔：加工车轴和组装、加工轮对时机床顶针孔支点,并可以作为校对轴颈、车轮圆度的中心。

2．轴端螺栓孔:安装轴承前盖或压板,防止滚动轴承外移窜出,如图2-2(b)所示。

３.轴颈：安放轴承,承受垂直载荷。

4.卸荷槽:为磨削轴颈时便于砂轮退刀，起退刀槽的作用，可以减少轴承内圈组装后与此处相互间的接触应力,有利于提高此处的疲劳强度，如图２－２（ｃ)所示。

５．轴颈后肩:轴颈与防尘挡圈座间的过渡圆弧,可防止应力集中。

6.防尘挡圈座：安装防尘挡圈并限制滚动轴承后移。

7.轮座前肩：防尘挡圈座与轮座之间的过渡圆弧,可防止应力集中。

8．轮座:固定车轮，是车轴的最大受力部分。

9.轮座后肩：轮座与轴身之间的过渡圆弧，可防止应力集中。

１0．轴身：车轴中间连接部分。

1１.轴端倒角:轴端部设有１:1０的倒角，其作用是在压装滚动轴承时起引导作用。

（二)滑动轴承滑动轴承车轴与滚动轴承车轴各部名称与功用基本相同，所不同的有以下几点：1.增设轴领:主要是防止轴瓦外移。

2.轴颈：安装滑动轴承的轴瓦。

３.没有轴端螺栓孔。

４．没有卸荷槽。

二、货车车轴型号铁道部在新修订的车轴形式尺寸标准(GB１2８14-1991)中，规定我国铁路货车用标准型滚动轴承车轴有四种,即RB2、ＲＣ2、RD2、RE2型滚动轴承车轴；标准滑动轴承车轴中现在还存使用的有四种，即D、E、Ｆ、Ｇ型滑动轴承车轴。

车轴材料技术与故障一、前言二、车轴材料基础三、车轴材料疲劳性能四、车轴故障分析五、车轴技术展望1、车轴的定义：连接轮对中两车轮，并与车轮一起沿钢轨旋转的部件。

2、车轴材料技术的关键词：车轴；金属材料；交变载荷；疲劳损伤；安全3、车轴主要承受的载荷类型5、车轴承受的应力分布旋转弯曲载荷是车轴在运行中承受的主要载荷形式。

车体的重量通过轴承施加在车轴两端轴颈上，力的方向朝下；而通过车轮施加在车轴轮座的支撑力方向向上，这样，在轴身、轮座、防尘挡板座和轴颈处均形成弯曲载荷。

应力分布为沿轴向的拉压应力。

在轴表面，上部最高点为最大拉应力，沿圆周向下逐步衰减到零，再变成压应力，逐步增加，直到下部最低点为最大压应力。

沿径向深度方向，表面应力最大，中心为零。

由于车轴在运行时不断旋转，轴表面确定位置上发生周期性的拉、压应力，即是一种交变载荷。

扭转载荷在车轴中是第二位的。

主要是在过弯道时(特别是小半径曲线上)产生。

相同的转角，内股道上的车轮走的距离短，而外股道上的车轮走的距离长，因而，在车轴上就产生了扭转力矩，形成扭转载荷。

此外，机车动轴在启动时承受较大的扭转载荷。

扭转载荷产生的最大剪切应力有两个方向：圆周方向和车轴纵向。

同样，在轴表面应力最大，沿径向深度方向递减，到轴中心则衰减为零。

但轴表面各处的应力的绝对值是一样的。

扭转载荷的主应力作用的平面与轴向成45°。

由此可见，铁路机车车辆车轴用钢必需具备的条件：（1）车轴材质需保证车轴具有足够的强度和良好的韧性，即具有良好的综合机械性能；（2）车轴材质需保证车轴具有足够的疲劳强度，保证在所规定的使用条件下的安全性、可靠性和使用寿命。

二、车轴材料基础车轴钢是指专用于生产铁道机车、车辆车轴的钢种。

按用途可分为货车轴用钢和客车轴用钢；按化学成分可分为碳素钢和合金钢车轴，其中货车和普通客车以碳钢为主，高速列车以合金钢为主。

按我国钢种分类标准，目前世界上所采用的货车车轴钢的碳含量均在0.35％～0.57％之间变动，属于中碳优质碳素钢类，高速列车采用低碳合金钢。

40Cr、50车轴钢疲劳性能研究及疲劳断裂机理探讨一、概述随着现代工业技术的飞速发展，机械设备的疲劳失效问题日益凸显，成为制约设备性能提升和服役寿命延长的关键因素。

车轴作为高速运转的机械设备中的重要部件，其疲劳性能直接关系到整个设备的安全性和稳定性。

深入研究车轴钢的疲劳性能及疲劳断裂机理，对于提高车轴的使用寿命、预防疲劳失效以及优化机械设计具有重要的理论和现实意义。

本文选择40Cr和50两种典型的车轴钢作为研究对象，通过系统的实验和理论分析，旨在探究这两种材料的疲劳性能特点以及疲劳断裂的内在机理。

40Cr和50钢作为常用的车轴材料，在铁路、汽车、船舶等工业领域有着广泛的应用。

由于服役环境和使用条件的复杂性，车轴钢在实际应用中往往面临着交变应力、温度变化、腐蚀等多种因素的共同作用，这些因素都可能对车轴钢的疲劳性能产生显著影响。

本文首先通过文献综述，对国内外关于40Cr和50车轴钢疲劳性能的研究现状进行了梳理和评价，指出了当前研究中存在的问题和不足。

在此基础上，结合实验研究和理论分析，深入探讨了40Cr和50车轴钢的疲劳性能特点，包括疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹萌生与扩展规律等。

同时，通过断口分析、微观组织观察等手段，揭示了疲劳断裂的微观机理和影响因素，为进一步优化车轴钢的设计和使用提供了理论支撑和实践指导。

通过本文的研究，不仅能够加深对40Cr和50车轴钢疲劳性能的认识，而且可以为相关领域的工程实践和学术研究提供有益的参考和借鉴。

1. 简述车轴钢在交通运输领域的重要性车轴钢作为交通运输领域的关键材料，承担着至关重要的角色。

车轴是连接车轮和车架的核心部件，直接承受着车辆的重量和载重，同时还需应对行驶过程中的各种复杂力。

车轴钢的力学性能，特别是疲劳性能，直接关系到车辆的安全性和可靠性。

在高速列车、重型货车等交通运输工具中，车轴钢的疲劳性能更是至关重要，因为这些车辆在运行过程中会受到反复的应力作用，若车轴钢的疲劳性能不佳，极易引发疲劳断裂，从而导致严重的安全事故。