改革开放以来，我国轨道交通运输装备技术应用成绩斐然，特别是铁路高速客货运输车辆的研发和制造技术已经达到世界领先水平，中国制造的铁路车辆以其合理的成本和可靠的质量行销全球大部分国家。本文主要阐述铁路货车模锻件制造技术的发展。

80年代铁路货车敞车载重60吨，运行速度一般30～50km/h；因工艺技术落后，主要零部件采用铸钢件。锻件数量不多，模锻件主要有轴承端前盖、后挡；钩舌销、钩尾销等，其中模锻件钩尾销材质从Q275→45→40Cr→40Mn2钢一路升级。为了提高产品的可靠性和使用寿命，形状从扁方→圆柱，锻后热处理从正火到调质处理，强度等级提升5倍以上。

2000年后货车主要车型发展方向为高速重载，使用升级后的新型转向架，载重70～80 吨，货车时速可达100～120km/h，最快达到160km/h。货车高速重载的关键是提高转向架的运行品质和动力学性能，近年来研发的30t轴重转向架，载重可达120吨/辆。

为了满足铁路货车高速重载需求，降低车辆运行中的故障率，必须研究货车车辆各部件的承载能力和运行可靠性。

由于铸钢件内部及表面容易产生缺陷，如内部气孔、疏松、夹杂；表面裂纹、麻点、凹坑等，由此造成一定比例的零件过早失效，许多零部件进行了“以锻代铸”的技术升级。铁路货车锻件锻造的一般特点：锻件单重重，产品形状复杂，成形难度大，锻造工艺复杂，需要大吨位的锻压设备；热处理淬透性要求高，性能等级要求成倍提高。锻造、热处理先进装备的应用和钢材冶炼技术的进步为车辆制造“铸改锻”技术升级提供了保障。

锻钢上心盘

上、下心盘为车体中梁和货车转向架的关键连接件，上心盘和中梁铆接在一起，原来铸钢件普遍存在着内部偏析、缩孔、夹杂，表面质量差等缺陷。由于货车运行中承受着复杂动、静态载荷，车辆段修期内，经常发现铸钢上心盘根部产生裂纹，危及行车安全。选用25Mn锻造上心盘，提高了产品的密实度，机械性能大大提高，有效地解决了上心盘圆弧处应力集中现象及疲劳裂纹问题。

25Mn钢坯冶炼采用“转炉+大方坯连铸”技术，严格控制25Mn钢中S、P含量，适当提高Mn/C比例到3.5左右；生产出上心盘锻造用钢坯，通过大吨位模锻锤模锻成形；经合适的正火工艺，实现伸长率≥25%，-40℃冲击功AkV≥71J。

锻造设备使用8000t摩擦压力机或16t模锻锤，坯料加热使用天然气炉，锻造后采用900℃、保温3～4h，保温完成后出炉空冷的正火工艺。现场生产中发现，正火后实物取样进行力学性能试验，伸长率和冲击功有时达不到标准的要求，通过控制正火冷却速度可以明显改善金相组织，提高本体的伸长率和冲击功；如果实物取样的强度较高，伸长率和冲击功达不到要求，通过增加一次520～580℃、保温4h的回火工艺，以实现最佳的综合性能，满足产品的质量要求。

锻造摇动座

摇动座原来采用符合AAR-201标准的E级钢铸件，是过渡型转向架的重要承力件，重载后运行条件恶劣，裂纹是常见的疲劳缺陷，影响到行车安全，锻造摇动座由此被应用。锻造摇动座采用材料25MnCrNiMoA圆钢或方坯，25MnCrNiMoA牌号材料尚未列入到GB/T 3077-2015，行业标准对25MnCrNiMoA的化学成分（表1）、钢坯状态、力学性能、低倍组织、非金属夹杂物、淬透性做了详尽的规定。

钢坯以热轧或锻制后经退火或高温回火状态供货，钢坯的尺寸、外形、重量及其允许偏差应符合GB/T 702-2017或GB/T 908-2008的有关规定。

钢坯经调质处理后制成的试样其力学性能应符合规定：

钢坯不允许有铸态组织，低倍组织应符合GB/T 3077-2015规定的高级优质钢的要求，取样部位为钢坯头部，不得有缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点、晶间裂纹等。

钢坯的非金属夹杂物按GB/T 10561-2005中的方法A及ASTM评级图评定。非金属夹杂物按A（硫化物）、B（氧化物）、C（硅酸盐）、D（球状氧化物）四类夹杂物进行评级，各类夹杂物应不大于2.0级。如同一视场中同时出现A、C类夹杂物时，应合并评定，合级应不大于2.5级。

锻造摇动座质量大，面积大，厚度薄，并有四个弹簧承台，模锻生产很难充满。初次试制时，我们采用的是自由锻预锻，始锻温度是1150℃，终锻温度为950℃，锻造比≥3；坯料尺寸很难保证，致使部分产品终锻时出现折叠、缺肉等缺陷，产品报废率高。经改进预锻方案，使用合理的胎模预成形坯料，经处理后使用8000t摩擦压力机终锻成形。调整工艺后，产品质量稳定，形状尺寸达到锻件图要求。经过锻后预正火、抛丸、探伤，再进行机加工，然后进行整体调质热处理和两端耳轴的中频表面淬火处理。企标要求：产品硬度235HBW～285HBW；耳轴支承面在距两端95mm，对称于中心线120°范围内的硬度为364HBW～514 HBW或39.5HRC～51HRC，硬化深度≥5mm。

整体调质完成后，随炉试棒的力学性能符合企标的要求，锻造摇动座本体硬度符合图样规定的要求；且产品的变形量较小，不超差。

锻造摇动座经抛丸清除表面氧化皮后进行湿法复合磁化探伤，确认没有裂纹，使用PLC控制的专用中频淬火机床对两端耳轴进行表面淬火，选择中频淬火电源250kVA，频率3000～6000Hz。产品进入淬火机床定位完成后，两个感应器同时进行加热，淬火冷却时间60～90s，感应器淬火移动速度1.05～1.58mm/s，表面淬火的同时利用工件上的余热进行自回火。

锻造摇动座两端耳轴表面淬火后，检查硬度和淬火硬化层深度，均符合企标要求。锻造摇动座装上2014年生产的30吨轴重货车1200辆，共计4800件。目前在大秦铁路运煤专线上运行情况良好。

车钩缓冲装置铸改锻

车钩缓冲装置系统是铁路机车车辆的重要组成部分，通过它使货车机车车辆之间实现连接、编组成列车，并传递和缓和列车车辆相互间在运行或调车编组作业时所产生的牵引和冲击力。简言之，车钩缓冲装置系统的三大功能是连挂、牵引和缓冲。

车钩缓冲装置系统主要由车钩、钩尾框、缓冲器及从板、钩尾销等零部件组成。连挂、牵引功能是由车钩、钩尾框、钩尾销、从板等来实现的，以保证机车与车辆、车辆与车辆之间能够实现连接、牵引。

钩舌、钩尾框、从板采用25MnCrNiMoA材料。车钩缓冲装置系统中的钩尾框、从板已经全面推行模锻件代替铸钢件，钩舌也在出口国外的重载货车上大规模应用。

锻造钩尾框

随着我国铁路货车不断重载提速，铸造车钩尾框疲劳裂纹、断裂日益增多，造成列车分离事故增加，制约了行车安全及运输效率的提高。2006年开始铸造钩尾框改为锻造+焊接，主体部分采用精密辊锻和大吨位锻造设备模锻后压弯复合成形技术，现已在铁路货车上大批量应用。

疲劳强度高：锻造钩尾框产品比铸造钩尾框产品提高80%。

疲劳寿命高：锻造钩尾框产品比铸造钩尾框产品提高60倍。

质量保证期大大延长：锻造钩尾框产品25年，铸造钩尾框产品8年，提高了2.13倍。

锻造车钩尾框承载了高速重载列车12年的安全运行。

锻造钩舌

车钩钩舌由于结构非常复杂，一直采用铸造成形工艺。澳大利亚矿石车载重量120吨/辆，使用铸造钩舌运行不到一个月，就出现断裂或裂纹，锻造钩舌被应用。材质同样采用25MnCrNiMoA钢坯，由于钩舌结构非常复杂，难以一次性锻造成形，目前采用预制坯料，在8000t摩擦压力机上锻造成形，锻造最大打击力可达120000kN，提高了产品的密实度，性能大为改观。经机械加工、调质热处理，其热处理工艺和摇动座、锻造钩尾框工艺基本一致。由于锻造钩舌要求的抗拉、屈服强度更高，因此回火温度一般采用540～550℃，力学性能指标如表4所示：

装用锻造钩舌的重载矿石车在澳大利亚运行情况良好，相比原来的铸造钩舌，使用寿命大幅提高，杜绝了断裂和早期疲劳裂纹产生，减少了车辆的维修更换车钩的频次，提高了车辆的使用效率。

锻造前从板、锻钢支承座

锻造前从板其力学性能要求与锻造钩舌相似，结构相对简单，制造难度不大。锻钢支承座性能要求与锻造上心盘类似，结构相对复杂。为减少锻钢支承座的锻造难度，一般使用大吨位锻造设备、两件产品错位布排同时锻造成形的锻造工艺，加工时切割分成两件，容易锻造成形并能节约原材料。

为了减少锻造摇动座热处理变形，批量生产使用积放链热处理生产线，每台小车上垂直悬挂4件，并在最终加热温度前进行650℃预热，890℃加热保温完成后转移到水槽中进行淬火冷却，转移时间不大于20s，在循环冷却水槽中冷却时间为5～6s；工件淬火冷却完成后立即进行回火，间隔时间不大于1h。

缓冲器中心楔块渗碳淬火过程氢脆解决方法

中心楔块所用材料为20CrMnMo，组装前主要工序有：中频炉加热至1180℃～1250℃模锻→切边→920℃气体渗碳（丙酮和甲醇，时间0～8h）→降温850℃淬油→低温回火（230℃～245℃）。

中心楔块在热处理完成后1～2天内组装，组装后中心楔块主要受拉应力的作用，时常出现崩断现象。经断口检查分析， 在渗碳区断口具有典型的氢致滞后断裂形态、沿晶断裂，心部有韧性断裂和沿晶混合断裂。中心楔块上沿晶特征的产生可能由四种因素所致：过热、过烧组织；应力腐蚀；回火脆；氢脆。断口金相组织基本正常，断面较干净，未见腐蚀产物，中心楔块在热处理完毕到组装后约7天内产生断裂，具有典型的延迟开裂的特点，而回火脆一般不具备延迟开裂特性，综合分析判定是氢脆。

中心楔块制造工艺方案优化：模锻后进行940℃正火，消除粗大组织；产品非加工面打磨光，减少在渗碳过程中表面氢的吸附；适当提高回火温度，延长回火时间；产品热处理后，室温中停留48h以上。

通过以上工艺改进，中心楔块渗碳后的氢脆断裂得以消除。

铁路货车专用拉铆钉

货车制造铆接部位原来均采用普通圆头铆钉加热后进行铆接，无法量化铆接夹紧力，铆接工件之间间隙不均，容易产生松动，已不适应高速重载车辆的发展需求。2005年货车制造开始引进拉铆钉，该产品利用虎克定律可以设置所需的铆接作用力，实现工件间相对夹紧并保持设置的夹紧力，在高速重载车辆运行中受力均匀可靠，保证车辆运行的安全性。

拉铆钉为冷锻系列产品，T22铆钉用于货车中梁冲击座的铆接，T16铆钉主要用于货车车体的铆接。铆钉一般采用中碳合金结构钢，通常选用45Mn2钢为原材料，通过冷拉、退火、表面磷皂化处理，再冷锻成型坯，滚或搓环槽最终成形。

实际生产过程中发现，冷镦后蘑菇头变形量较大的部位，最容易出现裂纹，主要与原材料的夹杂物含量和球化退火级别有关，材料入厂检查中必须按照GB/T 10561-2005标准进行夹杂物的检验，保证粗系、细系夹杂物合并评级低于2.0级。

产品使用网带炉生产线进行调质，45Mn2材质淬火加热温度选用850℃，回火温度520℃。回火后直接进行余热表面发黑，力学性能达到GB/T 3098-2004规定的10.9级的要求。

套环冷镦后，进行再结晶退火，然后镀锌或达克罗处理。

结语

近年来，我国铁路车辆的制造工艺水平有了大的提升，制造成本合理，产品质量可靠，已经站立于世界之巅。

为了满足铁路货运高速重载的需要，很多零部件逐步采用“以锻代铸”技术，随着锻造工艺技术装备发展，一些原来形状复杂，只能采用铸造成型的零部件，正逐步被模锻件取代。如何进一步降低成本，提高模具寿命，降低锻件的不良品率，减少锻件的机加工余量和进一步提升产品综合性能等许多方面，值得我们去继续努力攻关。