專(zhuān)利名稱：激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鐵路道岔尖軌，特別是涉及一種用激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌。
道岔是鐵路軌道的重要組成部分，隨著鐵路高速的發(fā)展，高的運(yùn)輸強(qiáng)度與低的軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的矛盾日益突出。道岔作為軌道三大薄弱環(huán)節(jié)之一，其技術(shù)性能，質(zhì)量成為強(qiáng)化軌道結(jié)構(gòu)，提高列車(chē)行車(chē)速度及運(yùn)輸安全的關(guān)鍵限制因素。
我國(guó)目前現(xiàn)存的鐵路道岔大部分是低速鐵路(速度小于120km/h)的道岔。90年代中期，為適應(yīng)鐵路提速要求，研制生產(chǎn)了適應(yīng)速度在160km/h(準(zhǔn)高速)的道岔，稱為提速道岔。今后還將研制適應(yīng)200km/h(高速鐵路)以上速度的道岔。目前，提速道岔正在各重要鐵路干線大量鋪設(shè)。
尖軌是道岔的重要部件，尖軌病害和使用壽命是道岔使用壽命與運(yùn)營(yíng)成本的關(guān)鍵限制因素。尖軌的主要傷損部位及使用壽命取決于尖軌軌尖部分的磨損剝離，其傷損部位大部分在橫截面10mm以前的尖端部位。軌尖部分在剝離掉塊之前，一般先出現(xiàn)比較明顯的金屬塑性變形，壓輾而出現(xiàn)飛邊現(xiàn)象。尖軌使用1-3個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)飛邊，提速道岔尖軌磨損嚴(yán)重區(qū)段使用二個(gè)月就必須更換。
目前道岔尖軌是用普通軌或50AT軌和60AT軌加工而成，主要采用U71Mn軌鋼。尖軌在生產(chǎn)制造工藝上存在一些問(wèn)題。工業(yè)上鋼軌頂端淬火是為了提高抗拉強(qiáng)度，增強(qiáng)耐磨性。將軋后的鋼軌端部用感應(yīng)電流加熱至大約900℃，并維持幾分鐘，然后快速冷卻至大約550℃-650℃，一般用強(qiáng)制空冷，并在此溫度范圍保溫到奧氏體完全轉(zhuǎn)變成貝氏體為止。提高鋼軌端部的冷卻速度則減小珠光體片層間距，抗拉強(qiáng)度提高，硬度增強(qiáng)。鋼軌感應(yīng)淬火軌頭和軌側(cè)表面處硬度達(dá)280-400HV。由于加工后的尖軌在長(zhǎng)度上呈現(xiàn)變截面，這樣淬火處理的質(zhì)量就不容易掌握，尖軌橫截面10mm之前的部分實(shí)際上淬不上火，但按設(shè)計(jì)要求淬火的尺寸應(yīng)達(dá)到尖軌截面5mm處，而在現(xiàn)場(chǎng)使用中正是這一部分的尖軌最容易發(fā)生磨耗剝離。道岔尖軌加工需大型專(zhuān)用機(jī)床，尖軌價(jià)格尤其提速道岔尖軌價(jià)格很貴。為節(jié)約成本，采用傳統(tǒng)手工焊的辦法，對(duì)尖軌磨耗部位進(jìn)行焊補(bǔ)。因尖軌尖端處寬度僅幾毫米，用電焊修補(bǔ)是不成功的。
本實(shí)用新型的目的是提供一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌，克服目前道岔尖軌使用中的弊端，以適應(yīng)鐵路提速對(duì)道岔尖軌的要求。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌，包括尖軌表面層1、相變硬化層2、過(guò)渡層5和尖軌基體層6，其中，相變硬化層2在尖軌表面層1和過(guò)渡層5之間，它是通過(guò)激光束照射尖軌表面形成的，尖軌基體層6與過(guò)渡層5相聯(lián)接，處于所述尖軌的最下層。相變硬化層2的平面形狀可掃描成連續(xù)的或者是不連續(xù)的。相變硬化層2可以是網(wǎng)狀、點(diǎn)狀、直線狀、曲線狀。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為激光表面相變硬化尖軌的主要特征是用激光束在尖軌表面產(chǎn)生相變硬化層，硬化層內(nèi)及與基體連接處的金相組織發(fā)生改變，從而該種尖軌耐磨性提高，使用壽命延長(zhǎng)。激光表面相變硬化尖軌很好的地解決了用傳統(tǒng)淬火方法處理的尖軌尖端表面硬化問(wèn)題。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1為本實(shí)用新型的激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌的剖面示意圖，圖2為本實(shí)用新型的激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌的相變硬化層的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照
圖1、圖2，標(biāo)號(hào)4為基本軌斷面，2為相變硬化層，3為尖軌端面，1為尖軌表面層，5為過(guò)渡層，6為尖軌基體層。相變硬化層2設(shè)置在尖軌表面層1和過(guò)渡層5之間，它是通過(guò)激光束照射尖軌表面形成的，尖軌基體層6與過(guò)渡層5相聯(lián)接，處于所述尖軌的最下層。相變硬化層2的平面形狀可掃描成連續(xù)的或者是不連續(xù)的。相變硬化層2可以是網(wǎng)狀、點(diǎn)狀、直線狀、曲線狀。激光表面相變硬化層的深度，經(jīng)過(guò)調(diào)整激光加工參數(shù)，可達(dá)到2-3mm。激光表面相變硬化尖軌的表面硬度可達(dá)850-900HV，在硬化層深度內(nèi)硬度值逐漸降低過(guò)渡到與尖軌基體硬度值相同。在空間形狀上，激光表面相變硬化尖軌的硬化層可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。激光表面相變硬化尖軌的硬化層有特定的微觀結(jié)構(gòu)。激光表面相變硬化尖軌加工所取的激光功率密度為104-105W/cm2，過(guò)大的功率密度會(huì)使尖軌表面溶化。激光束照射尖軌表面，迅速加熱到相變溫度以上形成高溫相，激光加熱速度為103-104℃/S。激光表面加熱極快，奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，所以在尖軌表面的奧氏體晶粒很細(xì)。當(dāng)激光束移開(kāi)，熱量迅速在尖軌基體內(nèi)傳導(dǎo)而自冷淬火，自冷卻速度可達(dá)104-106℃/S。自淬火后形成的馬氏體尺寸極小，可形成超細(xì)化的隱晶馬氏體，有很高的硬度和耐磨性。激光表面相變硬化尖軌，是指新尖軌或再生尖軌。激光表面相變硬化尖軌可在工廠生產(chǎn)，也可用激光車(chē)在軌道上就地生產(chǎn)。工廠生產(chǎn)這種尖軌需激光數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床由二氧化碳?xì)怏w激光器，導(dǎo)光系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床組成。首先將尖軌進(jìn)行予處理，黑化處理或涂專(zhuān)門(mén)的涂料，以提高尖軌對(duì)激光的吸收率。將尖軌固定在機(jī)床臺(tái)面上，一般激光光頭不動(dòng)，尖軌相對(duì)于光頭運(yùn)動(dòng)。激光光斑直經(jīng)D，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V，功率密度P0等加工參數(shù)要認(rèn)真試驗(yàn)確定。激光光斑可為圓形，也可為矩形，也可為線形。當(dāng)激光器輸出功率確定后，可通過(guò)調(diào)整光頭與工件的距離L來(lái)調(diào)整功率密度。
權(quán)利要求1.一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌，包括尖軌表面層(1)、相變硬化層(2)、過(guò)渡層(5)和尖軌基體層(6)，其特征在于，相變硬化層(2)設(shè)置在尖軌表面層(1)和過(guò)渡層(5)之間，相變硬化層(2)是通過(guò)激光束照射尖軌表面形成的，尖軌基體層(6)與過(guò)渡層(5)相聯(lián)接，處于所述尖軌的最下層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路道岔尖軌，其特征在于，相變硬化層(2)的平面形狀可掃描成連續(xù)的或者是不連續(xù)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路道岔尖軌，其特征在于，相變硬化層(2)可以是網(wǎng)狀、點(diǎn)狀、直線狀、曲線狀。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌,包括:尖軌表面層、相變硬化層、過(guò)渡層和尖軌基體層,相變硬化層設(shè)置在尖軌表面層和過(guò)渡層之間,它是通過(guò)激光束照射尖軌表面形成的,尖軌基體層與過(guò)渡層相聯(lián)接,處于尖軌的最下層。相變硬化層內(nèi)及與基體連接處的金相組織發(fā)生改變,從而使本實(shí)用新型的尖軌耐磨性能提高,使用壽命延長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C21D1/09GK2421313SQ00209840
公開(kāi)日2001年2月28日 申請(qǐng)日期2000年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月24日
發(fā)明者張準(zhǔn)勝 申請(qǐng)人:張準(zhǔn)勝