[实用新型]激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨

说明书

本实用新型涉及一种铁路道岔尖轨，特别是涉及一种用激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨。

道岔是铁路轨道的重要组成部分，随着铁路高速的发展，高的运输强度与低的轨道结构强度的矛盾日益突出。道岔作为轨道三大薄弱环节之一，其技术性能，质量成为强化轨道结构，提高列车行车速度及运输安全的关键限制因素。

我国目前现存的铁路道岔大部分是低速铁路(速度小于120km/h)的道岔。90年代中期，为适应铁路提速要求，研制生产了适应速度在160km/h(准高速)的道岔，称为提速道岔。今后还将研制适应200km/h(高速铁路)以上速度的道岔。目前，提速道岔正在各重要铁路干线大量铺设。

尖轨是道岔的重要部件，尖轨病害和使用寿命是道岔使用寿命与运营成本的关键限制因素。尖轨的主要伤损部位及使用寿命取决于尖轨轨尖部分的磨损剥离，其伤损部位大部分在横截面10mm以前的尖端部位。轨尖部分在剥离掉块之前，一般先出现比较明显的金属塑性变形，压辗而出现飞边现象。尖轨使用1-3个月就会出现飞边，提速道岔尖轨磨损严重区段使用二个月就必须更换。

目前道岔尖轨是用普通轨或50AT轨和60AT轨加工而成，主要采用U₇₁Mn轨钢。尖轨在生产制造工艺上存在一些问题。工业上钢轨顶端淬火是为了提高抗拉强度，增强耐磨性。将轧后的钢轨端部用感应电流加热至大约900℃，并维持几分钟，然后快速冷却至大约550℃-650℃，一般用强制空冷，并在此温度范围保温到奥氏体完全转变成贝氏体为止。提高钢轨端部的冷却速度则减小珠光体片层间距，抗拉强度提高，硬度增强。钢轨感应淬火轨头和轨侧表面处硬度达280-400HV。由于加工后的尖轨在长度上呈现变截面，这样淬火处理的质量就不容易掌握，尖轨横截面10mm之前的部分实际上淬不上火，但按设计要求淬火的尺寸应达到尖轨截面5mm处，而在现场使用中正是这一部分的尖轨最容易发生磨耗剥离。道岔尖轨加工需大型专用机床，尖轨价格尤其提速道岔尖轨价格很贵。为节约成本，采用传统手工焊的办法，对尖轨磨耗部位进行焊补。因尖轨尖端处宽度仅几毫米，用电焊修补是不成功的。

本实用新型的目的是提供一种激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨，克服目前道岔尖轨使用中的弊端，以适应铁路提速对道岔尖轨的要求。

本实用新型是这样实现的：

一种激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨，包括：尖轨表面层1、相变硬化层2、过渡层5和尖轨基体层6，其中，相变硬化层2在尖轨表面层1和过渡层5之间，它是通过激光束照射尖轨表面形成的，尖轨基体层6与过渡层5相联接，处于所述尖轨的最下层。相变硬化层2的平面形状可扫描成连续的或者是不连续的。相变硬化层2可以是网状、点状、直线状、曲线状。

本实用新型的优点为：激光表面相变硬化尖轨的主要特征是用激光束在尖轨表面产生相变硬化层，硬化层内及与基体连接处的金相组织发生改变，从而该种尖轨耐磨性提高，使用寿命延长。激光表面相变硬化尖轨很好的地解决了用传统淬火方法处理的尖轨尖端表面硬化问题。

下面结合附图对本实用新型的激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨进行详细描述。

图1为本实用新型的激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨的剖面示意图，

图2为本实用新型的激光表面相变硬化的铁路道岔尖轨的相变硬化层的结构示意图。

参照图1、图2，标号4为基本轨断面，2为相变硬化层，3为尖轨端面，1为尖轨表面层，5为过渡层，6为尖轨基体层。相变硬化层2设置在尖轨表面层1和过渡层5之间，它是通过激光束照射尖轨表面形成的，尖轨基体层6与过渡层5相联接，处于所述尖轨的最下层。相变硬化层2的平面形状可扫描成连续的或者是不连续的。相变硬化层2可以是网状、点状、直线状、曲线状。激光表面相变硬化层的深度，经过调整激光加工参数，可达到2-3mm。激光表面相变硬化尖轨的表面硬度可达850-900HV，在硬化层深度内硬度值逐渐降低过渡到与尖轨基体硬度值相同。在空间形状上，激光表面相变硬化尖轨的硬化层可以是连续的，也可以是不连续的。激光表面相变硬化尖轨的硬化层有特定的微观结构。激光表面相变硬化尖轨加工所取的激光功率密度为10⁴-10⁵W/cm²，过大的功率密度会使尖轨表面溶化。激光束照射尖轨表面，迅速加热到相变温度以上形成高温相，激光加热速度为10³-10⁴℃/S。激光表面加热极快，奥氏体晶粒来不及长大，所以在尖轨表面的奥氏体晶粒很细。当激光束移开，热量迅速在尖轨基体内传导而自冷淬火，自冷却速度可达10⁴-10⁶℃/S。自淬火后形成的马氏体尺寸极小，可形成超细化的隐晶马氏体，有很高的硬度和耐磨性。激光表面相变硬化尖轨，是指新尖轨或再生尖轨。激光表面相变硬化尖轨可在工厂生产，也可用激光车在轨道上就地生产。工厂生产这种尖轨需激光数控机床。该机床由二氧化碳气体激光器，导光系统，数控机床组成。首先将尖轨进行予处理，黑化处理或涂专门的涂料，以提高尖轨对激光的吸收率。将尖轨固定在机床台面上，一般激光光头不动，尖轨相对于光头运动。激光光斑直经D，相对运动速度V，功率密度P₀等加工参数要认真试验确定。激光光斑可为圆形，也可为矩形，也可为线形。当激光器输出功率确定后，可通过调整光头与工件的距离L来调整功率密度。