[实用新型]激光表面合金化铁道钢轨

说明书

本实用新型涉及一种铁道钢轨，特别是涉及一种激光表面合金化的铁道钢轨。

钢轨是铁路轨道的重要组成部分。为适应国民经济的需要，铁路的速度、载重不断提高。我国铁路年均通过总重已超过3000万吨公里，特别区段已达1.5-2亿吨公里；主要干线客车速度将逐步提高到140-160Km/h，货车速度将达到80-85Km/h。铁道钢轨直接承受列车荷载的反复作用，是适应高速重载、强化轨道结构的关键部件，研究具有优异使用性能的铁道钢轨，是目前铁路系统急待解决的重大问题。

我国铁路主要干线目前使用的钢轨是50型、60型，已超过6万公里，约占全部干线的90％。国产这两种钢轨钢种主要是U₇₁Mn和U₇₄，均为普通碳钢钢轨。在目前的运输条件下，这两种钢轨伤损日益严重，已暴露出承载力不足、使用寿命不长的问题，使重轨的优越性得不到充分发挥。钢轨在使用中出现的伤损主要是轨头侧磨，波磨，剥离和压溃，尤以侧磨伤损最为严重。繁忙线路上小曲线上目前钢轨一年左右就需更换。

钢轨伤损的主要原因是在接触应力作用下形成的接触疲劳伤损，主要的伤损形式是金属的塑性变形引起的塑性剥离。为解决钢轨伤损问题，提高钢轨使用寿命，国内外对钢轨的研究向着两个方向：一个途径是热处理强化，日、美、独联体主要走热处理强化的途径，对钢轨进行全长淬火处理；另一个途径是合金化，西欧一些国家主要是采取对钢轨合金强化的方法。共同的目的是提高钢轨材质的强度与耐磨性。我国钢轨在这二个途径上已做了大量的试验探索。

近年来铁道部、冶金部联合试制了PD₂钢轨、PD₃钢轨和稀土钢轨，并进口日本等12个国家的钢轨80万吨铺设试验。铁道部经过对国内外钢轨大量试验的结论意见认为：普通碳素轨耐磨性差，韧性好，使用性能、可焊接性好，没有脆断现象，安全，全长淬火后，可延长寿命0.5倍，应大力推广全长淬火钢轨；合金钢轨耐磨性好，但使用中可焊接性差，冲击韧性差，有脆性断裂现象，有安全隐患，尚需进一步试验。

本实用新型的目的，是利用激光加工技术，融合普通碳素钢轨和合金钢轨的优点，抑制其弊端，提供一种激光表面合金化钢轨，以适应铁路运输对钢轨的要求。

本实用新型是这样实现的；

一种激光表面合金化的铁道钢轨，包括：钢轨表面(1)，合金层(2)，热影响层(3)，钢轨基体(4)，轨头(5)，轨腰(6)，轨底(7)，磨耗示意曲线(8)，其中，轨头(5)，轨腰(6)，轨底(7)几何尺寸均与目前国产轨相同，钢轨基体(4)的材质与目前国产轨相同，为普通碳素钢。合金层(2)在轨头表面一定深度与范围内，是通过激光束熔化钢轨表面，形成一定深度的熔池，向熔池添加一定的合金元素，在激光束的作用下，熔池中的碳素钢与合金元素相互作用，生成新的合金，移动激光束，在轨头(5)表面一定深度内形成合金层(2)。合金层(2)与钢轨基体(4)间有热影响层(3)。合金层(2)与钢轨基体(4)有着不同的化学成分。合金层(2)在轨头(5)中有一定的空间形状，可以是连续的或不连续的。合金层(2)在轨头(5)上有一定的平面形状，可以是网状，点状，直线状，曲线状，平面状。合金层(2)在轨头(5)中有特定的微观组织结构，这种特定的微观组织结构有着特定的物理形状与特性。

本实用新型的优点为：激光表面合金化钢轨的主要特征是用激光束在钢轨表面一定深度与范围内产生合金层(2)。合金层(2)与钢轨基体(4)有着不同的化学成分与金相结构，也有着优异的物理特性。激光表面合金化钢轨不更动现有钢轨的几何尺寸，不更动现有钢轨的生产工艺。激光表面合金化钢轨仅在轨头(5)轮轨接触面下局部用激光束进行合金化，轨腰(6)、轨底(7)仍为普通碳素钢。这样，就充分发挥了合金钢耐磨性好及碳素钢抗冲击韧性优良的特点，抑制了普通碳素钢轨抗磨性差及合金钢轨抗冲击性差的弱点，形成了一种手段独特，造价经济，性能优异的新钢轨。

下面结合附图对本实用新型激光表面合金化钢轨进行详细描述：

图1为本实用新型激光表面合金化钢轨横断面示意图。

图2为本实用新型激光表面合金化钢轨平面图。

图3为本实用新型激光表面合金化钢轨侧面图。

参照图1、图2、图3，标号(4)为普通碳素钢轨，标号(5)为钢轨轨头，标号(6)为钢轨轨腰，标号(7)为钢轨轨底，标号(8)为轮轨长期摩擦后轨头(5)的实际表面示意曲线，标号(2)为用激光在轨头(5)上形成的合金层，标号(3)为激光合金层与钢轨基体间的热影响层。