[实用新型]激光表面相变硬化的铁道钢轨无效

专利信息
申请号: 01207643.0 申请日: 2001-03-22
公开(公告)号: CN2496915Y 公开(公告)日: 2002-06-26
发明(设计)人: 张准胜 申请(专利权)人: 张准胜;吕杰胜
主分类号: E01B5/02 分类号: E01B5/02;C21D1/09
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 450052 河南省郑*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 激光 表面 相变 硬化 铁道 钢轨
【说明书】:

实用新型涉及一种铁道钢轨,特别是涉及一种激光表面相变硬化的铁道钢轨。

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。

钢轨全长淬火是用双频电感应在生产线上对钢轨轨头局部电加热至约900℃,并维持几分钟,然后用水或空气(一般用强制空冷)急冷至600℃左右,并在此温度范围保温到奥氏体完全转变成贝氏体为止,引起相变硬化,钢轨轨头表面硬度280--400HV,抗拉强度800MPa左右。目前,钢轨正向重型化发展,在主要的铁道干线上,50、60型钢轨已经普及,钢轨的整体疲劳有所缓和;随着高速、重载的发展,钢轨的接触疲劳伤损日益严重;从整体上讲,目前钢轨的伤损破坏是由轮轨接触面的接触疲劳控制的,所以,进一步提高钢轨表面的强度和硬度有很重大的经济意义。钢轨全长淬火的范围是在钢轨轨头表面下一定深度内,如果要求仅在轮轨接触面淬火或进一步提高强度和硬度,钢轨全长淬火技术是很难作到的。从技术上讲,利用现代表面工程技术,仅在轮轨接触面局部淬火,提高表面及表面下一定深度范围内的强度和硬度,以抵抗接触疲劳对钢轨造成的伤损,是能够做得到的;而从技术的先进行和经济的可行性上比较,大功率激光加工技术是目前的最佳选择。

本适应新型的目的,是在国产普通碳素钢轨的基础上,利用大功率激光加工技术,提供一种激光表面相变硬化钢轨,以得到比全长淬火钢轨更高的表面强度、硬度、维修的机动性和更长的使用寿命,以适应铁路运输对钢轨的更高要求。

本实用新型是这样实现的:

一种激光表面相变硬化的铁道钢轨,包括:钢轨表面(1),相变硬化层(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。相变硬化层(2)在轨头表面一定深度与范围内,是通过激光束照射钢轨表面形成的,相变硬化层(2)与钢轨基体(4)间有热影响层(3)。相变硬化层(2)与钢轨基体(4)有着相同的化学成分。相变硬化层(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。相变硬化层(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。相变硬化层(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性状与特性。

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