[发明专利]钢制弹条热处理工艺

说明书

本发明属于金属热处理工艺的改进。

弹条是一种用来将钢轨固定在混凝土轨枕上的弹性扣件，它是用φ13～14mm圆钢棒热弯成型，并经热处理而制成的。常用的弹条是用55Si₂Mn、60Si₂Mn或60Si₂MnA钢制造，它适用于一般铁路运输（列车轴重20T，行车速度≤100km/h，每个扣件初始扣压力不小于7.5KN，疲劳寿命大于200万次）。由于铁路向高速重载方向发展，对弹条的力学性能有较高的要求。根据国际招标（TCBW-92401）书中的技术文件要求，扣件使用条件为：在机车（电力、三轴）轴重25T，车辆轴重23T，行车速度160Km/h（客车）以上条件下使用，并要求每个扣件初始扣压力不小于10KN，疲劳寿命大于500万次。对于国际招标书中要求的使用条件，常用的弹条是达不到要求的。既使是选用各种力学性能均较好的材料，利用现有淬火加热温度为850℃，回火温度为410～480℃的处理工艺仍存在弹条韧性差，在受力较大时易断裂。另外由于该钢强度高，故缺口敏感性强，而钢材表面不可避免地，或多或少地存在一些缺陷，如果在上述温度范围内回火，则当弹条在交变载荷作用下因应力集中，在弹条表面缺陷处易产生疲劳裂纹，裂纹将会迅速扩展而造成弹条断裂。因此，使弹条的疲劳寿命大大降低。

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种弹条韧性好，受力较大时不易断裂，疲劳寿命大于500万次的弹条加工热处理工艺。本发明的技术要点是：

用含碳量为0.56～0.64%（0.56～0.64%C）、含硅量为1.40～1.80%（1.40～1.80%Si）、含锰量为0.40～0.70%（0.40～0.70%Mn）、含铬量为0.90～1.20%（0.90～1.20Cr）、含钒量为0.10～0.20%（0.10～0.20%V）、含硫量不大于0.030%（≤0.030%S）、含磷量不大于0.030%（≤0.030%P、含铜量不大于0.25%（≤0.25%Cu）、含镍量不大于0.35%（≤0.35%Ni）的60Si₂CrVA钢制的弹条，是通过中频感应加热温度为950～1150℃弯制成型并淬火，其回火加热温度为490～650℃。

采用本发明给出的处理工艺加工弹条，不仅弹条的强度高，韧性好，耐疲劳寿命长，而且缺口敏感性小。

采用本发明的热处理工艺生产的弹条，经检测部门采用美国MTS810疲劳试验机（25KN档/位移控制）、Sin波。精度：读出值误差≤3%）对其进行的单件疲劳试验（试验条件：在弹条扣压钢轨处施加12KN的垂直荷载后，沿加载方向施加0.5mm位移，反向0.8mm位移，位移全振幅1.3mm），结果表明：经1200万次疲劳试验后，在工具显微镜下（7～10倍）观察试验危险断面表面周围，未发现裂纹等异常情况，弹条残余变形0.7mm，与575万次疲劳后观察到的残余变形值相同，表明疲劳循环次数575万次至1200万次期间，残余变形没有发展。残余变形0.7mm，折合扣压力损失为0.84KN，达到国际同类产品先进水平。

将表面具有6处折迭（折迭深度范围在0.05～1.1mm）的60Si₂CrVA弹条采用本发明的热处理工艺处理后，按上述单件疲劳试验条件进行500万次疲劳试验后未发生断裂，对其剖样并制成全相试样，然后用OLYMPUS PME3金相显微镜在1000倍下观察，折迭尖端并未向金属内部发展。

组装疲劳试验：试验条件：将两根高度截短为120mm的60Kg/m钢轨（短轨）置于45°倾角的加力架上，在中央施加20-140KN垂直力。试验结果：经200.26万次疲劳后，试验各部件（每组4件弹条）均没有破损，轨距扩大量为1.5mm。

实施例

弹条的热处理工艺过程是这样的：将所下的条料，经加热弯制成型并淬火，然后通过回火加热及表面处理得产品。其热处理工艺是用中频输出功率为140～185KW的中频感应加热淬火，加热时间掌握在15～50秒，加热温度950～1150℃，淬火温度（弹条进入淬火槽时的温度）≥850℃，淬火冷却介质温度为20～80℃。弹条回火加热温度为490～650℃，回火加热时间为65～80分钟，其回火冷却介质是发黑液，回火冷却介质温度≤80℃。